北京燃气能源发展有限公司
摘要：地源热泵作为一种可再生能源形式，即可以冬季供热、夏季供冷的问题，又属于环保可持续能源被广泛的应用于分布式能源站系统中；蓄能水池是一种利用水的显热实现冷/热量的储存，对电力负荷进行削峰填谷技术手段，一方面从微观角度利用峰、谷、平电价差节约运行费用，另一方面从宏观角度利用削峰填谷的原理降低高峰时刻的电力负荷，从而减少电力建设的投资。地源热泵配合蓄能水池除可以实现供冷/蓄冷/释冷、供热/蓄热/释热的基本模式外，还可以通过阀门切换满足在夜间谷电间既满足基础载荷、又同时满足蓄能的复杂工况运行。
关键词：地源热泵；阀门切换系统；设计工况；设计运行策略；
0引言
随着我国的经济的高速蓬勃发展，人们的生活水平和消费水平不断提高，在改善人们的生活品质的同时也使人均生活能源消耗不断增加。空调系统已经成为建筑的耗能大项，在建筑中空调系统能耗占建筑总能耗的40%甚至更多，所以一天之中的电力负荷高峰期出现在冷/热负荷高峰期。本文研究不仅降低了项目的装机容积、降低项目初投资成本，另一方面提高可再生能源利用率，并通过利用夜间低估电价降低了项目运行费用、降低电力系统的最大峰值电流。
在满足地源热泵能够实现供冷/蓄冷/释冷、供热/蓄热/释热的基本模式外，可以通过阀门切换满足在夜间谷电间既满足基础载荷、又同时满足蓄能的复杂工况运行，具体工艺系统流程如图0-1：
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图0-1 地源热泵配合蓄能水池的工艺系统流程
1工艺系统设计概况
1.1工艺系统设计流程概况
地源热泵配合蓄能水池的工艺系统中主要包括地源热泵主机、蓄能水池、释能板换、循环水泵以及相关管路阀门，具体设备见图0-1。运行模式主要包括：
1、地源热泵主机单独供能模式；
2、地源热泵主机和蓄能水池联合供能模式；
3、地源热泵同时蓄能和供能模式；
4、蓄能水池单独供能模式。
1.2各设计工况流程分析
1、地源热泵主机单独供能模式：V1/V5打开、其余阀门关闭；
2、地源热泵主机和蓄能水池联合供能模式：V1/V4/V5/V6打开、其余阀门关闭；
3、地源热泵同时蓄能和供能模式：V1/V2/V3/V5打开、其余关闭；
4、蓄能水池单独供能模式：V4/V6打开、其余阀门关闭。
2设计工况切换
2.1地源热泵与蓄能水池连接方式
地源热泵的冬季供冷、夏季供热以及对蓄能水池进行蓄能、对末端用户供能多种模式功能主要是通过阀门切换，改变系统内水流方向进而在地源热泵机组配合蓄能水池实现各种模式功能。系统管路与阀门具体连接方式如图1-1：
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图1-1 工艺系统连接原理图
2.2设计工况切换
2.2.1冬夏季地源热泵单独供能的模式切换
通过对地源热泵配合蓄能水池系统管路阀门V1~ V13（V1’~V13’）切换系统水路流向，实现地源热泵机组单独的供冷、供热模式。
夏季地源热泵单独供冷模式，V4/V12/V13/关闭、V3/V11打开地源侧水进入地源热泵机组的冷凝器吸收热量，V2 /V5/V7/V9/V10关闭、V1 /V6/V8打开用户侧水进入地源热泵机组的蒸发器释放热量，地源热泵机组将用户侧热量转移到地源侧，实现地源热泵的制冷功能。
冬季地源热泵单独供热模式与夏季相同，仅改变阀门的关闭和开启即可。
2.2.2冬夏季地源热泵蓄冷、蓄热的模式切换
