地源热泵地下热换器的强化换热方法及其装置

摘要

本发明公开了一种地源热泵地下换热器的强化换热方法，通过检测地下换热器管路周围的土壤温湿度，在满足以下条件时，向地下换热器管路周围土壤注水：(1)在夏季，当检测到的土壤温度高于设定值或土壤湿度小于设定值时；(2)在冬季，当检测到的土壤温度低于设定值时。同时还公开了一种地源热泵地下换热器的强化换热装置，该装置包括与地下换热器管路伴埋辅设的埋管系统、地下换热器管路经过处的土壤中布设的土壤温湿度传感器、注水加压蓄水系统和注水加压控制电路，通过检测地下换热器管路周围的土壤温湿度，在夏季，当检测到的土壤温度高于设定值或土壤湿度小于设定值时；在冬季，当检测到的土壤温度低于设定值时在满足以下条件时，向地下换热器管路周围土壤注水。

说明书

技术领域

本发明涉及一种地源热泵地下换热器换热强化方法，同时还涉及一种使用该方法的装置，属于地热能和自动控制技术在暖通空调领域的综合应用。

背景技术

地源热泵是以大地为热源对建筑进行空气调节的技术，可以适用于住宅和商用建筑，既可安装在新的建筑里，也可以在现有的建筑里使用，它是一种可持续发展的建筑节能新技术。它在自然环境中工作，提供清洁、有效并且节能的热量和冷气，是一种已被验证的高效技术。由于其具有节能环保的优势，日益受到重视和推广，很快就成为市场上最可靠和最具竞争力的制热/冷系统，比别的能源系统更具竞争力。美国能源部和环境保护署都已经认可地源热泵系统是目前所有的制冷、制热和热水器系统中最有效、最环保的一种。根据1993年的一份报告，美国环保署指出地源热泵技术主要能够减少对自然资源的消耗和污染，同时对给业主用户来说更舒适、可靠和节约。可通过有效的水土气候控制节省自然资源从而降低废物排放，利用地下回路传热，从而避免了外部排放和空气污染。1998年美国暖通空调工程师学会的ASHRAE技术奖就授予土壤热源热泵系统，1998年美国能源部颁布法规，要求在全国联邦政府机构的建筑中推广应用地下耦合热泵供热空调系统。

地源热泵系统是通过循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。在冬季供热过程中，流体从地下收集热量，再通过系统把热量带到室内。夏季制冷时系统逆向运行，即从室内带走热量，再通过系统将热量送到地下岩土中。因此，地下耦合热泵系统保持了地下水热泵利用大地作为冷热源的优点，同时又不需要抽取地下水作为传热的介质。

地源热泵技术作为一种环保节能技术，还有许多实际问题需要研究，如无公害的环保高效制冷剂问题，地下换热器的换热强化等关键技术。因为土壤的热湿特性对地源热泵系统的影响较大，土壤的热特性主要与土壤的固体颗粒成分、含水量(率)和导热性能等参数有关；当闭环地源热泵在制冷工况运行时可能导致地下埋管周围温度升高、土壤干燥以及土壤干燥收缩使与盘管之间形成间隙，导致管路与土壤之间热阻增大；在制热工况下可能导致地下埋管周围土壤因温度下降而冻结，形成土壤因为冻结对埋管形成挤压现象，严重时可能造成管路破裂、管内液体泄露等严重后果

发明内容

本发明的目的在于提供一种地源热换热泵地下换热器的强化换热方法为地源热泵的可靠高效运行提供一种可行技术方案，以适用于冬季寒冷的中部和北方地区使用。

同时，本发明的目的还在于提供了一种使用该方法的装置，以适用于冬季寒冷的中部和北方地区使用。

为了完成上述发明目的，本发明的总体技术方案是由：一种地源热换热泵地下换热器的强化换热方法，通过检测地下换热器管路周围的土壤温湿度，在满足以下条件时，向地下换热器管路周围土壤注水：

(1)在夏季，当检测到的土壤温度高于设定值或土壤湿度小于设定值时；

(2)在冬季，当检测到的土壤温度低于设定值时。

同时，与上述方法对应，本发明采用了地源热泵地下换热器的强化换热装置，该装置包括与地下换热器管路伴埋辅设的埋管系统、地下换热器管路经过处的土壤中布设的土壤温湿度传感器、注水加压蓄水系统和注水加压控制电路，其中注水加压蓄水系统通过一控制元件和整个埋管系统的入水口相连通，各土壤温湿度传感器通过信号传输导线与注水加压控制电路的信号输入端相连，注水加压控制电路的控制输出与上述控制元件相连，注水加压控制电路在检测到土壤的温度高于设定值、土壤湿度低于设定值或土壤温度低地设定值时，使控制元件动作由注水加压蓄水系统通过埋管系统向土壤中补水。

