Ground source heat pump system working condition change-over valve water channeling judgment and alarm device and method

技术领域

本发明涉及地源热泵系统，具体的说是一种一种地源热泵系统工况转换阀窜水判断报警装置和方法，属于建筑节能研究领域。

背景技术

地源热泵系统作为一种利用可再生能源的暖通空调新技术，是建筑领域高效节能技术。

浅层地热能作为可再生能源，通过地源热泵技术为建筑物供暖、制冷和制取生活热水，可减少传统化石燃料的消耗，调整能源利用结构。

目前，地源热泵系统冬夏供热与制冷的转换一般通过水系统上设置的阀门，改变源侧水与空调水的流程实现，地源热泵系统原理如图1所示，在地源供/回水侧与空调供/回水侧管段间各设两个阀门，共计八个阀门（图1中的阀门V1~V8），通过8个阀门的开关组合（制冷工况开启V1、V2、V7、V8，关闭V3、V4、V5、V6；反之，制热工况进行相反步骤，即可实现地源热泵冷热工况的切换与高效运转。

目前，对于地源热泵系统而言，在实际运行中还存在以下技术难题亟待解决：

1、机房的运行维护普遍较弱。

人为的运维受限于目视监测仪表和已接入自控系统的信号反馈，对于尚未计入且仍起到重要作用的管段及阀门附件检测能力较弱。

2、地源热泵冬夏工况切换的八个阀门，倘若在工况切换时，需要关闭的阀门没有密闭，会发生本应隔断的空调水与地源水窜水，从而导致需求侧供能量的缺失与浪费，造成地源热泵系统能效的降低，进一步影响到地源热泵机组、水泵能效的降低，导致难于保证用户需求侧水温。

3、当空调侧工作压力远超地源侧水系统工作压力时，空调水与地源水相窜很容易损坏地面管换热系统。

4、不能及时发现阀门关闭不严。

造成八个阀门工况转换时关不严的原因较多，包括：阀门质量问题或选择不当、工人误操作、长时间使磨损等，这在工程上多见，但是一般不容易早期发现与排查，当明显影响供能与供水温度时，已经浪费了不少能源资源，还有可能因窜水导致地源侧管材、阀门、仪表损坏。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种地源热泵空调工况转换阀组窜水判断报警装置，包括地源热泵机组、地源水泵、地源水集水器、地源水分水器、冷热水泵、空调冷热水集水器、空调冷热水分水器，和８个通断装置；

地源热泵机组包括冷凝器和蒸发器，冷凝器包括冷凝器进水口和冷凝器出水口，蒸发器包括蒸发器进水口和蒸发器出水口；

８个通断装置分别为第１至第８通断装置；

地源水集水器通过管路经地源水泵后，分成两根管路，一根管路通过第１通断装置后接入地源热泵机组冷凝器进水口；另一根管路经第３通断装置接入地源热泵机组的蒸发器进水口；地源热泵机组冷凝器出水口通过管路分别经第２通断装置、第６通断装置接入地源水分水器、空调冷热水分水器；

空调冷热水集水器通过管路经冷热水泵后，分成两根管路，一根管路经第５通断装置后接入地源热泵机组的冷凝器进水口；另一根管路经第７通断装置接入地源热泵机组的蒸发器进水口；地源热泵机组的蒸发器出水口通过管路分别经第４通断装置、第８通断装置接入地源水分水器、空调冷热水分水器；

所述通断装置为阀组，所述阀组包括两个阀门，分别为阀门16、阀门17、排水管、排水阀，两个阀门串联，即阀门16和阀门17串联，排水管的一端接排水阀，另一端接入阀门16和阀门17之间的管路；

所述阀组结构相同，８个通断装置分别为阀组1、阀组2、阀组3、阀组4、阀组5、阀组6、阀组7、阀组8。

本发明，一方面，通过在转换阀组即两个阀门，阀门16和阀门17间，通过添加一段水管（排水管或信号管），当阀门16、阀门17关闭，排水阀开启时，若排水阀出现水流，则可判断空调侧水与地源侧水出现了互窜，从而，巧妙地解决了地源热泵冬夏工况切换时，无法判断本应隔断的空调水与地源水出现窜水情况的技术难题。

当阀门16、阀门17开启，排水阀关闭时，若排水阀出现水流，则可判断出排水阀出现损坏。

另一方面，在阀门16和阀门17间添加的排水管上还设有排水阀，在阀门16和或阀门17因损坏导致出现泄露时，可进行紧急开启排水阀，进行卸压，进而可以防止，因窜水以及空调水与地源水之间的压力差，导致地源热泵系统地源侧管材、阀门、仪表损坏。

