CN103277939B - 一种季节蓄能地源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种季节蓄能地源热泵系统，包括深层地热水换热装置、工业余热水换热装置、太阳能集热水换热装置、硬化地面换热装置；所述深层地热水装置与第一、第二地埋管换热装置连接，形成热能循环蓄存系统。所述工业余热水装置与第一、二地埋管换热装置连接，形成热能循环蓄存系统。所述太阳能集热水换热装置与第一、二地埋管换热装置连接，形成热能循环蓄存系统。应用浅层地热能实现建筑空调是运用地源热泵存取浅层岩土体的基温区热量。冬季在岩土体的基温区应用热泵提取热量来给室内供暖；夏季向岩土体的基温区释放热量给室内制冷。本发明有效地应用可再生能源实现建筑物室内空调，本发明结构简单，可实施性强，成本低廉，便于推广。

Description

一种季节蓄能地源热泵系统

技术领域

本发明涉及热资源蓄存技术领域结合地源热泵建筑空调应用技术领域。具体是一种能够利用硬化地面蓄热水，深层地热水，工业余热水，太阳能集热水的季节蓄能地源热泵系统。

背景技术

目前，世界各国都在开发新能源，谋求解决不可再生能源将枯竭的问题。我国提出“十二五”期间GDP能耗要降低20%的目标，国家财政部、建设部发文《关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》以及《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》，明确指出“十二五”期间，可再生能源应用面积占新建建筑面积比例为25%以上，到2020年，可再生能源应用面积占新建建筑面积比例为50%以上，太阳能技术和地源热泵技术被列为可再生能源建筑应用主要内容。

常规地源热泵系统应用建筑空调时从地下吸热和释热均因地制用，不能实现采暖和制冷双方向运行时尽可能达到最佳工况。尤其困惑的是持续的建筑冷热负荷不平衡的客观现状逐步移动岩土体基础温度点，导致系统先降效后失效。

发明内容

本发明为了解决现有地源热泵应用技术中，寻求最佳工况点运行问题，本发明目的是提供一种多途径补偿和调节岩土体热能基温满足地源热泵设备在最佳工况点运行的季节蓄能地源热泵系统。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种季节蓄能地源热泵系统，包括热泵机组、室内散热装置和第一、第二地埋管换热装置；其中，室内散热装置通过热泵机组与第一、第二地埋管换热装置连接；还包括与第一、第二地埋管换热装置可切换连接的能量交换单元；所述能量交换单元又包括：深层地热水换热装置、工业余热水换热装置、太阳能集热水换热装置；

所述深层地热水换热装置通过电动阀和循环泵与第一、第二地埋管换热装置连接；夏季,通过开关电动阀和启停循环泵将深层地热水换热装置与第一、二地埋管换热装置连接形成热能交换存储系统，实现深层地能热水与浅层地能热水进行热量交换，将深层地源热能存储于第一、第二地埋管换热装置中；冬季，通过开关电动阀和启停循环泵将所述深层地热水换热装置通过热泵机组与室内散热装置连接，将所述第一、二地埋管换热装置通过热泵机组与室内散热装置连接；将深层地热水与第一、二地埋管换热装置中蓄存的热水共同用于室内供暖；至此，实现深层地热水与地源热水共同供热；

所述工业余热水换热装置通过电动阀和循环泵与第一、二地埋管换热装置连接，夏季,通过开关电动阀和启停循环泵将工业余热水换热装置与第一、二地埋管换热装置连接形成热能交换存储系统，将工业余热热能存储于第一、第二地埋管换热装置中；冬季，通过热泵机组将工业余热水换热装置直接与室内散热装置连接；将所述第一、二地埋管换热装置通过热泵机组与室内散热装置连接；所述工业余热水换热装置与第一、第二地埋管换热装置中蓄存的热水共同用于室内供暖；至此，实现工业余热水与地源热水共同供热；

所述太阳能集热水换热装置通过电动阀和循环泵与第一、二地埋管换热装置连接，夏季,通过开关电动阀和启停循环泵将太阳能集热水换热装置与第一、第二地埋管换热装置连接形成热能交换存储系统，太阳能集热水换热装置将热能存储于第一、第二地埋管换热装置中；冬季，通过热泵机组将太阳能集热装置收集的太阳能热水与第一、第二地埋管换热装置中存储于地下的地源热水共同供给室内散热装置，进而实现太阳能热水与地源热水共同供热。

