CN102032716B - 热泵土壤热转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能将地表热量与地下热量进行相互传递转换的装置，具体是一种热泵土壤热转换装置。它包括空调供水管路、空调出水管路、热泵机组、水源进水管路、水源出水管路以及地埋管路，热泵机组包括冷凝器、蒸发器以及压缩机，地埋管路埋在地表以下且包括地埋管出水口以及地埋管进水口，地埋管出水口与地埋管进水口之间并联着若干导热管，地埋管出水口与水源出水管路连接，地埋管进水口与水源进水管路连接；空调供水管路与水源出水管路、空调出水管路与水源进水管路之间均设有阀门转换机构。本发明优点在于提高了土壤的储存冷量与热量的效率以及外界的制冷、供暖的效果。

Description

热泵土壤热转换装置
技术领域
本发明涉及一种能将地表热量与地下热量进行相互传递转换的装置，具体是一种热泵土壤热转换装置。
背景技术
土壤源热泵技术利用地球表面浅层地热资源作为冷热源进行能量转换，它的使用不受地域、资源等限制，是储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，也是清洁能源。由于土壤全年温度基本维持恒定，使得热泵机组在运行过程中稳定性好；而且土壤温度在夏季低于空气温度、在冬季高于空气温度，可以分别为热泵机组在夏冬季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度，根据热力学原理，土壤源热泵可以比空气源热泵有更高的制冷和制热效率。目前对于土壤源热泵的利用主要是采用夏季从相对低温土壤中提取冷量、冬季从温度相对较高的土壤中提取热量供给用户。
但传统的土壤源热泵技术主要有以下缺点：土壤导热系数较小，换热量较小。已有的经验表明，其持续吸热速率一般较小，所以当供热量或供冷量较大时，换热管占地面积较大，埋管的敷设无论是水平开挖布置还是钻孔垂直安装，都会增加土建费用，初期投资增加较大。
发明内容
本发明针对上述技术中存在的热量转换小的缺点，提出一种热泵土壤热转换装置，它具有热转换效率高的优点，解决了上述技术中存在的不足之处。
实现本发明目的的技术方案如下：
热泵土壤热转换装置，它包括空调供水管路、空调出水管路、热泵机组、水源进水管路、水源出水管路以及地埋管路，
热泵机组包括冷凝器、蒸发器以及压缩机，空调供水管路、空调出水管路与冷凝器连接，水源进水管路、水源出水管路与蒸发器连接，冷凝器、蒸发器与压缩机连接；
地埋管路埋包括土壤蓄冷地埋管与蓄冷水池地埋管，土壤蓄冷地埋管在地表以下且包括土壤蓄冷地埋管出水口以及土壤蓄冷地埋管进水口，土壤蓄冷地埋管出水口与土壤蓄冷地埋管进水口之间并联着若干导热管，土壤蓄冷地埋管出水口与水源出水管路连接，土壤蓄冷地埋管进水口与水源进水管路连接；蓄冷水池地埋管与水源出水管路以及水源进水管路连接；
空调供水管路与水源出水管路、空调出水管路与水源进水管路之间均设有阀门转换机构。
其中空调供水管路、空调出水管用于连接空调为空调提供热量或者冷量，蒸发器、冷凝器用于将空调供水管路、空调出水管中的热量或冷量与水源进水管路、水源出水管路中的热量或冷量进行交换，水源进水管路、水源出水管路用于将热量或者冷量传递到地埋管路中，压缩机驱动蒸发器与冷凝器工作增强热转换效率，地埋管路中的土壤蓄冷地埋管路以及蓄冷水池地埋管路包括若干并列的导热管，导热管能更好的将热量传递给地下土壤，通过流通在各个部件中的冷凝媒介将外界的热量或冷量与土壤中的冷量或者热量进行交换，从而达到对外界的冬天供暖，夏天制冷，阀门转换机构用于将空调供水管路、空调出水管路与冷凝器、蒸发器之间的连接进行切换，同时将水源进水管路、水源出水管路与冷凝器、蒸发器之间的连接进行切换，实现夏天制冷、冬天供暖。
所述的土壤蓄冷地埋管出水口与水源出水管路之间设有集水器。集水器的作用是在分支管路多的情况下，将地埋管路中多个分支的回流媒介进行集合，这样能更好更方便的调节系统水力平衡，能更合理的分配水量，提高效率及利用率。
所述的土壤蓄冷地埋管进水口与水源进水管路之间设有分水器。分水器的作用是在分支管路多的情况下，将水源进水管路中的水分成多个支流进入地埋管路或者土壤冷凝地埋管路，将这样能更好更方便的调节系统水力平衡，能更合理的分配水量，提高效率及利用率。
