專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用采暖末端免費(fèi)供冷的地源熱泵采暖系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種地源熱泵采暖系統(tǒng)，屬于供熱空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)建筑采暖能耗巨大，在占社會(huì)總能耗22°/Γ25%的建筑能耗中，約有40%用于建筑采暖。其中，北方城鎮(zhèn)地區(qū)采用熱網(wǎng)集中供熱或小區(qū)集中供熱的能耗約占建筑采暖總能耗的60%。隨著建筑面積的快速增加，采暖需求也會(huì)大幅度增長(zhǎng)。因此，采暖節(jié)能是我國(guó)建筑節(jié)能的重中之重。北方城鎮(zhèn)采暖主要為基于化石燃料燃燒的集中采暖方式，不僅能效低而且污染
大。燃煤鍋爐的平均效率僅為65%，即使是對(duì)于效率在90%以上的燃?xì)忮仩t，采暖的一次能源效率也是低于100%的。近年來(lái)，地源熱泵系統(tǒng)得到了非常廣泛的應(yīng)用，因其被看作是一種可再生能源利用技術(shù)。但是，地源熱泵系統(tǒng)存在冬季取熱和夏季排熱的不平衡，長(zhǎng)年運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致土壤溫度的逐年下降；對(duì)于僅供熱的地源熱泵系統(tǒng)，只存在冬季取熱，則土壤溫度的下降會(huì)更加嚴(yán)重。這樣就造成機(jī)組性能的大幅衰減，甚至根本無(wú)法正常運(yùn)行，供熱的可靠性得不到較好的保障。對(duì)于吸收式熱泵，在相同條件下，由于從土壤的取熱量較小，土壤溫度的下降量要明顯小于電熱泵。但是吸收式熱泵系統(tǒng)的長(zhǎng)年運(yùn)行也無(wú)法徹底解決土壤溫度下降和熱泵供熱性能衰減的問(wèn)題。目前解決地源熱泵系統(tǒng)土壤熱不平衡問(wèn)題常用的解決方案中，加大埋管間距占地面積大且緩解能力有限；鍋爐輔助熱源能效低；太陽(yáng)能補(bǔ)熱可靠性差。因此，地源熱泵系統(tǒng)土壤熱不平衡和性能衰減是保障北方地區(qū)供熱可靠性和節(jié)能運(yùn)行亟待解決的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提出了一種利用采暖末端免費(fèi)供冷的地源熱泵采暖系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有的采暖末端和地下自然冷源，給建筑提供免費(fèi)供冷。對(duì)于沒(méi)設(shè)空調(diào)的建筑，可以提供額外的冷量；對(duì)于設(shè)有采暖和空調(diào)兩套系統(tǒng)的建筑，則可以減小空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷。并且，采暖末端供冷還能將室內(nèi)余熱蓄存于地下，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤的補(bǔ)熱，從而有效的緩解地溫的降低和地源熱泵供熱系統(tǒng)的性能衰減。對(duì)于配有補(bǔ)熱設(shè)備的系統(tǒng)，則還可以減小補(bǔ)熱設(shè)備的容量，節(jié)省初投資。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種利用采暖末端免費(fèi)供冷的地源熱泵采暖系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括地源熱泵機(jī)組、用戶側(cè)水泵、采暖末端、地源側(cè)水泵和地下?lián)Q熱系統(tǒng)；所述地源熱泵機(jī)組的用戶側(cè)出口通過(guò)用戶側(cè)水泵與采暖末端的入口相連，地源熱泵機(jī)組的用戶側(cè)入口與采暖末端的出口相連；所述地下?lián)Q熱系統(tǒng)的出口通過(guò)地源側(cè)水泵與地源熱泵機(jī)組的地源側(cè)入口相連，地下?lián)Q熱系統(tǒng)的入口與地源熱泵機(jī)組的地源側(cè)出口相連；其特征在于在地源側(cè)水泵出口和采暖末端入口之間增加了免費(fèi)供冷供水管路，在采暖末端的出口與地下?lián)Q熱系統(tǒng)的入口之間增加了免費(fèi)供冷回水管路，并在免費(fèi)供冷供水管路上設(shè)有第二閥門(mén)；所述的地下?lián)Q熱系統(tǒng)、免費(fèi)供冷供水管路、采暖末端和免費(fèi)供冷回水管路構(gòu)成了采暖末端免費(fèi)供冷環(huán)路。所述的一種利用采暖末端免費(fèi)供冷的地源熱泵采暖系統(tǒng)，其特征在于所述采暖末端采用暖氣片、輻射板或風(fēng)機(jī)盤(pán)管。