熱能系統(tǒng)和操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱能系統(tǒng)和操作熱能系統(tǒng)的方法。本發(fā)明特別應(yīng)用在與建筑物(特別是家庭住宅樓或者工業(yè)或商業(yè)建筑)連接或組合的系統(tǒng)中。本發(fā)明在諸如集中制冷和供暖系統(tǒng)以及工業(yè)冷藏和/或程序加熱等領(lǐng)域也具有廣泛應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]許多建筑物具有通過建筑物內(nèi)的系統(tǒng)產(chǎn)生供暖和/或制冷的需求。例如，供暖、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)有時需要增加熱量的供應(yīng)，或者有時候需要制冷，或者兩者都需要，即同時供暖和制冷。一些建筑物(例如超市)采用大規(guī)模工業(yè)冷藏系統(tǒng)，其具有需要恒定冷源的冷凝器，以放出熱量。許多這種系統(tǒng)都需要恒定的測溫控制以保證有效的運行。無效的運行可能會導(dǎo)致巨大的額外運行成本，尤其對于增大的能源成本。
[0003]使用地源熱泵系統(tǒng)將熱能傳遞到具有供暖需求的建筑物是已知的。然而，當(dāng)建筑物具有制冷需求、或具有可選擇的供暖需求、或同時具有制冷需求和供暖需求時，通常需要另外的運行系統(tǒng)來實現(xiàn)制冷需求，例如，額外的制冷機(jī)或使熱泵系統(tǒng)(例如，具有蒸汽壓縮循環(huán))在逆流操作下運行的系統(tǒng)。這種額外的運行系統(tǒng)增大了地源熱泵系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。
[0004]建筑物中供暖和制冷系統(tǒng)的效率有時可能相當(dāng)?shù)?，因為該系統(tǒng)不能有效地捕獲通過使用該建筑物已獲得的能量，例如來自人類活動、太陽能、照明和電氣設(shè)備(如IT系統(tǒng))的使用的能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本領(lǐng)域中需要可以至少部分解決已知系統(tǒng)的這些問題的熱能系統(tǒng)。
[0006]特別地，本領(lǐng)域中需要具有如下特征的熱能系統(tǒng):與已知系統(tǒng)相比其能夠降低資金成本和復(fù)雜性，卻仍然能夠提供可以選擇性地進(jìn)行或同時進(jìn)行的供暖和制冷循環(huán)的較高效率，相應(yīng)地降低了全年向地源熱泵系統(tǒng)的壓縮泵輸入的能量。
[0007]本發(fā)明的目的是滿足這些需要。
[0008]本發(fā)明提供了一種適于與選擇性地向建筑物提供供暖和/或制冷的建筑物能量系統(tǒng)連接的熱能系統(tǒng)，所述熱能系統(tǒng)包括:熱泵系統(tǒng)，所述熱泵系統(tǒng)具有與所述熱能系統(tǒng)的供暖輸出管線連接的工作流體用的輸出管線；第一地?zé)嵯到y(tǒng)，在使用中工作流體在第一地?zé)嵯到y(tǒng)中循環(huán)；第一切換組件，第一切換組件將第一地?zé)嵯到y(tǒng)與所述熱能系統(tǒng)的供暖輸出管線和所述熱泵系統(tǒng)的工作流體用的輸入管線中的至少一個選擇性地連接；第二地?zé)嵯到y(tǒng)，在使用中工作流體在第二地?zé)嵯到y(tǒng)中循環(huán)；和第二切換組件，第二切換組件將第二地?zé)嵯到y(tǒng)與所述熱能系統(tǒng)的制冷輸出管線和所述熱泵系統(tǒng)的輸入管線中的至少一個選擇性地連接。
[0009]本發(fā)明也提供了一種與選擇性地向建筑物提供供暖和/或制冷的建筑物能量系統(tǒng)連接的熱能系統(tǒng)的操作方法，所述方法包括以下步驟:
[0010](a)提供熱泵系統(tǒng)，所述熱泵系統(tǒng)具有與所述熱能系統(tǒng)的供暖輸出管線連接以向所述建筑物提供供暖的工作流體用的輸出管線；第一地?zé)嵯到y(tǒng)，工作流體在第一地?zé)嵯到y(tǒng)中循環(huán)；和第二地?zé)嵯到y(tǒng)，工作流體在第二地?zé)嵯到y(tǒng)中循環(huán)；
[0011](b)將第一地?zé)嵯到y(tǒng)與所述供暖輸出管線和所述熱泵系統(tǒng)的工作流體用的輸入管線中的至少一個選擇性地連接，或與所述熱泵系統(tǒng)的輸出管線連接；和
[0012](c)將第二地?zé)嵯到y(tǒng)與所述熱泵系統(tǒng)的輸入管線和所述熱能系統(tǒng)的制冷輸出管線中的至少一個選擇性地連接以向所述建筑物提供制冷。
[0013]本發(fā)明還提供了一種熱能系統(tǒng)，包括:熱泵系統(tǒng)，所述熱泵系統(tǒng)具有工作流體用的主輸入側(cè)和工作流體用的次輸出側(cè)；第一地?zé)嵯到y(tǒng)，在使用中工作流體在第一地?zé)嵯到y(tǒng)中循環(huán)；第二地?zé)嵯到y(tǒng)，在使用中工作流體在第二地?zé)嵯到y(tǒng)中循環(huán)；第一切換組件，第一切換組件將第一地?zé)嵯到y(tǒng)選擇性地與所述主輸入側(cè)連接或與所述次輸出側(cè)連接；和第二切換組件，第二切換組件將第二地?zé)嵯到y(tǒng)選擇性地與所述主輸入側(cè)連接，第一和第二切換組件選擇性地切換以將第一和第二地?zé)嵯到y(tǒng)在所述主輸入側(cè)或在所述次輸出側(cè)互相連接。