所述的空调供水管路、空调出水管路、热泵机组、水源进水管路、水源出水管路以及地埋管路中流通有冷凝媒介。通过该冷凝媒介将外界的热量或冷量与土壤中的冷量或者热量进行交换，从而达到对外界的冬天供暖，夏天制冷。
所述的冷凝媒介中含有防冻剂。防冻剂可以使冷凝媒介的凝固点降低，更有效地在单位冷凝媒介下携带更多的冷量，达到更好的制冷、供暖效果。
所述的冷凝媒介为水。水取材方便快捷，且安全。
所述的防冻剂为乙二醇。价格低廉，有效，尤其是可以让水的结冰点温度降低更好的实现冷量和热量的交换。
所述的阀门转换机构包括两个蝶阀。
所述的蓄冷水池地埋管路中的导热管均匀的设在地埋水池周围。
通过蓄冷水池地埋管路中的导热管将需要挖水池部位的周围土壤进行冷冻后在进行挖掘，由于水池周围土壤已经冻结，水池在开挖时周围应力较小，便于支护，当水池建设完成蓄冷后，周围的地埋管蓄冷又有利于对水池进行保温，使得蓄冷效果相比传统水池蓄冷有较大提高。
本发明采用上述技术方案具有以下优点：
1)夏季机组运行效率较高。因为采用土壤蓄冷与水池蓄冷相结合的技术，相比单一的普通土壤或水池蓄冷可以获得更低的水源温度，当冷却水通过地埋管与土壤换热时，冷却水温度降低值较大，根据热泵运行和热力学原理，当夏季制冷时，冷却水温度越低，热泵机组运行效率越高；
2)减少地埋管数量和其占地面积。采用土壤蓄冷和水池蓄冷相结合的技术，单位面积可以获得更多的冷量，在相同的供冷量的条件下，可以最大限度的减少地埋管数量和其占地面积，为前期的工程建设和投资节约成本；
3)热泵主机供冷量进一步加大。在相同的地埋管数量的条件下，由于使用土壤蓄冷技术，土壤温度低，可以从单位土壤中提取更多的冷量，使得热泵主机总供冷量进一步加大。
4)水池造价低。由于采用地埋管和水池相结合的技术，水池在建造时周围土壤因为冻结而应力减小，便于水池的支护和开挖，水池造价相比传统工艺较低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中蓄冷水池地埋管冻土挖水池后的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，热泵土壤热转换装置，它包括空调供水管路1、空调出水管路2、热泵机组3、水源进水管路4、水源出水管路5以及地埋管路，
热泵机组3包括冷凝器31、蒸发器32以及压缩机33，空调供水管路1、空调出水管路2与冷凝器31连接，水源进水管路4、水源出水管路5与蒸发器32连接，冷凝器31、蒸发器32与压缩机33连接；
地埋管路埋包括土壤蓄冷地埋管6与蓄冷水池地埋管9，土壤蓄冷地埋管6在地表以下且包括土壤蓄冷地埋管出水口62以及土壤蓄冷地埋管进水口61，土壤蓄冷地埋管出水口62与土壤蓄冷地埋管进水口61之间并联着若干导热管63，土壤蓄冷地埋管出水口62与水源出水管路5连接，土壤蓄冷地埋管进水口61与水源进水管路4连接；蓄冷水池地埋管9与水源出水管路5以及水源进水管路4连接；
其中空调供水管路1与水源出水管路5、空调出水管路2与水源进水管路4之间均设有阀门转换机构。
其中，土壤蓄冷地埋管出水口62与水源出水管路5之间设有集水器7。
其中，土壤蓄冷地埋管进水口61与水源进水管路4之间设有分水器8。
其中，空调供水管路1、空调出水管路2、热泵机组3、水源进水管路4、水源出水管路5以及地埋管路中流通有冷凝媒介。
上述冷凝媒介中含有防冻剂。
上述冷凝媒介为水。
上述防冻剂为乙二醇。
上述阀门转换机构包括两个蝶阀。
上述蓄冷水池地埋管路中的导热管均匀的设在地埋水池周围。
其中空调供水管路1与水源出水管路5之间设有两个阀门转换机构，每个阀门转换机构包括两个蝶阀，分别为A1、B1和A2、B2，其中A1设在空调供水管路1中，A2设在水源出水管路5中，B1、B2连接在空调供水管路1与水源出水管路5之间，B2一端连接在A1远离热泵机组3的一端的空调供水管路1上，B2另一端连接在A2接近热泵机组3的一端水源出水管路5上，B1一端连接在A1接近热泵机组3的一端空调供水管路1上，B1另一端连接在A2远离热泵机组3的一端。
