專利名稱：適應(yīng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化的地源熱管換熱系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地源熱泵技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種適應(yīng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化的地源熱管換熱系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，建筑中供熱及空調(diào)的能耗占社會(huì)能源總消耗的比重持續(xù)上升。而伴隨能源及環(huán)保問題的日益突出，在建筑供熱及空調(diào)中采用節(jié)能的技術(shù)方法已經(jīng)成為一項(xiàng)迫切的工作。地源熱泵技術(shù)通過一套設(shè)備滿足建筑的供熱與供冷需求。豎直地埋管地源熱泵一般通過埋深為5(Γ120米的地埋管換熱器與土壤進(jìn)行熱交換。地埋管地源熱泵技術(shù)的地埋 管換熱器位于土壤中，土壤溫度穩(wěn)定(一般1(Γ20米深處以下的土壤溫度不隨季節(jié)變化，約高于當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟萬2°C)，做為熱源和冷源優(yōu)于室外空氣，所以，該技術(shù)不會(huì)影響建筑物外觀，不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生噪聲污染，而且系統(tǒng)運(yùn)行安全，具有較高的穩(wěn)定性和能效，是一項(xiàng)有效的建筑節(jié)能技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外眾多文獻(xiàn)資料對(duì)豎直地埋管地源熱泵技術(shù)進(jìn)行了敘述，其節(jié)能效果也在眾多的工程實(shí)踐中得到了驗(yàn)證?，F(xiàn)有研究的關(guān)注點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性或者是地埋管換熱系統(tǒng)的換熱模型。但對(duì)于變負(fù)荷工況下，地埋管換熱系統(tǒng)的分區(qū)優(yōu)化及運(yùn)行策略尚待研究?？照{(diào)系統(tǒng)在大多數(shù)情況下，是在部分負(fù)荷工況下運(yùn)行的，因此地埋管換熱系統(tǒng)是可以進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力的。另外，在地埋管地源熱泵的設(shè)計(jì)及應(yīng)用過程中，也存在一些問題，影響了系統(tǒng)的節(jié)能效果。一是系統(tǒng)的地埋管埋深設(shè)計(jì)不合理，目前多數(shù)工程設(shè)計(jì)中，根據(jù)前期試驗(yàn)測(cè)試井的換熱結(jié)果，結(jié)合負(fù)荷進(jìn)行定埋深的地埋管管群設(shè)計(jì)，即所有地埋管的深度相同，這使得系統(tǒng)在變負(fù)荷條件下運(yùn)行時(shí)，地埋管換熱系統(tǒng)隨系統(tǒng)負(fù)荷變化的調(diào)節(jié)性差，從而影響地埋管換熱器的換熱效果，并往往導(dǎo)致地埋管換熱系統(tǒng)的水泵能耗增大。二是地埋管分區(qū)不合理，多數(shù)地埋管埋深設(shè)計(jì)沒有結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行周期內(nèi)空調(diào)負(fù)荷的變化規(guī)律做出合理的分區(qū)設(shè)計(jì)及運(yùn)行策略，導(dǎo)致部分負(fù)荷工況下不能充分利用地埋管的換熱能力，同時(shí)在一定程度上影響了土壤的熱恢復(fù)。以上兩個(gè)問題的存在均不利于系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?200920073401. 4的實(shí)用新型專利公開了一種新型的地源熱泵空調(diào)循環(huán)水泵聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)冷、熱負(fù)荷的大小，調(diào)節(jié)變頻器的輸出功率，來調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的流量，從而控制地埋管換熱系統(tǒng)的換熱量以達(dá)到減少能耗的目的。