第三，本发明每个阀组有2个阀门，即阀门16和阀门17两个阀门，降低了空调水侧与地源水侧出现窜水的几率，提升了地源热泵系统的寿命，解决了当空调侧工作压力远超地源侧水系统工作压力时，空调水与地源水相窜容易损坏地面管换热系统的难题；

第四，每个阀组有2个阀门再加上排水管或信号管，和排水阀，在其共同作用下，避免了空调水与地源水出现窜水，从而解决了因空调水与地源水窜水导致需求侧供能量的缺失与浪费，造成地源热泵系统能效的降低，进一步影响到地源热泵机组、水泵能效的降低，导致难于保证用户需求侧水温的难题。

第五，每个阀组有2个阀门再加上排水管或信号管，巧妙地解决了不能及时发现阀门关闭不严的难题，避免了能源资源。

第六，每个阀组均设有阀门16、阀门17和排水阀三个阀门，当阀组中任何一个阀门出现损坏时，可以在整个系统不停机的情况下，通过关闭另外2个阀门，以及相应的关闭地源水泵或冷热水泵，进行阀门的更换，解决了因更换阀门需要停止系统运行的难题，确保了居民房屋或整栋楼在地源热泵系统更换配件期间能够保持恒温，提高了地源热泵系统的稳定性和可靠性。

进一步的，每一个阀组还包括传感器、自控线和控制器，所述传感器设置在排水管内；传感器通过自控线与控制器电信号连接；所述传感器为压力传感器，用于检测排水管管路内是否有水流压力；当传感器检测到排水管管路内有水流压力时，传感器信号经自控线反馈至控制器，控制器进行窜水提醒。

进一步的，控制器与报警器电连接，当出现窜水时，控制器通过报警器进行报警。

本发明通过相关传感器感知排水管管路内是否有水流压力，从而通知控制器进行窜水提醒，降低了判断地源热泵空调工况转换阀组窜水的复杂性，提升了地源热泵系统的智能化。

进一步的，所述排水阀为电动阀，排水阀通过自控线与控制器电信号连接；

当传感器没有检测到排水管管路内有水流压力时，传感器信号经自控线反馈至控制器，控制器通过自控线下达开启指令给排水阀，排水阀开启阀门。

当传感器检测到排水管管路内有水流压力时，传感器信号经自控线反馈至控制器，控制器通过自控线下达关闭指令给排水阀，排水阀关闭阀门。

通过对传感器对排水管管路内有无水流压力的检测，将信号发送给控制器，控制器基于检测到的信号，同步下达开启或关闭指令给排水阀，排水阀开启或关闭阀门，具体的说，当传感器没有检测到排水管管路内有水流压力时，传感器信号经自控线反馈至控制器，控制器通过自控线下达开启指令给排水阀，排水阀开启阀门。

当传感器检测到排水管管路内有水流压力时，传感器信号经自控线反馈至控制器，控制器通过自控线下达关闭指令给排水阀，排水阀关闭阀门。

不仅解决了人工难以判断排水阀是开启状态还是闭合状态的难题，还解决了阀门太多，普通居民难以掌握阀门到底是开启还是关闭的操作难题，降低了居民的操作难度。

更是解决了因操作失误导致的空调水与地源水相窜容易损坏地面管换热系统的难题。

同时，还解决了人为阀门关闭不严的难题。

进一步的，每个阀组为联动装置，即阀门16、阀门17、排水阀为联动电动阀，阀门16、阀门17通过自控线与控制器电信号连接，控制器对阀门16、阀门17下达开启指令时，联动对排水阀下达关闭指令，阀门16、阀门17开启，排水阀关闭；控制器对阀门16、阀门17下达关闭指令时，联动对排水阀下达开启指令，阀门16、阀门17关闭，排水阀开启。

