專利名稱：檔案庫房用熱回收型地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制冷和傳熱技術(shù)領(lǐng)域的熱泵空調(diào)系統(tǒng)，特別是一種檔案庫房 用熱回收型地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
能源問題是人類發(fā)展面臨的一個重大問題，能源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展成為趨 勢。土壤源熱泵是一種有效的能源利用形式，它是利用土壤作為冷熱源，通過換 熱介質(zhì)，夏季向土壤散熱，冬季從土壤吸熱，再通過熱泵機組向建筑制冷和供熱。 土壤源屬于可再生能源，利用可再生能源作為建筑物制冷和供熱的冷熱源，既節(jié) 能又環(huán)保。同時，由于檔案庫房的特殊性，要求庫房全年恒溫恒濕以保證紙質(zhì)檔 案的保存，因此對能源的利用要求比較高，采用土壤源熱泵這種既節(jié)能又環(huán)保的 系統(tǒng)是檔案庫房的很好的選擇。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利名稱為 一種帶有自然供冷、
余熱回收的地源熱泵集成系統(tǒng)和方法，申請?zhí)枮?00810034459.8，該專利公開 了一種余熱回收利用的地源熱泵集成系統(tǒng)。余熱利用方式為經(jīng)過埋地?fù)Q熱器預(yù)熱 的工作流體，流過排風(fēng)換熱器，把熱量帶到新風(fēng)換熱器，加熱新風(fēng)。該專利主要 是針對供熱工況時充分利用地下熱量，但是不能實現(xiàn)制冷工況時將未流過埋地?fù)Q 熱器的工作流體用于再熱送風(fēng)，無法在節(jié)能的同時減少向土壤排放的熱量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對檔案庫房系統(tǒng)全年需要空調(diào)的特殊性，提出地源熱泵這 種節(jié)能環(huán)保的空調(diào)措施，滿足檔案庫房夏季供冷以及冬季供熱的要求。同時針對 地源熱泵系統(tǒng)常見的冬夏冷熱負(fù)荷不平衡問題，提出熱回收技術(shù)，使得熱泵機組 全年在制冷的同時還能供熱，既能緩解負(fù)荷不平衡問題，還能為建筑物提供生活 熱水。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括地下埋管換熱器系統(tǒng)，熱 泵機組系統(tǒng)、各樓層空調(diào)機房內(nèi)的恒溫恒濕機組以及控制系統(tǒng)四部分。地下埋管 換熱器系統(tǒng)與熱泵機組系統(tǒng)通過管道連接起來，熱泵機組系統(tǒng)與恒溫恒濕機組通 過管道連接起來，控制系統(tǒng)與熱泵機組系統(tǒng)連接。
所述地下埋管換熱器系統(tǒng)包括地下埋管換熱器，地源側(cè)集水器，地源側(cè)分 水器。地下埋管換熱器由多個埋管井并聯(lián)組成，埋管井共有280 口，分為十個區(qū)，
每個區(qū)分別有集水器、分水器，每口井直徑為160ram，為單U型管，所有埋管采 用同程式連接。最后通過管道和地源側(cè)集水器、地源側(cè)分水器連接。地源側(cè)集水 器、地源側(cè)分水器一端與地下埋管換熱器連接，另一端與熱泵機組系統(tǒng)通過管道 連接。
所述熱泵機組系統(tǒng)由兩臺并聯(lián)的帶熱回收功能的熱泵機組構(gòu)成，熱泵機組包 括蒸發(fā)器、冷凝器，空調(diào)冷凍水集水器、空調(diào)冷凍水分水器，空調(diào)冷卻水集水器、 空調(diào)冷卻水分水器，以及安裝在熱泵機組蒸發(fā)器、冷凝器和地源側(cè)集水器、地源 側(cè)分水器相連接的管道上的閥門。蒸發(fā)器通過管道同時與地源側(cè)集水器、地源側(cè) 分水器以及空調(diào)冷凍水集水器、空調(diào)冷凍水分水器連接，冷凝器通過管道同時與 地源側(cè)集水器、地源側(cè)分水器以及空調(diào)冷卻水集水器、空調(diào)冷卻水分水器連接。 空調(diào)冷凍水集水器、空調(diào)冷凍水分水器與恒溫恒濕機組的冷卻段內(nèi)的冷卻盤管通 過管道連接，空調(diào)冷卻水集水器、空調(diào)冷卻水分水器與恒溫恒濕機組再熱段內(nèi)的 加熱盤管通過管道連接。夏季有一定的時間不將熱量排入地下，而是通過恒溫恒 濕機組再熱段內(nèi)的加熱盤管利用這部分熱量，熱泵機組可同時制冷和供熱， 一套 系統(tǒng)可以滿足建筑物全年冷量、熱量以及生活熱水的需要。
