CN107401788A - 一种直接蒸发与直接冷凝式地源热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直接蒸发与直接冷凝式地源热泵系统，包括：地源热泵机组，用于地源热泵机组内的媒介的输出和输入；用户末端系统，设置在用户室内，通过用户侧供媒介管和用户侧回媒介管与地源热泵机组相连，用于将用户末端系统内的媒介与用户室内的空气进行热交换；地埋管，设置在地面以下，通过地埋管侧供媒介管和地埋管侧回媒介管与地源热泵机组相连，用于将地埋管内的媒介与地面以下的土壤进行热交换。在本发明的直接蒸发与直接冷凝式地源热泵系统中，用户侧采用氢氟烃类—空气的传热形式，热源侧采用氢氟烃类—土壤或水的传热形式，省去了中间换热环节、省去了用户侧和热源侧的循环水泵，大大降低了换热损失，节约了水泵能耗。
Description
技术领域
本发明涉及地源热泵系统，特别涉及一种直接蒸发与直接冷凝式地源热泵系统。
背景技术
目前市场上的地源热泵机组无论是用户侧还是热源侧都采用两次换热的形式，比如：用户侧采用氟—水—空气的换热顺序，即氟先把能量在换热器中传递给载冷剂水，再通过水泵送至房间的末端换热设备，再由末端设备把能量从水传递给空气，实现房间的制冷或采暖，中间经过了两次传热，导致传热效率降低，能耗增加；热源侧则采用氢氟烃类—水—土壤(或水)的换热顺序，也是两次传热，同样导致传热效率降低，能耗增加。
为了解决上述问题，本发明提供了一种直接蒸发与冷凝式的地源热泵系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直接蒸发与直接冷凝式地源热泵系统，用户侧采用氢氟烃类—空气的传热形式，热源侧采用氢氟烃类—土壤或水的传热形式，省去了中间换热环节、省去了用户侧和热源侧的循环水泵，大大降低了换热损失，节约了水泵能耗。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种直接蒸发与直接冷凝式地源热泵系统，包括：
地源热泵机组，用于所述地源热泵机组内的媒介的输出和输入；
用户末端系统，设置在用户室内，通过用户侧供媒介管和用户侧回媒介管与所述地源热泵机组相连，用于将所述用户末端系统内的媒介与所述用户室内的空气进行热交换；
地埋管，设置在地面以下，通过地埋管侧供媒介管和地埋管侧回媒介管与所述地源热泵机组相连，用于将地埋管内的媒介与所述地面以下的土壤进行热交换。
进一步地，在上述地源热泵系统中，所述地源热泵机组包括：
压缩机，与四通阀相连，用于对媒介进行做功以使媒介进行由低温低压的气体向高温高压气体转化的循环；
气液分离器，设置在所述压缩机的上游，与四通阀相连，用于防止液体媒介进入压缩机而产生液击现象进而损坏所述压缩机；
四通阀还与用户侧供媒介管和地埋管侧供媒介管相连，用于控制媒介从所述压缩机内流出和向所述压缩机流入的方向；
储液器，设置在用户侧回媒介管和地埋管侧回媒介管上，用于储存多余的液体媒介；
干燥过滤器，设置在所述储液器的下游，用于吸收水分并过滤杂质；
膨胀阀，设置在所述干燥过滤器的下游，与用户侧回媒介管和地埋管侧回媒介管相连，用于对媒介进行节流降压。
进一步地，在上述地源热泵系统中，所述地源热泵机组还包括热回收器，所述热回收器设置在所述压缩机与所述四通阀之间，用于回收从所述压缩机排出的气体冷凝时产生的热量；优选地，在热回收器上设置进水口和出水口，用于将热回收器回收的热量传递至经进水口流经热回收器的水中。
进一步地，在上述地源热泵系统中，所述用户侧回媒介管为Y字型管道，一端与所述用户末端系统相连，一端与所述储液器相连，一端与所述膨胀阀相连；优选地，在与所述储液器相连的所述用户侧回媒介管上设置第一截止阀，用于控制与所述储液器相连的所述用户侧回媒介管内媒介的流向；更优选地，在与所述膨胀阀相连的所述用户侧回媒介管上设置第二截止阀，所述第二截止阀用于控制与所述膨胀阀相连的所述用户侧回媒介管内媒介的流向。