通过对地源热泵配合蓄能水池系统管路阀门V1~ V13（V1’~V13’）切换系统水路流向，实现地源热泵机组的蓄冷、蓄热模式。
夏季地源热泵蓄冷模式，V4/V12/V13/关闭、V3/V11打开地源侧水进入地源热泵机组的冷凝器吸收热量，V2 /V6/V7/V8/V10关闭、V1 /V5/V9打开蓄能侧水进入地源热泵机组的蒸发器释放热量，地源热泵机组将蓄能侧热量转移到地源侧，并且蓄冷模式下冷水从下部进入热水从上部流出，实现地源热泵的蓄冷功能。
冬季地源热泵单独供热模式与夏季相同，仅改变阀门的关闭和开启即可。
2.2.3冬夏季蓄能水池单独释冷、释热的模式切换
通过对地源热泵配合蓄能水池系统管路阀门V1~ V13（V1’~V13’）和V19~V22切换系统水路流向，实现蓄能水池单独的释冷、释热模式。
夏季蓄能水池单独释冷模式，V5/V9/V10/V13（V5’/V9’/V10’/V13’）关闭确保蓄能水池的水不会进入地源热泵机组内，实现蓄能水池的单独供冷。V19/V22打开、V20/V21关闭，实现蓄能水池内冷水从下部流出热水从上部流入，在保证斜温层的前提下实现释冷功能。
冬季地源热泵单独供热模式与夏季相同，仅改变阀门的关闭和开启即可。
2.2.4冬夏季同时蓄能和供能模式
通过对地源热泵配合蓄能水池系统管路阀门V1~ V13（V1’~V13’）切换系统水路流向，并且需要有两套地源热泵机组（如图1-1中第一地源热泵、第二地源热泵），最终实现地源热泵机组和蓄能水池同时蓄能和供能模式。
夏季同时蓄冷和供冷模式，第一地源热泵负责蓄冷，第二地源热泵负责供冷。对于第一地源热泵机组V4/V12/V13/关闭、V3/V11打开地源侧水进入地源热泵机组的冷凝器吸收热量，V2 /V6/V7/V8/V10关闭、V1 /V5/V9打开蓄能侧水进入地源热泵机组的蒸发器释放热量，地源热泵机组将蓄能侧热量转移到地源侧，并且蓄冷模式下冷水从下部进入热水从上部流出，实现地源热泵的蓄冷功能。对于第二地源热泵机组V4’/V12’/V13’/关闭、V3’/V11’打开地源侧水进入地源热泵机组的冷凝器吸收热量，V2’ /V5’/V7’/V9’/V10’关闭、V1’ /V6’/V8’打开用户侧水进入地源热泵机组的蒸发器释放热量，地源热泵机组将用户侧热量转移到地源侧，实现地源热泵的供冷功能。
冬季地源热泵单独供热模式与夏季相同，仅改变阀门的关闭和开启即可。
2.2.5冬夏季地源热泵和蓄能水池联合供能模式
通过对地源热泵配合蓄能水池系统管路阀门V1~ V13（V1’~V13’） 和V19~V22切换系统水路流向，最终实现地源热泵和蓄能水池联合供能模式。
夏季地源热泵和蓄能水池联合供冷模式，V4/V12/V13/关闭、V3/V11打开地源侧水进入地源热泵机组的冷凝器吸收热量，V2 /V5/V7/V9/V10关闭、V1 /V6/V8打开用户侧水进入地源热泵机组的蒸发器释放热量，地源热泵机组将用户侧热量转移到地源侧。同时V19/V22打开、V20/V21关闭，实现蓄能水池内冷水从下部流出热水从上部流入，在保证斜温层的前提下完成释冷，实现地源热泵和蓄能水池联合供冷功能。
冬季地源热泵单独供热模式与夏季相同，仅改变阀门的关闭和开启即可。
3结论
（1）通过对地源热泵系统的阀门切换，并配合蓄能水池运行，可以实现多种供能模式的切换，一机多用减少初投资费用。
（2）蓄能水池实现电力系统的削峰填谷，减少电力系统的输送峰值，同时降低供能系统的运行费用。
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