一種從環(huán)境取熱的土壤源熱泵系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種從環(huán)境取熱的土壤源熱泵系統(tǒng)，屬于供熱空調(diào)領(lǐng)域。本技術(shù)可有效解決北方地區(qū)土壤源熱泵系統(tǒng)的土壤熱不平衡問(wèn)題，維持系統(tǒng)長(zhǎng)年穩(wěn)定高效運(yùn)行，特別適用于建筑熱負(fù)荷較大，且干燥缺水的北方地區(qū)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)的北方地區(qū)主要采用基于化石燃料燃燒的集中采暖方式，該方式總體能效不高造成了較大的能源消耗，并且由于污染物的排放一定程度上加劇了霧霾的出現(xiàn)。土壤源熱泵以土壤為低位能源，系統(tǒng)性能受氣溫影響較小，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，作為一種清潔高效的采暖空調(diào)形式，近年來(lái)在我國(guó)的應(yīng)用越來(lái)越廣。但土壤的熱不平衡問(wèn)題是制約其性能及發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。當(dāng)土壤源熱泵應(yīng)用于北方地區(qū)以熱負(fù)荷為主的建筑時(shí)，系統(tǒng)從土壤的全年累計(jì)取熱量明顯大于排熱量，將造成土壤溫度下降，進(jìn)而系統(tǒng)性能下降、甚至無(wú)法運(yùn)行。現(xiàn)有的解決方案中，增加埋管數(shù)量、增大地埋管間距等將造成初投資的增加且只能減緩?fù)寥罍囟认陆担荒軓母旧辖鉀Q土壤熱不平衡問(wèn)題；增加太陽(yáng)能集熱器作為輔助設(shè)備，將會(huì)帶來(lái)較高的初投資、且運(yùn)行可靠性差。
[0003]為此，探索一種同時(shí)具有較高經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性的北方地區(qū)土壤源熱泵系統(tǒng)土壤熱不平衡問(wèn)題解決方案，將有助于推動(dòng)土壤源熱泵在北方地區(qū)的合理推廣與應(yīng)用，替代化石燃料燃燒供暖，對(duì)節(jié)能減排具有重大意義。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]基于上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種從環(huán)境取熱的土壤源熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)可提供冬季采暖、夏季空調(diào)、全年生活熱水、非采暖季補(bǔ)熱，解決北方地區(qū)土壤源熱泵系統(tǒng)的土壤熱不平衡問(wèn)題，維持系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定高效運(yùn)行。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0006]一種從環(huán)境取熱的土壤源熱泵系統(tǒng)，包括熱泵機(jī)組、地埋管、用戶(hù)、地源側(cè)集水器、地源側(cè)分水器、地源側(cè)水泵、用戶(hù)側(cè)水泵、用戶(hù)側(cè)分水器、第一閥門(mén)和用戶(hù)側(cè)集水器；所述熱泵機(jī)組用戶(hù)側(cè)的出口依次連接用戶(hù)側(cè)水泵、用戶(hù)側(cè)分水器、第一閥門(mén)、用戶(hù)和用戶(hù)側(cè)集水器回到熱泵機(jī)組用戶(hù)側(cè)，構(gòu)成熱泵機(jī)組用戶(hù)側(cè)供暖供冷回路；所述熱泵機(jī)組地源側(cè)的出口依次連接地源側(cè)集水器、地埋管、地源側(cè)分水器和地源側(cè)水泵回到熱泵機(jī)組地源側(cè)，構(gòu)成熱泵機(jī)組地源側(cè)制暖制冷回路；其特征在于:所述的從環(huán)境取熱的土壤源熱泵系統(tǒng)還包括第一換熱器、第二換熱器、第二換熱器水泵、第二閥門(mén)、第三閥門(mén)、第四閥門(mén)、第五閥門(mén)、第六閥門(mén)和第七閥門(mén)；所述的第一換熱器的熱泵機(jī)組用戶(hù)側(cè)出口依次連接用戶(hù)側(cè)集水器、熱泵機(jī)組用戶(hù)側(cè)、用戶(hù)側(cè)水泵、用戶(hù)側(cè)分水器和第二閥門(mén)回到第一換熱器，構(gòu)成第一換熱器的熱泵機(jī)組用戶(hù)側(cè)回路；所述的第二換熱器的用戶(hù)側(cè)出口依次連接第三閥門(mén)、第一換熱器的第二換熱器側(cè)和第二換熱器水泵回到第二換熱器，構(gòu)成第二換熱器熱泵補(bǔ)熱回路；所述的第二換熱器的用戶(hù)側(cè)出口依次連接第六閥門(mén)、地源側(cè)集水器、地埋管、地源側(cè)分水器、第七閥門(mén)和第二換熱器水泵回到第二換熱器，構(gòu)成第二換熱器直接補(bǔ)熱回路；所述的第二換熱器的用戶(hù)側(cè)出口依次連接第四閥門(mén)、熱泵機(jī)組地源側(cè)、第五閥門(mén)和第二換熱器水泵回到第二換熱器，構(gòu)成第二換熱器直接供暖回路。
