热泵反季节蓄能装置及其蓄能方法.pdf

本发明涉及一种热泵反季节蓄能装置，包括蓄能水池，水源热泵和空调器，水源热泵一端连接有进水管和出水管，水源热泵另一端与供水管和回水管连接，空调器接在供水管和回水管之间，蓄能水池的池底和池壁铺设有柔性防水保温层，工质水体存储在蓄能水池内，工质水体的顶部具有悬浮的绝热保温板，绝热保温板上面与蓄能水池上部的池壁构成表面平衡水池，平衡水体存储在表面平衡水池内，且蓄能水池上具有使工质水体压力与平衡水体压力相等的平衡机构，进水管和出水管的一端与工质水体相通，水源热泵的进水口与进水管之间以其回水口与回水管之间连接有循环水泵。本发明具有结构简单、受力易平衡，水体造价低廉，循环周期长、节电节能的特点。

1.  一种热泵反季节蓄能装置，包括蓄能水池(2)，水源热泵(10)和空调器(12)，水源热泵(10)一端的进水口和出水口分别连接有进水管(4)和出水管(5)，水源热泵(10)另一端的供水口和回水口分别与供水管(13)和回水管(11)连接，空调器(12)接在供水管(13)和回水管(11)之间，其特征在于：所述蓄能水池(2)的池底和池壁铺设有柔性防水保温层(3)，工质水体(6)存储在蓄能水池(2)内，工质水体(6)的顶部具有悬浮的绝热保温板(7)，绝热保温板(7)上面与蓄能水池(2)上部的池壁构成表面平衡水池，平衡水体(1)存储在表面平衡水池内，且蓄能水池(2)上具有使工质水体(6)压力与平衡水体(1)压力相等的平衡机构，进水管(4)和出水管(5)的一端与工质水体(6)相通，水源热泵(10)的进水口与进水管(4)之间以其回水口与回水管(11)之间连接有循环水泵(9)。

2.  根据权利要求1所述的热泵反季节蓄能装置，其特征在于：所述的进水管(4)位于蓄能水池(2)的下部，而出水管(5)位于蓄能水池(2)的上部。

3.  根据权利要求1所述的热泵反季节蓄能装置，其特征在于：所述平衡机构为设置在绝热保温板(7)上至少一个使平衡水体(1)与工质水体(6)相通的对流孔(8)。

4.  根据权利要求1所述的热泵反季节蓄能装置，其特征在于：所述平衡机构为两个独立与大气相通的气管，且各气管的另一端分别与表面平衡水池内的平衡水体(1)和蓄能水池(2)内的工质水体(6)相通。

5.  一种如权利要求1所述的热泵反季节蓄能方法，其特征在于：将工质水体存储于地表具有柔性防水保温层的蓄能水池内，绝热保温板悬浮于工质水体上，平衡水体存储于绝热保温板上面与蓄能水池上部构成的表面平衡水池内，工质水体的压力与平衡水体的压力保持相等，工质水体通过进水管和出水管以及空调系统中的循环水通过供水管和回水管分别与水源热泵相通，在夏季供冷时，通过水源热泵在制冷同时，向蓄能水池中排放大于55℃的冷凝热水并存储，作为冬季水源热泵的热源使用；在冬季供热时，通过水源热泵在供热的同时，将蒸发器中低于5℃的冷水存储于蓄能水池中，待夏季时作为水源热泵的冷却水使用或作为冷冻水直接使用。

