CN102829520B - 多用户地源热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

一种多用户地源热泵空调系统，涉及热泵空调系统，地源换热器的出水、回水口直接与供水、回水主管相连，回水主管上设有补水定压装置，各用户分别安装一台小型的热泵机组，热泵机组包括机体、压缩机、能源侧换热器、使用侧换热器和膨胀罐；热泵机组的能源侧换热器的循环水管路进、出水口分别与供水、回水主管相连，能源侧换热器的循环水管路进水口上设有室外循环泵，热泵机组的使用侧换热器的循环水管路进、出水口与室内末端机相连，使用侧换热器的循环水管路进水口上设有室内循环泵。本发明换热速度快、效率高，空调系统的制冷、制热速度快、效率高，节约能源。不产生公摊费用，或费用很小，节省能源。尤其适用于入住率低的楼房。

Description

多用户地源热泵空调系统

技术领域

本发明涉及热泵空调系统，详细讲是一种使用成本低廉、节约能源的多用户地源热泵空调系统。

背景技术

我们知道，地源热泵是一种利用浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）既可供热又可制冷的高效节能空调设备。热泵的热源为地表水（江水、湖水、河水、海水）、地下水和土壤。目前楼房用的多用户地源热泵空调系统的具体结构为：设有地源换热器、主机房和室内末端机，其中地源换热器根据热源的不同分为地表水源或地下水源换热器和地埋管换热器，能源分别取自地表水、地下水和土壤；主机房内安装热泵机组，热泵机组包括压缩机、能源侧换热器、使用侧换热器、膨胀罐，压缩机经四通阀与能源侧换热器制冷剂管路一端相连接，能源侧换热器制冷剂管路另一端经热力膨胀阀与使用侧换热器制冷剂管路一端相连接，使用侧换热器制冷剂管路另一端经四通阀与压缩机相连接；能源侧换热器的循环水管路经水泵与地源换热器相连，使用侧换热器的循环水管路的出水口和进水口上设有供水主管和回水主管，供水主管上设有供水泵,回水主管上设有补水定压装置；每个用户的室内末端机分别经控制阀与供水主管和回水主管相连，。这种地源热泵空调系统由主机房内的机组统一制出冷热通过管道输送到用户末端系统供其使用；使用时，供水泵工作，用户只需打开控制阀，供水主管内的水就会进入用户的室内末端机释放能量后返回回水主管，因此对水泵的功率、扬程等参数要求较高，供水主管与回水主管间必须存在一定的余压来保证系统的正常工作，使得系统压力增高，特别是在高层建筑集中供热时，系统压力高，供水主管及用户末端机管路容易爆裂，存在安全隐患。水泵功率大，运行费用高。同时存在如下问题：主机房建设需要投资，主机房占建筑区域的有效建设面积。管道在冷热的输送过程中会有大量的损失，造成浪费。热泵机组为统一集中供冷或供热，用户不能随意的选择。对于投资者来说一次性投资大；只有部分用户使用也要开启整个大机组，运行费用高；机组配件大，维护费用高。不能分户计量，只能均摊，收费不合理，限制了该系统的使用；运行费用如需分户计量，只能额外投资增加设备，如流量表等设备，加以计量；但仍存在后期的维修保养费用无法分摊计量的问题。主机维修保养，所有用户需全部停止使用。需要配备机房的管理人员。而且大型中央主机需要大功率的配电设施，投资费用大。

如果地源换热器采用地表水源或地下水源换热器，建筑物属于高层建筑，使用侧和能源侧都需要配备大扬程水泵，水泵功率大，耗电量大；如采用土壤源换热器，地埋管换热器的安装区域一般选择在主机房的周围，井的数量多且密集，冬夏季统一制冷或统一制热，能量不易交换，换热速度慢，也不能完全依赖地下土壤的温度达到热平衡，冬天容易形成冻土，不利于机组的运行，机组效率低。如采用分散打井，需增加管道的铺设费用，而且能量损失较大，能源利用率低。高层地埋管换热器系统内需要配备大功率的循环水泵，费用计量需增加额外计量设备。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种无公摊费用，使用成本低廉，节约能源，系统管路内压力低、不存在安全隐患的多用户地源热泵空调系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种多用户地源热泵空调系统，包括地源换热器、供水主管、回水主管和补水定压装置，地源换热器的出水口和回水口直接与供水主管和回水主管相连，回水主管上设有补水定压装置，其特征在于各用户分别安装一台小型的热泵机组，热泵机组包括机体、压缩机、能源侧换热器、使用侧换热器和膨胀罐；热泵机组的能源侧换热器的循环水管路进水口和出水口分别与供水主管和回水主管相连，能源侧换热器的循环水管路进水口或出水口上设有室外循环泵，热泵机组的使用侧换热器的循环水管路进水口和出水口与室内末端机相连，使用侧换热器的循环水管路进水口或出水口上设有室内循环泵。