但該方式忽視了地埋管換熱器的換熱效率問題，存在易出現(xiàn)地埋管換熱器管內(nèi)流量偏小，換熱效率低的隱患。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種適應(yīng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化的地源熱管換熱系統(tǒng)及控制方法，本發(fā)明能夠根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化規(guī)律，調(diào)整地埋管換熱系統(tǒng)的運(yùn)行方式，充分挖掘地埋管換熱系統(tǒng)的節(jié)能潛力，并有效改善土壤溫度場(chǎng)，保證系統(tǒng)高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種適應(yīng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化的地源熱管換熱系統(tǒng)，包括室內(nèi)水系統(tǒng)、變頻熱泵機(jī)組和地埋管換熱系統(tǒng)、室內(nèi)水系統(tǒng)連接至變頻熱泵機(jī)組的負(fù)載側(cè)，地埋管換熱系統(tǒng)連接至變頻熱泵機(jī)組的地源側(cè)，地埋管換熱系統(tǒng)包括由若干地埋深度不同的地埋管分區(qū)組成的地埋管換熱器、流量傳感器、地源側(cè)變頻水泵、若干管道電磁閥、若干溫度傳感器和控制器，各地埋管分區(qū)內(nèi)地埋管的供水干管連接至總供水管，回水管連接至總回水管；流量傳感器和地源側(cè)變頻水泵與總回水管連接，各管道電磁閥和溫度傳感器分別與供水干管和總供水管連接，控制器分別與流量傳感器、地源側(cè)變頻水泵、管道電磁閥和溫度傳感器連接，用以根據(jù)流量傳感器和溫度傳感器檢測(cè)到的流量信號(hào)和溫度信號(hào)，向地源側(cè)變頻水泵和管道電磁閥輸出動(dòng)作信號(hào)。優(yōu)選地，該室內(nèi)水系統(tǒng)包括室內(nèi)水路、負(fù)載側(cè)變頻水泵、流量傳感器、若干管道電磁閥和若干溫度傳感器，室內(nèi)水路通過室內(nèi)水系統(tǒng)供水管和回水管與變頻換熱機(jī)組連接，室內(nèi)水系統(tǒng)回水管與變頻熱泵機(jī)組負(fù)載側(cè)進(jìn)水口連接，室內(nèi)水系統(tǒng)供水管與熱泵機(jī)組負(fù)載側(cè)出水口連接，負(fù)載側(cè)變頻水泵與室內(nèi)水系統(tǒng)回水管連接，流量傳感器與室內(nèi)水系統(tǒng)供水管連接，各管道電磁閥和溫度傳感器分別與室內(nèi)水系統(tǒng)的供水管和回水管連接。優(yōu)選地，該控制器采用可編程控制器。優(yōu)選地，各地埋管同程式并聯(lián)連接。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種適應(yīng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化的地源熱管換熱控制方法，包括以下步驟步驟一，設(shè)定建筑空調(diào)負(fù)荷為地埋管換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷，且建筑空調(diào)的總負(fù)荷為地埋管換熱器的設(shè)計(jì)總負(fù)荷；步驟二，根據(jù)地埋管換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總負(fù)荷設(shè)計(jì)地埋管換熱器的總土壤換熱量；步驟三，根據(jù)地埋管換熱器包含的地埋管的數(shù)量設(shè)置地埋管換熱分區(qū)，分配不同分區(qū)內(nèi)地埋管的土壤換熱量，并結(jié)合土壤不同深度的溫度場(chǎng)情況設(shè)定每一分區(qū)內(nèi)地埋管的地埋深度和數(shù)量；步驟四，建筑空調(diào)負(fù)荷的設(shè)定參數(shù)為地埋管換熱器總土壤換熱量時(shí)，采集地埋管換熱系統(tǒng)各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)處的溫度及流量參數(shù)，并設(shè)定地埋管換熱器總供水管、回水管在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的溫差；步驟五，根據(jù)運(yùn)行時(shí)空調(diào)負(fù)荷的變化計(jì)算地埋管換熱系統(tǒng)的運(yùn)行換熱量，并根據(jù)得到的運(yùn)行換熱量對(duì)各地埋管分區(qū)進(jìn)行組合，根據(jù)組合結(jié)果開啟或關(guān)閉相應(yīng)的管道電磁閥，實(shí)現(xiàn)地埋管換熱系統(tǒng)的變負(fù)荷調(diào)節(jié)；步驟六，空調(diào)負(fù)荷的設(shè)定參數(shù)變化，返回步驟五。