热泵反季节蓄能装置及其蓄能方法
技术领域
本发明涉及一种热泵反季节蓄能装置及其蓄能方法，属于地下水供热技术领域。
背景技术
水源热泵技术是利用地球表面浅层水源中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。目前利用地下蓄能水池的空调系统，主要由地下蓄水池、电锅炉以及水源热泵构成，在夜间低谷电时段将电能转化为热能，储存在蓄能水池中，解决24小时建筑采暖。
但地下蓄能水池将承重地桩打在地下岩石层上，蓄能水池各面都采用钢筋混凝土结构，池内四周及底板内侧敷设防水保温层，顶板下方采用承重梁保证上方的覆土承重要求，因此种结构的地下蓄能水池存在以下问题。
1)、受力点多、结构复杂。
由于蓄能水池建于地下，并采用钢筋混凝土的刚性结构，受到地下水浮力、自身重力、承重地桩支撑力、四周立面外侧土壤压力、内侧池内水压力、地面覆土压力以及由于不同点沉降速度不同形成的剪切力、地震波影响所形成的横向及纵向剪切力等，使得地下蓄能水池的受力计算非常复杂，考虑的安全因素很多，安全系数较大，结构和配筋要求都很高。
2)、单位体积蓄能水池造价高昂。
由于地下蓄能水池复杂的结构及受力特点，导致蓄能水池的建设费用居高不下，通常情况下，地下蓄能水池的造价在450元/m³～580元/m³左右，如果遇到特殊的地质结构，则地下蓄能水池的建设成本还会不断增加。
3)、受地形及结构所限，蓄能水池体积受限。
受工程用地及蓄能水池自身特点的限制，地下蓄能水池的体积一般为数千立方米，所能提供的空调系统蓄能量极为有限，一般只能满足一栋建筑或相邻的几栋建筑的能量供应需求，无法满足区域化供能的要求。
4)、循环周期短、省钱不节能。
地下蓄能水池的供能方式一般以一天为一个循环周期，利用夜间的低谷电价蓄能运行，使得运行电费有所节约，而运行耗电量却比常规系统更多，是一个节钱但不节电的系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、受力易平衡，水体造价低廉，循环周期长、节电节能的热泵反季节蓄能装置及其蓄能方法。
本发明为达到上述目的技术方案是：一种热泵反季节蓄能装置，包括蓄能水池，水源热泵和空调器，水源热泵一端的进水口和出水口分别连接有进水管和出水管，水源热泵另一端的供水口和回水口分别与供水管和回水管连接，空调器接在供水管和回水管之间，其特征在于：所述蓄能水池的池底和池壁铺设有柔性防水保温层，工质水体存储在蓄能水池内，工质水体的顶部具有悬浮的绝热保温板，绝热保温板上面与蓄能水池上部的池壁构成表面平衡水池，平衡水体存储在表面平衡水池内，且蓄能水池上具有使工质水体压力与平衡水体压力相等的平衡机构，进水管和出水管的一端与工质水体相通，水源热泵的进水口与进水管之间以其回水口与回水管之间连接有循环水泵。
本发明的热泵反季节蓄能方法，其特征在于：将工质水体存储于地表具有柔性防水保温层的蓄能水池内，绝热保温板悬浮于工质水体上，平衡水体存储于绝热保温板上面与蓄能水池上部构成的表面平衡水池内，工质水体的压力与平衡水体的压力保持相等，工质水体通过进水管和出水管以及空调系统中的循环水通过供水管和回水管分别与水源热泵相通，在夏季供冷时，通过水源热泵在制冷同时，向蓄能水池中排放大于55℃的冷凝热水并存储，作为冬季水源热泵的热源使用；在冬季供热时，通过水源热泵在供热的同时，将蒸发器中低于5℃的冷水存储于蓄能水池中，待夏季时作为水源热泵的冷却水使用或作为冷冻水直接使用。
本发明采用上述技术方案具有以下优点：
1)、受力易平衡、结构非常简单。
本发明将绝热保温板悬浮于工质水体和平衡水体之间，由于工质水体的压力与平衡水体的压力保持相等，使得绝热保温板能够悬浮于水中，达到受力平衡，加之蓄能水池的地表铺设有柔性防水保温层，故蓄能水池内的工质水体的压力与周围土壤的支持力均能达到平衡，无需任何固定装置，不存在沉降及其它力学不平衡问题，即使地震对此蓄能装置也没有很大影响。
2)、单位蓄能水池造价低廉。
本发明蓄能水池通过绝热保温板将水分为工质水体和平衡水体，其主为费用为开挖土方费用、绝热保温板以及蓄能水池池壁的柔性防水保温层费用，经初步测算每立方米蓄能水体的造价约为50元，大大低于地下蓄能水池500元/m³的施工费用。
3)、蓄能水体体积不受限制，可实现大面积建筑的空调使用。
本发明能采用开放蓄能水池，上部的平衡水体可作为景观湖，由于绝热保温板下部的工质水体的体积可达数十万至数百万立方，能为100万m²以上的建筑提供夏季供冷和冬季采暖。
4)、循环周期长、节能减排效益明显。
本发明的工质水体通过绝热保温板和平衡水体以及柔性防水保温层进行保温，而且工质水体的冷热交换以一年为循环周期，故能将夏季的热量蓄存至冬季使用，而冬季换热后的冷量蓄存至夏季释放，实现了建筑冬夏季的冷热平衡，水源热泵的综合能效比cop值提高到5以上，可实现全年均匀节电80％以上。尤其本发明的工质水体蓄存的蓄能水池的温度远高于常规的地下水温，故能大大提高水源热泵的供冷供热的性能系数，不仅可降低机组能耗，节省运行费用，而且可减少机组尺寸、降低设备投资，节能减排效益明显。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
