專利名稱：基于雨水蓄滲的水平地埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)和利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種水平地埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，具體來說是一種將雨水蓄滲系統(tǒng)與水平地埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)相結(jié)合的一體化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著化石能源面臨枯竭的危險(xiǎn)及其所帶來的污染對(duì)環(huán)境破壞問題的日顯突出，可再生能源的充分利用越來越多的受到關(guān)注，淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)和利用為解決能源危機(jī)和環(huán)境污染這兩個(gè)困擾發(fā)展的重大問題提供了解決的通道。其中土壤源熱泵系統(tǒng)的利用已得到廣泛的認(rèn)可，具有廣泛的發(fā)展前景。目前，土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行存在一些亟待解決的問題當(dāng)土壤源熱泵系統(tǒng)在夏季制冷工況運(yùn)行模式時(shí)，室內(nèi)熱量、壓縮機(jī)耗能均通過地埋管排入土壤中，在土壤排熱過程中勢必會(huì)造成埋管周圍溫度場的升高，土壤的含水率會(huì)隨之下降，含水率對(duì)土壤的導(dǎo)熱系數(shù)的影響非常顯著，當(dāng)土壤含水率每降低5%時(shí)，土壤的導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)相應(yīng)降低0. 2W/ m · K。土壤導(dǎo)熱系數(shù)的不斷減小，勢必造成地埋管與土壤之間換熱性能的降低；同時(shí)，夏季熱泵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，對(duì)地下土壤的排熱過程造成土壤溫度的不斷升高，導(dǎo)致夏季冷凝溫度處于較高的水平，土壤源熱泵系統(tǒng)在亞穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行，熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行效率降低。綜上所述，傳統(tǒng)土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與使用，還未考慮以下方面的問題一方面系統(tǒng)在夏季運(yùn)行時(shí)，必然會(huì)面臨土壤含水率下降，土壤的導(dǎo)熱系數(shù)不斷減小的問題，將會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)冬、 夏季不匹配的問題；另一方面，熱泵機(jī)組冷凝溫度的不斷升高會(huì)造成系統(tǒng)整體循環(huán)性能系數(shù)的降低即導(dǎo)致夏季熱泵系統(tǒng)工作時(shí)冷凝溫度的提高，造成系統(tǒng)在夏季制冷模式工作效率的降低。在我國，城鎮(zhèn)雨水排放一直沒有引起人們的重視。傳統(tǒng)的雨水管理方式存在諸多問題一方面，由于現(xiàn)代城市道路多為不透水表面，在多雨季節(jié)，傳統(tǒng)雨水管理模式將加大城市洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，雨水徑流污染嚴(yán)重，造成生態(tài)環(huán)境隨之惡化；另一方面，我國北方地區(qū)缺水嚴(yán)重，城市地下水抽采入不敷出，地下水(尤其是淺層地下水)的補(bǔ)給被隔斷，破壞了原有水系的自然循環(huán)過程。通過有效途徑解決上述列舉的問題是提高土壤源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行效率，改變傳統(tǒng)雨水排放方式的關(guān)鍵。

實(shí)用新型內(nèi)容在我國北方采暖地區(qū)，夏季供冷量相對(duì)較小，且熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行目的是利用制冷劑盡可能將蒸發(fā)器的熱量通過地埋管冷凝器散發(fā)熱量，因此本實(shí)用新型提出一種基于雨水蓄滲的水平地埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，它能夠解決現(xiàn)有土壤源熱泵系統(tǒng)在夏季運(yùn)行時(shí)，對(duì)土壤不斷排放熱量，所造成的埋管周圍溫度場升高，土壤的導(dǎo)熱系數(shù)降低，地埋管換熱器與土壤之間的傳熱效果減弱的問題；特別是由于土壤溫度升高后，熱泵系統(tǒng)在工作過程中冷凝溫度的升高，導(dǎo)致熱泵系統(tǒng)在夏季制冷模式工作狀態(tài)下，運(yùn)行效率降低的問題。本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種水平地埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，它包括土壤源熱泵系統(tǒng)、空調(diào)末端裝置和水平式地埋管換熱系統(tǒng)，其特征在于還包括雨水蓄滲系統(tǒng)。所述雨水蓄滲系統(tǒng)為下凹綠地、透水鋪裝、雨水花園或蓄滲淺溝。所述雨水蓄滲系統(tǒng)在地面上或建筑物的地下層內(nèi)，可位于所述水平式地埋管換熱系統(tǒng)的上方。