CN1072010A - 一种热泵供热供冷系统 - Google Patents

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陈显余
吕金扬
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Abstract

一种以地下水为高温和低温热源的热泵供热供 冷系统。由水温较高的热水井1、热水井抽水泵2、热 水井抽水管3、热水井回水管4、阀门5、热泵机组6、 阀门7、冷水井回水管8、冷水井抽水管9、冷水井抽 水泵10、水温较低的冷水井11构成一个地下水双向 循环回路。热泵供热时，抽取热井水作高温热源，在 热泵蒸发器中释放出热量，水温降低后回灌入冷水井 中；热泵供冷时，抽取冷井水作低温热源，在热泵冷凝 器中吸收热量，水温升高后回灌入热水井中。采用这 一蓄热(冷)型地下水热泵系统，可充分利用热泵的制 冷制热效果，且大大节约地下水用量，防止地面沉 降。

Description

本发明涉及一种以地下水作热源的热泵供热供冷系统。
可供热泵系统利用的地下热源主要为土壤热和地下水。前者根据一项专利号为US    3965694的专利所述，是一种以土壤热为高温和低温热源的空调系统，将流有制冷剂的管路埋入地下，通过与管路周围的土壤换热，吸收土壤热量或向上土壤放出热量，整个系统可包括压缩机、冷凝器、膨胀阀及地下管路等。这种空调系统的不足之处是受土壤热容量、传热系数及热交换方式所限，敷设地下管路所需占地面积大，投资高昂，通常只适用于单户住宅一类的小型建筑。
国内目前尚未见利用地下热源的热泵系统。根据我国一项专利号为CN    1051971A的专利所述，是一种通过第一液体和第二液体同时利用热泵冷凝器和蒸发器中的产生的热及制冷效果，调节空气和供给冷热水的方法。该系统的不足之处在于作空调使用时，用户夏季所需冷量远远超过所需热量，冬季则相反，这种需求关系与该系统所能产生的冷热量严重不相匹配，仍将造成冷量或热量的浪费。
直接用地下水作致冷剂供工业或民用夏季空调在我国已有较长历史，并发展了“冬灌夏用”、“夏灌冬用”的使用技术，即冬天回灌井水供夏天使用，夏天回灌井水供冬天使用，以提高其应用品位，获得了较好效果。但这种系统通常只能供冷不能供热，且对地下水的需求量大，采用风机盘管会造成腐蚀。
本发明的目的是将“冬灌夏用”、“夏灌冬用”技术应用于地下水热泵系统，利用地下含水层的蓄热（冷）特性，提高地下水作为热泵低温和高温热源的应用品位，大幅度降低投资及运行费用，使其既可用于普通工业及民用空调，也可用于大型集中供热供冷系统。
本发明由水温较高的热水井、热水井抽水管路（包括抽水泵、阀门）和回水管路（包括阀门）、热泵机组、冷水井抽水管路（包括抽水泵、阀门）和回水管路（包括阀门）、冷水井构成一个地下水闭路双向循环系统。热水井和冷水井可各为一口，也可各为多口通过并联水管路与热泵机组相联。冷热水井之间应保持一定距离，以保证其蓄热（冷）特性。通常将每两台或两台以上热泵机组通过地下水管路串联分级，以充分利用地下水的能级品位。系统刚投入运行时，需经过初始一年的供冷供热运行，以建立起正常的冷、热水井温度，在以后的正常运行中，由于地下水的蓄热特性，热井与冷井水温均将长年基本保持不变。热泵系统作供冷运行时，冷水井为抽水井，热水井为回灌井，由冷井抽水泵抽取的冷井水经管路流经各级热泵机组的冷凝器，吸收热量后温度升至热井水温以上，经热水井回水管路回灌入热水井。而当热泵系统供热时，则热井为抽水井，冷井为回灌井，热井抽水泵抽取的高温井水经管道流经各级热泵机组的蒸发器放出热量，温度降至冷水井温度以下，经冷水井回水管路回灌入冷水井。即将热泵供冷时冷凝器产生的热量蓄藏于热水井中供供热时使用，而将供热时蒸发器产生的冷量蓄藏于冷水井中供供冷时使用，如此反复循环使用，以充分利用热泵产生的冷量和热量。