[0007]上述技術(shù)方案中，所述的一種從環(huán)境取熱的土壤源熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述的熱泵機(jī)組采用在制冷制熱工況轉(zhuǎn)換模式下的制冷劑側(cè)切換或外部水路側(cè)切換兩種結(jié)構(gòu)形式。所述的第二換熱器采用風(fēng)冷換熱器、太陽(yáng)能集熱器和溶液噴淋式換熱器中的一種或幾種的組合。
[0008]本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0009]本實(shí)用新型在常規(guī)土壤源熱泵基礎(chǔ)上增加第二換熱器，根據(jù)室外空氣溫度的變化和負(fù)荷特征，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行模式。夏季或冬季，常規(guī)土壤源熱泵系統(tǒng)向土壤中排熱或從中取熱，向用戶(hù)提供空調(diào)、采暖和生活熱水。非采暖季，當(dāng)室外空氣溫度較高時(shí)，第二換熱器可從環(huán)境取熱、經(jīng)熱泵機(jī)組提升溫度后向土壤補(bǔ)熱，實(shí)現(xiàn)第二換熱器熱泵補(bǔ)熱模式；當(dāng)室外空氣溫度進(jìn)一步升高或太陽(yáng)輻射較強(qiáng)時(shí)，第二換熱器可直接從環(huán)境取熱向土壤補(bǔ)熱，實(shí)現(xiàn)第二換熱器直接補(bǔ)熱模式。非采暖期需供應(yīng)生活熱水時(shí)，可采用第二換熱器從環(huán)境取熱、經(jīng)熱泵機(jī)組提升溫度后向用戶(hù)供熱，實(shí)現(xiàn)第二換熱器的熱泵供熱，滿(mǎn)足用戶(hù)生活熱水需求，大大減少熱泵機(jī)組從地下的取熱。采暖初末期，當(dāng)室外空氣溫度較高或太陽(yáng)輻射較強(qiáng)時(shí)，可采用第二換熱器從環(huán)境取熱、經(jīng)熱泵機(jī)組提升溫度向用戶(hù)供熱，實(shí)現(xiàn)第二換熱器熱泵供熱模式，滿(mǎn)足用戶(hù)采暖需求。第二換熱器熱泵供熱模式減少了系統(tǒng)從地下的取熱，縮小了土壤全年熱不平衡；同時(shí)，由于空氣溫度較高或太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，第二換熱器的出水溫度可能比地埋管換熱器的出水溫度高，因而，第二換熱器熱泵供熱模式比常規(guī)土壤源熱泵供熱能效比更高。與常規(guī)技術(shù)相比:①由于增加第二換熱器作為輔助設(shè)備，所需的初投資較低，且管道連接形式簡(jiǎn)單，適用于新建或改建的土壤源熱泵工程；②第二換熱器熱泵供熱模式可減少系統(tǒng)從土壤中的取熱，同時(shí)第二換熱器直接補(bǔ)熱和第二換熱器熱泵補(bǔ)熱模式又可增大向土壤的補(bǔ)熱量，使得土壤全年的取熱量與“補(bǔ)熱+排熱量”基本相等，有效解決了土壤源熱泵在北方地區(qū)熱負(fù)荷為主的建筑中出現(xiàn)的土壤熱不平衡問(wèn)題，保證了土壤源熱泵的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行；③第二換熱器可充分利用空氣中的熱能或太陽(yáng)能進(jìn)行補(bǔ)熱或直接供熱，系統(tǒng)運(yùn)行能耗較少、運(yùn)行費(fèi)用較低。相對(duì)于傳統(tǒng)化石燃料燃燒的供暖方式，具有較高的一次能源效率和明顯的節(jié)能性。
[0010]總的來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型以低初投資、低運(yùn)行能耗和簡(jiǎn)單的系統(tǒng)連接形式，解決北方地區(qū)常規(guī)土壤源熱泵系統(tǒng)的土壤熱不平衡問(wèn)題，具有較高的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性，有助于土壤源熱泵系統(tǒng)在北方地區(qū)的合理推廣與應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型提供的從環(huán)境取熱的土壤源熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0012]圖2是本實(shí)用新型提供的從環(huán)境取熱的土壤源熱泵系統(tǒng)土壤源熱泵供熱或供冷模式的示意圖。
[0013]圖3是本實(shí)用新型提供的從環(huán)境取熱的土壤源熱泵系統(tǒng)第二換熱器熱泵補(bǔ)熱模式的示意圖。
