[发明专利]地源热泵系统的大规模垂直地埋管换热器分区架构及其运行策略

说明书

技术领域

本发明属于地源热泵系统，尤其涉及一种地源热泵系统的大规模垂直地埋管换热器分区架构及其运行策略。

背景技术

地源热泵系统具有绿色和高效两大特点，在我国得到了广泛的应用。但是在地源热泵系统的使用过程中土壤的冷热量堆积和热失衡问题尤为突出，严重影响了系统运行能效，土壤温度每上升1℃，取相同冷量时导致能耗增加3％-4％。大量的开发和长期使用甚至影响地下生态环境。寻求合理有效的解决方案是保证地源热泵技术长期有效地运行急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种地源热泵系统的大规模垂直地埋管换热器分区架构及其运行策略，通过大规模垂直地埋管分区及其运行策略可以缓解垂直地埋管区域冷热量堆积以及由此造成的地源热泵系统能效降低的问题。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种地源热泵系统的大规模垂直地埋管换热器分区架构，包括若干组垂直地埋管，其特征是：所述若干组垂直地埋管呈分区设置结构，所述分区设置结构由内向外依次为第一分区、第二分区、第三分区和第四分区的内中外分区结构，分区设置结构的垂直地埋管通过管路分别与分水器和集水器连接，所述分水器和集水器通过总管与地源热泵机组连接，分水器和集水器与垂直地埋管连接的支管上安装有电动控制阀和温度变送器及热量表，温度变送器和热量表与电动控制阀的控制端连接，电动控制阀与主控制器连接构成垂直地埋管的分区控制回路。

所述分区设置结构为块状分区结构，整个埋管区域看成笛卡尔坐标系，原点为埋管区域中心，垂直地埋管的第一分区位于第四象限，第二分区位于第二象限，第三分区位于第一象限，第四分区位于第三象限。

所述分区设置结构为间隔分区结构，垂直地埋管在划分区域时，将最上部最靠近埋管区域外侧的三排垂直地埋管划分为第一分区，将下部最靠近埋管区域外侧的三排垂直地埋管划分为第二分区，将最内部两排垂直地埋管划分为第四分区，将剩下的两排垂直地埋管划分为第三分区。

所述分区设置结构各分区的垂直地埋管数量占整个垂直地埋管数量的比例与该分区所承担的负荷率相同；

分区设置结构各分区垂直地埋管数量计算公式为：

n＝a*N

式中：N—垂直地埋管总管数

a—分区埋管所承担的负荷率。

所述垂直地埋管换热器分区架构的运行策略，确定垂直地埋管区域分区设置的结构边界条件及土壤的热物性后，开启运行时采取运行时间较其他区域更长的外侧区域优先运行，再逐渐依次由外向内区域逐区运行；停止运行时采用由内向外区域逐区关闭的运行策略，充分利用有限的边界传递热量，具体步骤如下：在供冷或供热季刚开始时首先运行第一分区，随着负荷增加，依次增加运行第二分区、第三分区和第四分区；当负荷减少时，第四分区首先停止运行，然后依次停止运行第三分区、第二分区，第一分区最后停止运行。

有益效果：与现有技术相比，本发明通过优先运行靠近外侧的埋管，并且靠近外侧埋管运行时间较长，可以有效的使埋管区域的冷热量散发出去，保证垂直地埋管区域的热平衡性。根据温度变送器测试的各个环路的温度情况，夏季当某环路的温度超过最高设定温度(供热季低于最低设定温度)时，由主控制器关闭该分区环路的电动控制阀门，即延长此区域埋管的恢复期，当低于最低设定温度(供热季高于最高设定温度)时，由主控制器开启该分区环路的电动控制阀门，如此循环判断控制使整个垂直地埋管区域温度不均匀性降低。可以有效的缓解垂直地埋管区域热堆积，提高热平衡性和稳定性，保证地源热泵系统稳定高效运行。随着负荷和地温的变化，自动调整垂直地埋管运行区域，使冷热量更容易扩散，使各区域间歇运行，有利于地温的恢复，从而缓解或消除埋管区域土壤冷热堆积现象，维持土壤的热稳定性，使得地源热泵系统高效运行。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明的信号系统图；

图3是本发明的垂直地埋管内中外分区结构图；

图4是本发明的垂直地埋管块状分区结构图；

图5是本发明的垂直地埋管间隔分区结构图；

图6是本发明的不分区和内中外分区策略垂直埋管区域内各监测点设置示意图；

图7是本发明的块状分区策略垂直埋管区域内各监测点设置示意图；

图8是本发明的间隔策略垂直埋管区域内各监测点设置示意图。