一種用于供熱、制冷和提供熱水的能量平衡系統技術方案

本實用新型專利技術涉及一種用于供熱、制冷和提供熱水的能量平衡系統。所述能量平衡系統包括能量平衡罐、地源井、生活熱水用熱泵、天棚用熱泵、新風用熱泵、天棚系統和新風系統；所述能量平衡罐包括低溫區和高溫區，所述高溫區位于低溫區的上方，所述能量平衡罐分別與地源井、生活熱水用熱泵、天棚用熱泵和新風用熱泵相連，所述天棚用熱泵和天棚系統相連，所述新風用熱泵和新風系統相連。本實用新型專利技術在土壤源熱泵的利用過程中，平衡土壤消耗的熱量和冷量，避免了土壤產生長期的溫度轉移，同時不會導致不必要的能源消耗，提高了能源的利用率。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種能量平衡系統，尤其涉及一種用于供熱、制冷和提供熱水的 能量平衡系統。
技術介紹
目前隨著人們對室內舒適要求的提高，對空調采暖制冷的能耗也越來越大。常規 系統都是以處理后的空氣來為室內提供冷和熱，由于空氣的比熱容非常低，這就要求大尺 寸的風管來運輸這些空氣到室內，同時也給室內帶來了目前常見的一些問題浮塵、噪聲、 溫度分布不均等。制熱所需的熱源一般由市政熱力、燃油燃氣鍋爐、地源、水源或者空氣源熱泵提 供。制冷所需的冷源一般由制冷機組，通過冷卻塔或熱泵系統將熱量釋放到空氣里、土壤或 地下水中。良好的保溫、高性能的窗戶、可調節的外遮陽系統大大地降低了制冷采暖的負荷 和能耗，也為采用一些更為節能、舒適的制冷采暖系統提供了條件。用于生產熱水、頂棚輻 射采暖和新風制備的水溫完全不同冬季55°C 65°C的生活熱水，26°C 28°C冬季用于 頂棚輻射采暖，180C 200C冬季用于空氣預處理；夏季550C 65°C的生活熱水，20°C 22°C夏季用于頂棚輻射供冷，10°C 12°C夏季用于空氣除濕和冷卻，同時產生以上不同溫 度要求的水，目前主要是通過帶控制閥的熱交換器或通過單獨的熱泵循環來實現的，應用 這種實現方式的系統效率比較低，導致COP相對較低，將導致不必要的能源消耗。直接使用 三個不同的熱泵可以實現冬季或者夏季三種不同的水溫要求，但是這將導致不能夠有效利 用熱泵所產生的冷凝余熱來實現節能，比如利用制冷產生的余熱來制備熱水，利用生產生 活熱水所產生的冷量來制冷。另外除了以上這些情況，太陽能集熱器的使用應該被認為是 最佳的利用可再生能源的方式。然而太陽集熱器輸出熱水的溫度受天氣的影響較大，且當 輸出水溫比較低的時候集熱器的效率較高。
技術實現思路
本技術針對目前主要是通過帶控制閥的熱交換器或通過單獨的熱泵循環來 產生以上不同溫度要求的水，效率比較低，導致COP相對較低，將導致不必要的能源消耗的 不足，提供一種用于供熱、制冷和提供熱水的能量平衡系統。本技術解決上述技術問題的技術方案如下一種用于供熱、制冷和提供熱水 的能量平衡系統包括能量平衡罐、地源井、生活熱水用熱泵、天棚用熱泵、新風用熱泵、天棚 系統和新風系統；所述能量平衡罐包括低溫區和高溫區，所述高溫區位于低溫區的上方，所 述能量平衡罐分別與地源井、生活熱水用熱泵、天棚用熱泵和新風用熱泵相連，所述天棚用 熱泵和天棚系統相連，所述新風用熱泵和新風系統相連。本技術的有益效果是本技術在土壤源熱泵的利用過程中，平衡土壤消 耗的熱量和冷量，避免了土壤產生長期的溫度轉移，同時為了給熱泵系統儲存能量，一種可3視為免費的冷量(或者是免費的熱量)逐漸顯現出來，就替代了冷卻塔(干式冷卻塔還是濕 式冷卻塔取決于當地環境)帶走的熱量或者是燃氣生產利用以及發電過程中產生的余熱， 不會導致不必要的能源消耗，提高了能源的利用率。在上述技術方案的基礎上，本技術還可以做如下改進。進一步，還包括太陽能集熱器，所述太陽能集熱器和能量平衡罐相連。進一步，還包括冷卻塔，所述冷卻塔和平衡罐相連。 進一步，還包括換熱器，所述換熱器與天棚用熱泵和天棚系統相連。進一步，還包括輔助熱源，所述輔助熱源分別與天棚用熱泵和熱風用熱泵相連。進一步，所述輔助熱源為燃氣加熱盤管或者電加熱盤管。進一步，所述能量平衡罐為圓柱體形的立式罐，其高度與圓柱體的橫截面的直徑 之比大于2:1。能量平衡罐(圓柱體)中的熱分層可以保證能量平衡罐上下的水溫適中并保持在 最佳的可利用溫度范圍。為了避免罐中水的熱量混合，它的高與圓柱直徑比應該在2 :1之 上，且應在罐的中間高度或者1/3高度處放置一個帶有開孔率20%-50%的金屬片，以減弱上 下之間的熱流。