所述能量交换单元还包括硬地面换热装置，夏季，所述硬地面换热装置通过电动阀和循环泵与第一、二地埋管换热装置连接形成热能交换存储系统，将硬地面收集的热能存储与第一、二地埋管换热装置中；冬季，通过开关电动阀和启停循环泵将硬地面换热装置与第一、二地埋管换热装置连接，实现硬地面冬季融雪。

所述深层地热水换热装置、工业余热换热装置、太阳能集热水换热装置；硬化地面换热装置并联或串联后，夏季，通过开关电动阀和启停循环泵与第一、二地埋管换热装置连接形成热量循环蓄存结构。

实现装置是：

所述热泵机组与室内换热装置之间设有循环泵泵₄和开关电动阀阀₁₀；所述第一地埋管换热装置与第二地埋管换热装置之间设置开关电动阀阀，硬地面换热装置端口设置有开关电动阀阀₇、太阳能集热水换热装置端口设有电动阀阀₈、工业余热水换热装置端口设有电动阀阀₆、深层地热水换热装置端口设有电动阀阀₅；所述电动阀阀₉是超负荷与失衡负荷的切换阀；所述能量交换单元与第二地埋管换热装置之间设有阀₄、泵₄，所述能量交换单元与第一地埋管换热装置之间设有阀₃、泵₃；

所述第一地埋管换热装置与热泵机组之间设置有循环泵泵₁和电动阀阀₁；于室内换热装置与热泵机组之间设置有循环泵泵₄；于第一、第二地埋管换热装置与能量交换单元之间设置有循环泵泵₃、泵₄。

本发明的优点为：

1、本发明可低费用地实现可再生能源为建筑物室内供暖，具有高效安全的特点。

2、本发明可低费用地利用可再生能源，保障重要交通枢纽地面冬季融雪天。

3、本发明结构简单，可实施性强，成本低廉，便于推广。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图图1和实施例对本发明进一步说明。

一种季节蓄能地源热泵系统，包括热泵机组3、室内散热装置9和第一、第二地埋管换热装置1、2；其中，室内散热装置9通过热泵机组3与第一、第二地埋管换热装置1、2连接；

还包括与第一、第二地埋管换热装置1、2可切换连接的能量交换单元4；

所述能量交换单元4又包括：深层地热水换热装置5、工业余热水换热装置6、太阳能集热水换热装置8；

所述深层地热水换热装置5通过电动阀和循环泵与第一、第二地埋管换热装置1、2连接；夏季,通过开关电动阀和启停循环泵将深层地热水换热装置5与第一、二地埋管换热装置1、2连接形成热能交换存储系统，实现深层地能热水与浅层地能热水进行热量交换，将深层地源热能存储于第一、第二地埋管换热装置1、2中；冬季，通过开关电动阀和启停循环泵将所述深层地热水换热装置5通过热泵机组3与室内散热装置9连接，将所述第一、二地埋管换热装置1、2通过热泵机组3与室内散热装置9连接；将深层地热水与第一、二地埋管换热装置1、2中蓄存的热水共同用于室内供暖；至此，实现深层地热水与地源热水共同供热；

所述工业余热水换热装置6通过电动阀和循环泵与第一、二地埋管换热装置1、2连接，夏季,通过开关电动阀和启停循环泵将工业余热水换热装置6与第一、二地埋管换热装置1、2连接形成热能交换存储系统，将工业余热热能存储于第一、第二地埋管换热装置1、2中；冬季，通过热泵机组3将工业余热水换热装置6直接与室内散热装置9连接；将所述第一、二地埋管换热装置1、2通过热泵机组3与室内散热装置9连接；所述工业余热水换热装置6与第一、第二地埋管换热装置1、2中蓄存的热水共同用于室内供暖；至此，实现工业余热水与地源热水共同供热；

所述太阳能集热水换热装置8通过电动阀和循环泵与第一、二地埋管换热装置1、2连接，夏季,通过开关电动阀和启停循环泵将太阳能集热水换热装置8与第一、第二地埋管换热装置1、2连接形成热能交换存储系统，太阳能集热水装置将热能存储于第一、第二地埋管换热装置1、2中；冬季，通过热泵机组3将太阳能集热水装置8收集的太阳能热水与第一、第二地埋管换热装置1、2中存储于地下的地源热水共同供给室内散热装置9，进而实现太阳能热水与地源热水共同供热。

所述能量交换单元4还包括硬地面换热装置7，夏季，所述硬地面换热装置7通过电动阀和循环泵与第一、二地埋管换热装置1、2连接形成热能交换存储系统，将硬地面收集的热能存储与第一、二地埋管换热装置1、2中；冬季，通过开关电动阀和启停循环泵将硬地面换热装置7与第一、二地埋管换热装置1、2连接，实现硬地面冬季融雪。