通过对阀门16、阀门17与排水阀的联动控制，进一步解决了阀门太多，普通居民难以掌握阀门到底是开启还是关闭的操作难题，降低了居民操作地源热泵管阀切换的难度。

进一步的，所述传感器为水流传感器；每个阀组，

阀门16、阀门17开启，排水阀关闭时，若传感器检测到排水管管路内有水流时，传感器信号经自控线反馈至控制器，控制器进行窜水提醒；

若阀门16、阀门17开启，同时，排水阀开启，控制器则进行操作错误提醒；若传感器检测到排水管管路内有水流时，传感器信号经自控线反馈至控制器，控制器进行漏水提醒；

阀门16、阀门17关闭，排水阀开启时，若传感器检测到排水管管路内有水流时，传感器信号经自控线反馈至控制器，控制器进行窜水提醒；

若阀门16、阀门关闭，同时，排水阀20关闭，控制器则进行操作错误提醒；若传感器检测到排水管管路内有水流时，传感器信号经自控线反馈至控制器，控制器进行窜水提醒。

通过对阀门16、阀门17与排水阀，以及传感器的联动控制，不仅降低了居民操作地源热泵管阀切换的难度，更是解决了居民忘记开启或关闭排水阀导致无法对空调水与地源水是否发送窜水进行判断和预警的难题。

进一步的，当地源热泵系统夏季工况时，阀组1、阀组2、阀组7、阀组8，四个阀组同时开启，即阀组1、阀组2、阀组7、阀组8，四个阀组中每个阀组的阀门16和阀门17开启，排水阀关闭；

阀组3、阀组4、阀组5、阀组6，四个阀组同时关闭，即阀组3、阀组4、阀组5、阀组6，四个阀组中每个阀组的阀门16和阀门17关闭，排水阀开启；

高温介质由地源水泵作为动力源，流经地源水集水器、地源水泵、地源热泵机组的冷凝器、地源水分水器及浅层地表换热源测，循环往复；低温介质由冷热水泵作为动力源，流经空调冷热水集水器、冷热水泵、地源热泵机组的蒸发器、空调冷热水分水器及末端用户换热源测，循环往复。

当地源热泵系统夏季工况时，阀组3、阀组4、阀组5、阀组6，四个阀组同时关闭，即阀组3、阀组4、阀组5、阀组6，四个阀组中每个阀组的阀门16和阀门17关闭，排水阀开启；通过对阀组3、阀组4、阀组5、阀组6四个阀组每个阀组的排水阀是否发生漏水进行判断，即可判断出阀组3、或阀组4、或阀组5、或阀组6是否有窜水风险。

同时，每个阀组有两个阀门，降低了因其中一个阀门损坏或关闭不严，导致窜水致使损坏地面管换热系统损坏的难题。

进一步的，当地源热泵系统冬季工况时，阀组1、阀组2、阀组7、阀组8，四个阀组同时关闭，即阀组1、阀组2、阀组7、阀组8，四个阀组中每个阀组的阀门16和阀门17关闭，排水阀开启；

阀组3、阀组4、阀组5、阀组6，四个阀组同时开启；即阀组3、阀组4、阀组5、阀组6，四个阀组中每个阀组的阀门16和阀门17开启，排水阀关闭；

低温介质由地源水泵作为动力源，流经地源水集水器、地源水泵、地源热泵机组的蒸发器、地源水分水器及浅层地表换热源测，循环往复；高温介质由冷热水泵作为动力源，流经空调冷热水集水器、冷热水泵、地源热泵机组的冷凝器、空调冷热水分水器及末端用户换热源测，循环往复。

当地源热泵系统冬季工况时，通过对阀组1、阀组2、阀组7、阀组8四个阀组中每个阀组的排水阀是否发生漏水进行判断，即可判断出阀组1、或阀组2、或阀组7、或阀组8是否有窜水风险。

同时，每个阀组有两个阀门，降低了因其中一个阀门损坏或关闭不严，导致窜水致使损坏地面管换热系统损坏的难题。

进一步的，所述传感器（18）为压力表、或流量计、或水流指示器。

本发明还提出一种地源热泵空调工况转换阀组窜水判断方法，包括地源热泵机组、地源水泵、地源水集水器、地源水分水器、冷热水泵、空调冷热水集水器、空调冷热水分水器，和８个通断装置；

地源热泵机组包括冷凝器和蒸发器，冷凝器包括冷凝器进水口和冷凝器出水口，蒸发器包括蒸发器进水口和蒸发器出水口；

８个通断装置分别为第１至第８通断装置；

地源水集水器通过管路经地源水泵后，分成两根管路，一根管路通过第１通断装置后接入地源热泵机组冷凝器进水口；另一根管路经第３通断装置接入地源热泵机组的蒸发器进水口；地源热泵机组冷凝器出水口通过管路分别经第２通断装置、第６通断装置接入地源水分水器、空调冷热水分水器；

空调冷热水集水器通过管路经冷热水泵后，分成两根管路，一根管路经第５通断装置后接入地源热泵机组的冷凝器进水口；另一根管路经第７通断装置接入地源热泵机组的蒸发器进水口；地源热泵机组的蒸发器出水口通过管路分别经第４通断装置、第８通断装置接入地源水分水器、空调冷热水分水器；