所述恒溫恒濕機組包括混風(fēng)段、過濾段、冷卻段、再熱段、加濕段和送風(fēng) 段?；祜L(fēng)段為恒溫恒濕機組最前端，有兩個入風(fēng)口， 一個入風(fēng)口沒有連接部件， 為新風(fēng)入口，另一個入風(fēng)口通過管道與房間接連，為回風(fēng)入口，混風(fēng)段在機組內(nèi) 部一端與過濾段連接；過濾段一端與混風(fēng)段連接，另一端與冷卻段連接；冷卻段 一端與過濾段連接，另一端與再熱段連接，冷卻段內(nèi)為一個換熱盤管，盤管內(nèi)通 過水流動與空氣換熱，夏季時，盤管用于冷卻空氣，稱為冷卻盤管；再熱段一端 與冷卻段連接，另一端與加濕段連接，再熱段內(nèi)也為一個換熱盤管，夏季時，盤 管用于再熱空氣，稱為加熱盤管；加濕段一端與再熱段連接，另一端與送風(fēng)段連
接；送風(fēng)段一端與加濕段連接，另一端通過管道與房間連接。制冷工況時，回風(fēng) 和新風(fēng)在混風(fēng)段混合后經(jīng)過過濾段，過濾后經(jīng)過冷卻段內(nèi)的冷卻盤管冷卻除濕， 再經(jīng)再熱段內(nèi)的加熱盤管再熱，最后經(jīng)過加濕段和送風(fēng)段送入室內(nèi)。再熱段中的 加熱盤管內(nèi)的熱水就是由熱泵機組系統(tǒng)提供，也就是熱泵機組不排入地下的那一 部分熱量。
所述控制系統(tǒng)包括參數(shù)采樣系統(tǒng)和閥門控制系統(tǒng)。參數(shù)采樣系統(tǒng)采集與熱 泵機組冷凝器通過管道相連接的空調(diào)冷卻水集水器、分水器的溫度信號后，參數(shù) 采樣系統(tǒng)通過傳感器和閥門控制系統(tǒng)連接在一起。閥門控制系統(tǒng)設(shè)置在熱泵機組 蒸發(fā)器、冷凝器和地源側(cè)集水器、分水器相連接的管道上。機組運行時，通過控 制系統(tǒng)使得熱泵機組系統(tǒng)在夏季時冷凝器與地源側(cè)集水器、分水器連接管道上的 閥門開啟或關(guān)閉。
制冷工況時，熱泵機組工作，熱泵機組系統(tǒng)同時與地下埋管換熱器系統(tǒng)和恒 溫恒濕機組連接，將熱量散入地下和恒溫恒濕機再熱段的加熱盤管內(nèi)。散入恒溫 恒濕機再熱段加熱盤管內(nèi)的熱量就是熱回收的熱量，采用這個技術(shù)可以減少制冷 工況時散入地下的熱量，減輕地下土壤熱堆積。供熱工況時，熱泵機組工作，熱 泵機組系統(tǒng)與地下埋管換熱器和恒溫恒濕機組連接，從土壤中吸收熱量。這樣， 在一年的運行周期中，有一部分時間將熱量散入土壤，其他時間從土壤吸收熱量， 而對于上海地區(qū)， 一般來說散入土壤的熱量要遠大于從土壤中吸收的熱量，這樣 長期運行必然會導(dǎo)致土壤熱堆積，溫度升高，破壞環(huán)境。本工程采用的熱回收技 術(shù)減少了向土壤排放的熱量，同時在恒溫恒濕機組的再熱段內(nèi)用加熱盤管代替了 電加熱，即節(jié)約了能源又緩解了對土壤的破壞。
本發(fā)明首先對檔案庫房這種需要全年空調(diào)運行，高能耗的建筑采用帶熱回收 技術(shù)的地源熱泵系統(tǒng)。 一套空調(diào)系統(tǒng)同時滿足辦公以及檔案保存庫房，全年可以 提供生活熱水，并且在供冷的同時可以供熱，所以即使在過渡季節(jié)也能滿足有些 天需要加熱，有些天需要制冷，有些天需要加濕，有些天需要除濕的要求。采用 的熱回收技術(shù)也可以很好的緩解地源熱泵系統(tǒng)中普遍的問題——土壤冷熱負(fù)荷 不平衡的問題。據(jù)計算，上海地區(qū)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)一年中向土壤排放的熱量為 1.6 5 7 5X 106kJ，從土壤中吸收的熱量為5. 5765X 105kJ，兩者相差66. 3%，長期
運行必然導(dǎo)致建筑物周圍的土壤熱堆積，而采用熱回收技術(shù)后， 一年回收的熱量