所述深层地热水换热装置5、工业余热水换热装置6、太阳能集热水换热装置8；硬地面换热装置7并联或串联后，夏季，通过开关电动阀和启停循环泵与第一、二地埋管换热装置1、2连接形成热量循环蓄存结构。

岩土体基温区在连续应用冬夏季不同冷热量影响后，基温点将发生移动。上移说明释热量大于提热量；下移说明提热量大于释热量。累计移动量如偏差到热泵正常工况应用范围则系统低效;如超过热泵正常工况设定范围则系统失效。换言之，地下换热器影响的岩土体可以理解为“热库”，北方以采暖为主地区适合“夏贮冬取”；南方以制冷为主地区适合“冬清夏装”。将地下岩土体温度通过季节蓄能技术，按照其建筑负荷需求均衡合理地建立起地源热泵最佳运行工况区，定义为蓄能地源热泵技术。

我国北方供暖是地源热泵系统主要应用方向，如果在热库中提热量大于释热量。必须夏季补充正值热量保证系统连续安全运行。

我国南方制冷是地源热泵系统主要应用方向，如果在热库中释热量大于提热量。必须在冬季补充负值热量保证系统连续安全运行。

实施例

夏季，地源热泵系统运行第一地埋管换热装置1，利用该区域蓄冷地温，通过室内散热装置9供冷。

同时还要把工业余热水换热装置6、太阳能集热水装置8、硬地面换热装置7接入第二地埋管换热装置2并开启运行，将夏季的热能通过第二地埋管换热装置2进行区域地温持续提高。

冬季，当地源热泵系统供热量大时，将第一、二地埋管换热装置1、2切换成与热泵机组3连接，整体运行。同时还增加工业余热换热水装置、太阳能集热水换热装置8、深层地热水换热装置5进行热能补充供给。

本发明充分利用社会，自然经人工创造的热资源的条件，设计应用可切换的能量交换单元4与第一、第二地埋管换热装置1、2在岩土体中建立地温蓄能循环系统。当系统为建筑供热时，实现热失衡的及时补充。在冬季雪天出现的时候，所述第一、第二地埋管换热装置1、2利用工业余热、太阳能集热、深层地热水蓄存的热量共同与硬地面换热装置7进行换热循环，可实现飞机跑道和交通路面一边下雪一边融化的目的，直到地面干爽。用于保障机场，码头，车站，桥梁等重要交通枢纽安全通畅。

所述第一地埋管换热装置1与第二地埋管换热装置2之间设置开关电动阀阀9，于热泵机组3与室内换热装置9之间设有循环泵泵₄和开关电动阀阀₁₀；硬地面换热装置7端口设置有开关电动阀阀₇、太阳能集热水换热装置8端口设有电动阀阀₈、工业余热水换热装置6端口设有电动阀阀₆、深层地热水换热装置5端口设有电动阀阀₅；所述电动阀阀₉是超负荷与失衡负荷的切换阀；所述能量交换单元4与第二地埋管换热装置2之间设有阀₄、泵₄，所述能量交换单元4与第一地埋管换热装置1之间设有阀₃、泵₃。

所述第一地埋管换热装置1与热泵机组3之间设置有循环泵泵₁和电动阀阀₁；于室内换热装置与热泵机组3之间设置有循环泵泵₄；于第一、第二地埋管换热装置1、2与能量交换单元4之间设置有循环泵泵₃、泵₄。

夏季地源系统蓄热时，

蓄能地源热泵系统蓄能时：开启运行阀₃、阀₄、阀₅、阀₆、阀₇、阀₈、阀₉，泵₃、泵₄其他泵阀全关闭，将夏季大量的余热储存到地下土层中。

冬季为室内供热时，、

蓄能地源热泵系统供热时：开启运行阀₁、阀₂、阀₁₀、阀₄、阀₅、阀₆、阀₈、阀₉，泵₁、泵₁₀、泵₂、泵₄其他泵阀全关闭。

冬季为硬地面供热时，

蓄能地源热泵系统供热：开启运行阀₃、阀₄、阀₅、阀₆、阀₇、阀₈、阀₉，泵₃、泵₄、泵₂，迅速提升硬质地面温度来融化路面降雪。

本发明设计理念是运用地面上设置的地面集散热设施蓄温，与地埋管换热器预先循环换热提升地温，共同作用实现岩土体蓄能。

所述硬地面换热装置7，为在建筑物周边的停车场，停机坪，飞机跑道等硬地面层下设水平埋管系统。

所述工业余热水换热装置6为：热电厂；热化工厂；冶炼厂，焦化厂等工艺冷却水。

所述太阳能集热水换热装置8为：太阳能管，板制备热水。

所述深层地热水换热装置5为：开采石油分离水；深井地热水；地热温泉水等。

本发明还可以用于蔬菜大棚，渔业，牧业生产的冬季供热需要。

Claims (4)