優(yōu)選地，步驟五還包括若得到多組運(yùn)行組合，則根據(jù)土壤溫度場(chǎng)情況設(shè)定各組合的優(yōu)先運(yùn)行順序，當(dāng)某組合下地埋管換熱系統(tǒng)的總回水管上的溫度傳感器達(dá)到設(shè)定值時(shí)，執(zhí)行下一輪該運(yùn)行組合，并依此依次循環(huán)運(yùn)行各組合，直至建筑空調(diào)負(fù)荷設(shè)定參數(shù)變化。本發(fā)明對(duì)地埋管換熱器進(jìn)行換熱管不同埋深及分區(qū)設(shè)置并采用變負(fù)荷控制方式，地埋管換熱器由不同埋深(基本埋深型和起調(diào)節(jié)作用的埋深型)的豎直地埋管組成，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行周期內(nèi)的模擬負(fù)荷特點(diǎn)及系統(tǒng)工程條件確定若干分區(qū)，各分區(qū)內(nèi)的地埋管采用同程式并聯(lián)連接，保持各管路的水力平衡。在變負(fù)荷工況下可對(duì)地埋管進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化組合，通過對(duì)地埋管換熱器總管中的水流量及溫度、各分區(qū)回水溫度的監(jiān)測(cè)，對(duì)地埋管系統(tǒng)的組合方式及運(yùn)行方式做出調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)地埋管換熱系統(tǒng)的能耗隨負(fù)荷的變化而變化，有效避免了地埋管換熱器管內(nèi)流量偏小，換熱效率低的情況的發(fā)生，保證地埋管換熱器的高效率運(yùn)行，最大限度的減少能耗，并促進(jìn)土壤溫度場(chǎng)的改善。本發(fā)明主要適用于負(fù)荷變化較大的民用建筑豎直地埋管地源熱泵系統(tǒng)，如果地埋管換熱系統(tǒng)不能隨建筑空調(diào)負(fù)荷的變化而有效變化，會(huì)造成部分負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，地埋管換熱系統(tǒng)的效率降低，能耗增大等問題。本發(fā)明既可滿足用戶的需求，又可有效根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的變化改變地埋管換熱系統(tǒng)的運(yùn)行方式，而且控制靈活方便，使地源熱泵系統(tǒng)能夠更好地發(fā)揮節(jié)能優(yōu)勢(shì)，能夠產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有換熱效率高、能耗低、能夠有效促進(jìn)土壤溫度場(chǎng)改善、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益高的有益效果。


通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯圖1為本發(fā)明適應(yīng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化的地源熱管換熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。圖中1為變頻熱泵機(jī)組，2-1為負(fù)載側(cè)變頻水泵，2-2為地源側(cè)變頻水泵，3_1
3-2為流量傳感器，4-1 4-9為溫度傳感器，5為室內(nèi)水系統(tǒng)，6-1 6_7為管道電磁閥，7為控制器，8為地埋管換熱系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。請(qǐng)參閱圖1, 一種適應(yīng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化的地源熱管換熱系統(tǒng),包括室內(nèi)水系統(tǒng)5、變頻熱泵機(jī)組I和地埋管換熱系統(tǒng)8、室內(nèi)水系統(tǒng)5連接至變頻熱泵機(jī)組I的負(fù)載側(cè)，地埋管換熱系統(tǒng)8連接至變頻熱泵機(jī)組I的地源側(cè)，地埋管換熱系統(tǒng)8把從土壤中吸、釋的熱量提供給變頻熱泵機(jī)組I的地源側(cè)，其包括由若干地埋深度不同的地埋管分區(qū)組成的地埋管換熱器、流量傳感器3-2、地源側(cè)變頻水泵2-2、六個(gè)管道電磁閥6-2、6-3、6-4、6-5、6-6、6-7、七個(gè)溫度傳感器4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9和控制器7，各地埋管分區(qū)內(nèi)的地埋管的供水干管連接至總供水管，回水管連接至總回水管；流量傳感器3-2和地源側(cè)變頻水泵2-2與總回水管連接，各管道電磁閥6-2、6-3、6-4、6-5、6-6、6-7、和溫度傳感器4_3、