进一步地，在上述地源热泵系统中，所述地埋管侧回媒介管为Y字型管道，一端与所述地埋管相连，一端与所述储液器相连，一端与所述膨胀阀相连；优选地，在与所述储液器相连的所述地埋管侧回媒介管上设置第三截止阀，所述第三截止阀用于控制与所述储液器相连的所述地埋管侧回媒介管内媒介的流向；更优选地，在与所述膨胀阀相连的所述地埋管侧回媒介管上设置第四截止阀，所述第四截止阀用于控制与所述膨胀阀相连的所述地埋管侧回媒介管内媒介的流向。
进一步地，在上述地源热泵系统中，所述媒介为氢氟烃类制冷剂；所述氢氟烃类制冷剂优选为R134A、R125、R32、R407C、R410A或R152。
进一步地，在上述地源热泵系统中，所述用户末端系统设置为S型盘管。
进一步地，在上述地源热泵系统中，采用水平或垂直的埋管方式将地埋管设置在地面以下；优选地，采用水平埋管方式将所述地埋管至少设置在冻土层以下0.4米，且距地面不得小于0.8米；优选地，采用垂直埋管方式将所述地埋管设置在地面以下15～100米。
进一步地，在上述地源热泵系统中，将所述媒介依次通过所述压缩机、所述四通阀、所述用户末端系统、所述第一截止阀、所述储液器、所述干燥过滤器、所述膨胀阀、所述第四截止阀、所述地埋管、所述四通阀、所述气液分离器和所述压缩机组成一个完整的冬季供暖系统。
进一步地，在上述地源热泵系统中，将所述媒介依次通过所述压缩机、所述四通阀、所述地埋管、所述第三截止阀、所述储液器、所述干燥过滤器、所述膨胀阀、所述第二截止阀、所述用户末端系统、所述四通阀、所述气液分离器和所述压缩机组成一个完整的夏季制冷系统。
分析可知，本发明公开一种直接蒸发与直接冷凝式地源热泵系统，具有如下技术效果：
在本发明提供的一种直接蒸发与直接冷凝式地源热泵系统中，用户侧采用氢氟烃类—空气的传热形式，即流向用户末端系统内的液体氢氟烃类吸收用户室内空气的热量蒸发为气体氢氟烃类，液体氢氟烃类与空气直接进行换热蒸发为气体氢氟烃类；热源侧采用氢氟烃类—土壤或水的传热形式，即流经地埋管内的气体氢氟烃类将能量释放到地埋管外的土壤或水转化为液体氢氟烃类，气体氢氟烃类与土壤或水直接进行热交换冷凝为液体氢氟烃类；上述用户侧和热源侧的换热模式不仅省去了中间换热环节，且省去了用户侧和热源侧的循环水泵，大大降低了换热损失，节约了水泵能耗。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1本发明一实施例的结构示意图。
附图标记说明：1压缩机，2热回收器，3四通阀，4地埋管，5第三截止阀，6干燥过滤器，7储液器，8用户末端系统，9第二截止阀，10膨胀阀，11第一截止阀，12气液分离器，13第四截止阀，21进水口，22出水口，41地埋管侧供媒介管，42地埋管侧回媒介管，81用户侧供媒介管，82用户侧回媒介管，101地源热泵机组，201供暖时媒介的流向，202制冷时媒介的流向。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，根据本发明的实施例，提供了一种直接蒸发与直接冷凝式地源热泵系统，包括：
地源热泵机组101，用于地源热泵机组101内的媒介的输出和输入；
用户末端系统8，设置在用户室内，通过用户侧供媒介管81和用户侧回媒介管82与地源热泵机组101相连，用于将用户末端系统8内的媒介与用户室内的空气进行热交换；
地埋管4，设置在地面以下，通过地埋管侧供媒介管41和地埋管侧回媒介管42与地源热泵机组101相连，用于将地埋管4内的媒介与地面以下的土壤或水进行热交换。
进一步地，在上述地源热泵系统中，地源热泵机组101包括：
压缩机1，与四通阀3相连，用于对媒介进行做功以使媒介进行由低温低压的气体向高温高压气体转化的循环；
