利用地热的除湿再热空调系统技术领域
本发明是关于空调系统，特别是关于一种利用地热的除湿再热空调系统。
背景技术
过去,夏季制冷时,利用系统的进水温度为6～7℃的低温冷水,通过冷却盘管进行
冷却,但是发生过这样的情况,如果控制温度,则不能完全除湿,相反,如果优先除湿,则进
风温度降低,室内居住者有寒冷的感觉。
因此，为了在冷却除湿之后达到合适的温度,开发了如专利文献1(日本专利公示
2010-78312号公报)中所示的,设有再热盘管,可进行除湿再热的空调装置。但为了进行再
热,除了冷却热源以外,还需要消耗温水热源动力或电热器的加热动力。
通过图1和图2对该项过去的技术进行说明。图1中，设置了冷却除湿用的冷水盘管
a以及为保持其出风侧合适温度的再热盘管b.通过冷水盘管a比如7℃左右的低温冷水对新
风OA进行湿度控制，然后通过再热盘管b，比如46℃左右的温水，进行温度控制，通过送风机
c将空调的空气送入到室内。另外，通常在冷水盘管a的进风侧配置空气过滤器d，在再热盘
管b的出风侧的送风机c的进风侧配置加湿器e。
以上述配置进行启动，空调状态如图2的空气线图所示，为达到冷却除湿的效果，
通过冷水盘管a的低温冷水，将较高的新风温度A大幅度地一次性降到露点温度B。因此，产
生了问题点，为达到合适的出风温度C，除了冷却热源以外，还需要消耗热水热源动力和电
热器的再热盘管b的加热动力。
但是，近几年来随着社会形势的发展，呼吁削减用电量，作为环境对策从服装上下
功夫，推行夏季清凉装，宣传要将室内温度调至28℃，但如果使用冷水方式(普通空调)的空
调系统，则湿度变高，室内28℃就会感觉不舒适，所以最终结果还是要降低设定温度。为解
决此问题，就必须使用除湿再热空调系统，即便同样是室内温度28℃，却会降低室内的湿
度，但该除湿再热空调系统就存在上述的缺陷。
因此，发明者们提出了如专利文献2(日本专利公示2014-62651号公报)中所示的
方案，利用冷水的除湿再热空调系统中，通过冷水盘管的返回水进行再热，可以实现节能的
除湿再热空调装置。
该除湿再热空调系统的工作过程是，先吸入新风，冷却后进行再热，最后送风。为
了进行冷却，在进风侧配置了中温冷水盘管，在其出风侧配置了低温冷水盘管，在低温冷水
盘管的出风侧设置了再热盘管；提供给中温冷水盘管的冷水温度比新风温度低，比提供给
低温冷水盘管的冷水温度高。工作时，通过该中温冷水盘管对新风进行预冷，然后通过低温
冷水盘管进行冷却，达到所定目标的绝对湿度，再将中温冷水盘管冷却后的返回冷水提供
给再热盘管，通过返回冷水进行除湿再热。
但是，上述除湿再热空调系统不仅需要中温冷水盘管和低温冷水盘管，还被寄予
期望能有更加节能的方案。
那么，正如专利文献2中所示，在空调系统中，还存在地热这一热源。
与本发明有关的现有技术还有专利文献3(日本专利公示2009-36413号公报)。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种利用地热的除湿再热空调系
统，将地热作为再热的热源，可以对湿度和温度分别控制，制冷和制热时均可实现节能，也
可以使盘管的数量减少，简化结构。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
一种利用地热的除湿再热空调系统，其特征在于，所述除湿再热空调系统为完备
的空调系统，包括热泵回路、冷温水盘管以及再热器，其中，热泵回路包含有蒸发器和冷凝
器，从该热泵回路中流出的冷温水供给冷温水盘管；在所述除湿再热空调系统中，
制冷时，将所述蒸发器冷却后的冷水提供给所述冷温水盘管的同时，被地下埋设
的地热交换器冷却的冷水，经过所述冷凝器进行加热，然后提供给再热器，再热器加热过的
水最后循环提供给所述地热交换器中。
制热时，将所述冷凝器加热后的温水提供给所述冷温水盘管的同时，被地下埋设
的地热交换器加热过的温水，通过所述蒸发器进行冷却，冷却之后的冷水不再导入到再热
器中，而是直接循环流入到所述蒸发器中。
进一步地，在所述的再热器的入口侧和出口侧之间设置有具有混合控制功能和旁
路功能的三通阀。
与现有技术相比较，本发明取得了如下有益的技术效果：
1、通过本发明权利要求1所述的利用地热的除湿再热空调系统,可以对湿度和温
度分别进行控制,利用地热作为再热的热源,不管是制热还是制冷,都可以实现节能,以及
简化盘管数量。特别是利用地热这一自然能源,代替了过去的系统中用于再热的加热盘管
和电热器,所以不需要通过燃烧燃料进行加热的热源或电热器这些再热热源.也就是说,不
需要热水热源动力(蒸汽生成燃料)或者加热电力,从而可以提高节能效果.