4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9分別與供水干管和總供水管連接，控制器7為可編程控制器，其分別與流量傳感器3-2、地源側(cè)變頻水泵2-2、管道電磁閥6-2、6-3、6-4、6-5、6-6、6-7、和溫度傳感器4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9連接，用以根據(jù)流量傳感器3_2和溫度傳感器4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9檢測(cè)到的流量信號(hào)和溫度信號(hào)與設(shè)定的參數(shù)比對(duì)，向地源側(cè)變頻水泵2-2和管道電磁閥6-2、6-3、6-4、6-5、6-6、6-7、輸出動(dòng)作信號(hào)，控制各管道電磁閥開閉。
地埋管換熱器包括五個(gè)不同埋深的地埋管換熱器分區(qū)1、I1、II1、IV、V，每個(gè)分區(qū)內(nèi)包含3根地埋管，各地埋管同程式并聯(lián)連接。其中I區(qū)和IV區(qū)按照土壤設(shè)計(jì)換熱量的25 %確定，II區(qū)和V區(qū)按照土壤設(shè)計(jì)換熱量的20 %確定，III區(qū)按照土壤設(shè)計(jì)換熱量的10%確定。5個(gè)分區(qū)按同程式并聯(lián)連接，地埋管換熱系統(tǒng)8的總供水管分別與各個(gè)區(qū)的供水干管相連，管內(nèi)水經(jīng)過各地埋管與土壤進(jìn)行充分換熱后經(jīng)分區(qū)的回水管匯總到總回水管上，總回水管與地源側(cè)的變頻水泵2-2的進(jìn)口相連，變頻水泵2-2的出口與變頻熱泵機(jī)組I地源偵_進(jìn)口相連，變頻熱泵機(jī)組I地源側(cè)的出口與地埋管換熱器的總供水管相連，形成閉合水環(huán)路。本發(fā)明的地埋管換熱系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)體現(xiàn)在以下三個(gè)方面1、地埋管換熱器的不同埋深設(shè)計(jì)傳統(tǒng)地埋管換熱器設(shè)計(jì)時(shí)，一般是將地埋管設(shè)計(jì)成一種深度。當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷出現(xiàn)變化時(shí)，地埋管換熱系統(tǒng)隨負(fù)荷變化的調(diào)節(jié)力度有限，不利于地埋管換熱系統(tǒng)的節(jié)能。而本發(fā)明提出基礎(chǔ)埋深型地埋管和起調(diào)節(jié)作用的埋深型地埋管組合(一般2到3種埋深)，可有效提高地埋管的節(jié)能效果?；A(chǔ)埋深型(大埋深)地埋管在地埋管換熱系統(tǒng)中承擔(dān)較大換熱量，此類型地埋管數(shù)量較多；而起調(diào)節(jié)作用埋深型(中埋深及小埋深等)地埋管則用于在小范圍調(diào)節(jié)地埋管的換熱量，此類型的地埋管數(shù)量較少；借助一定的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)各分區(qū)的優(yōu)化組合運(yùn)行以適應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行周期內(nèi)的負(fù)荷變化，從而降低部分負(fù)荷下地埋管換熱系統(tǒng)的能耗。2、地埋管換熱器的優(yōu)化分區(qū)結(jié)合建筑負(fù)荷特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)施工條件及已確定的不同埋深地埋管的數(shù)量，確定基礎(chǔ)埋深型地埋管和起調(diào)節(jié)作用埋深型地埋管的區(qū)域布置及地埋管的分區(qū)。