雨水蓄滲系統(tǒng)收集天然降水資源并將其就地轉(zhuǎn)化為土壤水和地下水，使水平埋管周圍的土壤保持較有利的含水量狀態(tài)，有效提高土壤的導(dǎo)熱系數(shù)，強(qiáng)化土壤與埋管之間的傳熱效果，加快制冷系統(tǒng)的散熱速度，最終達(dá)到提高系統(tǒng)運(yùn)行效率的目的。所述土壤源熱泵系統(tǒng)包括冷凝器/蒸發(fā)器、蒸發(fā)器/冷凝器、四通換向閥、壓縮機(jī)， 還可以含有節(jié)流閥。所述系統(tǒng)中，利用水平埋管全部或部分承擔(dān)夏季冷凝器散熱的任務(wù)，加速夏季冷凝器的散熱速度，并且根據(jù)土壤含水量的不同以及能夠充分發(fā)揮雨水蓄滲系統(tǒng)功能的前提下，確定水平埋管換熱器的埋置深度。所述系統(tǒng)中，雨水蓄滲系統(tǒng)需根據(jù)當(dāng)?shù)亟涤攴植?、土壤物性及相關(guān)氣象條件，及項(xiàng)目所處周圍的場地狀況、匯流面積、雨水匯集和景觀地形處理要求，設(shè)計(jì)雨水蓄滲量及相應(yīng)的土壤源熱泵上方地面的下凹深度，從而控制不同深度土壤的含水量。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果由于北方地區(qū)夏季供冷量相對(duì)較小，且其目的是利用制冷劑盡可能將蒸發(fā)器的熱量通過地埋管散發(fā)。水平地埋管換熱器埋深淺，對(duì)外界環(huán)境的影響較為敏感，土壤的導(dǎo)熱系數(shù)變化也相對(duì)劇烈，本實(shí)用新型的提出使水平地埋管換熱器在夏季承擔(dān)冷凝器散熱的任務(wù)，工作模式為冷凝器散熱模式；與此同時(shí)，與雨水蓄滲系統(tǒng)的結(jié)合，能夠保證整個(gè)系統(tǒng)處于較有利的含水量狀態(tài)，提高土壤的導(dǎo)熱系數(shù)，進(jìn)而強(qiáng)化地埋管換熱器與土壤之間的傳熱效果，加快冷凝器的散熱速率，降低冷凝溫度，最終實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)整體運(yùn)行效率的目的。本實(shí)用新型，通過利用雨水蓄滲系統(tǒng)有效收集天然降水資源，并將其就地轉(zhuǎn)化為土壤水和地下水，有效緩解城市缺水現(xiàn)狀，盡快恢復(fù)地下水采補(bǔ)平衡；同時(shí)，由于采用雨水蓄滲裝置，土壤的含水量得到提高，土壤的導(dǎo)熱系數(shù)也隨之提高；根據(jù)土壤不同的含水量設(shè)計(jì)土壤源熱泵水平式地下埋管換熱器的埋置深度，能夠加強(qiáng)地埋管與土壤之間的傳熱，有效提高夏季散熱效果，同時(shí)保證冬季的取熱，達(dá)到提高土壤源熱泵換熱效率的目的。本實(shí)用新型是對(duì)傳統(tǒng)土壤源熱泵系統(tǒng)的改進(jìn)，提出水平地埋管式土壤源熱泵與雨水蓄滲系統(tǒng)相結(jié)合的系統(tǒng)，涉及土壤源熱泵技術(shù)，地埋管換熱技術(shù)和雨水蓄滲技術(shù)在內(nèi)的可再生能源利用技術(shù)，能夠提高土壤源熱泵系統(tǒng)的工作效率。本實(shí)用新型通過結(jié)合雨水蓄滲系統(tǒng)能夠有效提高土壤含水率，使系統(tǒng)整個(gè)夏季均處于較為有利的含水量狀態(tài)，強(qiáng)化地埋管與土壤之間的換熱效果，有效加快冷凝器的散熱速度，提高土壤源熱泵系統(tǒng)的欲行效率；與此同時(shí)，雨水蓄滲系統(tǒng)的采用能夠有效緩解城市缺水現(xiàn)狀，盡快恢復(fù)地下水采補(bǔ)平衡，涵養(yǎng)地下水和緩解地面沉降、減少徑流污染等一系列生態(tài)效應(yīng)。

[0019]圖1是本實(shí)用新型所涉及的基于雨水蓄滲的土壤源熱泵水平式地埋管換熱器的整體結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖中標(biāo)號(hào)1-冷凝器/蒸發(fā)器、2-蒸發(fā)器/冷凝器、3-空調(diào)末端裝置、4-四通換向閥、5-壓縮機(jī)、6-雨水蓄滲系統(tǒng)、7-水平式地下埋管換熱器、8、9_循環(huán)水泵，10-節(jié)流閥。
具體實(shí)施方式
下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本實(shí)用新型，但不以任何方式限制本實(shí)用新型。實(shí)施例一種水平地埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)(見圖1)，它包括土壤源熱泵系統(tǒng)、空調(diào)末端裝置和水平式地埋管換熱系統(tǒng)，還包括雨水蓄滲系統(tǒng)。所述土壤源熱泵系統(tǒng)包括冷凝器/蒸發(fā)器1、蒸發(fā)器/冷凝器2、四通換向閥4、壓縮機(jī)5以及節(jié)流閥10。所述土壤源熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器/冷凝器2的出水管與空調(diào)末端裝置的供水管相連接，蒸發(fā)器/冷凝器2的進(jìn)水管與空調(diào)末端系統(tǒng)的回水管道相連接；所述土壤源熱泵系統(tǒng)的冷凝器/蒸發(fā)器1的出水管與水平式埋管換熱器的供水管相連接，冷凝器/蒸發(fā)器1的進(jìn)水管與水平埋管換熱器的回水管相連接。所述雨水蓄滲系統(tǒng)6需根據(jù)當(dāng)?shù)亟涤攴植?、土壤物性及相關(guān)氣象條件，及項(xiàng)目所處周圍的場地狀況、匯流面積、雨水匯集和景觀地形處理要求，設(shè)計(jì)雨水蓄滲量及相應(yīng)的土壤源熱泵上方地面的下凹深度從而控制不同深度土壤的含水量；所說的水平式埋管換熱器 7需按照能夠充分滿足雨水蓄滲系統(tǒng)功能的要求來設(shè)置地埋管的埋置深度，達(dá)到提高夏季冷凝器的散熱同時(shí)保證冬季的取熱功能。其中，所述熱泵機(jī)組、水平式埋管換熱器7和空調(diào)末端裝置3間的連接分為冬季運(yùn)行和夏季運(yùn)行兩種。