所述通断装置为阀组，所述阀组包括阀门16、阀门17两个阀门、排水管、排水阀，阀门16和阀门17两个阀门串联，排水管的一端接排水阀，另一端接入阀门16和阀门17之间的管路；

所述阀组结构相同，８个通断装置分别为阀组1、阀组2、阀组3、阀组4、阀组5、阀组6、阀组7、阀组8；

包括以下步骤：

S1，当地源热泵系统夏季工况时，阀组1、阀组2、阀组7、阀组8，四个阀组同时开启，即阀组1、阀组2、阀组7、阀组8，四个阀组中每个阀组的阀门16和阀门17开启，排水阀关闭；

阀组3、阀组4、阀组5、阀组6，四个阀组同时关闭，即阀组3、阀组4、阀组5、阀组6，四个阀组中每个阀组的阀门16和阀门17关闭，排水阀开启；

高温介质由地源水泵作为动力源，流经地源水集水器、地源水泵、地源热泵机组的冷凝器、地源水分水器及浅层地表换热源测，循环往复；低温介质由冷热水泵作为动力源，流经空调冷热水集水器、冷热水泵、地源热泵机组的蒸发器、空调冷热水分水器及末端用户换热源测，循环往复。

若开启的排水阀中有水流出，则判断该排水阀所对应的阀组出现窜水；

若关闭的排水阀中有水流出，则判断该排水阀已损坏。

S2，当地源热泵系统冬季工况时，阀组1、阀组2、阀组7、阀组8，四个阀组同时关闭，即阀组1、阀组2、阀组7、阀组8，四个阀组中每个阀组的阀门16和阀门17关闭，排水阀开启；

阀组3、阀组4、阀组5、阀组6，四个阀组同时开启；即阀组3、阀组4、阀组5、阀组6，四个阀组中每个阀组的阀门16和阀门17开启，排水阀关闭；

低温介质由地源水泵作为动力源，流经地源水集水器、地源水泵、地源热泵机组的蒸发器、地源水分水器及浅层地表换热源测，循环往复；高温介质由冷热水泵作为动力源，流经空调冷热水集水器、冷热水泵、地源热泵机组的冷凝器、空调冷热水分水器及末端用户换热源测，循环往复；

若开启的排水阀中有水流出，则判断该排水阀所对应的阀组出现窜水；

若关闭的排水阀中有水流出，则判断该排水阀已损坏。

进一步的，每个阀组还包括传感器、自控线和控制器，所述传感器设置在排水管内；传感器通过自控线与控制器电信号连接；所述传感器为压力传感器，用于检测排水管管路内是否有水流压力；当传感器检测到排水管管路内有水流压力时，传感器信号经自控线反馈至控制器，控制器进行窜水提醒。

进一步的，所述排水阀为电动阀，排水阀通过自控线与控制器电信号连接；

当传感器没有检测到排水管管路内有水流压力时，传感器信号经自控线反馈至控制器，控制器通过自控线下达开启指令给排水阀，排水阀开启阀门。

当传感器检测到排水管管路内有水流压力时，传感器信号经自控线反馈至控制器，控制器通过自控线下达关闭指令给排水阀，排水阀关闭阀门。

有益效果：

本发明地源热泵系统工况转换阀窜水判断方法与装置；

第一，将地源热泵水系统的八个阀门设计成双阀组成的阀组在转换阀组即两个阀门间，通过添加一段水管和排水阀，通过对排水阀是否有水进行判断，巧妙地解决了地源热泵冬夏工况切换时，无法判断本应隔断的空调水与地源水出现窜水情况的技术难题。

从而，一方面，解决了因空调水与地源水窜水导致需求侧供能量的缺失与浪费，造成地源热泵系统能效的降低，进一步影响到地源热泵机组、水泵能效的降低，导致难于保证用户需求侧水温的难题。

另一方面，解决了当空调侧工作压力远超地源侧水系统工作压力时，空调水与地源水相窜容易损坏地面管换热系统的难题；三则，还巧妙地解决了不能及时发现阀门关闭不严的难题，避免了能源资源，以及因窜水以及空调水与地源水之间的压力差，导致地源热泵系统地源侧管材、阀门、仪表损坏。

第二，还解决了机房的运行维护较弱的难题。

具体的说，解决了人为的运维受限于目视监测仪表和已接入自控系统的信号反馈，对于尚未计入且仍起到重要作用的管段及阀门附件检测能力较弱的难题。