所述的控制元件可以为电磁水阀或加压水泵。

所述的注水加压蓄水系统为一伺服水箱，该伺服水箱加装有水位或水压控制装置。

所述的埋管布埋于地下换热器管路的管井中央。

所述的土壤温湿度传感器布设于垂直埋管不同高度处的外侧壁周围和水平埋管的管外壁沿水平走向的各个位置处。

所述的控制元件的入口可以连接辅助加热器。

本发明的地源热换热泵地下换热器的强化换热方法及装置，通过检测地下换热器管路周围的土壤温湿度，在夏季，当检测到的土壤温度高于设定值或土壤湿度小于设定值时；在冬季，当检测到的土壤温度低于设定值时在满足以下条件时，向地下换热器管路周围土壤注水。当闭环地源热泵在制冷工况运行时，可有效避免地下埋管周围温度升高、土壤干燥以及土壤干燥收缩，使盘管与土壤之间不会形成间隙，保证了管路与土壤之间的正常热阻；在制热工况下可有效避免地下埋管周围土壤因温度下降而冻结，防止土壤因为冻结对埋管形成挤压可能造成的管路破裂、管内液体泄露等严重后果的发生。可见，本发明对于保证暖通空调的可靠正常运行具有重要的意义。

附图说明

图1是本发明装置的连接关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明采用的地源热泵地下换热器的强化换热装置，如图1本发明的连接关系图，该装置含有蒸发器1、冷凝器3、膨胀阀2、制冷压缩机8、四通换向阀6、日用热水蓄水箱7以及循环水泵4。该装置的关键在于在地下换热器管路12伴埋辅设有埋管系统13，同时在地下换热器管路经过处的土壤中布设土壤温湿度传感器14，增设注水加压蓄水系统和注水加压控制电路5，其中注水加压蓄水系统通过一控制元件和整个埋管系统13的入水口相连通，各土壤温湿度传感器14通过信号传输导线11与注水加压控制电路5的信号输入端相连，注水加压控制电路5的控制输出与上述控制元件相连，注水加压控制电路5在检测到土壤的温度高于设定值、土壤湿度低于设定值或土壤温度低地设定值时，使控制元件动作由注水加压蓄水系统通过埋管系统13向土壤中补水。本实施例的控制元件为加压水泵10(也可以为电磁水阀)。上述的注水加压蓄水系统为一伺服水箱9，伺服水箱加装有水位控制装置。埋管系统13的埋管布埋于地下换热器管路12的管井中央，即两根或四根地下换热器管路12中间。土壤温湿度传感器14布设于垂直地下换热器管路12不同高度处的外侧壁周围和水平地下换热器管路12埋的管外壁沿水平走向的各个位置处。控制元件的入口可以连接辅助加热器，如锅炉、太阳能热水器等。

在夏季，地上热泵系统进行制冷运行，通过地下地下换热器管路12向土壤放热，周围土壤将变得干热，土壤温湿度传感器14收集到的温湿度信号通过埋于土壤中的信号传输导线11，将信号传送到注水加压控制电路5，注水加压控制电路5根据设定值决定加压水泵10是否向埋管系统13供水，从而保证地下地下换热器管路12周围土壤具有合适的温湿度。避免因土壤干燥收缩可能使土壤与地下换热器管路12之间形成间隙，导致地下换热器管路12与土壤之间热阻增大，从而导致热泵系统COP值下降。

在冬季，热泵进行制热运行，通过地下换热器管路12向土壤吸热热，使得地下换热器管路12周围的土壤温度不断降低，土壤温湿度传感器14收集到的温湿度信号通过埋于土壤中的信号传输导线11，将信号传送到注水加压控制电路5，注水加压控制电路5根据设定值决定加压水泵10是否向埋管系统13供水，从而保证地下换热器管路12周围土壤具有合适的温湿度。避免可能导致地下换热器管路12周围土壤因温度下降而冻结，形成土壤因为冻结对地下换热器管路12形成挤压现象，严重时可能造成地下换热器管路12破裂、管内液体泄露等严重后果。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。