另外,提高了每千瓦用电量的冷却、加热能力即COP。比如,以夏季为例,在一般的
热泵系统中,室外机的散热是通过新风实现的,但如果利用新风,则必须通过30℃左右的新
风进行散热。而本发明利用地热,就可以通过15℃左右的水进行散热,与利用新风相比较,
提高了散热的效率。
2、权利要求1所述的利用地热的除湿再热空调系统,在再热器的入口侧和出口侧
之间设置了具有混合控制功能和旁路功能的三通阀,这样,再热器实现了在夏季制冷时进
行再热控制,冬季制热时停止再热运转。
附图说明
图1是过去使用水盘管的除湿再热空调装置的概略图。
图2是对过去空气状态变化进行说明的空气线图。
图3是本发明实施例1的夏季制冷时的构成概略图。
图4是本发明实施例1的冬季制热时的构成概略图。
图中，
G…地下，
1…除湿再热空调系统，
2…热泵回路，
21…第1热交换器，211…热源盘管，211a、211b…出入口，212…受热盘管，212a、
212b…出入口，
22…第2热交换器，221…热源盘管，221a、221b…出入口，222…受热盘管，222a、
222b…出入口，
23…压缩机，23a…入口，23b…出口，
24…电子膨胀阀，25…配管，26…四通阀，
3…空调器，31…空气过滤器，32…冷温水盘管，32a…入口，32b…出口，33…再热
器，33a…入口，33b…出口，34…加湿器，35…送风机，
4…地热交换器，41…地热交换配管，
5…制冷制热配管，51，52，53，54…开关阀，55…流量控制二通阀，56…泵，
6…再热配管，61、62、63、64…开关阀，65…流量控制三通阀，66…泵，
a…冷水盘管，b…再热盘管，c…送风机，d…空气过滤器，e…加湿器，
A…新风温度，B…露点温度，C…出风温度。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作详细说明。
【实施例】
根据图3，对本发明实施例的利用地热的除湿再热空调系统以及装置概要进行说
明，除湿再热空调系统1是由热泵回路2和空调器3以及地热交换器4连接而成。热泵回路2是
由第1热交换器21、第2热交换器22、压缩机23、电子膨胀阀24构成，通过配管25和四通阀26
把这些连接起来。空调器3是由空气过滤器31、冷温水盘管32、再热器33、加湿器34和送风机
35构成。
[制冷时的构成及运转]
在此，主要对夏季制冷时的构成及运转进行说明，如图3所示，被热泵回路2的压缩
机23压缩的冷媒从压缩机23的出口23b经由四通阀26，导入到用于冷却的作为冷凝器的第2
热交换器22的热源盘管221的出入口221a(夏季是入口)，冷媒再从热源侧盘管221的出入口
221b(夏季是出口)经由电子膨胀阀24，导入到用于加热的作为蒸发器的第1热交换器21的
热源盘管211的出入口211a(夏季是入口)中。从热源侧盘管211的出入口211b(夏季是出口)
通过四通阀26，导入到所述压缩机23的入口23a，进行循环运转。
另一方面，除湿再热空调系统1的空调机3，从新风侧依次配置了空气过滤器31、冷
温水盘管32、再热器33、加湿器34和向室外送风的送风机35。
另外，本发明所述利用地热的除湿再热空调系统1，是利用离地表150m深度的地下
G的地热，该地热通常温度是10℃至20℃。因此，地热交换器4中埋设了地热交换配管41，其
结构是由垂直设计型的U字形配管和水平埋设型的Z字形配管构成。即便不是地下，如果地
热温度稳定的话也可以利用井水作为地热。
通过配管和各种控制阀将热泵回路2、空调器3和地下热交换器4连接起来，通过图
3(夏季制冷时)，对此进行说明。将此结构与冷温水盘管32(夏季是冷水盘管)连接，与第1热
交换器21之间的关系进行说明。
如图3所示，冷温水盘管32和第1热交换器21是通过制冷制热配管5和各种控制阀
连接而成。
若详细说明，则是通过开关阀51，将第1热交换器21(蒸发器)的受热盘管212的出
入口212b(夏季是出口)和冷温水盘管32的入口32a进行连接，途经泵56(泵可以设置在流道
中的任何一处，图中，白色阀是开，黑色阀是关，实线配管是开，虚线配管是关)，通过冷温水