图1是本发明的结构示意图。
中：1-平衡水体，2-蓄能水池，3-柔性防水保温层，4-进水管，5-出水管，6-工质水体，7-绝热保温板，8-对流孔，9-循环水泵，10-水源热泵，11-回水管，12-空调器，13-供水管。
具体实施方式
见图1所示，本发明的热泵反季节蓄能装置，包括蓄能水池2，水源热泵10、循环水泵9和空调器12，蓄能水池2的池底和池壁铺设有柔性防水保温层3，柔性防水保温层3由抽毡、玻璃布等纤维织物做胎层的卷材，并喷覆有聚氨酯，或喷涂有聚氨酯的防水防渗高密度聚乙烯土工膜，施工方便，造价低。本发明的工质水体6存储在蓄能水池2内，工质水体6的顶部具有悬浮的绝热保温板7，该绝热保温板7的密度与水密度基本相同，如采用ABS树脂板等，绝热保温板7上面与蓄能水池2上部的池壁构成表面平衡水池，平衡水体1存储在表面平衡水池内，通过平衡水体1和绝热保温板7对工质水体6进行保温，同时该平衡水体1可作为景观湖，本发明的蓄能水池2上具有使工质水体6压力与平衡水体1压力相等的平衡机构，可如图1所示，该平衡机构为设置在绝热保温板7上至少一个使平衡水体1与工质水体6相通的对流孔8，通过绝热保温板7上的对流孔8，使工质水体6的压力与平衡水体1的压力保持平衡，本发明的平衡机构为两个独立与大气相通的气管，且两气管的另一端分别与表面平衡水池内的平衡水体1和蓄能水池2内的工质水体6相通，也可保持使工质水体6的压力与平衡水体1的压力保持平衡。见图1所示，本发明水源热泵10一端的进水口和出水口分别连接有进水管4和出水管5，其进水管4位于蓄能水池2的下部，而出水管5位于蓄能水池2的上部，进水管4和出水管5的一端与工质水体6相通，使工质水体6充分循环和利用，水源热泵10另一端的供水口和回水口分别与供水管13和回水管11连接，空调器12接在供水管13和回水管11之间，使空调系统中的循环水与水源热泵相通，本发明的水源热泵10为现有的热泵机组，由蒸发器、压缩机、膨胀阀以及冷凝器等构成，蒸发器分别通过压缩机和膨胀阀与冷凝器相连接，即水源热泵10的两端的蒸发器和冷凝器与进水管4和出水管5以及供水管13和回水管11连接。当水源热泵10制冷时，与工质水体6相通的进水管4和出水管5与冷凝器相连接，作为水源热泵的冷却水，而与空调系统中的循环水相通的供水管13和回水管11与蒸发器相连接，当水源热泵10高温高压的制冷剂气体从压缩机出来进入冷凝器，制冷剂向工质水体6放出热量，形成高温高压液体，使工质水体6水温升高，将温度大于55℃的工质水体6通过出水管5存储在蓄能水池2内，制冷剂再经过膨胀阀膨胀成低温低压液体，进入蒸发器吸收空调系统中的循环水的热量，此时的循环水为冷冻水，蒸发成低压蒸汽，使空调系统中冷冻水的水温降低，并通过空调器12给建筑物供冷，如此循环在蒸发器中获得空调系统中的循环水即冷冻水通过空调器12进行制冷。当水源热泵10制热时，与工质水体6相通的进水管4和出水管5与蒸发器相连接，作为水源热泵的热源，而与空调系统中的循环水相通的供水管13和回水管11与冷凝器相接连接，水源热泵10高温高压的制冷剂气体从压缩机出来进入冷凝器，制冷剂向空调系统中的循环水放出热量而冷却成高压液体，此时的循环水为供热水，由于供热水吸热而使水温升高，给建筑提供冬季采暖，制冷剂再经过膨胀阀膨胀成低温低压液体，进入蒸发器吸收工质水体6中的热量，蒸发成低压蒸汽使工质水体6水温降至5℃以下，低温的工质水体通过出水管5存储在蓄能水池2内，低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高温高压气体，如此循环在冷凝器中获得供热水。本发明在水源热泵10一端的进水口与进水管4之间以其出水口与回水管11之间连接有循环水泵9，通过循环水泵9分别使工质水体6和空调系统中的循环水即冷冻水或供热水充分循环进行冷热交换。
本发明热泵反季节蓄能方法，将工质水体6存储于地表具有柔性防水保温层3的蓄能水池2内，绝热保温板7悬浮于工质水体6上，平衡水体1存储于绝热保温板7上面与蓄能水池2上部构成的表面平衡水池内，工质水体6的压力与平衡水体1的压力保持相等，工质水体6通过进水管4和出水管5以及空调系统中的循环水通过供水管13和回水管11分别与水源热泵10相通，在夏季供冷时，通过水源热泵10在制冷同时，向蓄能水池2中排放55℃以上的冷凝热水并存储，通常该冷凝热水的温度可达60℃，其工质水体6作为冬季水源热泵10的热源使用；在冬季供热时，通过水源热泵10在供热的同时，将蒸发器中低于5℃的冷水存储于蓄能水池2中，其工质水体6可达2℃左右，待夏季时作为水源热泵10的冷却水使用，还可以作为冷冻水直接提供给空调系统中的循环水使用。