為9.6292X105kJ，也就是說，采用熱回收技術(shù)后， 一年向土壤中排放的熱量為 6 . 94 58X 105kJ，與從土壤中吸收的熱量只相差19. 7%，大大減緩了土壤的熱堆積。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括地下埋管換熱器系統(tǒng)l，熱泵機組系統(tǒng)2，恒 溫恒濕機組3，控制系統(tǒng)4。其連接方式為地下埋管換熱器系統(tǒng)1與熱泵機組
系統(tǒng)2通過管道連接起來，熱泵機組系統(tǒng)2與恒溫恒濕機組3通過管道連接起來， 控制系統(tǒng)4通過傳感器與繼電器與熱泵機組系統(tǒng)2連接。
所述地下埋管換熱器系統(tǒng)1包括地下埋管換熱器5，地源側(cè)集水器6，地 源側(cè)分水器7。地下埋管換熱器5由280 口埋管井并聯(lián)組成，最后通過管道和地 源側(cè)集水器6、地源側(cè)分水器7連接。地源側(cè)集水器6、地源側(cè)分水器7—端與 地下埋管換熱器5連接，另一端與熱泵機組系統(tǒng)2通過管道連接。
所述熱泵機組系統(tǒng)2包括熱泵機組8，兩臺熱泵機組8并聯(lián)。熱泵機組包 括蒸發(fā)器9，冷凝器IO，空調(diào)冷凍水集水器ll，空調(diào)冷凍水分水器12，空調(diào)冷 卻水集水器13，空調(diào)冷卻水分水器14，安裝在熱泵機組蒸發(fā)器、冷凝器和地源 側(cè)集水器、地源側(cè)分水器相連接的管道上的八個閥門15、 16、 17、 18、 19、 20、 21、 22。蒸發(fā)器9通過管道同時與地源側(cè)集水器6、地源側(cè)分水器7以及空調(diào)冷 凍水集水器11、空調(diào)冷凍水分水器12連接，冷凝器10通過管道同時與地源側(cè) 集水器6、地源側(cè)集水器7以及空調(diào)冷卻水集水器13、空調(diào)冷卻水分水器14連 接。閥門15、 19安裝在蒸發(fā)器9與地源側(cè)分水器7相連接的管道上，閥門16、 20安裝在蒸發(fā)器9與地源側(cè)集水器6相連接的管道上，閥門17、 21安裝在冷凝 器10與地源側(cè)分水器7相連接的管道上，閥門18、 22安裝在冷凝器10與地源 側(cè)集水器6相連接的管道上。
所述恒溫恒濕機3組包括混分段23，過濾段24，冷卻段25，再熱段26， 加濕段27，送風(fēng)段28?；祜L(fēng)段23為恒溫恒濕機組最前端，有兩個入風(fēng)口， 一個
入風(fēng)口沒有連接?xùn)|西，為新風(fēng)入口，另一個入風(fēng)口通過管道與房間接連，為回風(fēng) 入口，混風(fēng)段23在機組內(nèi)部一端與過濾段24連接；過濾段24—端與混風(fēng)段23 連接，另一端與冷卻段25連接；冷卻段25—端與過濾段24連接，另一端與再 熱段26連接，冷卻段25內(nèi)為一個換熱盤管，盤管內(nèi)通過水流動與空氣換熱，夏 季時，盤管用于冷卻空氣，稱為冷卻盤管；再熱段26—端與冷卻段25連接，另 一端與加濕段27連接，再熱段26內(nèi)也為一個換熱盤管，夏季時，盤管用于再熱 空氣，稱為加熱盤管；加濕段27—端與再熱段26連接，另一端與送風(fēng)段28連 接；送風(fēng)段28—端與加濕27段連接，另一端通過管道與房間連接。
所述控制系統(tǒng)4包括參數(shù)采樣系統(tǒng)29，閥門控制系統(tǒng)30。參數(shù)采樣系統(tǒng) 29采集空調(diào)冷卻水集水器13、空調(diào)冷卻水分水器14的溫度信號后，通過傳感器 和閥門控制系統(tǒng)30連接在一起。閥門控制系統(tǒng)30設(shè)置在熱泵機組蒸發(fā)器9、冷 凝器10和地源側(cè)集水器6、地源側(cè)分水器7相連接的管道上，控制閥門15、 16、 17、 18、 19、 20、 21、 22的開啟和關(guān)閉。
