CN107726422B - 一种太阳能辅助水源热泵的孔隙地下水循环供暖系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能辅助水源热泵的孔隙地下水循环供暖系统,包括地下水开采、供水调节、太阳能加热、循环水回用、提热供暖及地下水回灌六种装置。地下水开采装置包括开采井、套管、潜水泵、变频电机、供水管、抽水阀、除砂过滤器、热量感应器及感应线,供水调节装置包括冷水阀、冷水管、截水阀、调节管、调节阀及供水池,太阳能加热装置包括三通管、太阳能加热器、连接管、循环热水阀、温度显示器、循环供水泵、循环供水管及循环供水阀,循环水回用装置包括连接管、储水罐、循环进水泵、循环进水管及循环进水阀,提热供暖装置包括水源热泵机组、供暖管及供暖阀,地下水回灌装置包括回灌管、回灌阀、排泄管、排泄阀、压力泵及回灌井。

Description

一种太阳能辅助水源热泵的孔隙地下水循环供暖系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能辅助水源热泵的孔隙地下水循环供暖系统,特别涉及到太阳能清洁利用孔隙地下水提热的循环供暖系统,属于太阳能与孔隙地下水清洁能源综合利用领域。
背景技术
浅层低温地热资源以地下水为载体,经水源热泵机组提热,应用于人类的生产和生活,具有可再生、无污染的特点,拥有广阔的发展前景。受孔隙含水层水文地质条件及回灌设备的限制,水源热泵供暖系统一般以1:4比例布设开采井和回灌井数量才能维持采灌平衡,同时回灌井要定期“回扬”才能达到顺利回灌,造成工程投入过高且地下水资源的浪费。其次,受有限的场地面积影响,回灌井与抽水井距离一般较近,常常发生地下回灌冷水的短路现象,造成供暖系统的耗电量过高,增加了系统的运行成本。另外,为满足水源热泵机组的水质要求,开采的地下水必须不间断地实施除砂过滤工艺,也提高了供暖系统的运行成本。
本发明对开采的孔隙含水层低温地下水利用太阳能进行辅助加热,经水源热泵提热的循环供暖过程可有效减少孔隙含水层地下水的开采量和回灌量,防止地下回灌冷水短路现象,减小除砂设备的运行负荷,降低水源热泵供暖系统投入和运行成本。另外,太阳能辅助加热地下水提高了水源热泵的进水温度,可有效降低水源热泵的运行时间,利于水源热泵机组的及时保养和维修。
发明内容
本发明针对水源热泵运行过程中地下水开采量大、回灌率低、“回扬”频繁、冷水短路、水资源浪费严重、运行成本高的缺点,提出了一种太阳能辅助水源热泵的孔隙地下水循环供暖系统。该系统具有设计合理、工程投入少、运行费用低及便于实施的特点,大大降低了地下水的开采量、回灌量和排放量,对于减少“回扬”次数、避免冷水短路、降低供暖系统的运行成本,延长水源热泵的使用寿命具有重要意义。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:一种太阳能辅助水源热泵的孔隙地下水循环供暖系统,包括地下水开采装置、供水调节装置、太阳能加热装置、循环水回用装置、提热供暖装置及地下水回灌装置。其特征在于:所述的地下水开采装置包括开采井、套管、潜水泵、变频电机、供水管、抽水阀、除砂过滤器、热量感应器及感应线;所述的供水调节装置包括冷水阀、冷水管、截水阀、调节管、调节阀及供水池;所述的太阳能加热装置包括三通管、太阳能加热器、连接管、循环热水阀、温度显示器、循环供水泵、循环供水管及循环供水阀;所述的循环水回用装置包括连接管、储水罐、循环进水泵、循环进水管及循环进水阀;所述的提热供暖装置包括水源热泵机组、供暖管及供暖阀;所述的地下水回灌装置包括回灌管、回灌阀、排泄管、排泄阀、压力泵及回灌井。
进一步,所述的地下水开采装置包括开采井、套管、潜水泵、变频电机、供水管、抽水阀、除砂过滤器、热量感应器及感应线。地下水开采井施工完毕后,井壁下入套管、套管在含水层段包裹滤网,套管内下供水管与潜水泵,潜水泵由地面的变频电机供电并调节流量,供水管另一端与除砂过滤器相接,供水管上设置抽水阀,热量感应器安装于水源热泵机组出水口,感应线一端连接变频电机,一端连接热量感应器,根据水源热泵机组输出的热水热量,变频电机自动调节潜水泵的开采水量,当水源热泵机组输出的热水热量满足取暖要求时,变频电机自动减少或停止潜水泵的开采水量。