气液分离器12，设置在压缩机1的上游，与四通阀3相连，用于防止液体媒介进入压缩机1而产生液击现象进而损坏压缩机1；
四通阀3还与用户侧供媒介管81和地埋管侧供媒介管41相连，用于控制媒介从压缩机1内流出和向压缩机1流入的方向；
储液器7，设置在用户侧回媒介管82和地埋管侧回媒介管42上，用于储存多余的液体媒介；
干燥过滤器6，设置在储液器7的下游，用于吸收媒介中的水分并过滤杂质；
膨胀阀10，设置在干燥过滤器6的下游，与用户侧回媒介管82和地埋管侧回媒介管42相连。膨胀阀10可起到对媒介进行节流降压的作用，并调节制冷系统的过热度及媒介的循环量，其中媒介流量根据蒸发效果和过热度通过膨胀阀进行自动调节。
进一步地，在上述地源热泵系统中，地源热泵机组101还包括热回收器2，热回收器2设置在压缩机1与四通阀3之间，用于回收从压缩机1排出的气体冷凝时产生的热量；优选地，在热回收器2上设置进水口21和出水口22，用于将热回收器2回收的热量传递至经进水口21流经热回收器2的水中，吸热后的水进而经出水口22流出，经出水口22流出的水可用作生活热水。
进一步地，在上述地源热泵系统中，用户侧回媒介管82为Y字型管道，一端与用户末端系统8相连，一端与储液器7相连，一端与膨胀阀10相连；优选地，在与储液器7相连的用户侧回媒介管82上设置第一截止阀11，用于控制与储液器7相连的用户侧回媒介管82内媒介的流向；更优选地，在与膨胀阀10相连的用户侧回媒介管82上设置第二截止阀9，第二截止阀9用于控制与膨胀阀10相连的用户侧回媒介管82内媒介的流向。
进一步地，在上述地源热泵系统中，地埋管侧回媒介管42为Y字型管道，一端与地埋管4相连，一端与储液器7相连，一端与膨胀阀10相连；优选地，在与储液器7相连的地埋管侧回媒介管42上设置第三截止阀5，第三截止阀5用于控制与储液器7相连的地埋管侧回媒介管42内媒介的流向；更优选地，在与膨胀阀10相连的地埋管侧回媒介管42上设置第四截止阀13，第四截止阀13用于控制与膨胀阀10相连的地埋管侧回媒介管42内媒介的流向。
进一步地，在上述地源热泵系统中，媒介为氢氟烃类，简称HFCs。氢氟烃类主要包括R134A(R12的替代制冷剂)、R125、R32、R407C、R410A(R22的替代制冷剂)、R152等，氢氟烃类的臭氧层破坏系数为0，其在《蒙特利尔议定书》没有规定其使用期限。
进一步地，在上述地源热泵系统中，用户末端系统8设置为S型盘管。将用户末端系统8设计为S型盘管：既可在夏季时将用户末端系统8内的媒介通过蒸发与用户室内空气进行充分热交换进而向室内提供充足的冷空气；也可在冬季时将用户末端系统8内的媒介通过冷凝与用户室内的空气进行充分热交换，进而向用户室内提供充足暖空气；无论夏季或冬季都充分保证用户室内具有适宜的温度。
进一步地，在上述地源热泵系统中，采用水平或垂直的埋管方式将地埋管4设置在地面以下；优选地，采用水平埋管方式将地埋管4至少设置在冻土层以下0.4米，且距地面不小于0.8米(比如设置在冻土层以下0.5米、冻土层以下1米、冻土层以下2米、冻土层以下5米、冻土层以下8米、冻土层以下10米、冻土层以下20米)；更优选地，采用水平埋管方式将地埋管4设置在地面以下15米；优选地，采用垂直埋管方式将地埋管4设置在地面以下15～100米(比如16米、20米、30米、40米、50米、60米、70米、80米、90米、99米)，更优选地，采用垂直埋管方式将地埋管4设置在地面以下100米。
进一步地，在上述地源热泵系统中，将媒介依次通过压缩机1、四通阀3、用户末端系统8、第一截止阀11、储液器7、干燥过滤器6、膨胀阀10、第四截止阀13、地埋管4、四通阀3、气液分离器12和压缩机1组成一个完整的冬季供暖系统。