優(yōu)化分區(qū)的原則包括滿足不同負(fù)荷條件下，地埋管換熱系統(tǒng)的有效調(diào)節(jié)；盡量將最小埋深的起調(diào)節(jié)作用埋深型地埋管布置到整個(gè)管群的中心位置，以利用埋深的不同改善土壤溫度場(chǎng)；根據(jù)負(fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)需要的換熱量合理組合基礎(chǔ)埋深型地埋管和起調(diào)節(jié)作用埋深型的地埋管，以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)變負(fù)荷下梯級(jí)調(diào)節(jié)地埋管換熱系統(tǒng)的運(yùn)行，降低低負(fù)荷下地埋管換熱系統(tǒng)的能耗。同時(shí)，通過合理布置不同埋深的地埋管，可有效改善土壤溫度場(chǎng)。3、基于運(yùn)行周期內(nèi)，變負(fù)荷條件下地埋管換熱系統(tǒng)的運(yùn)行控制策略多數(shù)情況下，空調(diào)系統(tǒng)是在部分負(fù)荷工況下運(yùn)行的。因此，變負(fù)荷下系統(tǒng)的節(jié)能潛力較大。通過對(duì)地埋管換熱器總管中水流量、溫度和各分區(qū)出水溫度的監(jiān)測(cè)，經(jīng)可編程控制器對(duì)比計(jì)算，輸出動(dòng)作信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地埋管換熱系統(tǒng)運(yùn)行方式的有效調(diào)節(jié)。本發(fā)明所提出的簡(jiǎn)便、有效的運(yùn)行控制策略可實(shí)現(xiàn)地埋管換熱系統(tǒng)在部分負(fù)荷下的節(jié)能。室內(nèi)水系統(tǒng)5將變頻熱泵機(jī)組I制取的熱量或冷量輸配到各需求末端，其包括室內(nèi)水路、負(fù)載側(cè)變頻水泵2-1、流量傳感器3-1、管道電磁閥6-1和若干溫度傳感器4-1、4-2，室內(nèi)水路通過室內(nèi)水系統(tǒng)供水管和回水管與變頻換熱機(jī)組I連接，室內(nèi)水系統(tǒng)回水管與變頻熱泵機(jī)組I負(fù)載側(cè)進(jìn)水口連接，室內(nèi)水系統(tǒng)供水管與熱泵機(jī)組I負(fù)載側(cè)出水口連接，負(fù)載側(cè)變頻水泵2-1與室內(nèi)水系統(tǒng)回水管連接，流量傳感器3-1與室內(nèi)水系統(tǒng)供水管連接，管道電磁閥6-1和溫度傳感器4-1、4-2分別與室內(nèi)水系統(tǒng)的供水管和回水管連接。通過監(jiān)測(cè)流量傳感器3-1和溫度傳感器4-1、4-2，調(diào)節(jié)管道電磁閥6-1的開度，調(diào)節(jié)變頻水泵2-1及變頻熱泵機(jī)組I，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)與變頻熱泵機(jī)組I隨建筑負(fù)荷的變化，變頻水泵2-1的變頻通過監(jiān)測(cè)室內(nèi)水系統(tǒng)的供回水溫度及流量來控制。本發(fā)明主要適用于負(fù)荷變化較大的民用建筑豎直地埋管地源熱泵系統(tǒng)。如果地埋管換熱系統(tǒng)不能隨建筑空調(diào)負(fù)荷的變化而有效變化，會(huì)造成部分負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，地埋管換熱系統(tǒng)的效率降低，能耗增大等問題。而本發(fā)明既可滿足用戶的需求，又可有效根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的變化改變地埋管換熱系統(tǒng)的運(yùn)行方式，而且控制靈活方便，使地源熱泵系統(tǒng)能夠更好地發(fā)揮節(jié)能優(yōu)勢(shì)，可望產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種適應(yīng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化的地源熱管換熱控制方法，包括以下步驟步驟一，設(shè)定建筑空調(diào)負(fù)荷為地埋管換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷，且建筑空調(diào)的總負(fù)荷為地埋管換熱器的設(shè)計(jì)總負(fù)荷。步驟二，根據(jù)地埋管換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總負(fù)荷設(shè)計(jì)地埋管換熱器的總土壤換熱量。步驟三，根據(jù)地埋管換熱器包含的地埋管的數(shù)量設(shè)置地埋管換熱分區(qū)，分配不同分區(qū)內(nèi)地埋管的土壤換熱量，并結(jié)合土壤不同深度的溫度場(chǎng)情況設(shè)定每一分區(qū)內(nèi)地埋管的地埋深度和數(shù)量。