[0014]圖4是本實(shí)用新型提供的從環(huán)境取熱的土壤源熱泵系統(tǒng)第二換熱器直接補(bǔ)熱模式的示意圖。
[0015]圖5是本實(shí)用新型提供的從環(huán)境取熱的土壤源熱泵系統(tǒng)第二換熱器熱泵供熱模式的示意圖。
[0016]其中:1-用戶(hù)；2_第一換熱器；3_第三閥門(mén)；4_第二換熱器；5_第二換熱器水泵；6_第四閥門(mén)；7_第五閥門(mén)；8_第六閥門(mén)；9_地源側(cè)集水器；10_地埋管；11_第七閥門(mén)；12-地源側(cè)分水器；13_地源側(cè)水泵；14_熱泵機(jī)組；15_用戶(hù)側(cè)水泵；16_用戶(hù)側(cè)分水器；17-用戶(hù)側(cè)集水器；18-第一閥門(mén)；19-第二閥門(mén)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]圖1是本實(shí)用新型提供的從環(huán)境取熱的土壤源熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖，包括熱泵機(jī)組14、地埋管10、用戶(hù)1、地源側(cè)集水器9、地源側(cè)分水器12、地源側(cè)水泵13、用戶(hù)側(cè)水泵15、用戶(hù)側(cè)分水器16、第一閥門(mén)18和用戶(hù)側(cè)集水器17 ;所述熱泵機(jī)組14用戶(hù)側(cè)的出口依次連接用戶(hù)側(cè)水泵15、用戶(hù)側(cè)分水器16、第一閥門(mén)18、用戶(hù)I和用戶(hù)側(cè)集水器17回到熱泵機(jī)組14用戶(hù)側(cè)，構(gòu)成熱泵機(jī)組用戶(hù)側(cè)供暖供冷回路；所述熱泵機(jī)組14地源側(cè)的出口依次連接地源側(cè)集水器9、地埋管10、地源側(cè)分水器12和地源側(cè)水泵13回到熱泵機(jī)組14地源側(cè)，構(gòu)成熱泵機(jī)組地源側(cè)制暖制冷回路；所述的從環(huán)境取熱的土壤源熱泵系統(tǒng)還包括第一換熱器2、第二換熱器4、第二換熱器水泵5、第二閥門(mén)19、第三閥門(mén)3、第四閥門(mén)6、第五閥門(mén)7、第六閥門(mén)8和第七閥門(mén)11 ;所述的第一換熱器2的熱泵機(jī)組用戶(hù)側(cè)出口依次連接用戶(hù)側(cè)集水器17、熱泵機(jī)組14用戶(hù)側(cè)、用戶(hù)側(cè)水泵15、用戶(hù)側(cè)分水器16和第二閥門(mén)19回到第一換熱器2，構(gòu)成第一換熱器的熱泵機(jī)組用戶(hù)側(cè)回路；所述的第二換熱器4的用戶(hù)側(cè)出口依次連接第三閥門(mén)3、第一換熱器2的第二換熱器側(cè)和第二換熱器水泵5回到第二換熱器4，構(gòu)成第二換熱器熱泵補(bǔ)熱回路；所述的第二換熱器4的用戶(hù)側(cè)出口依次連接第六閥門(mén)8、地源側(cè)集水器9、地埋管10、地源側(cè)分水器12、第七閥門(mén)11和第二換熱器水泵5回到第二換熱器4，構(gòu)成第二換熱器直接補(bǔ)熱回路；所述的第二換熱器4的用戶(hù)側(cè)出口依次連接第四閥門(mén)6、熱泵機(jī)組14地源側(cè)、第五閥門(mén)7和第二換熱器水泵5回到第二換熱器4，構(gòu)成第二換熱器直接供暖回路。
[0019]所述的一種從環(huán)境取熱的土壤源熱泵系統(tǒng)，所述的熱泵機(jī)組14采用在制冷制熱工況轉(zhuǎn)換模式下的制冷劑側(cè)切換或外部水路側(cè)切換兩種結(jié)構(gòu)形式。所述的第二換熱器4采用風(fēng)冷換熱器、太陽(yáng)能集熱器和溶液噴淋式換熱器中的一種或幾種的組合。
[0020]本實(shí)用新型所述的從環(huán)境取熱的土壤源熱泵系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)以下幾種獨(dú)立的運(yùn)行模式:
[0021]a.土壤源熱泵供熱或供冷模式:當(dāng)用戶(hù)具有供暖、供生活熱水或供冷需求，且第二換熱器不滿(mǎn)足運(yùn)行條件時(shí)，關(guān)閉第二閥門(mén)19、第三閥門(mén)3、第四閥門(mén)6、第五閥門(mén)7、第六閥門(mén)8、第七閥門(mén)11和第二換熱器水泵5 ;地埋管10出水經(jīng)地源側(cè)分水器12和地源側(cè)水泵13進(jìn)入熱泵機(jī)組14地源側(cè)，為熱泵機(jī)組14提供低位熱源或冷源，然后，經(jīng)地源側(cè)集水器9回到地埋管10 ;用戶(hù)回水經(jīng)用戶(hù)側(cè)集水器17進(jìn)入熱泵機(jī)組14用戶(hù)側(cè)被加熱或降溫，然后，經(jīng)用戶(hù)側(cè)水泵15、用戶(hù)側(cè)分水器16和第一閥門(mén)18回到用戶(hù)1，采用土壤源熱