(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221042783 0.7 (22)申请日 2022.04.22 (71)申请人 中国人民解 放军陆军工程大 学 地址 210014 江苏省南京市秦淮区后标营 路88号 (72)发明人 周坤　李永　茅靳丰　韩旭　张华　 宋信明　王起伟　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 专利代理师 董建林 (51)Int.Cl. G06F 30/18(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) F25B 30/06(2006.01)F24T 10/15(2018.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种复合式地埋管地源热泵系统及其优化 方法 (57)摘要 本发明公开了一种复合式地埋管地源热泵 系统及其优化方法， 其优化方法包括获取建筑物 冷热负荷； 判断建筑物冷热负荷为主导负荷或非 主导负荷； 定义主导负荷比值和非主导负荷比 值； 基于预构建的垂直地埋管的管长设计方程对 主导负荷比值、 非主导负荷比值以及垂直地埋管 的管长进行迭代求解； 基于预构建的水平螺旋地 埋管的沟壕设计方程根据求解的主导负荷比值、 非主导负荷比值计算水平螺旋地埋管的沟壕长 度； 根据垂直地埋管的管长和水平螺旋地埋管的 沟壕长度获取平准化能源成本； 以平 准化能源成 本最小化为目标， 获取最终的垂直地埋管的管长 和水平螺旋地埋管的沟壕长度。 本发 明可以保证 复合式地埋管地源热泵系统在较低成本下， 长期 高效的运行。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 114781106 A 2022.07.22 CN 114781106 A 1.一种复合式地埋管地源热泵系统的优化方法， 所述复合式地埋管地源热泵系统包括 垂直地埋管热泵系统和水平螺 旋地埋管热泵系统， 其特 征在于， 所述优化方法包括： 获取建筑物冷热负荷， 并基于建筑物冷热负荷获取建筑物峰值冷热负荷和建筑物累计 冷热负荷； 根据建筑物累计冷热负荷判断建筑物冷热负荷为主导负荷或非主导负荷； 根据垂直地埋管热泵系统承担的最大冷热负荷与建筑峰值冷热负荷的比值定义主导 负荷比值和非主导负荷比值； 基于预构建的垂直地埋管的管长设计方程对定义的主导负荷比值、 非主导负荷比值以 及对应的垂直 地埋管热泵系统所需垂直 地埋管的管长进行迭代求 解； 基于预构建的水平螺旋地埋管的沟壕设计方程根据求解的主导负荷比值、 非主导负荷 比值计算水平螺 旋地埋管热泵系统所需水平螺 旋地埋管的沟壕长度； 根据求解的主导负荷比值和非主导负荷比值下的垂直地埋管的管长和水平螺旋地埋 管的沟壕长度获取投资成本、 运行成本、 维护成本以及 传热量； 根据投资成本、 运行成本、 维护成本以及 传热量计算平准 化能源成本； 以平准化 能源成本最小化为目标， 获取最终的垂直地埋管的管长和水平螺旋地埋管的 沟壕长度。 2.根据权利要求1所述的一种复合式地埋管地源热泵系统的优化方法， 其特征在于， 所 述根据建筑物累计冷热负荷判断建筑物冷热负荷为主导负荷或非主导负荷包括： 若累计冷负荷大于累计热负荷， 则建筑物冷负荷为主导负荷， 建筑物热负荷为非主导 负荷； 若累计冷负荷小于等于累计热负荷， 则建筑物热负荷为主导负荷， 建筑物冷负荷为 非 主导负荷。 3.根据权利要求1所述的一种复合式地埋管地源热泵系统的优化方法， 其特征在于， 所 述主导负荷比值α, α∈[0,1]为垂直地埋管热泵系统承担的最大主导负荷与建筑峰值主导 负荷的比值； 所述 非主导负荷比值β, β ∈[ 0,1]为垂 直地埋管热泵系统承担的最大非主导负 荷与建筑峰值非主导负荷的比值。 4.