步驟四，建筑空調(diào)負(fù)荷的設(shè)定參數(shù)為地埋管換熱器總土壤換熱量時(shí)，采集地埋管換熱系統(tǒng)各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)處的溫度及流量參數(shù)，并設(shè)定地埋管換熱器總供水管、回水管在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的溫差。步驟五，根據(jù)運(yùn)行時(shí)空調(diào)負(fù)荷的變化計(jì)算地埋管換熱系統(tǒng)的運(yùn)行換熱量，并根據(jù)得到的運(yùn)行換熱量對(duì)各地埋管分區(qū)進(jìn)行組合，根據(jù)組合結(jié)果開啟或關(guān)閉相應(yīng)的管道電磁閥，實(shí)現(xiàn)地埋管換熱系統(tǒng)的變負(fù)荷調(diào)節(jié)。該步驟還包括若得到多組運(yùn)行組合，則根據(jù)土壤溫度場(chǎng)情況設(shè)定各組合的優(yōu)先運(yùn)行順序，當(dāng)某組合下地埋管換熱系統(tǒng)的總回水管上的溫度傳感器達(dá)到設(shè)定值時(shí)，執(zhí)行下一輪該運(yùn)行組合，并依此依次循環(huán)運(yùn)行各組合，直至建筑空調(diào)負(fù)荷設(shè)定參數(shù)變化。步驟六，空調(diào)負(fù)荷的設(shè)定參數(shù)變化，返回步驟五。以下同時(shí)結(jié)合上述適應(yīng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化的地源熱管換熱控制方法和圖1對(duì)本發(fā)明的地埋管換熱系統(tǒng)8基于運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化規(guī)律的運(yùn)行控制方式進(jìn)行詳細(xì)說明。為便于表述，首先定義當(dāng)建筑空調(diào)負(fù)荷為設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)，地埋管換熱系統(tǒng)8的設(shè)計(jì)土壤換熱量為Q?？删幊炭刂破?的設(shè)定參數(shù)為地埋管換熱器換熱量為Q時(shí)，地埋管換熱系統(tǒng)8各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)處的溫度及流量參數(shù)，并設(shè)定地埋管換熱器總供、回水在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的溫差(據(jù)此溫差調(diào)節(jié)變頻泵及閥門開度以控制流量)。根據(jù)分區(qū)結(jié)果，I區(qū)和IV區(qū)的最大換熱能力均設(shè)計(jì)為25% Q，II區(qū)和V區(qū)的最大換熱能力均設(shè)計(jì)為20% Q，III區(qū)的最大換熱能力設(shè)計(jì)為10% Q0所以，通過組合不同的地埋管分區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)地埋管換熱系統(tǒng)的變負(fù)荷運(yùn)行調(diào)節(jié)。下面舉例描述地埋管換熱器換熱量為45% Q情況下的運(yùn)行控制方法將地埋管換熱器總供水管路上的溫度傳感器4-4、總回水管路上的溫度傳感器4-3及流量傳感器3-2的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇删幊炭刂破?，經(jīng)與可編程控制器7中的設(shè)定參數(shù)作對(duì)比，若所得地埋管換熱器換熱量為42 46% Q時(shí)，可編程控制器7輸出45% Q下的動(dòng)作控制信號(hào)。該控制信號(hào)有四種①I與II組合，②I與V組合，③II與IV組合及④IV與V組合?？紤]土壤溫度場(chǎng)的情況，設(shè)定優(yōu)先運(yùn)行順序③、②、④、①。當(dāng)某組合下的地埋管換熱器總回水管上的溫度傳感器4-3的溫度達(dá)到可編程控制器7設(shè)定的地埋管換熱器回水溫度的設(shè)定值時(shí)，執(zhí)行下一運(yùn)行方式。如果45% Q下組合方式依優(yōu)先順序改變到①之后，溫度傳感器