本发明中所述的地源换热器为水源换热器，水源换热器使用侧循环水管路的进水口和出水口与供水主管和回水主管相连，能源侧循环水管路经换热泵与水源相连通。

本发明中所述的水源换热器为板式换热器。

本发明中所述的地源换热器为土壤源换热器。土壤源换热器通常为深埋地下的换热管路。

本发明中所述的地源换热器包括土壤源换热器和板式换热器，板式换热器的能源侧循环水管路经换热泵与土壤源换热器连通，板式换热器使用侧循环水管路的出水口和回水口分别连接供水主管和回水主管。这种土壤源地源换热器适用于高层建筑，可以减少系统压力和室外循环泵对扬程的要求，换热泵用低扬程水泵即可，从而缩减了投资，减少了室外循环泵的使用费用。

本发明中所述的补水定压装置是，在位子最高的热泵机组上方设有膨胀水箱，膨胀水箱的底部与回水主管相连，膨胀水箱上设有液位控制阀，膨胀水箱经液位控制阀与自来水管路连接。膨胀水箱上还设有溢流管和排污管。

本发明中所述的能源侧换热器的循环水管路进水口和出水口上、使用侧换热器的循环水管路进水口和出水口上以及室内末端机的进水和回水管路上分别设有控制阀。

本发明中所述的室内末端机包括空调末端机和热水箱，二者经三通阀并联后与室内循环泵及热泵机组使用侧换热器的循环水管路进水口或出水口相连。

本发明安装完成后，供水主管、回水主管除与地源换热器和各用户的热泵机组连通外无其他泄水口，补水定压装置保证了供水主管、回水主管时刻有水，且同一高度二者间的水压相等；因此，对室内循环泵的各项性能参数要求很小，成本低廉，使用时节约能源，使用费用低。安装完成后，任何用户需要使用空调系统时，只需要开启自家的室外循环泵和室内循环泵即可，控制简单、方便；室外循环泵使地源换热器与能源侧换热器间的水往复循环，室内循环泵使使用侧换热器与室内末端机间的水往复循环，热泵机组内的压缩机工作使制冷剂在能源侧换热器与使用侧换热器间循环，完成二者间的热交换，实现对室内的制冷或制热。由于热泵机组为一户一机，没有中央主机房，机组安装在建筑物的管道井、厨房、卫生间或墙壁内，不占有效的使用面积。用户全年可根据自己的需求随意的选择开启或关闭机组，控制运行费用，任意选择制冷或制热，满足不同的需求。达到分户计量的要求，无需增加计量设备的投资。无大型主机的维护保养费用，一户机组维修不影响其他机组的正常使用，维护方便。无需大功率的配电，只需用户用电的正常配备。投资者可根据实际销售用户的使用情况分期投资安装、使用。无需物业管理人员。地源换热器采用土壤源换热器时，可以以单元为一个系统，在每个单元的周围打井，井的数量少且比较分散，由于用户常年随意的选择冷热，在系统内部部分冷热可相互抵消，部分冷热由地下土壤温度平衡，有效的解决了地下热平衡的问题，换热速度快、效率高，空调系统的制冷、制热速度快、效率高，节约能源。土壤源换热器不需要配备公用水泵，能源侧的水泵均安装与于机组内部。机组开启后，土壤源换热器系统运行，系统为密闭系统，无系统余压，系统压力低。用户末端系统为密封常压状态，不存在压力的安全隐患。如为小高层以下建筑，能源侧和使用侧都无需公用的循环水泵，由热泵机组内的水泵直接循环使用。本发明各户单独使用和控制自己的室外循环泵和室内循环泵，且无需物业管理供水泵站，不产生公摊费用，或费用很小，节省能源。尤其适用于入住率低的楼房。

