土壤温度恢复装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种土壤温度恢复装置及方法，属于供热技术领域，包括表冷器、热泵机组及地埋管换热器，多个采暖末端出口与水管I并联，水管I通过水泵I、热泵机组及水管VII与地埋管换热器进口相连，地埋管换热器出口与水管VIII相连，水管VIII上设有水泵II，水泵II出口通过热泵机组与水管II相连，水管II与若干个采暖末端进口并联；表冷器出口并联水管IV及水管V，水管IV另一端与水泵I进口相连，水管V另一端与地埋管换热器进口相连，表冷器进口并联水管III及水管VI，水管III另一端与水管II相连，水管VI另一端与水泵II出口相连，各水管上均设有阀门。利用本发明专利技术能够实现对土壤的补热，进而提升土壤温度。本发明专利技术尤其适用于单供暖的大规模居住建筑。

【技术实现步骤摘要】
土壤温度恢复装置及方法
本专利技术属于供热
，尤其涉及一种土壤温度恢复装置及方法。
技术介绍
近年来，地埋管地源热泵作为可再生能源建筑应用的一种形式，得到了大力的推广应用。但是由于对该技术认识不透彻和大肆的商业炒作等原因，许多并不适宜采用该技术的项目也采用了该技术，造成系统在运行过程中出现了许多问题。最典型的问题是在单供暖的大规模居住建筑中，存在土壤温度逐年下降的趋势，有许多项目在运行了若干年之后，土壤温度逐年降低，最后土壤温度低至无法继续正常供暖，导致供暖成本越来越高。因此，尽快找到一种成本可接受的，能使土壤温度提升并恢复的技术，已成为目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种土壤温度恢复装置及方法，旨在解决上述现有技术中由于土壤温度降低而不能保证持续稳定供暖的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种土壤温度恢复装置，包括表冷器、热泵机组、地埋管换热器及若干个采暖末端，若干个采暖末端的出水口与水管I并联连接，所述水管I依次通过水泵I、热泵机组及水管VII与地埋管换热器的进口相连，所述地埋管换热器的出水口与水管VIII相连，所述水管VIII上设有水泵II，所述水泵II的出口通过热泵机组与水管II相连，所述水管II与若干个采暖末端的进水口并联连接；所述表冷器的出口并联连接水管IV及水管V，所述水管IV的另一端与水泵I的进口相连，所述水管V的另一端与地埋管换热器的进口相连，所述表冷器的进口并联连接水管III及水管VI，所述水管III的另一端与水管II相连，所述水管VI的另一端与水泵II的出口相连；所述水管I上设有阀门I、且阀门I设置于水管IV与采暖末端之间，所述水管II上设有阀门II、且阀门II设置于热泵机组与采暖末端之间，所述水管III上设有阀门III，所述水管IV上设有阀门IV，所述水管V上设有阀门V，所述水管VI上设有阀门VI，所述水管VII上设有阀门VII，所述阀门VII设置于水管V与热泵机组之间，所述水管VIII上设有阀门VIII，所述阀门VIII设置于水泵II与热泵机组之间。优选的，所述表冷器、热泵机组、水泵I及水泵II均与控制器电连接。优选的，所述阀门I至阀门VIII均为电磁阀，所述电磁阀均与控制器电连接。本专利技术还提供了一种土壤温度恢复方法，应用上述土壤温度恢复装置进行土壤温度恢复的运行过程如下：1)正常供热：热泵机组的主机开启，水泵I及水泵II开启，阀门III、阀门IV、阀门V、阀门VI关闭，阀门I、阀门II、阀门VII、阀门VIII开启；2)主动补热：热泵机组主机开启，水泵I及水泵II开启，阀门I、阀门II、阀门V、阀门VI关闭，阀门III、阀门IV、阀门VII、阀门VIII开启；开启热泵机组制热，热泵机组的蒸发器通过表冷器从室外空气中吸取热量，然后利用地埋管换热器将热泵机组冷凝器排放的热量蓄存至地下土壤中，起到恢复地温的作用；3)被动补热：热泵主机关闭，水泵I及水泵II开启，阀门I、阀门II、阀门III、阀门IV、阀门VII、阀门VIII关闭，阀门V、阀门VI开启；不开启热泵机组，利用表冷器直接从室外空气中吸取热量，然后通过地埋管换热器将空气中的热量蓄存到地下土壤中；4)主动补热与被动补热的切换：首先采取主动补热，以土壤温度的提升值作为自变量，补热与制热费用总和取值最低时的土壤提升温度作为目标提升温度，当目标提升温度与年供暖取热量造成土壤温度下降值接近时，转换为被动补热。