一种地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的装置及控制方法

本发明属于地源热泵及蓄能，具体涉及一种地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的装置及控制方法。

背景技术：

1、近年来，随着空调能耗占比建筑能耗的逐步提高，浅层地热能逐渐成为人们关注的重点，它成为一种新的可再生能源。土壤表面的温度会受到外界气候的影响，导致温度发生波动，但随着土壤深度的加深，在深度为20～30m处地带，土壤温度存在相对恒定的现象，将这一区间定义为温度恒定带。有研究表明，当土壤没有冻结时，可以大概认为温度恒定带温度相当于当地年平均气温，同时还表明：夏季时土壤温度要比室外的温度低，而冬季，土壤温度又要高于室外的温度。由此可通过合理方式进行温度的迁移，即夏季利用土壤低温对用户进行供冷，冬季利用土壤高温对建筑物供热。

2、为降低空调能耗，夏季利用地埋管系统对用户直接供冷成为一种解决方案，但当室外温度较高时，单地埋管直供系统供水温度不可调，无法满足用户热舒适性要求。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明的目的是提出一种地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的装置及控制方法，该方法能够目标供冷温度，满足用户热舒适性要求。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的装置，包括热泵机组、地埋管换热器、蓄能装置、稳压罐、板式换热器、末端用户、第一循环水泵、第一阀门、第一电动三通阀以及第二电动三通阀；

4、所述热泵机组包括蒸发器和冷凝器；

5、所述蒸发器的出口分为两路，一路与第一阀门入口相连，第一阀门出口分为两路，一路与蓄能装置入口相连，蓄能装置出口与第一循环水泵的入口相连，第一阀门出口另一路与第一循环水泵的入口相连，第一循环水泵的出口分为两路，一路和蒸发器的入口相连；第一循环水泵的出口另一路与第一电动三通阀相连，第一电动三通阀经稳压罐与第二电动三通阀相连，第二电动三通阀与板式换热器入口相连，板式换热器出口与蒸发器、地埋管换热器、末端用户相连；

6、所述蒸发器的出口另一路与第一循环水泵的入口相连；

7、所述地埋管换热器的出口与第一电动三通阀相连。

8、所述板式换热器出口与末端用户相连。

9、进一步的，第一电动三通阀与第二电动三通阀的三通道阀门开度能够无极调节。

10、进一步的，第二电动三通阀的三通道阀门开度保持与第一电动三通阀的三通道阀门开度一致。

11、进一步的，板式换热器为三流道板式换热器。

12、进一步的，还包括第二循环水泵，板式换热器包括第一入口、第二入口、第三入口、第一出口、第二出口与第三出口；所述第一电动三通阀的第一阀与第一循环水泵的出口相连，第一电动三通阀的第二阀与第二循环水泵的出口相连，第一电动三通阀的第三阀与稳压罐的入口相连；所述第二电动三通阀的第四阀与板式换热器的第一入口相连，第二电动三通阀的第五阀与板式换热器的第二入口相连，第二电动三通阀的第六阀与稳压罐的出口相连；板式换热器的第三出口经第三循环水泵、末端用户与板式换热器的第三入口相连。

13、进一步的，还包括第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门与pid控制器，第一阀门出口经第二阀门与第一循环水泵的入口相连，蒸发器1-1的出口经第三阀门、第四阀门与第一循环水泵的入口相连，第一循环水泵经第五阀门和蒸发器的入口相连，地埋管换热器的出口一路经第六阀门与冷凝器相连，地埋管换热器的出口另一路经第七阀门与第二循环水泵入口相连；

14、第一电动三通阀、第二电动三通阀与pid控制器相连。

15、进一步的，所述稳压罐的入口的高度低于出口的高度。

16、进一步的，板式换热器出口经第三循环水泵与末端用户入口相连，末端用户出口与板式换热器入口相连。

17、一种基于所述装置的地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的控制方法，包括以下步骤：

18、开启第一循环水泵、第二循环水泵、第三循环水泵，第一电动三通阀的第三阀、第二电动三通阀的第六阀全开，开启第二阀门、第三阀门、第七阀门，关闭其它所有阀门；冷冻水经蓄能水箱流经第二阀门，再由第一循环水泵押送至第一三通电磁阀的第一阀入口，经第一三通电磁阀的第三阀出口至稳压管，再经第二电动三通阀的第六阀、第四阀，流至板式换热器，与末端用户的循环水换热后流经蒸发器、第三阀门，再流回蓄能水箱；地埋管换热器中冷却水经第七阀门，经第二循环水泵押送至第一三通电磁阀的第二阀入口，再经第一三通电磁阀的第三阀出口至稳压罐，再经第二电动三通阀的第六阀、第五阀，流至板式换热器，与末端用户的循环水换热后流回地埋管换热器中。