4-3的溫度又達(dá)到設(shè)定值，那么再循環(huán)進(jìn)入運(yùn)行方式③。當(dāng)可編程控制器7的輸出信號(hào)為45% Q下的③時(shí),其輸出的動(dòng)作信號(hào)將控制管道電磁閥6-4、6-6開啟，6_3、6_5、6_7關(guān)閉，同時(shí)根據(jù)流量傳感器3-2的數(shù)據(jù)及運(yùn)行的地埋管數(shù)量，調(diào)整變頻水泵2-2的輸出功率及管道電磁閥6-2的開度，完成一次運(yùn)行方式調(diào)節(jié)。其他組合方式下的管道電磁閥6及變頻水泵2-2的調(diào)整方法與此類似。當(dāng)可編程控制器7計(jì)算得到的地埋管換熱器換熱量在其他范圍內(nèi)時(shí)，依照上述方法改變地埋管換熱系統(tǒng)8的運(yùn)行方式，從而實(shí)現(xiàn)地埋管換熱系統(tǒng)8在變負(fù)荷下的運(yùn)行調(diào)節(jié)。通過此種運(yùn)行方式調(diào)節(jié)，可有效減少部分負(fù)荷下地埋管換熱系統(tǒng)8的能耗，充分利用地埋管的換熱能力，同時(shí)又可有效改善土壤溫度場(chǎng)。本發(fā)明對(duì)地埋管換熱器進(jìn)行換熱管不同埋深及分區(qū)設(shè)置并采用變負(fù)荷控制方式，地埋管換熱器由不同埋深(基本埋深型和起調(diào)節(jié)作用的埋深型)的豎直地埋管組成，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行周期內(nèi)的模擬負(fù)荷特點(diǎn)及系統(tǒng)工程條件確定若干分區(qū)，各分區(qū)內(nèi)的地埋管采用同程式并聯(lián)連接，保持各管路的水力平衡。在變負(fù)荷工況下可對(duì)地埋管進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化組合，通過對(duì)地埋管換熱器總管中的水流量及溫度、各分區(qū)回水溫度的監(jiān)測(cè)，對(duì)地埋管系統(tǒng)的組合方式及運(yùn)行方式做出調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)地埋管換熱系統(tǒng)的能耗隨負(fù)荷的變化而變化，有效避免了地埋管換熱器管內(nèi)流量偏小，換熱效率低的情況的發(fā)生，保證地埋管換熱器的高效率運(yùn)行，最大限度的減少能耗，并促進(jìn)土壤溫度場(chǎng)的改善。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種適應(yīng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化的地源熱管換熱系統(tǒng)，其特征在于，包括室內(nèi)水系統(tǒng)、變頻熱泵機(jī)組和地埋管換熱系統(tǒng)、所述室內(nèi)水系統(tǒng)連接至所述變頻熱泵機(jī)組的負(fù)載側(cè)，所述地埋管換熱系統(tǒng)連接至所述變頻熱泵機(jī)組的地源側(cè)，所述地埋管換熱系統(tǒng)包括由若干地埋深度不同的地埋管分區(qū)組成的地埋管換熱器、流量傳感器、地源側(cè)變頻水泵、若干管道電磁閥、若干溫度傳感器和控制器，所述各地埋管分區(qū)內(nèi)地埋管的供水干管連接至總供水管，回水管連接至總回水管；所述流量傳感器和地源側(cè)變頻水泵與所述總回水管連接，所述各管道電磁閥和溫度傳感器分別與所述供水干管和總供水管連接，所述控制器分別與所述流量傳感器、地源側(cè)變頻水泵、管道電磁閥和溫度傳感器連接，用以根據(jù)所述流量傳感器和溫度傳感器檢測(cè)到的流量信號(hào)和溫度信號(hào)，向所述地源側(cè)變頻水泵和管道電磁閥輸出動(dòng)作信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化的地源熱管換熱系統(tǒng)，其特征在于，所述室內(nèi)水系統(tǒng)包括室內(nèi)水路、負(fù)載側(cè)變頻水泵、流量傳感器、若干管道電磁閥和若干溫度傳感器，所述室內(nèi)水路通過室內(nèi)水系統(tǒng)供水管和回水管與所述變頻換熱機(jī)組連接，所述室內(nèi)水系統(tǒng)回水管與所述變頻熱泵機(jī)組負(fù)載側(cè)進(jìn)水口連接，所述室內(nèi)水系統(tǒng)供水管與所述熱泵機(jī)組負(fù)載側(cè)出水口連接，所述負(fù)載側(cè)變頻水泵與所述室內(nèi)水系統(tǒng)回水管連接，所述流量傳感器與所述室內(nèi)水系統(tǒng)供水管連接，所述各管道電磁閥和溫度傳感器分別與所述室內(nèi)水系統(tǒng)的供水管和回水管連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化的地源熱管換熱系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器采用可編程控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化的地源熱管換熱系統(tǒng)，其特征在于，所述各地埋管同程式并聯(lián)連接。
