本發(fā)明屬于熱泵供熱與制冷技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用相變熱的水、地源熱泵系統(tǒng)及制冷與制熱工藝。

背景技術(shù)：

水、地源熱泵技術(shù)在國外出現(xiàn)較早，應(yīng)用也比較成熟。從二十世紀(jì)三四十年代開始，就出現(xiàn)了成功的工程應(yīng)用案例。目前，在歐美、日本，地表水熱泵系統(tǒng)應(yīng)用較為普遍，也取得了非常可觀的節(jié)能和減排效果。

我國熱泵技術(shù)近年來發(fā)展較快，尤其是地下水和土壤冷、熱系統(tǒng)得到了大量的工程應(yīng)用，由于城市污水溫度高于自然水體溫度，從而使污水源熱泵系統(tǒng)得到了較快發(fā)展。而地表水熱泵系統(tǒng)發(fā)展相對滯后，主要是因為地表水熱泵系統(tǒng)需要的地表水量很大、溫度較高（一般在冰點溫度5℃以上），實際上，能夠滿足此使用要求的水體不是很多，尤其在冬季寒冷的北方，在采暖期地表水水溫較低，可利用水體溫差偏窄（一般5℃左右），且要求換熱前后溫度高于冰點。

因此，如何在地表水可利用溫差較小的前提下，盡可能多的提取地表水熱量是水源熱泵能否快速發(fā)展的瓶頸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種利用相變熱的水、地源熱泵系統(tǒng)及制冷與制熱工藝，既利用水體溫降顯熱，同時利用水凝固的相變熱，同樣的溫度提取的熱量超過現(xiàn)有技術(shù)的15倍以上，打破水源熱泵系統(tǒng)冰點的制約。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：利用相變熱的水、地源熱泵系統(tǒng)，包括布置于水面底部的換熱器組、熱泵機組和室內(nèi)末端系統(tǒng)，還包括防凍液儲箱和緩沖水箱，所述換熱器組布置于地表水體底部與土壤接觸處，所述換熱器組分別連接防凍液儲箱和熱泵機組，室內(nèi)末端系統(tǒng)通過緩沖水箱與熱泵機組連接，室內(nèi)末端系統(tǒng)與緩沖水箱之間設(shè)有第一循環(huán)水泵組，緩沖水箱與泵熱機組之間設(shè)第二循環(huán)水泵組，熱泵機組和防凍液儲箱之間設(shè)第三循環(huán)水泵組，換熱器組將地表水及土壤內(nèi)水的顯熱和相變熱通過泵熱機組傳輸至室內(nèi)末端系統(tǒng)。

進一步的，所述熱泵機組包括冷媒、蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器。

進一步的，所述室內(nèi)末端系統(tǒng)包括采暖末端和制冷末端。

進一步的，所述防凍液儲箱連接有乙二醇儲箱，由乙二醇儲箱補充添加防凍液。

進一步的，所述防凍液儲箱和緩沖水箱上分別連接用于補水的管。

上述利用相變熱的水、地源熱泵系統(tǒng)的制熱工藝，包括以下步驟：

將換熱器組布置在地表水體底部與土壤接觸處，防凍液儲箱內(nèi)的防凍液由第三循環(huán)泵組泵入換熱器組，防凍液吸收周圍水、冰及土壤溫度后，進入熱泵機組；熱泵機組內(nèi)部的冷媒吸收防凍液的熱量后溫度升高，在蒸發(fā)器內(nèi)部蒸發(fā)汽化，然后通過熱泵機組的壓縮機的壓縮，將冷媒的溫度進一步提高，再通過冷凝器使冷媒從汽化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為液化狀態(tài)，并釋放大量熱量；這部分熱量通過第二循環(huán)水泵組泵出的冷水吸收后，送入緩沖水箱內(nèi)；緩沖水箱內(nèi)的熱水由第一循環(huán)水泵組送到采暖末端，完成一個逆卡諾循環(huán)，該循環(huán)重復(fù)進行，水體所含物理熱被不斷的送到用戶使用。