19、进一步的，控制第一电动三通阀的第一阀、第二阀、第二电动三通阀的第四阀、第五阀开度的通过pid控制器，具体过程如下：

20、当t1<t0-1℃时，pid控制器控制第二阀调大、第一阀调小，直到t1＝t0-1℃；其中，t1为稳压罐的出口温度，t0为目标设定温度；

21、当t1>t0+1时，pid控制器控制第一阀调大，第二阀调小，直到t1＝t0+1；

22、当t0-1≤t1≤t0+1时，pid控制器控制第一阀和第二阀开度不变；

23、当t1<t0-1℃时，pid控制器控制第五阀调小，直到t1＝t0-1℃；

24、当t1>t0+1时，pid控制器控制第四阀调大，第五阀调小，直到t1＝t0+1；

25、当t0-1≤t1≤t0+1时，pid控制器控制第五阀和第五阀开度不变。

26、与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

27、与传统的单地埋管直接供冷系统相比，本发明通过第一电动三通阀、第二电动三通阀耦合蓄能装置，调节单地埋管供冷循环水温度，使提供给板式换热器的循环水温度满足设计要求，通过控制调节第一电动三通阀、第二电动三通阀各阀门开度，混合地埋管换热器中地埋管直供循环水与蓄能装置中供冷循环水，调节地埋管换热器中地埋管直供循环水与蓄能装置中供冷循环水温度，并最终通过板式换热器与末端用户循环水换热，满足高温环境下用户端热舒适性要求。

28、进一步的，本发明通过接入两个pid控制器控制第一电动三通阀、第二电动三通阀以及下进上出结构的稳压罐，同时将与末端用户换热的板式换热器设计为三流道换热器，保证了地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷运行模式下，混合后的循环水能按混合比例各自回到地埋管换热器和蓄能装置，避免装置长期运行带来的循环水总量变动过大的后果；同时，通过混合地埋管中循环水和蓄能装置中冷冻水循环水，使流经换式换热器与末端用户换热的循环水温可调，在不另外提供冷量的基础上，提高了该运行模式下室内用户的热舒适性，使整个装置的节能效率大大提高。

技术特征：

1.一种地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的装置，其特征在于，包括热泵机组(1)、地埋管换热器(2)、蓄能装置(3)、稳压罐(4)、板式换热器(5)、末端用户(6)、第一循环水泵(7-1)第一阀门(8-1)、第一电动三通阀(9-1)以及第二电动三通阀(9-2)；

2.根据权利要求1所述的地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的装置，其特征在于，第一电动三通阀(9-1)与第二电动三通阀(9-2)的三通道阀门开度能够无极调节。

3.根据权利要求1所述的地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的装置，其特征在于，第二电动三通阀(9-2)的三通道阀门开度保持与第一电动三通阀(9-1)的三通道阀门开度一致。

4.根据权利要求1所述的地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的装置，其特征在于，板式换热器(5)为三流道板式换热器。

5.根据权利要求1或4所述的地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的装置，其特征在于，还包括第二循环水泵(7-2)，板式换热器(5)包括第一入口、第二入口、第三入口、第一出口、第二出口与第三出口；所述第一电动三通阀(9-1)的第一阀(a)与第一循环水泵(7-(1)的出口相连，第一电动三通阀(9-1)的第二阀(b)与第二循环水泵(7-2)的出口相连，第一电动三通阀(9-1)的第三阀(c)与稳压罐(4)的入口相连；所述第二电动三通阀(9-2)的第四阀(a’)与板式换热器(5)的第一入口相连，第二电动三通阀(9-2)的第五阀(b’)与板式换热器(5)的第二入口相连，第二电动三通阀(9-2)的第六阀(c’)与稳压罐(4)的出口相连；板式换热器(5)的第三出口经第三循环水泵(7-3)、末端用户(6)与板式换热器(5)的第三入口相连。

6.根据权利要求5所述的地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的装置，其特征在于，还包括第二阀门(8-2)、第三阀门(8-3)、第四阀门(8-4)、第五阀门(8-5)、第六阀门(8-6)、第七阀门(8-7)、第八阀门(8-8)与pid控制器，第一阀门(8-1)出口经第二阀门(8-2)与第一循环水泵(7-1)的入口相连，蒸发器1-1)的出口经第三阀门(8-3)、第四阀门(8-4)与第一循环水泵(7-1)的入口相连，第一循环水泵(7-1)经第五阀门(8-5)和蒸发器(1-1)的入口相连，地埋管换热器(2)的出口一路经第六阀门(8-6)与冷凝器(1-2)相连，地埋管换热器(2)的出口另一路经第七阀门(8-7)与第二循环水泵(7-2)入口相连；

7.根据权利要求1所述的地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的装置，其特征在于，所述稳压罐(4)的入口的高度低于出口的高度。

8.根据权利要求1所述的地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的装置，其特征在于，板式换热器(5)出口经第三循环水泵(7-3)与末端用户(6)入口相连，末端用户(6)出口与板式换热器(5)入口相连。

9.一种基于权利要求6所述装置的地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的控制方法，其特征在于，控制第一电动三通阀(9-1)的第一阀(a)、第二阀(b)、第二电动三通阀(9-2)的第四阀(a’)、第五阀(b’)开度的通过pid控制器，具体过程如下：

技术总结本发明公开了一种地埋管直供耦合蓄能装置联合供冷的装置及控制方法，包括热泵机组、地埋管换热器、蓄能装置与板式换热器；热泵机组包括蒸发器和冷凝器；蒸发器的出口分为两路，一路与与蓄能装置入口相连，蓄能装置出口与第一循环水泵的入口相连，另一路与第一循环水泵的入口相连，第一循环水泵的出口分为两路，一路和蒸发器的入口相连，另一路与第一电动三通阀相连，第一电动三通阀与第二电动三通阀相连，第二电动三通阀与板式换热器入口相连，板式换热器出口与蒸发器、地埋管换热器、末端用户相连。调节地埋管换热器中地埋管直供循环水与蓄能装置中供冷循环水温度，并通过板式换热器与末端用户循环水换热，满足高温环境下用户端热舒适性要求。技术研发人员：张兴群,杨勇,夏德景受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4