夏季運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)器/冷凝器2作為蒸發(fā)器使用、冷凝器/蒸發(fā)器1作為冷凝器使用，冬季運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)器/冷凝器2作為冷凝器使用、冷凝器/蒸發(fā)器1作為蒸發(fā)器使用。在夏季，所述系統(tǒng)在制冷工況下運(yùn)行，熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器出水管與空調(diào)末端裝置的供水管相連接，熱泵機(jī)組蒸發(fā)器的進(jìn)水管與空調(diào)末端系統(tǒng)的回水管道相連接；冷凝器的出水管與水平式埋管換熱器的供水管相連接，進(jìn)水管與水平埋管換熱器的回水管相連接。 所述系統(tǒng)在夏季運(yùn)行時(shí)，冷凝器通過水平式埋管換熱器向土壤中排熱。在冬季，通過閥件之間的切換，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)供熱循環(huán)。上述的基于雨水蓄滲的土壤源熱泵水平式埋管換熱器，在夏季多雨期，通過雨水蓄滲系統(tǒng)(如下凹綠地、透水鋪裝、雨水花園、蓄滲淺溝等方式)收集天然降水資源并將其就地轉(zhuǎn)化為土壤水和地下水，使水平埋管周圍的土壤保持較有利的含水量狀態(tài)，有效提高土壤的導(dǎo)熱系數(shù)，強(qiáng)化土壤與埋管之間的傳熱效果，加快制冷系統(tǒng)的散熱速度，最終達(dá)到提高系統(tǒng)運(yùn)行效率的目的。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種水平地埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，它包括土壤源熱泵系統(tǒng)、空調(diào)末端裝置和水平式地埋管換熱系統(tǒng)，其特征在于還包括雨水蓄滲系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平地埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述雨水蓄滲系統(tǒng)為下凹綠地、透水鋪裝、雨水花園或蓄滲淺溝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平地埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述雨水蓄滲系統(tǒng)在地面上或建筑物的地下層內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平地埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述雨水蓄滲系統(tǒng)位于所述水平式地埋管換熱系統(tǒng)的上方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平地埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述土壤源熱泵系統(tǒng)包括冷凝器/蒸發(fā)器(1)、蒸發(fā)器/冷凝器O)、四通換向閥G)、壓縮機(jī)(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水平地埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述土壤源熱泵系統(tǒng)還包括節(jié)流閥(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水平地埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述土壤源熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器/冷凝器O)的出水管與空調(diào)末端裝置的供水管相連接，蒸發(fā)器/冷凝器 (2)的進(jìn)水管與空調(diào)末端系統(tǒng)的回水管道相連接；所述土壤源熱泵系統(tǒng)的冷凝器/蒸發(fā)器 (1)的出水管與水平式埋管換熱器的供水管相連接，冷凝器/蒸發(fā)器(1)的進(jìn)水管與水平埋管換熱器的回水管相連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了屬于淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)和利用技術(shù)領(lǐng)域的一種基于雨水蓄滲的水平地埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，它包括土壤源熱泵系統(tǒng)、空調(diào)末端裝置和水平式地埋管換熱系統(tǒng)，還包括雨水蓄滲系統(tǒng)。所述雨水蓄滲系統(tǒng)為下凹綠地、透水鋪裝、雨水花園或蓄滲淺溝。本實(shí)用新型通過結(jié)合雨水蓄滲系統(tǒng)能夠有效提高土壤含水率，使系統(tǒng)整個(gè)夏季均處于較為有利的含水量狀態(tài)，強(qiáng)化地埋管與土壤之間的換熱效果，有效加快冷凝器的散熱速度，提高土壤源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行效率；與此同時(shí)，雨水蓄滲系統(tǒng)的采用能夠有效緩解城市缺水現(xiàn)狀，盡快恢復(fù)地下水采補(bǔ)平衡，涵養(yǎng)地下水和緩解地面沉降等一系列生態(tài)效應(yīng)。
文檔編號(hào)F24J3/06GK202002396SQ20112006004
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者安玉嬌, 李海山, 趙國君, 高巖 申請(qǐng)人:北京建筑工程學(xué)院