上述利用相變熱的水、地源熱泵系統(tǒng)的制冷工藝，包括以下步驟：

熱泵機組的壓縮機將氣態(tài)的制冷劑壓縮成高溫高壓氣體，輸送至冷凝器中，通過冷凝器將熱量向外散發(fā)，成為低溫高壓的液體制冷劑，該過程制冷劑散發(fā)的熱量通過第三循環(huán)水泵組泵出的水吸收后，送入換熱器組，將熱量散發(fā)到水體中；同時，液體制冷劑通過管道進入到熱泵機組的毛細管，通過毛細管的節(jié)流，再被輸送至制冷末端的空調(diào)蒸發(fā)器；空調(diào)蒸發(fā)器空間較大，液體制冷劑在通過狹窄的毛細管進入蒸發(fā)器后迅速吸熱，室內(nèi)溫度降低；制冷劑再次變?yōu)榈葴氐葔旱臍怏w時，再次進入壓縮機中，完成一個卡諾循環(huán)，該循環(huán)重復(fù)進行，用戶的熱量內(nèi)不斷的輸送到水體中。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)點在于：

（1）本發(fā)明不僅利用了水的溫度變化所含的物理熱，同時也可以利用水凝固或冰融化所釋放的相變潛熱，同樣的溫度提取的熱量超過現(xiàn)有技術(shù)的15倍以上，也就是提起同樣的熱量，所需要的水體理論上僅需現(xiàn)有工藝的1/15，更重要的是打破水源熱泵系統(tǒng)冰點的制約，可廣泛用于北方各種水（冰）體，使水源熱泵得到更廣泛應(yīng)用，在極寒地區(qū)應(yīng)用，該系統(tǒng)同空氣源熱泵相比優(yōu)勢顯著，受空氣溫度影響很小，能效比一般能高達3.0以上；

（2）在制熱時，當(dāng)換熱器組周邊水體凝固成冰以后，由于冰的導(dǎo)熱系數(shù)是水的導(dǎo)熱系數(shù)的4倍多，所以水源結(jié)冰不僅大幅增加冷媒提取熱量，同時也有利于換熱管周邊冰體與水體以及管道下方含飽和水土壤的熱交換，使得地表水及土壤內(nèi)水的顯熱和相變熱都能得到利用，同時還利用了水底土壤顯熱及冰溫降顯熱，從而使可利用的熱量進一步增加；

（3）通過換熱器組吸收周邊水體及土壤的熱量（包括相變熱）和排放熱量，使得水、地源熱泵對其取熱的水體容量及水質(zhì)的要求大大降低，對推廣水、地源熱泵必將起到極大的促進作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

圖中，1.緩沖水箱；2.第一循環(huán)水泵組；3.采暖末端；4.制冷末端；5.換熱器組；6.防凍液儲箱；7.乙二醇儲箱；8.第三循環(huán)水泵組；9.熱泵機組；10.第二循環(huán)水泵組。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖1所示，利用相變熱的水、地源熱泵系統(tǒng)，包括換熱器組5、熱泵機組9和室內(nèi)末端系統(tǒng)，熱泵機組9包括冷媒、蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器，室內(nèi)末端系統(tǒng)包括采暖末端3和制冷末端4，還包括防凍液儲箱6和緩沖水箱1，防凍液儲箱6連接有乙二醇儲箱7，由乙二醇儲箱7補充添加防凍液，防凍液儲箱6和緩沖水箱1上分別連接用于補水的管；換熱器組5布置于地表水體底部與土壤接觸處，換熱器組5分別連接防凍液儲箱6和熱泵機組9，室內(nèi)末端系統(tǒng)通過緩沖水箱1與熱泵機組9連接，室內(nèi)末端系統(tǒng)與緩沖水箱1之間設(shè)有第一循環(huán)水泵組2，緩沖水箱1與泵熱機組9之間設(shè)第二循環(huán)水泵組10，熱泵機組9和防凍液儲箱6之間設(shè)第三循環(huán)水泵組8，換熱器組5將地表水及土壤內(nèi)水的顯熱和相變熱通過泵熱機組9傳輸至室內(nèi)末端系統(tǒng)。

