一种冷却塔辅助地埋管分区散热冷却系统

本发明属于地源热泵空调，具体是一种冷却塔辅助地埋管分区散热冷却系统。

背景技术：

1、对于南方以供冷为主的地区，地源热泵地埋管的全年夏季排热取冷时间比冬季取热排冷时间长，年均通过地埋管向地下的排热量远大于从地下的取热量，这将导致地下土壤中的冷热负荷失衡，出现土壤热堆积现象。长期运行会引起土壤温度逐渐升高，降低热泵机组的运行效率，如何加快地埋管区土壤热量的散热冷却，以快速土壤恢复温度是地源热泵系统长期高效稳定运行的关键。

2、传统地埋管散热通常靠土壤自然扩散冷却或在土壤冷热不平衡率较大时依靠冷却塔辅助散热冷却。然而，地埋管往往是大规模管群阵列式布置，中心埋管区域散热聚集的热量由于外围区域埋管的热屏障，热量难以靠自然扩散实现冷却目的，且自然恢复过程时间长，甚至在高散热负荷时会导致中心土壤温度急剧升高，形成热堆积现象。与此同时，在土壤冷热不平衡率较大采用冷却塔强制散热冷却时，冷却塔的开启时间往往难以精确控制，造成冷却塔无效运行时间过长，不仅没有起到冷却散热效果，而且也增加了冷却塔系统的运行能耗。

3、如何根据散热负荷大小及热流与温度在土壤中的扩散规律，设计一种以自然冷却为主、冷却塔强制散热为辅的经济高效土壤温度快速恢复系统，是地埋管散热冷却系统持续高效运行的关键。为此，需要根据散热负荷大小，本发明提出一种可通过地埋管分区自然散热、冷却塔辅助散热来满足不同散热需求，且可保持土壤温度快速恢复的系统。

技术实现思路

1、发明目的：本发明专利的目的在于提供一种冷却塔辅助地埋管分区散热冷却系统，以通过设置内、中、外层地埋管装置，解决了土壤的热堆积及自然散热冷却困难、缓慢，中心土壤温度急剧升高、持久不能恢复的问题。

2、技术方案：一种冷却塔辅助地埋管分区散热冷却系统，包括热源装置和地埋管换热装置，所述热源装置的出口和地埋管换热装置的进口通过热源输入管道链连接，所述地埋管换热装置的出口与热源装置的入口通过热源输出管道连接；

3、所述热源输入管道上设有第一水泵和第一阀门；所述热源输出管道上设有第二阀门和第一温度检测器；所述地埋管换热装置包括并联设置的外层地埋管装置、中层地埋管装置和内层地埋管装置，所述外层地埋管装置的进出口端分别设有第三阀门和第四阀门，所述中层地埋管装置的进出口端分别设有第五阀门和第六阀门，所所述内层地埋管装置的进出口端分别设有第七阀门和第八阀门。

4、进一步的，所述冷却系统还包括板式换热器、第一输入支管、第二输入支管、进口连接管、出口连接管；

5、所述板式换热器设置在所述第一输入支管上，且所述板式换热器的热源通道与所述第一输入支管连通，板式换热器两侧的第一输入支管上分别设有第九阀门和第十阀门；所述第二输入支管上设有第十一阀门和第二温度检测器；

6、第一输入支管的进口、第二输入支管的进口均与所述输入管道的出口连通；

7、所述进口连接管包括第一进口连接管和第二进口连接管，第一进口连接管和第二进口连接管通过第十二阀门连通；所述第一输入支管的出口、内层地埋管装置的进口、中层地埋管装置的进口均与第一进口连接管连通，所述第二输入支管的出口、外层地埋管装置的进口均与第二进口连接管连通；

8、所述出口连接管包括第一出口连接管和第二出口连接管，第一出口连接管和第二出口连接管通过第十三阀门连通；所述热源输出管道的入口、所述内层地埋管装置的出口、中层地埋管装置的出口均与第一出口连接管连通，所述外层地埋管装置的出口与第二出口连接管连通。

9、进一步的，所述板式换热器的冷源介质由冷却塔供给，所述冷却塔的出口与所述板式换热器的冷源介质进口之间的管道上设有第二水泵；所述板式换热器的冷源介质出口与所述冷却塔的进口连通。