其中空调出水管路2与水源进水管路4之间设有两个阀门转换机构，每个阀门转换机构包括两个蝶阀，分别为A3、B3和A4、B4，其中A3设在空调出水管路2中，A4设在水源进水管路4中，B3、B4连接在空调出水管路2与水源进水管路4之间，B4一端连接在A3远离热泵机组3的一端的空调出水管路2上，B4另一端连接在A4接近热泵机组3的一端水源进水管路4上，B3一端连接在A3接近热泵机组3的一端的空调出水管路2上，B3另一端连接在A4远离热泵机组3的一端的水源进水管路4上。
夏天关闭阀门B1、B2、B3、B4，打开阀门A1、A2、A3、A4，热泵机组工作，通过冷凝器31、蒸发器32、压缩机33的工作将地埋管路中的冷量通过水传递给空调使用，并将夏天空气中的热量传输到地表下进行储存。
冬天关闭阀门A1、A2、A3、A4开启阀门B 1、B2、B3、B4，热泵机组工作将外界的冷量传递到地表下的土壤以及水池中，再将土壤与水池中储存的夏天的热量传递给空调作为冬天取暖用。
如图2，同时冬天的冷量传递到地下，通过散热管91可以将地下土壤冷冻住，此时为了进一步增加蓄冷量，当土壤经过地埋管冷冻后对其进行开挖，构建蓄冷水池10，由于水池周围土壤已经冻结，水池在开挖时周围应力较小，便于支护。当水池建设完成蓄冷后，周围的地埋管蓄冷又有利于对水池进行保温，使得蓄冷效果相比传统水池蓄冷有较大提高。
在冬季供热季节调整热泵参数和热泵蒸发器内水体的加入防冻剂，使得水源热泵蒸发器端可以获得更低的出水温度，增大土壤与蒸发器出水温差，通过循环至地埋管换热设备中与土壤进行换热，土壤相比传统土壤源热泵可以获得更低的温度。

Claims (8)

1.热泵土壤热转换装置，它包括空调供水管路、空调出水管路、热泵机组、水源进水管路、水源出水管路以及地埋管路，
热泵机组包括冷凝器、蒸发器以及压缩机，空调供水管路、空调出水管路与冷凝器连接，水源进水管路、水源出水管路与蒸发器连接，冷凝器、蒸发器与压缩机连接；
地埋管路包括土壤蓄冷地埋管与蓄冷水池地埋管，土壤蓄冷地埋管在地表以下且包括土壤蓄冷地埋管出水口以及土壤蓄冷地埋管进水口，土壤蓄冷地埋管出水口与土壤蓄冷地埋管进水口之间并联着若干导热管，土壤蓄冷地埋管出水口与水源出水管路连接，土壤蓄冷地埋管进水口与水源进水管路连接；蓄冷水池地埋管与水源出水管路以及水源进水管路连接；其特征在于：
其中空调供水管路(1)与水源出水管路(5)之间设有两个阀门转换机构，每个阀门转换机构包括两个蝶阀，分别为A1、B1和A2、B2，其中A1设在空调供水管路(1)中，A2设在水源出水管路(5)中，B1、B2连接在空调供水管路(1)与水源出水管路(5)之间，B2一端连接在A1远离热泵机组(3)的一端的空调供水管路(1)上，B2另一端连接在A2接近热泵机组(3)的一端水源出水管路(5)上，B1一端连接在A1接近热泵机组(3)的一端空调供水管路(1)上，B1另一端连接在A2远离热泵机组(3)的一端；
其中空调出水管路(2)与水源进水管路(4)之间设有两个阀门转换机构，每个阀门转换机构包括两个蝶阀，分别为A3、B3和A4、B4，其中A3设在空调出水管路(2)中，A4设在水源进水管路(4)中，B3、B4连接在空调出水管路(2)与水源进水管路(4)之间，B4一端连接在A3远离热泵机组(3)的一端的空调出水管路(2)上，B4另一端连接在A4接近热泵机组(3)的一端水源进水管路(4)上，B3一端连接在A3接近热泵机组(3)的一端的空调出水管路(2)上，B3另一端连接在A4远离热泵机组(3)的一端的水源进水管路(4)上。
2.根据权利要求1所述的热泵土壤热转换装置，其特征在于：所述的土壤蓄冷地埋管出水口与水源出水管路之间设有集水器。
3.根据权利要求1所述的热泵土壤热转换装置，其特征在于：所述的土壤蓄冷地埋管进水口与水源进水管路之间设有分水器。
4.根据权利要求1所述的热泵土壤热转换装置，其特征在于：所述的空调供水管路、空调出水管路、热泵机组、水源进水管路、水源出水管路以及地埋管路中流通有冷凝媒介。
5.根据权利要求4所述的热泵土壤热转换装置，其特征在于：所述的冷凝媒介中含有防冻剂。
6.根据权利要求4或5所述的热泵土壤热转换装置，其特征在于：所述的冷凝媒介为水。
7.根据权利要求5所述的热泵土壤热转换装置，其特征在于：所述的防冻剂为乙二醇。
8.根据权利要求1所述的热泵土壤热转换装置，其特征在于：所述的蓄冷水池地埋管中的导热管均匀的设在地埋水池周围。
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