上述利用相變熱的水、地源熱泵系統(tǒng)的制熱工藝，包括以下步驟：

將換熱器組5布置在地表水體底部與土壤接觸處，將乙二醇儲箱7存儲的乙二醇與水在防凍液儲箱6內(nèi)按照一定比例混合成防凍液，防凍液儲箱6內(nèi)的防凍液由第三循環(huán)泵組8泵入換熱器組5，防凍液吸收周圍水、冰及土壤溫度后，進入熱泵機組，周邊水體溫度不斷下降，最終凝固成冰，此時換熱器組5周邊水體釋放出大量的凝固潛熱，當(dāng)水體凝固成冰以后，由于冰的導(dǎo)熱系數(shù)是水的導(dǎo)熱系數(shù)的4倍多，所以水源結(jié)冰不僅大幅增加冷媒提取熱量，同時也有利于換熱器組周邊冰體與水體以及管道下方含飽和水土壤的熱交換，使得地表水及土壤內(nèi)水的顯熱和相變熱都能得到利用，同時還利用了水底土壤顯熱及冰溫降顯熱，從而使可利用的熱量進一步增加；熱泵機組9內(nèi)部的冷媒吸收防凍液的熱量后溫度升高，在蒸發(fā)器內(nèi)部蒸發(fā)汽化，然后通過熱泵機組9的壓縮機的壓縮，將冷媒的溫度進一步提高，再通過冷凝器使冷媒從汽化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為液化狀態(tài)，并釋放大量熱量；這部分熱量通過第二循環(huán)水泵組10泵出的冷水吸收后，送入緩沖水箱1內(nèi)；緩沖水箱1內(nèi)的熱水由第一循環(huán)水泵組2送到采暖末端3，完成一個逆卡諾循環(huán)，該循環(huán)重復(fù)進行，水體所含物理熱被不斷的送到用戶使用。

上述利用相變熱的水、地源熱泵系統(tǒng)的制冷工藝，與上述制熱過程相反，包括以下步驟：

熱泵機組9的壓縮機將氣態(tài)的制冷劑壓縮成高溫高壓氣體，輸送至冷凝器中，通過冷凝器將熱量向外散發(fā)，成為低溫高壓的液體制冷劑，該過程制冷劑散發(fā)的熱量通過第三循環(huán)水泵組8泵出的水吸收后，送入換熱器組5，將熱量散發(fā)到水體中；同時，液體制冷劑通過管道進入到熱泵機組9的毛細管，通過毛細管的節(jié)流，再被輸送至制冷末端4的空調(diào)蒸發(fā)器；空調(diào)蒸發(fā)器空間較大，液體制冷劑在通過狹窄的毛細管進入蒸發(fā)器后迅速吸熱，室內(nèi)溫度降低；制冷劑再次變?yōu)榈葴氐葔旱臍怏w時，再次進入壓縮機中，完成一個卡諾循環(huán)，該循環(huán)重復(fù)進行，用戶的熱量內(nèi)不斷的輸送到水體中。

本發(fā)明的泵熱系統(tǒng)適用于所有利用相變提取能量的水源，包括自然水體、污水以及海水熱泵系統(tǒng)；也適用于含有飽和水的土壤源熱泵系統(tǒng)。

綜上所述，本發(fā)明既利用水體溫降顯熱，同時利用水凝固的相變熱，同樣的溫度提取的熱量超過現(xiàn)有技術(shù)的15倍以上，打破水源熱泵系統(tǒng)冰點的制約。

當(dāng)然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)，無論是自然水體、河流、城市污水還是海水源熱泵系統(tǒng)還是含有飽和水的土壤源熱泵，只要利用水-冰的相變熱，做出的變化、改型、添加或替換，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。