[发明专利]一种地热-热电协同空调系统

说明书

本发明提供一种地热‑热电协同空调系统，其包括室外地源采集系统以及一个或多个终端热电空调系统，其中所述终端热电空调系统包括热电模块以及分别与所述热电模块的两侧进行热交换的散热翅片和换热水箱，其中所述换热水箱与所述室外地源采集系统流体连通形成回路，以通过所述室外地源采集系统采集的地下循环水为所述热电模块提供热量或冷量。本发明的地热‑热电协同空调系统既保留了传统地源热泵技术的清洁可再生、高制冷/制热效率的特点，又去除了传统地源热泵中高耗电能的压缩机等部件以及对环境造成污染和破坏的含氟制冷/制热媒质，并且实现了终端热能的独立控制。

技术领域

本发明涉及一种分立式空调系统，具体涉及一种基于地热-热电协同联用技术的新型分立式空调系统。

背景技术

地热空调系统，亦称为地源热泵(Geothermal Heat Pumps)，是一种利用储藏于地表浅层的地热资源(约47％的太阳辐射能量)，将陆地浅层土壤或者地下水作为冷热源，进行能量转换的制冷/供暖技术。地表的土壤和水体是一个巨大的动态能量平衡系统，可以自然地保持能量接受和发散的相对平衡，温度长年保持在10～25℃之间，其作为冷热源使得地热空调系统具有着较高的制冷和制热系数。地源热泵技术基于储量巨大的太阳能和地能，且不受地域和资源的限制，具有环保、节能、应用范围广、清洁可再生等诸多优点。自1912年由瑞士的科学家提出到现今，地源热泵技术已在包括瑞士、挪威、瑞典、加拿大、美国、日本、中国等多个国家得到很好的发展和应用。

传统的地热空调系统由室外地源换热系统、地源热泵主机系统和室内末端风机系统三个部分组成，其二维结构示意图如图1所示，其中，11为水泵，12为滤水装置，13为热泵主机系统，131为蒸发器，132为压缩机，133为膨胀阀，134为冷凝器，14为风机盘管，151、152、153和15n代表不同的终端房间。

室外地源换热系统是指埋藏于地表以下与地下水交换能量的换热器装置，有开式系统和闭式系统之分。开式系统是指地下水在循环泵的驱动下，直接流经地源热泵机组或者通过中间换热器进行热交换的系统；闭式系统是指将防冻液注入在深埋于地下的封闭塑料管内，通过换热器与水或土壤交换能量的封闭系统，其优点是闭式系统不受地下水位、水质等因素影响。室外的地源热源可以是地下水、江河湖水、海水、水库水、城市中水等各类水资源或土壤源。

所述热泵主机系统主要由蒸发器、压缩机、膨胀阀和冷凝器四部分构成，通过让液态工质(制冷剂或冷媒)不断完成蒸发(吸取环境中的热量)→压缩→冷凝(放出热量)→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。

室内末端风机系统包括风机、盘管以及终端空调等装置。室内末端风机系统由盘管和风机完成热量在应用场景和地源热泵系统之间的交换。

当地源热泵工作时，通常只需通过输入少量的电能就可将陆地浅层的低品位热能向高品位热能转移，因此，地源热泵具有较高的制冷、制热系数。当前，地源热泵的制冷/制热系数(COP)介于3.5到4.4之间，即消耗1kWh的电能，用户可以得到3.5kWh到4.4kWh的冷量或热量。相比于其它形式的热泵，如空气源热泵或者电供暖系统，在同等输出热量的前提下，地源热泵的电力消耗只有空气源热泵的60％、电供暖系统的30％，它的制热效率也比燃气锅炉的效率提高了近50％。

然而，当前地源热泵的发展，特别是大型地热中央空调的发展遇到了瓶颈问题，主要表现在以下几个方面：(一)常规的压缩机热泵仍需要使用大量的含氟制冷剂，会对环境造成非常大的污染和破坏；(二)地热中央空调的终端独立操作性很差，在一些情况下会造成很大的能源浪费，例如为了满足10％终端房间的制冷或取暖需求，整个热泵系统仍需要消耗80％～90％的满负荷运载电能；(三)大型的热泵系统，特别是压缩机，对于一个500平方米的工作空间，通常需要将近百千瓦的压缩机，其满负荷运行时的耗电量巨大。特别是在应用大型地热中央空调系统的工厂、学校、医院、机场等场景中，这些问题尤为突出。

发明内容