附图说明

图1是本发明的一种系统管路连接示意图。

图2是图1的A处局部放大图。

图3是本发明的又一种系统管路连接示意图。

图4是本发明热泵机组的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2、图4所示的多用户地源热泵空调系统，设有地源换热器，地源换热器为土壤源换热器1；土壤源换热器1通常为深埋地下的换热管路。土壤源换热器的出水口和回水口分别连接有供水主管3和回水主管2；如图所示，供水主管3和回水主管2为贯穿各楼层的主管路，供水主管和回水主管上端密封。各用户分别安装一台小型的热泵机组4，热泵机组4包括机体、压缩机15、能源侧换热器18、使用侧换热器19和膨胀罐22，热泵机组4就是通过R22等冷媒,经压缩机作功、换热产生冷、热水提供给室内末端机使用的设备,有风冷/水冷两大种，本发明中为水冷热泵机组；热泵机组的结构为压缩机15的出口经四通阀16与能源侧换热器18制冷剂管路一端相连接，能源侧换热器制冷剂管路另一端经热力膨胀阀17与使用侧换热器19制冷剂管路一端相连接，使用侧换热器制冷剂管路另一端经四通阀与压缩机吸入口相连接，使用侧换热器循环水管路上设有膨胀罐22，热泵机组的内部结构与现有技术相同，不再赘述。热泵机组的能源侧换热器的循环水管路进水口或出水口上设有室外循环泵11，能源侧换热器的循环水管路进水口和出水口分别与供水主管和回水主管相连，从图中可以看出热泵机组的能源侧换热器的循环水管路进水口上设有室外循环泵，能源侧换热器的循环水管路进水口经室外循环泵与供水主管相连，室外循环泵进水端与供水主管相连，室外循环泵出水端与能源侧换热器的循环水管路进水口相连；也可以是能源侧换热器的循环水管路出水口上设有室外循环泵，能源侧换热器的循环水管路出水口经室外循环泵与回水主管相连，室外循环泵出水端与回水主管相连，室外循环泵进水端与能源侧换热器的循环水管路出水口相连；

室外循环泵可以设置在热泵机组内，是其组成部分，也可以在热泵机组外，在现有的热泵机组上另行加设的部件。热泵机组的使用侧换热器的循环水管路进水口或出水口上设有室内循环泵10，使用侧换热器的循环水管路进水口和出水口与室内末端机5、6相连，室内末端机可以是一种，也可以是多种，通过相应的阀门并联或串联后与使用侧换热器进水口和出水口相连，如图所示的为地暖末端机5和空调末端机6并联的室内末端，也可以增设连接热水器等末端机，以扩展其功能。室内循环泵10为热泵机组使用侧换热器与室内末端机间的水循环提供动力。回水主管上设有定压装置；所述的定压装置是在位子最高的热泵机组上方设有膨胀水箱9，膨胀水箱9的底部与回水主管相连；通常设置在楼房的楼顶。膨胀水箱上设有液位控制阀8，膨胀水箱经液位控制阀8与自来水管路7连接，膨胀水箱上还设有溢流管和排污管，便于水箱的补水和清理。从图2和图4中可以看出能源侧换热器18的循环水管路进水口和出水口上、使用侧换热器19的循环水管路进水口和出水口上以及室内末端机5、6的进水和回水管路上分别设有控制阀；便于对系统的安装、使用和维修。

从图1中可以看出本实施例中地源换热器包括土壤源换热器1和板式换热器21，板式换热器21的能源侧循环水管路经换热泵20与土壤源换热器连通，板式换热器使用侧循环水管路的出水口和回水口分别连接供水主管和回水主管。这种土壤源地源换热器适用于高层建筑，可以减少系统压力和室外循环泵对扬程的要求，换热泵用低扬程水泵即可，从而缩减了投资，减少了室外循环泵的使用费用。