根据权利要求3所述的一种复合式地埋管地源热泵系统的优化方法， 其特征在于， 所 述对定义的主导负荷比值、 非主导负荷比值以及对应的垂直地埋管热泵系统所需垂 直地埋 管的管长进行迭代求 解包括： 初始化主导负荷比值α ＝0， 非主导负荷比值β ＝1； 根据主导负荷比值α、 非主导负荷比值β和建筑物峰值冷热负荷的乘积 获取垂直地埋管 热泵系统的最大冷热负荷； 根据最大冷热负荷以及预构建的垂直地埋管的管长设计方程， 计算垂直地埋管热泵系 统在制冷和制热工况 所需垂直 地埋管的管长； 取垂直地埋管热泵系统在制冷和制热工况所需垂直地埋管的管长中大的值作为垂直 地埋管热泵系统所需垂直 地埋管的管长； 根据制冷和制热工况所需垂直地埋管的管长计算差异性， 并判断相对差异性是否大于 预设差异值， 若是， 则以预设递减步长减小非主导负荷比值β， 并带入上述 步骤进行迭代； 若否， 则输出当前的主导负荷比值α和非主导负荷比值β， 并以预设递增步长增加主导 负荷比值α， 并带入上述 步骤进行迭代。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114781106 A 25.根据权利要求4所述的一种复合式地埋管地源热泵系统的优化方法， 其特征在于， 所 述获取垂直 地埋管热泵系统的最大冷热负荷还 包括： 判断垂直 地埋管热泵系统的最大冷热负荷是否大于等于建筑物冷热负荷； 若是， 则垂直地埋管热泵系统承担建筑物冷热负荷； 若否， 则垂直地埋管热泵系统和水 平埋管热泵系统共同承担建筑物冷热负荷， 且 水平埋管热泵系统承担垂 直地埋管热泵系统 的最大冷热负荷小于建筑物冷热负荷的部分。 6.根据权利要求4所述的一种复合式地埋管地源热泵系统的优化方法， 其特征在于， 所 述预构建的垂直 地埋管的管长设计方程 为： 其中， Lcooling.BHE和Lheating.BHE分别为垂直地埋管热泵系统在制冷和制热工况所需垂直地 埋管的管长， qnet为垂直地埋管全年净注入/抽取的地热能， Rsa、 Rsm、 Rsst分别为预设时长、 月、 年周期下连续脉冲负荷下的土壤热阻， Rb为钻孔热阻， PLFm为制冷和制热工况对应月份 的运行份额， Fsc进出水管间热交互作用引起的热短路损失因子， T0为土壤初始温度， ELT和 LLT分别为热泵机组额定进出水温度， Tp为所有水管间热交互作用引起的土壤惩罚温度， qcond和qevap分别为制冷和制热工况对应的垂直 地埋管热泵系统的最大冷热负荷。 7.根据权利要求1所述的一种复合式地埋管地源热泵系统的优化方法， 其特征在于， 所 述计算水平螺 旋地埋管热泵系统所需水平螺 旋地埋管的沟壕长度包括： 根据求解的主导负荷比值α、 非主导负荷比值β和建筑物峰值冷热负荷的乘积获取水平 螺旋地埋管热泵系统的最大冷热负荷； 根据最大冷热负荷以及预构建的水平螺旋地埋管的沟壕设计方程， 计算水平螺旋地埋 管热泵系统在制冷和制热工况 所需水平螺 旋地埋管的沟壕长度； 所述预构建的水平螺 旋地埋管的沟壕设计方程 为： 其中， Lcooling.HGHE和Lcooling.HGHE分别 为水平螺旋地埋管热泵系统在制冷和制热工况 所需水平螺旋地埋管的沟壕长度， qnet为水平螺旋地埋管全年净注入/抽取的地热能， Rsa、 Rsm、 Rsst分别为预设时长、 月、 年周期下连续脉冲负荷下 的土壤热阻， Rp为埋管热阻， PLFm为 制冷和制热工况对应月份的运行份额， Fsc进出水管间热交互作用引起的热短路损失因子， ELT和LLT分别为热泵机 组额定进出水温度， Tp为所有水管间热交互作用引起的土壤惩罚温 度， TH,cooling和TH,heating分别为水平螺旋地埋管中轴线所处土壤深度处在制冷工 况的最大温 度值和制热工况的最小温度值， qcond和qevap分别为制冷和制热工况对应的水平螺旋地埋管 热泵系统的最大冷热负荷；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114781106 A 3