制冷工況時，閥門15、 16、 19、 20關(guān)閉，閥門17、 18、 21、 22開啟，冷卻 水通過地源側(cè)分水器7進入地下埋管換熱器5與土壤換熱后通過地源側(cè)集水器6 進入熱泵機組冷凝器IO。供熱工況時正好相反，即閥門15、 16、 19、 20開啟， 閥門17、 18、 21、 22關(guān)閉，冷水通過地源側(cè)分水器7進入地下埋管換熱器5與 土壤換熱后通過地源側(cè)集水器6進入熱泵機組蒸發(fā)器9?？梢钥吹剑谥评涔r 時，熱泵機組8的冷凝器10同時與地源側(cè)集水器6、地源側(cè)分水器7和空調(diào)冷 卻水集水器13、空調(diào)冷卻水分水器14相連，也就是說在供冷的同時，還可以通 過空調(diào)冷卻水集水器13、空調(diào)冷卻水分水器14提供熱水。另外有一段時間，當(dāng) 參數(shù)采樣系統(tǒng)29確認(rèn)連接冷凝器10和空調(diào)冷卻水集水器13、空調(diào)冷卻水分水 器14的管道內(nèi)水溫不是特別高時，閥門控制系統(tǒng)30控制閥門17、 18、 21、 22 也關(guān)閉，也就是說，此時熱泵機組8與地下埋管換熱系統(tǒng)1完全斷開，這就是熱 回收時期，這段時間內(nèi)沒有將熱量排入地下。當(dāng)參數(shù)采樣系統(tǒng)29確認(rèn)連接冷凝 器10和空調(diào)冷卻水集水器13、空調(diào)冷卻水分水器14的管道內(nèi)水溫太高時，閥 門控制系統(tǒng)控制閥門17、 18、 21、 22開啟，又恢復(fù)到常規(guī)制冷時期。另外，制 冷工況時，冷卻段25內(nèi)的冷卻盤管與空調(diào)冷凍水集水器11和空調(diào)冷凍水分水器 12通過管道相連，冷卻盤管內(nèi)通冷凍水。再熱段26內(nèi)的加熱盤管與空調(diào)冷卻水
集水器13和空調(diào)冷卻水分水器14通過管道相連，加熱盤管內(nèi)通熱水，用于再熱， 在熱回收時期，沒有排入地下的那一部分熱量就是由再熱段26內(nèi)的加熱盤管排
入空氣。 一般的恒溫恒濕機組內(nèi)的再熱都是采用電加熱，這里用熱水加熱盤管加 熱，不僅更容易控制送風(fēng)的溫度，而且節(jié)約了能源。
權(quán)利要求
1、一種檔案庫房用帶熱回收技術(shù)的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于包括地下埋管換熱器系統(tǒng)，熱泵機組系統(tǒng)、各樓層空調(diào)機房內(nèi)的恒溫恒濕機組以及控制系統(tǒng)四部分，地下埋管換熱器系統(tǒng)與熱泵機組系統(tǒng)通過管道連接起來，熱泵機組系統(tǒng)與恒溫恒濕機組通過管道連接起來，控制系統(tǒng)與熱泵機組系統(tǒng)連接，其中所述地下埋管換熱器系統(tǒng)包括地下埋管換熱器，地源側(cè)集水器，地源側(cè)分水器，地下埋管換熱器由多個埋管井并聯(lián)組成，所有埋管采用同程式連接，最后通過管道和地源側(cè)集水器、地源側(cè)分水器連接，地源側(cè)集水器、地源側(cè)分水器一端與地下埋管換熱器連接，另一端與熱泵機組系統(tǒng)通過管道連接；所述熱泵機組系統(tǒng)由兩臺并聯(lián)的帶熱回收功能的熱泵機組構(gòu)成，熱泵機組包括蒸發(fā)器、冷凝器，空調(diào)冷凍水集水器、空調(diào)冷凍水分水器，空調(diào)冷卻水集水器、空調(diào)冷卻水分水器，以及安裝在熱泵機組蒸發(fā)器、冷凝器和地源側(cè)集水器、地源側(cè)分水器相連接的管道上的閥門，蒸發(fā)器通過管道同時與地源側(cè)集水器、地源側(cè)分水器以及空調(diào)冷凍水集水器、空調(diào)冷凍水分水器連接，冷凝器通過管道同時與地源側(cè)集水器、地源側(cè)分水器以及空調(diào)冷卻水集水器、空調(diào)冷卻水分水器連接，空調(diào)冷凍水集水器、空調(diào)冷凍水分水器、空調(diào)冷卻水集水器、空調(diào)冷卻水分水器與恒溫恒濕機組通過管道連接；所述恒溫恒濕機組包括混風(fēng)段、過濾段、冷卻段、再熱段、加濕段和送風(fēng)段，混風(fēng)段為恒溫恒濕機組最前端，有兩個入風(fēng)口，一個為新風(fēng)入口，另一個入風(fēng)口通過管道與房間接連，為回風(fēng)入口，混風(fēng)段在機組內(nèi)部一端與過濾段連接，過濾段另一端與冷卻段連接，冷卻段另一端與再熱段連接，冷卻段內(nèi)設(shè)一個換熱盤管，為冷卻盤管，再熱段一端與冷卻段連接，另一端與加濕段連接，再熱段內(nèi)也設(shè)一個換熱盤管，為加熱盤管；加濕段另一端與送風(fēng)段連接，送風(fēng)段另一端通過管道與房間連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檔案庫房用帶熱回收技術(shù)的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)， 