所述地下?lián)Q熱系統(tǒng)為地埋管換熱器或地下水井。所述地源熱泵機(jī)組為電熱泵或吸收式熱泵。本實(shí)用新型與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果①充分利用了現(xiàn)有的采暖末端和地下自然冷源實(shí)現(xiàn)免費(fèi)供冷通過(guò)采暖末端的免費(fèi)供冷實(shí)現(xiàn)了對(duì)土壤的季節(jié)性補(bǔ)熱，從而有效的緩解地溫的降低和地源熱泵供熱系統(tǒng)的性能衰減；③對(duì)于設(shè)有采暖和空調(diào)兩套系統(tǒng)的建筑，可以減小空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷；④對(duì)于配有補(bǔ)熱設(shè)備的系統(tǒng)，還可以減小補(bǔ)熱設(shè)備的容量，減少初投資?？偟膩?lái)說(shuō)，本實(shí)用新型是一個(gè)節(jié)能環(huán)保的供熱系統(tǒng)。特別適用于冬季有供熱需求
但是夏季對(duì)空調(diào)要求不高或者不設(shè)空調(diào)的建筑；對(duì)于采暖和空調(diào)系統(tǒng)分開(kāi)的建筑，采暖末端供冷可以用來(lái)減小空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷；對(duì)于配有補(bǔ)熱設(shè)備的系統(tǒng)，則還可以減小補(bǔ)熱設(shè)備的容量，減少初投資。

圖I為本實(shí)用新型公開(kāi)的一種利用采暖末端免費(fèi)供冷的地源熱泵采暖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的冬季供熱模式的示意圖。圖3為本實(shí)用新型的采夏季免費(fèi)供冷模式的示意圖。圖中1_地源熱泵機(jī)組；2_用戶側(cè)水泵；3_采暖末端；4_第一閥門(mén)；5_地源側(cè)水泵；6_地下?lián)Q熱系統(tǒng)；7_第二閥門(mén)；8_免費(fèi)供冷供水管路；9_免費(fèi)供冷回水管路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)、原理和工作過(guò)程做進(jìn)一步的說(shuō)明。圖I為本實(shí)用新型公開(kāi)的一種利用采暖末端免費(fèi)供冷的地源熱泵采暖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括地源熱泵機(jī)組I、用戶側(cè)水泵2、采暖末端3、地源側(cè)水泵5和地下?lián)Q熱系統(tǒng)6 ;所述地源熱泵機(jī)組I的用戶側(cè)出口通過(guò)用戶側(cè)水泵2與采暖末端3的入口相連，地源熱泵機(jī)組I的用戶側(cè)入口與采暖末端3的出口相連；所述地下?lián)Q熱系統(tǒng)6的出口通過(guò)地源側(cè)水泵5與地源熱泵機(jī)組I的地源側(cè)入口相連，地下?lián)Q熱系統(tǒng)6的入口與地源熱泵機(jī)組I的地源側(cè)出口相連。在地源側(cè)水泵5出口和采暖末端3入口之間增加了免費(fèi)供冷供水管路8，在采暖末端3的出口與地下?lián)Q熱系統(tǒng)6的入口之間增加了免費(fèi)供冷回水管路9，并在免費(fèi)供冷供水管路8上設(shè)有第二閥門(mén)7 ;所述的地下?lián)Q熱系統(tǒng)6、免費(fèi)供冷供水管路8、采暖末端3.和免費(fèi)供冷回水管路9構(gòu)成了采暖末端免費(fèi)供冷環(huán)路。在夏季，將地下?lián)Q熱系統(tǒng)的出水通過(guò)地源側(cè)水泵5直接送入建筑的采暖末端3，實(shí)現(xiàn)免費(fèi)供冷，并通過(guò)調(diào)節(jié)地源側(cè)水泵5的流量或第二閥門(mén)7的開(kāi)度控制進(jìn)入采暖末端3的水溫。所述采暖末端3可以采用暖氣片、各種輻射板或風(fēng)機(jī)盤(pán)管。所述地下?lián)Q熱系統(tǒng)6采用地埋管換熱器或地下水井。所述地源熱泵機(jī)組I為電熱泵或吸收式熱泵。圖2為本實(shí)用新型的冬季供熱模式的示意圖。在采暖期，關(guān)閉第二閥門(mén)7，地下?lián)Q熱系統(tǒng)6出口的載冷劑在地源熱泵機(jī)組I的蒸發(fā)器中被吸熱降溫后返回到地下?lián)Q熱系統(tǒng)6，地源熱泵機(jī)組I提取載冷劑中的熱量后制取供熱熱水通過(guò)用戶側(cè)水泵2進(jìn)入到采暖末端3中給用戶供熱。圖3為本實(shí)用新型的采夏季免費(fèi)供冷模式的示意圖。