[0014]本發(fā)明還提供了一種熱能系統(tǒng)的操作方法，所述方法包括以下步驟:
[0015](a)提供熱泵系統(tǒng)，所述熱泵系統(tǒng)具有工作流體用的主輸入側(cè)和工作流體用的次輸出側(cè)；第一地?zé)嵯到y(tǒng)，工作流體在第一地?zé)嵯到y(tǒng)中循環(huán)；和第二地?zé)嵯到y(tǒng)，工作流體在第二地?zé)嵯到y(tǒng)中循環(huán)；
[0016](b)將第一地?zé)嵯到y(tǒng)選擇性地與所述主輸入側(cè)連接或與所述次輸出側(cè)連接；和
[0017](c)將第二地?zé)嵯到y(tǒng)選擇性地與所述主輸入側(cè)連接；
[0018]其中第一和第二地?zé)嵯到y(tǒng)在所述主輸入側(cè)或在所述次輸出側(cè)互相連接。
[0019]本發(fā)明在諸如集中制冷和供暖系統(tǒng)以及工業(yè)冷藏和/或程序加熱需求等領(lǐng)域也具有廣泛應(yīng)用。
[0020]在從屬權(quán)利要求中限定了優(yōu)選的特征。
【附圖說明】
[0021]下面參照附圖僅通過舉例的方式說明本發(fā)明的實施方案，其中:
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方案的與建筑物連接的熱能系統(tǒng)的示意圖；
[0023]圖2是圖1的熱能系統(tǒng)在第一操作模式下的示意圖；
[0024]圖3是圖1的熱能系統(tǒng)在第二操作模式下的示意圖；
[0025]圖4是圖1的熱能系統(tǒng)在第三操作模式下的示意圖；
[0026]圖5是圖1的熱能系統(tǒng)在第四操作模式下的示意圖；和
[0027]圖6是圖1的熱能系統(tǒng)在第五操作模式下的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明的優(yōu)選實施方案涉及到與具有通過建筑物內(nèi)的系統(tǒng)產(chǎn)生供暖和/或制冷需求的任意建筑系統(tǒng)(例如供暖、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)系統(tǒng))接口的熱能系統(tǒng)和/或冷藏系統(tǒng)，可能需要增加供暖和/或制冷的供應(yīng)，或者減少熱量的供應(yīng)。這種系統(tǒng)中的很多系統(tǒng)需要非常小心、恒定的測溫控制以保證有效運行。
[0029]參照圖1，示意性示出了與建筑物4連接的熱能系統(tǒng)2。建筑物4包括建筑系統(tǒng)6，該建筑系統(tǒng)選擇性地需要(a)增加能量的供應(yīng)以提供供暖、(b)減少能量的供應(yīng)以提供制冷或(C)增加能量的供應(yīng)以提供供暖和減少能量的供應(yīng)以提供制冷以任意所需的比例的組合，該組合具有凈增加、凈減少或中性能量需求。
[0030]熱能系統(tǒng)2包括熱泵系統(tǒng)8，該熱泵系統(tǒng)可以包括如圖所示的一個熱泵或多個熱泵的組件。熱泵系統(tǒng)8通常利用蒸汽壓縮卡諾循環(huán)并包括連接在一起以限定工作流體圍繞其循環(huán)的環(huán)路的主輸入側(cè)10、膨脹閥12、次輸出側(cè)14和壓縮機(jī)16。熱泵系統(tǒng)8可以使用各種不同的制冷劑，其本身是本領(lǐng)域已知的。制冷劑可以是通常用于商業(yè)制冷設(shè)備中的冷凝制冷劑或非冷凝制冷劑。
[0031]在輸入側(cè)10，接收熱能并使該熱能加熱液體形式的工作流體，該工作流體然后在膨脹閥12中蒸發(fā)。所產(chǎn)生的蒸發(fā)的工作流體在輸出側(cè)14輸出熱能，然后通過壓縮機(jī)16將所產(chǎn)生的蒸發(fā)的工作流體壓縮以形成液體。在輸入側(cè)10的與電能形式的能量E結(jié)合以驅(qū)動壓縮機(jī)16的熱能輸入I基本上包括在輸出側(cè)14的總熱能輸出O。在輸出側(cè)14的總熱能輸出可以向建筑系統(tǒng)6提供供暖。
[0032]輸入側(cè)10經(jīng)由換熱器18與輸入管線20和輸出管線22連接。如下文所述，輸入管線20和輸出管線22在一個或多個工作流體環(huán)路內(nèi)與一個或多個熱能源選擇性地連接。
[0033]輸出側(cè)14經(jīng)由換熱器24與輸入管線26和輸出管線28連接。輸入管線26和輸出管線28在延伸到建筑物4中以向建筑系統(tǒng)6提供熱能的熱能工作流體環(huán)路30內(nèi)連接。
[0034]第一埋管換熱器系統(tǒng)32基本上位于地平面G的下面。第一埋管換熱器系統(tǒng)32包括任意合適的埋管換熱器，該任意合適的埋管換熱器當(dāng)作為熱源在吸取模式下操作時能夠從地下吸取熱能，反之，當(dāng)選擇性地作為冷源在再次補充模式下操作時，能夠?qū)崮茉俅窝a充回地下。例如，如申請人較早的作為GB-A-2450754或GB-A-2450755公布的專利說明書中所公開的，第一埋管換熱器系統(tǒng)32通常包括一個或多個同軸埋管換熱器。然而，可以采用任意合適的埋管換熱器結(jié)構(gòu)或組件。
[0035]第一埋管換熱器系統(tǒng)32包括抽取圍繞包括第一埋管換熱器系統(tǒng)32的環(huán)路的工作流體