其特征是，所述地下埋管換熱器由多個埋管井并聯(lián)組成，埋管井共有280 口， 分為十個區(qū)，每個區(qū)分別有集水器、分水器，每口井直徑為160mm，為單U型管。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檔案庫房用帶熱回收技術(shù)的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)， 其特征是，所述熱泵機組系統(tǒng)中空調(diào)冷凍水集水器、空調(diào)冷凍水分水器通過管道 與恒溫恒濕機組中的冷卻段連接，為冷卻段內(nèi)的冷卻盤管提供冷凍水冷卻空氣， 熱泵機組系統(tǒng)中的空調(diào)冷卻水集水器、空調(diào)冷卻水分水器通過管道與恒溫恒濕機 組中的再熱段連接，為再熱段內(nèi)的加熱盤管提供熱水用于加熱空氣。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檔案庫房用帶熱回收技術(shù)的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)， 其特征是，所述控制系統(tǒng)與空調(diào)集水器、分水器以及安裝在熱泵機組蒸發(fā)器、冷 凝器和地源側(cè)集水器、分水器相連接的管道上的闊門相連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的檔案庫房用帶熱回收技術(shù)的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，其特征是，所述控制系統(tǒng)包括參數(shù)采樣系統(tǒng)和閥門控制系統(tǒng)，參數(shù)采樣系 統(tǒng)采集與熱泵機組冷凝器通過管道相連接的空調(diào)冷卻水集水器、分水器的溫度信號后，參數(shù)采樣系統(tǒng)通過傳感器和閥門控制系統(tǒng)連接在一起，閥門控制系統(tǒng)設(shè)置 在熱泵機組蒸發(fā)器、冷凝器和地源側(cè)集水器、分水器相連接的管道上，機組運行 時，通過控制系統(tǒng)使得熱泵機組系統(tǒng)在夏季時冷凝器與地源側(cè)集水器、分水器連 接管道上的閥門開啟或關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檔案庫房用帶熱回收技術(shù)的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，包括地下埋管換熱器系統(tǒng)，熱泵機組系統(tǒng)、各樓層空調(diào)機房內(nèi)的恒溫恒濕機組以及控制系統(tǒng)四部分，地下埋管換熱器系統(tǒng)與熱泵機組系統(tǒng)通過管道連接起來，熱泵機組系統(tǒng)與恒溫恒濕機組通過管道連接起來，控制系統(tǒng)與熱泵機組系統(tǒng)連接；熱泵機組的空調(diào)集水器、分水器與恒溫恒濕機組的冷卻盤管和加熱盤管通過管道連接，控制系統(tǒng)與空調(diào)集水器、分水器以及安裝在熱泵機組蒸發(fā)器、冷凝器和地源側(cè)集水器、分水器相連接的管道上的閥門相連接。本發(fā)明在恒溫恒濕機組的再熱段內(nèi)采用熱水加熱盤管代替電加熱，將原本要排入地下的一部分熱量用于再熱，既緩解了土壤熱堆積的問題，又節(jié)約了能源。
文檔編號F25B30/06GK101358761SQ20081004277
公開日2009年2月4日 申請日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者鑫 余, 王如竹, 翟曉強 申請人:上海交通大學(xué)