對(duì)于沒(méi)有設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)或者設(shè)置了單獨(dú)的空調(diào)系統(tǒng)的建筑，在夏季，地源側(cè)水泵5將地下?lián)Q熱系統(tǒng)6出口的冷水經(jīng)過(guò)免費(fèi)供冷供水管路8直接送入采暖末端3，為建筑免費(fèi)供冷，在采暖末端3中吸熱升溫后回到地下?lián)Q熱系統(tǒng)6中排熱降溫，形成免費(fèi)供冷循環(huán)，同時(shí)也對(duì)土壤進(jìn)行了補(bǔ)熱。當(dāng)?shù)叵聯(lián)Q熱系統(tǒng)6的出口冷水溫度較低而使得采暖末端3有結(jié)露的可能時(shí)，可以調(diào)節(jié)地源側(cè)水泵5的流量或第二閥門(mén)7的開(kāi)度，適當(dāng)提高冷水溫度。當(dāng)調(diào)節(jié)流量或開(kāi)度還無(wú)法避免采暖末端3結(jié)
露時(shí)，則可以適當(dāng)停止免費(fèi)供冷。對(duì)于風(fēng)機(jī)盤(pán)管采暖末端，則不需要考慮結(jié)露的危險(xiǎn)。
權(quán)利要求1.一種利用采暖末端免費(fèi)供冷的地源熱泵采暖系統(tǒng)，包括地源熱泵機(jī)組(I)、用戶側(cè)水泵(2)、采暖末端(3)、地源側(cè)水泵(5)和地下?lián)Q熱系統(tǒng)(6);所述地源熱泵機(jī)組(I)的用戶側(cè)出口通過(guò)用戶側(cè)水泵(2)與采暖末端(3)的入口相連，地源熱泵機(jī)組(I)的用戶側(cè)入口與采暖末端(3)的出口相連；所述地下?lián)Q熱系統(tǒng)(6)的出口通過(guò)地源側(cè)水泵(5)與地源熱泵機(jī)組(I)的地源側(cè)入口相連，地下?lián)Q熱系統(tǒng)(6)的入口與地源熱泵機(jī)組(I)的地源側(cè)出口相連；其特征在于在地源側(cè)水泵(5)出口和采暖末端(3)入口之間增加了免費(fèi)供冷供水管路(8),在采暖末端(3)的出口與地下?lián)Q熱系統(tǒng)(6)的入口之間增加了免費(fèi)供冷回水管路(9)，并在免費(fèi)供冷供水管路(8)上設(shè)有第二閥門(mén)(7);所述的地下?lián)Q熱系統(tǒng)(6)、免費(fèi)供冷供水管路(8)、采暖末端(3).和免費(fèi)供冷回水管路(9)構(gòu)成了采暖末端免費(fèi)供冷環(huán)路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用采暖末端免費(fèi)供冷的地源熱泵采暖系統(tǒng)，其特征在于所述采暖末端(3)采用暖氣片、輻射板或風(fēng)機(jī)盤(pán)管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用采暖末端免費(fèi)供冷的地源熱泵采暖系統(tǒng)，其特征在于所述地下?lián)Q熱系統(tǒng)(6)為地埋管換熱器或地下水井。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用采暖末端免費(fèi)供冷的地源熱泵采暖系統(tǒng)，其特征在于所述地源熱泵機(jī)組(I)為電熱泵或吸收式熱泵。
專(zhuān)利摘要一種利用采暖末端免費(fèi)供冷的地源熱泵采暖系統(tǒng)，屬于供熱空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域。該采暖系統(tǒng)在常規(guī)地源熱泵系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了免費(fèi)供冷環(huán)路。在冬季采用地源熱泵從地下取熱，制取熱水供給采暖末端；在夏季，利用增設(shè)的免費(fèi)供冷環(huán)路將地埋管或者地下?lián)Q熱水井的出水直接送入采暖末端，向室內(nèi)提供免費(fèi)的冷量。本實(shí)用新型充分利用現(xiàn)有的采暖末端自然冷源，不僅對(duì)建筑提供免費(fèi)供冷、減少空調(diào)負(fù)荷，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下土壤的補(bǔ)熱，緩解了地源熱泵長(zhǎng)年從地下取熱而導(dǎo)致的土壤溫度下降以及熱泵性能衰減的問(wèn)題。對(duì)于設(shè)置了太陽(yáng)能等補(bǔ)熱設(shè)備的系統(tǒng)，還能減少補(bǔ)熱設(shè)備的容量，節(jié)省投資。
文檔編號(hào)F24D3/18GK202613556SQ20122022088
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者李先庭, 吳偉, 王寶龍, 石文星, 游田, 張曉靈, 李炳田 申請(qǐng)人:清華大學(xué)