盘管32冷却的水对空气进行制冷，冷温水盘管32的加热后的水从出口32b在途中通过流量
控制二通阀55及开关阀52，流入到第1热交换器21(蒸发器)的受热盘管212的出入口212a
(夏季是入口)，如此进行循环。另外，制冷时开关阀53和54是关闭状态，没有开启。
因此，夏季制冷时的运转是通过构成热泵回路2的蒸发器的第1热交换器21，将冷
媒水从12℃冷却到7℃，提供给冷温水盘管32，冷温水盘管32中用7℃的水冷却空气，冷媒水
回温到12℃左右时，再通过构成热泵回路2蒸发器的第1热交换器21，将冷媒水从12℃冷却
到7℃，如此进行循环。
本发明的特征之一是，将地热应用于再热器33，如图3所示，再热器33和第2热交换
器22以及地下热交换器4是通过再热配管6和各种阀门连接而成。
若详细说明，是通过开关阀61以及途中控制流量的流量控制三通阀65，将第2热交
换器22(冷凝器)的受热盘管222的出入口222b(夏季是出口)和再热器33的入口33a进行连
接。(与制冷制热配管5相同，图中，白色阀是开、黑色阀是关、实线配管是开、虚线配管是
关)。
并且，通过再热器33对空气进行加热,反过来,通过再热器冷却的水从出口33b排
出的同时,通过流量控制三通阀65,将从出入口222b(夏季是出口)排出的一部分温水混入
到冷却水中,从而提高水的温度,然后将水提供给地热交换器4的地热交换配管41,进行冷
却,再经过泵66以及开关阀62,提供给第2热交换器22(冷凝器)的受热盘管222的出入口
222a(夏季是入口),如此进行循环。另外,在制冷时开关阀63、64是关闭状态，没有开启。
因此，夏季制冷时的运转方式是，通过构成热泵回路2的冷凝器的第2热交换器22，
将冷媒水从15℃左右加热到20℃左右，然后提供给再热器33，再热器33中通过20℃左右的
水对空气进行加热，冷媒水由于空气的原因被冷却到15℃左右，通过流量控制三通阀65，将
冷凝器中的一部分温水混入到15℃左右的冷凝水中，冷凝水的温度上升到19℃左右，然后
提供给地热交换器4，通过15℃左右的地热进行冷却，冷凝水的温度降到15℃左右，再通过
构成热泵回路2冷凝器的第2热交换器22，将冷凝水从15℃左右升温至20℃左右，如此进行
循环。
通过这样的方式，将地热用于再热器33的加热，其结果是，通过使用地热，采用水
冷加热泵技术提供的冷水(制热时用温水)，主要可以降低再热所需的电力，同时也减轻了
热泵回路2的负荷，为节能作出贡献。
此外，本实施例中的各配管上显示的温度仅表示制冷时比较平均的有代表性的温
度。但实际显示温度会因当年的实际情况而上下波动。对应室内要求的温度湿度，只要对流
量控制二通阀55和流量控制三通阀65的流量进行控制即可，地热温度稳定，通常是15℃左
右，但是有时也会在10℃至20℃范围之内变化，发生这种情况时，通过流量控制三通阀65，
对提供给地下的水的水温进行调节，使其比地热温度高，再通过地热冷却水温，最后提供给
第2热交换器22(冷凝器)的话，第2热交换器22(冷凝器)可以进一步被冷却，这样压缩机23
中的降温负荷也会减轻，其结果是可以为节能作贡献。
[制热时的构成以及运转]
接下来，主要对冬季制热时的构成及运转进行说明，如图4所示，与图3制冷时不同
的是，再热器33不需要启动，低热专门用于热泵回路2制热时，构成蒸发器的第2热交换器的
冷却环节，因此，热泵回路2中，切换四通阀26，将第1热交换器21制冷时的蒸发器在制热时
作为冷凝器，将制冷时的冷凝器在制热时作为蒸发器，进行运转。
以下主要对冬季制热时的构成和运转进行说明，如图4所示，首先，由于制冷时将
蒸发器和冷凝器进行调换，所以通过热泵回路2的压缩机23，被压缩的冷媒从压缩机23的出
口23b，经过四通阀26，导入到构成冷凝器的第1热交换器21的热源盘管211的出入口221b
(冬季是入口)，再从热源侧盘管211的出入口211a(冬季是出口)，经过电子膨胀阀24导入到
构成冷却蒸发器的第1热交换器22的热源盘管221的出入口221b(冬季是进口)，最后从热源
侧盘管211的进出口211a(冬季是出口)，经过四通阀26导入到上述的压缩机23的入口23a
中，如此进行循环。
