[实用新型]地源热泵自适应热平衡控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种地源热泵控制装置。

背景技术

随着我国经济的发展，人民生活水平不断提高，供热与空调的能耗在能源结构中所占的比例也越来越大。在建筑节能中，供热与空调节能的意义变得越来越重要。在普通供热与空调系统中，夏季制冷、冬季供热各自独立运行，且能源结构多为常规能源，制冷、供热效率低，环境污染大。热泵可以从低温环境吸热，向高温环境放热，通过简单的阀门切换就可以实现制冷或制热。热泵的制冷、制热效率高，而且对环境基本没有污染。随着热泵技术的成熟与应用的普及，在我国利用热泵技术为中央空调提供冷热源已成为最有前途的节能环保技术。

地埋管地源热泵也称为土壤源热泵，它一般采用埋在土壤下50～100米深度的塑料管(内部为水或含防冻剂的水溶液)与土壤进行热交换，在夏季提供冷冻水，在冬季提供热水供空调及生活热水使用。地埋管地源热泵系统采用地埋管换热器内循环水换取土壤中贮存的温差能，没有对自然水源的开采和污染的担心，因此适用性更广，安全稳定性更高，尤其在夏热冬冷地区不失为一种新的节能型空调冷热源。

浙江省属于夏热冬冷地区，其夏季负荷比冬季负荷大约要高2～4倍。由于夏季地埋管热泵向地下排热时，排热量大约为室内制冷量的1.25倍；而冬季从土壤中吸热时，吸热量大约为室内供热量的70％，这使浙江省应用的地埋管地源热泵冬夏季土壤中排热、吸热量的比值达到了大约3～6倍。此外，浙江地区建筑物夏季供冷的时间要比冬季供暖的时间长约2个月，这进一步加大了地下热量积累的不均衡。这样，系统运行一年后积累的热量会引起土壤温度逐年上升，严重时会造成夏季高峰负荷期地埋管换热器内循环冷却水温度达40℃以上，引起热泵机组制冷效率大幅降低甚至不能正常运行。可以说，土壤热平衡问题已经称为制约地埋管地源热泵推广应用的最大阻碍。

目前国内有不少文献对地源热泵热平衡的控制策略问题进行了研究，主要存在的问题有：1、没有提出完整的系统性的控制理论及控制系统；2、没有提出地下吸排热量的累计分析，这样就不能真正掌握地下热平衡的控制效果；3、不能够分析对比垂直地埋管及辅助换热设备的冷却效果；4、不能自动适应控制不同的冬夏吸排热量情况。本实用新型提出的地源热泵自适应热平衡控制装置填补了这一空白。

发明内容

为了克服已有地源热泵控制系统的运行效率较低、热平衡控制效果差的不足，本实用新型提供一种提高运行效率、提升热平衡控制效果的地源热泵自适应热平衡控制装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种地源热泵自适应热平衡控制装置，室内供热空调设备的水管出口连接地源热泵室内侧循环泵，所述地源热泵室内循环泵出口连接地源热泵机组的室内进口，所述地源热泵机组的室内出口连接室内供热空调设备，所述地源热泵机组的室内进口连接地源热泵室外侧循环泵，地源热泵机组的室外出口连接地埋管和辅助换热设备，所述地埋管和辅助换热设备为并联连接，地埋管和辅助换热设备的出口均与地源热泵机组的室外进口连通，所述地埋管设有地埋管环路切换阀，所述辅助换热设备设有换热设备环路切换阀，所述控制系统还包括室外湿球温度传感器、地埋管进、出水温度传感器、地埋管水管流量计和用以基于热量平衡控制地埋管环路切换阀和换热设备环路切换阀动作的热平衡自适应控制器，所述室外湿球温度传感器、地埋管进、出水温度传感器和地埋管水管流量计均与所述热平衡自适应控制器的输入端连接，所述热平衡自适应控制器的输出端同时与所述换热设备环路切换阀和地埋管环路切换阀连接。

所述热平衡自适应控制器包括：初始化模块，用以预设土壤冬季吸热量值为效率优先模式的切换策略，当夏季开始运行时，打开地埋管环路切换阀，关断换热设备环路切换阀，地埋管运行，依照效率优先模式运行：当地埋管出水温度th高于室外湿球温度tb+5℃时，关断地埋管环路切换阀和打开换热设备环路切换阀，控制所述辅助换热设备运行设定时间段，再循环切换到地埋管运行；

依照地埋管进出水温度传感器、地埋管水管流量计累计夏季土壤排热量，当所述夏季土壤排热量达到预设土壤吸热量值时，控制关断地埋管环路切换阀和打开换热设备环路切换阀，当冬季运行时，打开地埋管环路切换阀，关断换热设备环路切换阀，依照地埋管进出水温度传感器、地埋管水管流量计累计冬季土壤吸热量；