本发明安装完成后，供水主管、回水主管除与地源换热器和各用户的热泵机组连通外无其他泄水口，定压装置保证了供水主管、回水主管时刻有水，且同一高度二者间的水压相等；因此，对室内循环泵的各项性能参数要求很小，成本低廉，使用时节约能源，使用费用低。安装完成后，任何用户需要使用空调系统时，只需要开启自家的室外循环泵和室内循环泵即可，控制简单、方便；室外循环泵使地源换热器与能源侧换热器间的水往复循环，室内循环泵使使用侧换热器与室内末端机间的水往复循环，热泵机组内的压缩机工作使制冷剂在能源侧换热器与使用侧换热器间循环，完成二者间的热交换，实现对室内的制冷或制热。由于热泵机组为一户一机，没有中央主机房，机组安装在建筑物的管道井或厨房、卫生间等，不占有效的使用面积。用户全年可根据自己的需求随意的选择开启或关闭机组，控制运行费用，任意选择制冷或制热，满足不同的需求。达到分户计量的要求，无需增加计量设备的投资。无大型主机的维护保养费用，一户机组维修不影响其他机组的正常使用，维护方便。无需大功率的配电，只需用户用电的正常配备。投资者可根据实际销售用户的使用情况分期投资安装、使用。无需物业管理人员。地源换热器采用土壤源换热器时，可以以单元为一个系统，在每个单元的周围打井，井的数量少且比较分散，由于用户常年随意的选择冷热，在系统内部部分冷热可相互抵消，部分冷热由地下土壤温度平衡，有效的解决了地下热平衡的问题，换热速度快、效率高，空调系统的制冷、制热速度快、效率高，节约能源。土壤源换热器不需要配备公用水泵，能源侧的水泵均安装与于机组内部。机组开启后，土壤源换热器系统运行，系统为密闭系统，无系统余压，系统压力低。用户末端系统为密封常压状态，不存在压力的安全隐患。如为小高层以下建筑，能源侧和使用侧都无需公用的循环水泵，由热泵机组内的水泵直接循环使用。本发明各户单独使用和控制自己的室外循环泵和室内循环泵，且无需物业管理供水泵站，不产生公摊费用，或费用很小，节省能源。尤其适用于用户较少的楼房。

实施例2

如图3所示的多用户地源热泵空调系统，与实施例1的主要区别在于所述的地源换热器为水源换热器12，水源换热器12使用侧循环水管路的进水口和出水口为与供水主管和回水主管相连，能源侧循环水管路经换热泵与水源相连通，具体为能源侧循环水管路进水口经换热泵14与水源13相连、出水口与水源13连通，本实施例中水源换热器选用板式换热器，换热效率高，节约能源。水源换热器经换热泵与水源组成了一次室外换热循环；水源换热器、热泵机组的能源侧换热器和室外循环泵组成了二次室外换热循环；水源换热器设置在地下水或地表水的水源附近，二者间液位差很小，对换热泵的要求很低，水在高楼间循环的压力由定压装置、也就是本发明中置于楼顶的水箱来提供和保持，充分利用了水的连通器原理，节省能源。

Claims (3)

1.一种多用户地源热泵空调系统，包括地源换热器、供水主管、回水主管和补水定压装置，地源换热器的出水口和回水口直接与供水主管和回水主管相连，回水主管上设有补水定压装置，其特征在于各用户分别安装一台小型的热泵机组，热泵机组包括机体、压缩机、能源侧换热器、使用侧换热器和膨胀罐；热泵机组的能源侧换热器的循环水管路进水口和出水口分别与供水主管和回水主管相连，能源侧换热器的循环水管路进水口或出水口上设有用户机组能源侧内置循环水泵，热泵机组的使用侧换热器的循环水管路进水口和出水口与室内末端机相连，使用侧换热器的循环水管路进水口或出水口上设有用户机组使用侧内置循环水泵；所述的能源侧换热器的循环水管路进水管和出水管上、使用侧换热器的循环水管路进水管和出水管上以及室内末端机的进水管和回水管上分别设有控制阀；所述的地源换热器包括土壤源换热器和板式换热器，板式换热器的能源侧循环水管路经换热泵与土壤源换热器连通，板式换热器使用侧循环水管路的出水口和回水口分别连接有供水主管和回水主管。

2.根据权利要求1所述的多用户地源热泵空调系统，其特征在于所述的补水定压装置是，在位置最高的热泵机组上方设有膨胀水箱，膨胀水箱的底部与回水主管相连，膨胀水箱上设有液位控制阀。

3.根据权利要求2所述的多用户地源热泵空调系统，其特征在于所述的室内末端机包括空调末端机和热水箱，二者经三通阀并联后与热泵机组使用侧换热器的循环水管路进水管或出水管相连。