进一步,所述的供水调节装置包括冷水管、冷水阀、截水阀、调节管、调节阀及供水池。冷水管一端与除砂过滤器相连,另一端与截水阀相接,冷水管上设置冷水阀,冷水阀与截水阀之间连接调节管,调节管另一端连接供水池,调节管上设置调节阀。
进一步,所述的太阳能加热装置包括三通管、太阳能加热器、连接管、循环热水阀、温度显示器、循环供水泵、循环供水管及循环供水阀。三通管连接过滤器和太阳能加热器,太阳能加热器另一端通过连接管与供水池连通,连接管上设置循环热水阀,供水池中设置温度显示器和循环供水泵,循环供水泵与循环供水管相连,循环供水管上设置循环供水阀。
进一步,所述的循环水回用装置包括连接管、储水罐、循环进水泵、循环进水管及循环进水阀。连接管连接水源热泵机组和储水罐,储水罐下部设置循环进水泵与循环进水管相连,循环进水管上设置循环进水阀与三通管相连。
进一步,所述的提热供暖装置包括水源热泵机组、供暖管及供暖阀。供暖管与水源热泵机组相连,供暖管上设置供暖阀,用于调节居民供暖量。
进一步,所述的地下水回灌装置包括回灌管、回灌阀、排泄管、排泄阀、压力泵及回灌井。回灌管一端与储水罐相接,另一端通入回灌井内,储水罐与回灌井之间的回灌管自上而下分别设置回灌阀、排泄管和压力泵,排泄管上设置排泄阀,当单个回灌井不能满足回灌需要,可以布置多个回灌井。
本发明的特点及优点在于:采用地下水开采装置、供水调节装置、太阳能加热装置、循环水回用装置、提热供暖装置和地下水回灌装置,实现了低温地下水经太阳能加热后再提热的循环供暖,可有效减少孔隙含水层地下水的开采量和回灌量,防止地下回灌冷水短路现象的发生,降低除砂设备的运行负荷,利于水源热泵的保养和维修,实现降低水源热泵供暖系统投入和运行成本的目的。该系统具有设计合理、工程投入少、运行费用低及便于实施的特点,大大降低了地下水的开采量、回灌量和排放量,对于减少“回扬”次数、避免冷水短路、降低供暖系统的运行成本,延长水源热泵的使用寿命具有重要意义。
附图说明
图1是实现本发明一种太阳能辅助水源热泵的孔隙地下水循环供暖系统示意图。
图1中:1为截水阀,2为调节阀,3为调节管,4为冷水管,5为冷水阀,6为三通管,7为太阳能加热器,8为供水管,9为除砂过滤器,10为抽水阀,11为循环进水管,12为循环进水阀,13为循环进水泵,14为变频电机,15为开采井,16为套管,17为潜水泵,18为回灌井,19为循环供水阀,20为供暖管,21为供水池出气口,22为供水池,23为循环供水管,24为循环热水阀,25为温度显示器,26为循环供水泵,27为供暖阀,28为连接管,29为热量感应器,30为水源热泵机组,31为储水罐,32为感应线,33为回灌阀,34为回灌管,35为排泄管,36为排泄阀,37为压力泵。
具体实施方式
下面结合附图1和实例对本发明作进一步详细的描述。
本发明提供了一种太阳能辅助水源热泵的孔隙地下水循环供暖系统。
如图1所示,本发明装置由截水阀1,调节阀2,调节管3,冷水管4,冷水阀5,三通管6,太阳能加热器7,供水管8,除砂过滤器9,抽水阀10,循环进水管11,循环进水阀12,循环进水泵13,变频电机14,开采井15,套管16,潜水泵17,回灌井18,循环供水阀19,供暖管20,供水池出气口21,供水池22,循环供水管23,循环热水阀24,温度显示器25,循环供水泵26,供暖阀27,连接管28,热量感应器29,水源热泵机组30,储水罐31,感应线32,回灌阀33,回灌管34,排泄管35,排泄阀36,压力泵37组成。
地下水开采装置由开采井15、套管16、潜水泵17、供水管8、抽水阀10、除砂过滤器9、热量感应器29及感应线32组成。地下水开采井15施工完毕后,井壁下入套管16、套管16在含水层段包裹滤网,套管16内下供水管8与潜水泵17,潜水泵17由地面的变频电机14供电并调节流量,供水管8另一端与除砂过滤器9相接,供水管8上设置抽水阀10,热量感应器29安装于水源热泵机组30的出水口,感应线32一端连接变频电机14,一端连接热量感应器29,根据水源热泵机组30输出的热水热量,变频电机14自动调节潜水泵17的开采水量,当水源热泵机组30输出的热水热量满足取暖要求时,变频电机14自动减少或停止潜水泵17的开采水量。