10、进一步的，还包括第三水泵，所述第三水泵的入口与第一出口连接管连通，所述第三水泵的出口与第二出口连接管连通，所述第三水泵的出口处设有第十四阀门。

11、进一步的，所述内层地埋管装置、中层地埋管装置、外层地埋管装置均包括若干串联或并联设置的地埋管；所述内层地埋管装置、中层地埋管装置、外层地埋管装置中的地埋管从内向外呈阵列式布置排布。

12、进一步的，所述地埋管为u型、w型或螺旋型。

13、进一步的，所述冷却系统运行时的散热模式如下：

14、(1)、低负荷地埋管散热模式：

15、热源装置工作时间，开启第一阀门、第三阀门、第四阀门、第十三阀门、第十一阀门、第二阀门、第一水泵；此时，热源的产热量在第一水泵的循环作用下通过外层地埋管区排至土壤中；运行过程中观察第一温度监测器的显示温度是否超过设定的温度值，若超过则转入中负荷地埋管散热模式；

16、(2)、中负荷地埋管散热模式：

17、热源装置工作时间，开启第一阀门、第五阀门、第三阀门、第六阀门、第四阀门、第十三阀门、第十一阀门、第二阀门、第十二阀门、第一水泵；此时，热源的产热量在第一水泵的循环作用下进入外层地埋管装置与中层地埋管装置将热量排至土壤中，运行过程中观察第一温度监测器的显示温度是否超过设定的温度值，若超过则转入高负荷地埋管散热模式；

18、(3)、高负荷地埋管散热模式：

19、热源装置工作时间，开启第一阀门、第七阀门、第五阀门、第三阀门、第八阀门、第六阀门、第四阀门、第十三阀门、第十一阀门、第二阀门、第十二阀门、第一水泵；此时，热源的产热量在第一水泵的循环作用下同时进入外层地埋管装置、中层地埋管装置、内层地埋管装置将热量排至土壤中，运行过程中观察第一温度监测器的显示温度是否超过设定的温度值，若超过则转入高负荷冷却塔辅助地埋管散热模式；

20、(4)高负荷冷却塔辅助地埋管散热模式：

21、热源装置工作时间，开启第一阀门、第九阀门、第十阀门、第七阀门、第五阀门、第三阀门、第八阀门、第六阀门、第四阀门、第十三阀门、第二阀门、第十二阀门、第一水泵、第二水泵、冷却塔；此时，热源的产热量先通过板式换热器经冷却塔预冷后，再同时进入外层地埋管装置、中层地埋管装置、内层地埋管装置将热量排至土壤中。

22、(5)、地埋管换热区热量转移散热模式：

23、热源装置非工作时间，开启第三水泵、第九阀门、第十阀门、第七阀门、第五阀门、第三阀门、第八阀门、第六阀门、第四阀门、第十四阀门、第十一阀门；在第三水泵的循环作用下，将内层地埋管装置、中层地埋装置的热量转移至外层地埋管装置，以加速土壤的热扩散与温度的自然恢复；运行过程中观察第二温度监测器的显示温度是否超过设定的地埋管换热区热量转移散热模式的温度阈值，若超过则转入冷却塔辅助地埋管土壤散热模式；

24、(6)、冷却塔辅助地埋管土壤散热模式：

25、热源装置非工作时间，开启第二水泵、第三水泵、冷却塔、第九阀门、第十阀门、第七阀门、第五阀门、第三阀门、第八阀门、第六阀门、第四阀门、第十四阀门、第十一阀门；利用板式换热器通过冷却塔将地埋管换热装置中的热量排至空气中。

26、本发明专利提出的一种冷却塔辅助地埋管分区散热冷却系统，系统结构简单、使用原理清晰、运行模式简便易行，其有益效果在于：

27、(1)针对不同散热负荷强度设置内、中、外层地埋管装置，根据散热负荷大小优先使用外层地埋管装置区散热，随着散热负荷增大从外到内逐层叠加来提高散热效率，不仅可缓解自然散热冷却困难、缓慢，而且减少不必要的运行费用浪费。

28、(2)设置冷却塔辅助散热模式以及内、外层地埋管装置热量转移散热模式将内层埋管装置堆积的热量传递到外层，优先使用内外区热量转移运行模式，不足时启动冷却塔辅助散热模式，不仅可有效缓解中心土壤热堆积问题，提高下一个运行期地埋管的散热效果及地源热泵系统运行效率，而且也减小了冷却塔的无效运行时间，降低系统运行能耗。