优选的，所述土壤温度恢复装置由控制器控制，表冷器的选择及补热过程如下：A、按被动补热工况选择表冷器，表冷器的校核计算如下：调用当地逐时气象数据，包括空气干球温度tk、湿球温度ts1和焓值i1，在表冷器的校核计算公式中输入补热设备启动运行时的空气干球温度tk、、湿球温度ts1和焓值i1，土壤初始温度ts和建筑累积热负荷Q，将土壤初始温度ts作为表冷器进水温度，室内侧循环水量W2作为表冷器水流量，0.75×Q作为表冷器目标总换热量；利用当地逐时气象数据和表冷器的校核计算方法，通过不断调整补热设备启动运行时的空气干球温度tk、湿球温度ts1、焓值i1和待选择的表冷器型号，当选择的表冷器在上述参数限定条件下能满足目标总换热量，即可选定表冷器，同时被动补热工况下的补热设备启动运行时的空气干球温度tk、湿球温度ts1和焓值i1也确定下来；在表冷器的校核计算中空气干球温度tk最初输入：土壤初始温度ts+10℃；湿球温度ts1和焓值i1取逐时气象数据中与空气干球温度tk同一时刻的值；B、校核计算表冷器面积是否满足主动补热工况的要求，校核的方法如下：在主动补热工况下，表冷器的进水温度设置为7±3℃，地埋管侧进水温度为25±3℃，表冷器的进水温度低于被动补热工况下的表冷器进水温度，所需的换热量大于被动工况；验证所选的表冷器在补热设备启动运行时的空气干球温度、湿球温度和焓值下，是否能满足热泵机组蒸发器取热量的要求；如果不满足要求，增大表冷器型号，直至满足要求；如果满足要求，则表冷器选定，进入下一步；C、计算主动补热工况下的土壤逐年的目标提升温度；计算周期取10年，用于分摊增设表冷器产生的初投资，计算方式如下：计算时以土壤温度的提升值Δt作为自变量，补热与制热费用总和Czt作为因变量，补热与制热费用总和最小时的土壤提升温度作为目标提升温度；Czt＝Cbt/n+Cqt+1.1×Cbx+1.1×Czx(1)Cbx＝p×ρscsV×(ts0+Δt)/COPb+p×(Psw+Psn+Pb)(2)Cbx＝p×Q×(COPi-1)/COPi+p×(Psw+Psn)(3)式(1)中，Czt为年补热与制热费用总和，元；Cbt为表冷器的初投资，元；Cqt为其系统他部分的投资，元；Cbx为系统补热期的年运行费用，元/年；Czx为系统制热期的年运行费用，元/年；n为系统的运行年限，取10年。式(2)和(3)中，ρscs为土壤比热容，J/(m3·℃)；V为地埋管换热系统布置的体积(孔数×间距2×埋深)，m3；ts0为现状土壤温度，℃；Δt为土壤提升温度，℃；p为当地电价，元/kWh；COPb为热泵机组补热工况时的效率(其大小取决于ts0，ts0越小，COPb越大)，无量纲；COPi为热泵机组制热工况时的效率(其大小取决于ts0+Δt，ts0+Δt越小，COPi越大)，无量纲；Psw为室外侧水泵耗电量，kWh；Psn为室内侧水泵耗电量，kWh；Pb为表冷器耗电量，kWh。D、重复步骤C，完成其余需主动补热年份的设计计算，以当年的ts0+Δt作为下一年的ts0)；当土壤目标提升温度和冬季制热造成的土壤温度下降值接近时，主动补热不再启动，切换运行方式，后期运行全部为被动补热；E、输出结果：结果包括表冷器的具体参数、补热设备启动时的空气干球温度、湿球温度和焓值，逐年目标提升温度，以及补热与制热费用总和。F、将补热设备启动时的空气干球温度、湿球温度、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土壤温度恢复装置，其特征在于，包括表冷器、热泵机组、地埋管换热器及若干个采暖末端，若干个采暖末端的出水口与水管I并联连接，所述水管I依次通过水泵I、热泵机组及水管VII与地埋管换热器的进口相连，所述地埋管换热器的出水口与水管VIII相连，所述水管VIII上设有水泵II，所述水泵II的出口通过热泵机组与水管II相连，所述水管II与若干个采暖末端的进水口并联连接；所述表冷器的出口并联连接水管IV及水管V，所述水管IV的另一端与水泵I的进口相连，所述水管V的另一端与地埋管换热器的进口相连，所述表冷器的进口并联连接水管III及水管VI，所述水管III的另一端与水管II相连，所述水管VI的另一端与水泵II的出口相连；/n所述水管I上设有阀门I、且阀门I设置于水管IV与采暖末端之间，所述水管II上设有阀门II、且阀门II设置于热泵机组与采暖末端之间，所述水管III上设有阀门III，所述水管IV上设有阀门IV，所述水管V上设有阀门V，所述水管VI上设有阀门VI，所述水管VII上设有阀门VII，所述阀门VII设置于水管V与热泵机组之间，所述水管VIII上设有阀门VIII，所述阀门VIII设置于水泵II与热泵机组之间。/n...