进一步地，在上述地源热泵系统中，将媒介依次通过压缩机1、四通阀3、地埋管4、第三截止阀5、储液器7、干燥过滤器6、膨胀阀10、第二截止阀9、用户末端系统8、四通阀3、气液分离器12和压缩机1组成一个完整的夏季制冷系统。
采用上述直接蒸发与冷凝式地源热泵系统冬季供暖的工作原理具体如下：在冬季供暖工作时，如图1中单箭头所示的是供暖时媒介的流向201，媒介优选为氢氟烃类，简称HFCs，第一截止阀11和第四截止阀13一直处于开启状态，第二截止阀9和第三截止阀5一直处于关闭状态；低压低温气体氢氟烃类经压缩机1压缩后变为高温高压的气体，流经热回收器2，并通过四通阀3控制氢氟烃类经用户侧供媒介管81流向用户末端系统8，用户末端系统8内的气体氢氟烃类通过直接冷凝与空气进行热交换，氢氟烃类进行气液转化时释放的内能将室内空气加热，起到对室内空气加热的作用，放热后的气体氢氟烃类转化为液体氢氟烃类，用户末端系统8内的热交换后冷凝为液体的氢氟烃类进而经用户侧回媒介管82和第一截止阀11流向储液器7，并依次经干燥过滤器6、膨胀阀10，低温高压的液体氢氟烃类经过膨胀阀10节流降压后变为低温低压的液体，低温低压的液体氢氟烃类进而经第四截止阀13和地埋管侧回媒介管42流向地埋管4，地埋管4内的液体氢氟烃类通过直接蒸发与土壤进行热交换，将土壤内的热量转化为氢氟烃类的内能，吸热后的液体氢氟烃类转化为气体氢氟烃类，然后地埋管4内的热交换后蒸发为气体的氢氟烃类经地埋管侧供媒介管41和四通阀3流向气液分离器12，并进而流回压缩机1。上述循环根据土壤的恒温性能及室内空气与土壤的温差，通过地源热泵机组101和媒介氢氟烃类气液之间内能的转化将土壤中的热量带至用户室内。
采用上述直接蒸发与冷凝式地源热泵系统夏季制冷的工作原理具体如下：在夏季制冷工作时，如图1中双箭头所示的是制冷时媒介的流向202，媒介优选为氢氟烃类，第二截止阀9和第三截止阀5一直处于开启状态，第一截止阀11和第四截止阀13一直处于关闭状态；氢氟烃类气体经压缩机1压缩后变为高温高压的气体，流经热回收器2，并通过四通阀3控制氢氟烃类经地埋管侧供媒介管41流向地埋管4，地埋管4内的气体氢氟烃类通过直接冷凝与土壤进行热交换，将氢氟烃类进行气液转化时的内能释放到土壤内，放热后的气体氢氟烃类转化为液体氢氟烃类，相当于将氢氟烃类的热量释放至土壤内，地埋管4内热交换后冷凝为液体的氢氟烃类经地埋管侧回媒介管42和第三截止阀5流向储液器7，并进而依次经干燥过滤器6、膨胀阀10，液体氢氟烃类经过膨胀阀10节流降压后变为低温低压的液体，低温低压的液体氢氟烃类进而经第二截止阀9和用户侧回媒介管82流向用户末端系统8，用户末端系统8内的液体氢氟烃类通过直接蒸发与空气进行热交换，相当于将室内热空气的热量转化为氢氟烃类的内能，吸收热量的液体氢氟烃类转化为气体氢氟烃类，起到对室内降温的作用，用户末端系统8内的热交换后蒸发为气体的氢氟烃类进而经用户侧供媒介管81和四通阀3流向气液分离器12，并进而流回压缩机1。上述循环根据土壤的恒温性能及室内空气与土壤的温差，通过地源热泵机组101和媒介氢氟烃类气液之间内能的转化将室内的热量释放到土壤内。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
在本发明提供的一种直接蒸发与直接冷凝式地源热泵系统中，用户侧采用氢氟烃类—空气的传热形式，即流向用户末端系统内的液体氢氟烃类吸收用户室内空气的热量蒸发为气体氢氟烃类，即液体氢氟烃类与空气直接进行换热蒸发为气体氢氟烃类；热源侧采用氢氟烃类—土壤或水的传热形式，即流经地埋管内的气体氢氟烃类将能量释放到地埋管外的土壤或水转化为液体氢氟烃类，即气体氢氟烃类与土壤或水直接进行热交换冷凝为液体氢氟烃类；上述用户侧和热源侧的换热模式不仅省去了中间换热环节，且省去了用户侧和热源侧的循环水泵，大大降低了换热损失，节约了水泵能耗。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种直接蒸发与直接冷凝式地源热泵系统，其特征在于，包括：
