[发明专利]一种土壤源热泵及冷却塔复合系统以及该复合系统的优化控制方法

说明书

本发明提供一种土壤源热泵及冷却塔复合系统，按照管路流通顺序依次包括地埋管、热泵机组、风机盘管、冷水机组以及冷却塔；还包括有控制器。本发明引入制冷机组作为辅助冷源，冷却塔作为辅助散热源，地埋管、热泵机组可间歇运行，有利于土壤温度的恢复；通过系统的全年模拟，设定冷却塔启停温度，确定热泵机组高效运行的土壤温度区间，保证冷却塔与热泵机组始终高效率运行，可提高系统的运行能效；维持了土壤全年热平衡，解决了土壤源热泵在夏热冬冷、夏热冬暖地区使用时，夏季冷负荷远大于冬季热负荷，土壤的得热量大于排热量，土壤温度逐年升高的问题，保证了系统运行的高效与节能。

技术领域

本发明属于地源热泵空调技术领域，具体设计一种土壤源热泵及冷却塔复合系统，以及该复合系统的优化控制方法。

背景技术

近年来，土壤源热泵利用地热这一可再生能源可实现节能减排的目标，且高效环保，在国内外均得到了广泛的研究与应用。但是土壤源热泵在夏热冬冷、夏热冬暖地区使用时，由于夏季冷负荷远大于冬季热负荷，导致土壤的得热量大于排热量，土壤温度逐年升高，严重影响热泵的性能，即土壤热失衡现象。

而在地源热泵系统中加入冷水机组与冷却塔，在夏季可同时运行两系统为室内供冷，在冬季则可仅采用地源热泵系统为室内供热。此复合式系统可以使得土壤的得热量减小，较好地解决土壤热失衡问题。

针对该系统，冷却塔的常用控制方案是在固定时间启停。但是此控制方案并不能保证冷却塔一直处于高效运行状态，也无法较为精确地控制全年向土壤取放热量的热平衡。而随着土壤温度的升高，冷凝温度升高，热泵机组的制冷能力下降。此外，夏季系统运行时，热泵机组与冷水机组的负荷分配与控制也是一个问题。

针对地埋管加冷却塔得地源热泵复合系统的控制问题，已经有了一些专利，如申请号CN201210367360.6名为地埋管及冷却塔地源热泵复合系统的控制系统及方法。该专利以热泵冷凝器出口流体温度与大气湿球温度之差为主要控制变量，以热泵冷凝器入口流体温度为辅助控制变量，通过优化控制冷却塔的启停，使其与地埋管换热器配合实现地源热泵复合系统的节能运行，并保证地下环境全年的冷热负荷平衡。

申请号CN201610345505.0名为一种地源热泵系统及冷却塔的启停控制方法的发明专利。该专利根据地源侧主机进水温度与室外空气湿球温度之差，控制冷却塔和地埋管与地源热泵主机的开启与关闭。该控制方法能使系统运行后土壤温度几乎维持不变，保证了地源热泵系统运行的高效性和节能性。

以上两种控制方法的控制变量较多，只有冷却塔这一辅助散热设备，未引入冷水机组作为辅助冷源，与本申请中的复合式系统结构、运行模式均不相同。且本申请中的控制方法可对系统的全年动态模拟，得到热泵机组能效处于较高水平热时的土壤温度，不断调整冷却塔的启停温度从而使能效提高。

因此，针对以上问题研制出一种能够维持高能效，并且能够维持土壤热平衡的系统及控制方法是本领域技术人员所急需解决的难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种土壤源热泵及冷却塔复合系统以及该复合系统的优化控制方法。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种土壤源热泵及冷却塔复合系统，按照管路流通顺序依次包括地埋管、热泵机组、风机盘管、冷水机组以及冷却塔；还包括有控制器；

热泵机组的地源侧入口通过地源侧循环水泵与地埋管相连，地源侧出口通过管路回流至地埋管，热泵机组的冷却侧出口依次通过冷冻水循环水泵以及风机盘管流入阀门流入风机盘管；

风机盘管的出口通过风机盘管流出阀门连通至冷水机组的盘管侧入口以及热泵机组的冷却侧入口；

冷水机组的盘管侧出口通过管路回流至风机盘管，冷水机组的冷却侧出口通过冷却水循环水泵与冷却塔的入口相连，并且冷却塔的出口还通过管路回流至冷水机组的冷却侧入口；

控制器分别与地源侧循环水泵、热泵机组、冷冻水循环水泵、风机盘管、冷却塔、冷水机组以及冷却水循环水泵相连。