5.一種適應(yīng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化的地源熱管換熱控制方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一，設(shè)定建筑空調(diào)負(fù)荷為地埋管換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷，且建筑空調(diào)的總負(fù)荷為地埋管換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總負(fù)荷； 步驟二，根據(jù)地埋管換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總負(fù)荷設(shè)計(jì)地埋管換熱器的總土壤換熱量； 步驟三，根據(jù)地埋管換熱器包含的地埋管的數(shù)量設(shè)置地埋管換熱分區(qū)，分配不同分區(qū)內(nèi)地埋管的土壤換熱量，并結(jié)合土壤不同深度的溫度場(chǎng)情況設(shè)定每一分區(qū)內(nèi)地埋管的地埋深度和數(shù)量； 步驟四，建筑空調(diào)負(fù)荷的設(shè)定參數(shù)為地埋管換熱器總土壤換熱量時(shí)，采集地埋管換熱系統(tǒng)各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)處的溫度及流量參數(shù)，并設(shè)定地埋管換熱器總供水管、回水管在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的溫差； 步驟五，根據(jù)運(yùn)行時(shí)空調(diào)負(fù)荷的變化計(jì)算地埋管換熱系統(tǒng)的運(yùn)行換熱量，并根據(jù)得到的運(yùn)行換熱量對(duì)各地埋管分區(qū)進(jìn)行組合，根據(jù)組合結(jié)果開啟或關(guān)閉相應(yīng)的管道電磁閥，實(shí)現(xiàn)地埋管換熱系統(tǒng)的變負(fù)荷調(diào)節(jié)； 步驟六，空調(diào)負(fù)荷的設(shè)定參數(shù)變化，返回步驟五。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適應(yīng)運(yùn)行周期內(nèi)負(fù)荷變化的地源熱管換熱控制方法，其特征在于，所述步驟五還包括若得到多組運(yùn)行組合，則根據(jù)土壤溫度場(chǎng)情況設(shè)定各組合的優(yōu)先運(yùn)行順序，當(dāng)某組合下地埋管換熱系統(tǒng)的總回水管上的溫度傳感器達(dá)到設(shè)定值時(shí)，執(zhí)行下一輪該運(yùn)行組合，并依此依次循環(huán)運(yùn)行各組合，直至建筑空調(diào)負(fù)荷設(shè)定參數(shù)變化。·
全文摘要
一種地源熱管換熱系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)包括室內(nèi)水系統(tǒng)、變頻熱泵機(jī)組和地埋管換熱系統(tǒng)、室內(nèi)水系統(tǒng)連接至變頻熱泵機(jī)組的負(fù)載側(cè)，地埋管換熱系統(tǒng)連接至變頻熱泵機(jī)組的地源側(cè)，地埋管換熱系統(tǒng)包括由若干地埋深度不同的地埋管分區(qū)組成的地埋管換熱器、流量傳感器、地源側(cè)變頻水泵、若干管道電磁閥、若干溫度傳感器和控制器，各地埋管的供水干管連接至總供水管，回水管連接總回水管；流量傳感器和地源側(cè)變頻水泵與總回水管連接，各管道電磁閥和溫度傳感器分別與供水干管和總供水管連接，控制器分別與流量傳感器、地源側(cè)變頻水泵、管道電磁閥和溫度傳感器連接。本發(fā)明具有換熱效率高、能耗低、能夠有效促進(jìn)土壤溫度場(chǎng)改善、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F24F11/02GK103017279SQ20121058549
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者翟曉強(qiáng), 裴海濤, 王前進(jìn) 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)