當總計有100KW的熱量需求時，能量平衡罐的體積至少應該在Im3以上以 保證熱量供應的延遲性和穩定性。進一步，所述能量平衡罐的中間高度處或者1/3高度處放置一個帶有開孔率為 20% 50%的金屬片。在有熱量需求的情況下，地埋管的水泵將能量平衡罐底部的冷水抽出，利用地源 加熱并輸送至能量平衡罐的頂部。為天棚系統及新風系統提供熱量的熱泵將從能量平衡罐 的頂部抽取溫度較高的水，利用完熱量后將水送回至能量平衡罐的底部。這樣，就可以保證 熱泵系統一直在最佳的溫度條件下提取熱量。太陽能集熱器同樣可以從能量平衡罐底部取出冷水加熱后將溫度較高的水送至 能量平衡罐頂部，水泵的溫度控制裝置可以控制集熱器出水溫度，避免集熱器出水溫度低 于能量平衡罐頂部熱水溫度的情況發生。在有冷量需求的情況下，埋管的水泵將罐子上部的熱水抽出，對其進行冷卻后引 入能量平衡罐的底部，為天棚系統及新風系統提供冷量的熱泵將從能量平衡罐的底部抽取 溫度較低的水，利用完冷量后將水送回至能量平衡罐的頂部。生產生活熱水的熱泵系統同樣從能量平衡罐的頂部抽取溫度相對較高的水，利用 其熱量后輸送至能量平衡罐的底部。當建筑同時有冷量供應需求時，那么生活熱水的熱泵 系統就可以利用為天棚系統及新風系統提供冷量的熱泵輸送至能量平衡罐頂部的熱量。 為天棚系統及新風系統提供熱量及冷量的熱泵應該在可逆工況下進行使用，可以 在供熱工況下連接至能量平衡罐中的蒸發器，而在供冷工況下可以連接至能量平衡罐中的 冷凝器。附圖說明圖1為本技術用于供熱、制冷和提供熱水的能量平衡系統的結構示意圖一；圖2為本技術用于供熱、制冷和提供熱水的能量平衡系統的結構示意圖二 ；圖3為本技術用于供熱、制冷和提供熱水的能量平衡系統的結構示意圖三；圖4為本技術用于供熱、制冷和提供熱水的能量平衡系統的結構示意圖四。具體實施方式以下結合附圖對本技術的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用 新型，并非用于限定本技術的范圍。在一定的土壤溫度范圍內，地源可以吸收和放出熱量。如果土壤的放熱量大于吸 熱量，需要額外增加冷卻塔來釋放多余的熱量，反之，如果土壤的吸熱量大于放熱量，則需 要額外的燃油燃氣鍋爐或市政熱力來提供熱量。為了提高熱泵的效率，需要盡可能的從高 溫余熱中吸收熱量和從低溫余熱中吸收冷量。這樣，熱水在夏季就可以利用天棚和新風制 冷所釋放出來的熱量。這樣我們就可以考慮將低溫的太陽能集熱器產生的熱水導入處理低溫熱源的熱 泵冷熱水循環中，就像處理地源熱泵地埋管產生的低溫熱水一樣，從而可以取代直接利用 太陽能集熱器產生熱水這種一貫采用的但效率低的利用方式。在這種情況下，相對便宜的 低溫太陽能集熱器就可以取代昂貴的高溫集熱器，利用這些低品質的熱量。圖1為本技術用于供熱、制冷和提供熱水的能量平衡系統的結構示意圖一。 如圖1所示，在本實施例中，能量平衡罐1通過泵2和泵3與地源井24連結，泵2用來采暖， 泵3用來制冷，這兩個泵的組合也可以由一個泵和4個切換閥門組成。太陽能集熱器23也 可以用同樣的方式由泵21與能量平衡罐1連結起來。生活熱水用熱泵4利用泵5將溫水從能量平衡罐的頂部引出輸出生活熱水25，利 用完其熱量后再將生活熱水25由水泵5將其帶回能量平衡罐1的底部。天棚用熱泵6用于頂棚輻射采暖系統，水泵7將能量平衡罐1頂部的溫水引至天 棚用熱泵6的蒸發器處，利用其熱量后再將其引至能量平衡罐1的底部。閥門9、閥門12和 閥門17此時本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
CN 2009-12-25 200920350327.6一種用于供熱、制冷和提供熱水的能量平衡系統，其特征在于，所述能量平衡系統包括能量平衡罐、地源井、生活熱水用熱泵、天棚用熱泵、新風用熱泵、天棚系統和新風系統；所述能量平衡罐包括低溫區和高溫區，所述高溫區位于低溫區的上方，所述能量平衡罐分別與地源井、生活熱水用熱泵、天棚用熱泵和新風用熱泵相連，所述天棚用熱泵和天棚系統相連，所述新風用熱泵和新風系統相連。2.根據權利要求1所述的用于供熱、制冷和提供熱水的能量平衡系統，其特征在于，還 包括太陽能集熱器，所述太陽能集熱器和能量平衡罐相連。3.根據權利要求2所述的用于供熱、制冷和提供熱水的能量平衡系統，其特征在于，還 包括冷卻塔，所述冷卻塔和平衡罐相連。...

【專利技術屬性】
技術研發人員：田原，布魯諾凱樂，李光亞，
申請(專利權)人：北京凱樂世紀建筑技術有限公司，
類型：實用新型
國別省市：11