【技术特征摘要】
1.一种土壤温度恢复装置，其特征在于，包括表冷器、热泵机组、地埋管换热器及若干个采暖末端，若干个采暖末端的出水口与水管I并联连接，所述水管I依次通过水泵I、热泵机组及水管VII与地埋管换热器的进口相连，所述地埋管换热器的出水口与水管VIII相连，所述水管VIII上设有水泵II，所述水泵II的出口通过热泵机组与水管II相连，所述水管II与若干个采暖末端的进水口并联连接；所述表冷器的出口并联连接水管IV及水管V，所述水管IV的另一端与水泵I的进口相连，所述水管V的另一端与地埋管换热器的进口相连，所述表冷器的进口并联连接水管III及水管VI，所述水管III的另一端与水管II相连，所述水管VI的另一端与水泵II的出口相连；
所述水管I上设有阀门I、且阀门I设置于水管IV与采暖末端之间，所述水管II上设有阀门II、且阀门II设置于热泵机组与采暖末端之间，所述水管III上设有阀门III，所述水管IV上设有阀门IV，所述水管V上设有阀门V，所述水管VI上设有阀门VI，所述水管VII上设有阀门VII，所述阀门VII设置于水管V与热泵机组之间，所述水管VIII上设有阀门VIII，所述阀门VIII设置于水泵II与热泵机组之间。


2.根据权利要求1所述的土壤温度恢复装置，其特征在于：所述表冷器、热泵机组、水泵I及水泵II均与控制器电连接。


3.根据权利要求2所述的土壤温度恢复装置，其特征在于：所述阀门I至阀门VIII均为电磁阀，所述电磁阀均与控制器电连接。


4.一种土壤温度恢复方法，其特征在于，应用如权利要求2或3所述的土壤温度恢复装置进行土壤温度恢复的运行过程如下：
1)正常供热：热泵机组的主机开启，水泵I及水泵II开启，阀门III、阀门IV、阀门V、阀门VI关闭，阀门I、阀门II、阀门VII、阀门VIII开启；
2)主动补热：热泵机组主机开启，水泵I及水泵II开启，阀门I、阀门II、阀门V、阀门VI关闭，阀门III、阀门IV、阀门VII、阀门VIII开启；开启热泵机组制热，热泵机组的蒸发器通过表冷器从室外空气中吸取热量，然后利用地埋管换热器将热泵机组冷凝器排放的热量蓄存至地下土壤中，起到恢复地温的作用；
3)被动补热：热泵主机关闭，水泵I及水泵II开启，阀门I、阀门II、阀门III、阀门IV、阀门VII、阀门VIII关闭，阀门V、阀门VI开启；不开启热泵机组，利用表冷器直接从室外空气中吸取热量，然后通过地埋管换热器将空气中的热量蓄存到地下土壤中；
4)主动补热与被动补热的切换：
首先采取主动补热，以土壤温度的提升值作为自变量，补热与制热费用总和取值最低时的土壤提升温度作为目标提升温度，当目标提升温度与年供暖取热量造成土壤温度下降值接近时，转换为被动补热。


5.根据权利要求4所述土壤温度恢复方法，其特征在于，所述土壤温度恢复装置由控制器控制，表冷器的选择及补热过程如下：
A、按被动补热工况选择表冷器，表冷器的校核计算如下：
调用当地逐时气象数据，包括空气干球温度tk、湿球温度ts1和焓值i1，在表冷器的校核计算公式中输入补热设备启动运行时的空气干球温度tk、、湿球温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永，刘士龙，刘建林，李沫，张宁，朱静，
申请(专利权)人：河北省建筑科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13