本发明的优点：1.地下水应用品位提高，可节能20%-30%。2.可减小机组功率及尺寸，降低初投资及运行费用。3.大幅度提高地下水可供利用的温度水平，单井供热供冷能力提高一倍以上。4.地下水反复回灌使用，既节约用水量，又避免地面沉降。5.减少风机盘管腐蚀，可长年稳定运行。
附图1为本发明使用两级热泵机组时的系统图。
图中：1.热水井，2.热水井抽水泵，3.热水井抽水管，4.热水井回水管，5.阀门，6.热泵机组，7.阀门，8.冷水井回水管，9.冷水井抽水管，10.冷水井抽水泵，11.冷水井，12.压缩机，13.四通换向阀，14.蒸发器/冷凝器，15.冷凝器/蒸发器，16.膨胀阀，17.截止阀，18.膨胀阀，19.截止阀，20.用户冷热水管。
下面依据附图作进一步实施例说明：
本发明由热水井1、热水井抽水泵2、热水井抽水管3、热水井回水管4、阀门5、热泵机组6、阀门7、冷水井回水管8、冷水井抽水管9、冷水井抽水泵10、冷水井11构成一个地下水双向循环回路。冷、热水井之间应保证100米左右距离。系统投入运行后，经过初始一年的供冷供热运行，将建立起正常的冷、热水井温度，使得冷井水温低于正常夏季地下水温5℃以上，热井水温高于正常冬季地下水温5℃以上，并在以后的正常运行中，基本保持不变。系统供冷运行时，循环的空调回水流经热泵机组6的蒸发器14放出热量，温度由12℃降至7℃，重新提供给用户，由冷水井抽水泵10抽取的低温冷井水经冷水井抽水管9后，再依次流经串联的两级热泵机组6的冷凝器15，吸收热量温度升至热井水温以上，经热水井回水管4回灌入热水井1;当系统作供热运行时，切换四通换向阀13，使得制冷时的蒸发器14变为供热时的冷凝器14，冷凝器15变为蒸发器15，由热水井抽水泵2抽取的高温热井水经热水井抽水管3，再流过串联的两级热泵机组6的蒸发器15，放出热量温度降至冷井水温以下，经冷水井回水管8回灌入冷水井11，空调回水则流经热泵机组6的冷凝器14吸收热量，温度由45℃升至50℃，供用户使用。在中纬度地区（如上海附近），若单井出水量为60立方米/小时，该供热供冷系统可提供1万平方米左右建筑面积空调所需的能量。

Claims (3)

1、一种以地下水作热源的热泵供热供冷系统，其特征在于由热水井1，热水井抽水泵2，热水井抽水管3，热水井回水管4，阀门5，热泵机组6，阀门7，冷水井回水管8，冷水井抽水管9，冷水井抽水泵10，冷水井11构成一个地下水双向闭路循环系统，系统供热运行时，热水井抽水泵2从热水井1中抽取高温的地下水经热水井抽水管3，再流经热泵机组6的蒸发器放出热量后，经冷水井回水管8回灌入冷水井11中；系统供冷运行时，冷水井抽水泵10从冷水井11中抽取低温的地下水经冷水井抽水管9，再流经热泵机组6的冷凝器吸收热量后，经热水井回水管4回灌入热水井1中。
2、根据权利要求1所述的以地下水作热源的热泵供热供冷系统，其特征在于所说的热水井1水温高于当地正常的冬季地下水温5℃以上，冷水井11水温低于当地正常的夏季地下水温5℃以上。
3、根据权利要求1所述的以地下水作热源的热泵供热供冷系统，其特征在于所说的热泵机组6是通过地下水管路将每两台或两台以上机组供热时的蒸发器（供冷时的冷凝器）相串联。
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