地源热泵机组，用于所述地源热泵机组内的媒介的输出和输入；
用户末端系统，设置在用户室内，通过用户侧供媒介管和用户侧回媒介管与所述地源热泵机组相连，用于将所述用户末端系统内的媒介与所述用户室内的空气进行热交换；
地埋管，设置在地面以下，通过地埋管侧供媒介管和地埋管侧回媒介管与所述地源热泵机组相连，用于将地埋管内的媒介与所述地面以下的土壤进行热交换。
2.根据权利要求1所述的地源热泵系统，其特征在于，所述地源热泵机组包括：
压缩机，与四通阀相连，用于对媒介进行做功以使媒介进行由低温低压的气体向高温高压气体转化的循环；
气液分离器，设置在所述压缩机的上游，与四通阀相连，用于防止液体媒介进入压缩机而产生液击现象进而损坏所述压缩机；
四通阀还与用户侧供媒介管和地埋管侧供媒介管相连，用于控制媒介从所述压缩机内流出和向所述压缩机流入的方向；
储液器，设置在用户侧回媒介管和地埋管侧回媒介管上，用于储存多余的液体媒介；
干燥过滤器，设置在所述储液器的下游，用于吸收水分并过滤杂质；
膨胀阀，设置在所述干燥过滤器的下游，与用户侧回媒介管和地埋管侧回媒介管相连，用于对媒介进行节流降压。
3.根据权利要求2所述的地源热泵系统，其特征在于，所述地源热泵机组还包括热回收器，所述热回收器设置在所述压缩机与所述四通阀之间，用于回收从所述压缩机排出的气体冷凝时产生的热量；优选地，在热回收器上设置进水口和出水口，用于将热回收器回收的热量传递至经进水口流经热回收器的水中。
4.根据权利要求2或3所述的地源热泵系统，其特征在于，所述用户侧回媒介管为Y字型管道，一端与所述用户末端系统相连，一端与所述储液器相连，一端与所述膨胀阀相连；优选地，在与所述储液器相连的所述用户侧回媒介管上设置第一截止阀，用于控制与所述储液器相连的所述用户侧回媒介管内媒介的流向；更优选地，在与所述膨胀阀相连的所述用户侧回媒介管上设置第二截止阀，所述第二截止阀用于控制与所述膨胀阀相连的所述用户侧回媒介管内媒介的流向。
5.根据权利要求2～4任一项所述的地源热泵系统，其特征在于，所述地埋管侧回媒介管为Y字型管道，一端与所述地埋管相连，一端与所述储液器相连，一端与所述膨胀阀相连；优选地，在与所述储液器相连的所述地埋管侧回媒介管上设置第三截止阀，所述第三截止阀用于控制与所述储液器相连的所述地埋管侧回媒介管内媒介的流向；更优选地，在与所述膨胀阀相连的所述地埋管侧回媒介管上设置第四截止阀，所述第四截止阀用于控制与所述膨胀阀相连的所述地埋管侧回媒介管内媒介的流向。
6.根据权利要求1所述的地源热泵系统，其特征在于，所述媒介为氢氟烃类制冷剂；所述氢氟烃类制冷剂优选为R134A、R125、R32、R407C、R410A或R152。
7.根据权利要求1所述的地源热泵系统，其特征在于，所述用户末端系统设置为S型盘管。
8.根据权利要求1所述的地源热泵系统，其特征在于，采用水平埋管方式或垂直埋管方式将所述地埋管设置在地面以下。
9.根据权利要求8所述的地源热泵系统，其特征在于，采用所述水平埋管方式将所述地埋管至少设置在冻土层以下0.4米，且距地面不得小于0.8米。
10.根据权利要求8所述的地源热泵系统，其特征在于，采用所述垂直埋管方式将所述地埋管设置在地面以下15～100米。
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| CN201710561724.7A CN107401788A (zh) | 2017-07-11 | 2017-07-11 | 一种直接蒸发与直接冷凝式地源热泵系统 |
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