1.一种季节蓄能地源热泵系统，包括热泵机组、室内散热装置和第一、第二地埋管换热装置；其中，室内散热装置通过热泵机组与第一、第二地埋管换热装置连接；其特征在于：还包括与第一、第二地埋管换热装置可切换连接的能量交换单元；

所述能量交换单元又包括：深层地热水换热装置、工业余热水换热装置、太阳能集热水换热装置；

所述深层地热水换热装置通过电动阀和循环泵与第一、第二地埋管换热装置连接；夏季,通过开关电动阀和启停循环泵将深层地热水换热装置与第一、二地埋管换热装置连接形成热能交换存储系统，实现深层地能热水与浅层地能热水进行热量交换，将深层地源热能存储于第一、第二地埋管换热装置中；冬季，通过开关电动阀和启停循环泵将所述深层地热水换热装置通过热泵机组与室内散热装置连接，将所述第一、二地埋管换热装置通过热泵机组与室内散热装置连接；将深层地热水与第一、二地埋管换热装置中蓄存的热水共同用于室内供暖；至此，实现深层地热水与地源热水共同供热；

所述工业余热水换热装置通过电动阀和循环泵与第一、二地埋管换热装置连接，夏季,通过开关电动阀和启停循环泵将工业余热水换热装置与第一、二地埋管换热装置连接形成热能交换存储系统，将工业余热热能存储于第一、第二地埋管换热装置中；冬季，通过热泵机组将工业余热水换热装置直接与室内散热装置连接；将所述第一、二地埋管换热装置通过热泵机组与室内散热装置连接；所述工业余热水换热装置与第一、第二地埋管换热装置中蓄存的热水共同用于室内供暖；至此，实现工业余热水与地源热水共同供热；

所述太阳能集热水换热装置通过电动阀和循环泵与第一、二地埋管换热装置连接，夏季,通过开关电动阀和启停循环泵将太阳能集热水换热装置与第一、第二地埋管换热装置连接形成热能交换存储系统，太阳能集热水换热装置将热能存储于第一、第二地埋管换热装置中；冬季，通过热泵机组将太阳能集热水换热装置收集的太阳能热水与第一、第二地埋管换热装置中存储于地下的地源热水共同供给室内散热装置，进而实现太阳能热水与地源热水共同供热。

2.按权利要求1所述的季节蓄能地源热泵系统，其特征在于：

所述能量交换单元还包括硬地面换热装置，夏季，所述硬地面换热装置通过电动阀和循环泵与第一、二地埋管换热装置连接形成热能交换存储系统，将硬地面收集的热能存储与第一、二地埋管换热装置中；冬季，通过开关电动阀和启停循环泵将硬地面换热装置与第一、二地埋管换热装置连接，实现硬地面冬季融雪。

3.按权利要求1所述的季节蓄能地源热泵系统，其特征在于：

所述深层地热水换热装置、工业余热水换热装置、太阳能集热水换热装置； 硬地面换热装置并联或串联后，夏季，通过开关电动阀和启停循环泵与第一、二地埋管换热装置连接形成热量循环蓄存结构。

4.按权利要求1所述的季节蓄能地源热泵系统，其特征在于：

实现装置是：

所述热泵机组与室内换热装置之间设有循环泵泵四和开关电动阀阀十；所述第一地埋管换热装置与第二地埋管换热装置之间设置开关电动阀阀九，硬地面换热装置端口设置有开关电动阀阀七、太阳能集热水换热装置端口设有电动阀阀八、工业余热水换热装置端口设有电动阀阀六、深层地热水换热装置端口设有电动阀阀五；所述开关电动阀阀九是超负荷与失衡负荷的切换阀；所述能量交换单元与第二地埋管换热装置之间设有阀四、泵四，所述能量交换单元与第一地埋管换热装置之间设有阀三、泵三；

所述第一地埋管换热装置与热泵机组之间设置有循环泵泵一和电动阀阀一；于室内换热装置与热泵机组之间设置有循环泵泵四；于第一、第二地埋管换热装置与能量交换单元之间设置有循环泵泵三、泵四。