通过配管和各种控制阀将热泵回路2和空调器3以及地热交换器4连接起来，就形
成制热，所以，制热制冷配管5的开关阀51、52、53、54以及制冷制热配管6的开关阀61、62、
63、64的开关，与图3制冷时相反。
首先，对冬季制热时的冷温水盘管(冬季是温水盘管)32和第1热交换器21之间的
关系进行说明。
如图4所示，冷温水盘管32和第1热交换器21是通过制冷制热配管5和各种阀门连
接起来，通过开关阀53，将冷温水盘管32的入口32a与第1热交换器21(蒸发器)的受热盘管
212的出入口212a(冬季是出口)进行连接(图中，白色阀是开、黑色阀是关、实线配管是开、
虚线配管是关)，通过冷温水盘管32加热过的水，对空气进行制热，冷温水盘管32中稍微冷
却的水从出口32b，途中经过流量控制二通阀55以及开关阀54，流入到第1热交换器21(蒸发
器)的受热盘管212的出入口212b(冬季是入口)，如此进行循环。另外，在制热时开关阀51、
52是关闭状态,没有开启。
因此,冬季制热时的运转方式是,通过构成热泵回路2冷凝器的热交换器21,将冷
媒水从40℃左右加热到45℃左右,提供给冷温水盘管32,通过冷温水盘管32,以45℃左右的
水对空气进行制热,制热之后,水又冷却到40℃左右,此时再通过构成热泵回路2冷凝器的
第1热交换器21,将冷媒水从40℃左右加热到45℃左右,如此进行循环.
其次,主要对冬季制热时的蒸发器(第2热交换器22)和再热器33以及地热交换器4
之间的构成及运转进行说明，如图4所示，再热器33没有启动，所以第2热交换器22和地热交
换器4是通过地热交换配管41和各种阀门连接起来的。
正如上述的那样，热泵回路2的第2热交换器22作为蒸发器进行运转，首先，从第2
热交换器22(蒸发器)的受热盘管222的出入口222a(冬季是出口)排出被冷却到10℃左右的
水，所有的水从开关阀63经过流量控制三通阀65，供给地热交换器4的地热交换配管41中，
从10℃加热到15℃，再经过泵66以及开关阀64，供给第2热交换器22(蒸发器)的受热盘管
222的进出口222b(冬季是入口)，如此进行循环。另外，在制热时开关阀61、62是关闭状态，
没有开启。
因此，冬季制热时的运转方式是，通过构成热泵回路2蒸发器的第2热交换器22，将
冷媒水从15℃左右冷却到10℃左右，经蒸发器冷却的水，通过流量控制三通阀65，绕过再热
器33，供给地热交换器4，再通过15℃左右的地热加热，最后通过构成热泵回路2蒸发器的第
2热交换器22，将15℃左右的冷媒水从15℃冷却到10℃左右，如此进行循环。
如此，使用地热以及采用水冷热泵技术供给温水，通过使用该水，可以降低制热所
需的用电量，也减轻了热泵回路2的负荷，可以为节能做出贡献。另外，即便不是地下，只要
温度稳定，也可以使用井水。
另外，本实施例中的各种配管上显示的温度与上述的制冷时一样，表示比较平均
的有代表性的温度。为对应室内的温度湿度要求，只要对流量控制二通阀55和流量控制三
通阀65的流量进行控制即可，也可以减轻压缩机23的升温负荷，其结果是可以为节能做贡
献。
以上为本发明所述利用地热的除湿再热空调系统的实施例，所述系统可以对湿度
和温度分别控制，将地热作为再热的热源，不管是制热还是制冷都可以实现节能，也可以使
盘管数简化。特别是利用了地热这一自然能源，可以代替过去系统的再热加热盘管和电气
加热器，所以不需要通过燃烧燃料进行加热的热源以及电气加热器等这些再热的热源。也
就是说，不需要温水热源动力(蒸汽生成燃料)或者加热电力，就可以提高节能效果。
另外,可以提高每千瓦用电量的冷却和加热能力即COP，比如,以夏季为例,在一般
的加热泵系统中,室外机的散热是通过新风实现的,但如果利用新风,则必须通过30℃左右
的新风进行散热.这里如果利用地热的话,就可以通过15℃左右的水进行散热,与利用新风
相比较,散热的效率提高了。
其次，由于在再热器33的入口侧和出口侧之间是设置了具有混合控制技能和旁路
功能的流量控制三通阀65,所以再热器33可以在夏季制冷时进行再热控制,冬季制热时停
止再热运转。
最后，只要无损于本发明的特征，本发明申请要求保护的范围就不限于以上的实
施例。