供水调节装置由冷水管4、冷水阀5、截水阀1、调节管3、调节阀2及供水池22组成。冷水管4一端与除砂过滤器9相连,另一端与截水阀1相接,冷水管4上设置冷水阀5,冷水阀5与截水阀1之间连接调节管3,调节管3另一端连接供水池22,调节管3上设置调节阀2。
太阳能加热装置由三通管6、太阳能加热器7、连接管28、循环热水阀24、温度显示器25、循环供水泵26、循环供水管23及循环供水阀19组成。三通管6连接过滤器9和太阳能加热器7,太阳能加热器7另一端通过连接管28与供水池22连通,连接管28上设置循环热水阀24,供水池22中设置温度显示器25和循环供水泵26,循环供水泵26与循环供水管23相连,循环供水管23上设置循环供水阀19。
循环水回用装置由连接管28、储水罐31、循环进水泵13、循环进水管11及循环进水阀12组成。连接管28连接水源热泵机组30和储水罐31,储水罐31下部设置循环进水泵13并与循环进水管11相连,循环进水管11上设置循环进水阀12并与三通管6相连。
提热供暖装置由水源热泵机组30、供暖管20及供暖阀27组成。供暖管20与干式水源热泵机组30相连,供暖管20上设置供暖阀27,用于调节居民供暖量。
地下水回灌装置由回灌管34、回灌阀33、排泄管35、排泄阀36、压力泵37及回灌井18组成。回灌管34一端与储水罐31相接,另一端通入回灌井18内,储水罐31与回灌井18之间的回灌管34自上而下分别设置回灌阀33、排泄管35和压力泵37,排泄管35上设置排泄阀36,如果单个回灌井18不能满足回灌需要,可以布置多个回灌井18。
供水管8上设置抽水阀10控制地下水开采量,除砂过滤器9用于净化地下水质达到水源热泵机组30的运行要求,冷水管4上设置的冷水阀5用于控制进入冷水管4中的地下水量,调节管3上设置的调节阀2用于控制进入供水池22中的水量,调节管3与循环供水管23之间的冷水管4上设置截水阀1用于阻截循环供水管23中的循环供水与冷水管4中的地下水,连接管28上设置的循环热水阀24用于控制进入太阳能加热器7中的水量和供水池22中的热水量,循环供水管23上设置循环供水阀19控制进入水源热泵机组30的水量,循环进水管11上设置的循环进水阀12控制重复利用的水量,回灌管34上设置的回灌阀33控制回灌水量,排泄管35上设置的排泄阀36控制排放水量。
在白日晴天,由潜水泵17抽采低温地下水,经供水管8在除砂过滤器9中过滤后进入太阳能加热器7和冷水管4,调节循环热水阀24和冷水阀5分别控制进入太阳能加热器7和冷水管4的水量;太阳能加热器7加热后的热水与冷水管4中的水在供水池22中混合,混合水温通过温度显示器25进行显示,当达到水源热泵机组30正常运行水温后,循环供水泵26抽取供水池22中水进入水源热泵机组30进行换热,在水源热泵机组30进行换热后的冷水经连接管28进入储水罐31,储水罐31中的水由循环进水泵13抽取经循环进水管11再次进入太阳能加热装置和供水调节装置进行加热提热供暖,如此往复,从而实现低温地下水的循环提热供暖,多余的水由回灌管34回灌到回灌井18内的地下水含水层。
在阴天和晚上,关闭循环热水阀24、调节阀2、循环供水阀19和循环进水阀12,打开冷水阀5和截水阀1,由潜水泵17抽采的地下水经供水管8在除砂过滤器9中过滤后,经冷水管4直接进入水源热泵机组30进行提热,换热后的冷水经连接管28进入储水罐31,储水罐31中的水经回灌管34回灌到回灌井18内的地下水含水层,回灌过程中通过压力泵37进行加压,储水罐31中的少量多余水由排泄管35排出。
当太阳能加热装置正常运行且水源热泵机组30的出水满足供暖要求时,热量感应器29向变频电机14发出信号,自动调节潜水泵17减少抽取地下水量,当太阳能加热装置不能正常运行时,关闭冷水阀5和循环进水阀1,此时根据水源热泵机组30的出水,热量感应器29向变频电机14发出工作信号,自动调节潜水泵17增加抽取地下水量。
本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述,而是根据权利要求加以限定。

Claims (2)

1.一种太阳能辅助水源热泵的孔隙地下水循环供暖系统,包括地下水开采装置、供水调节装置、太阳能加热装置、循环水回用装置、提热供暖装置及地下水回灌装置,其特征在于:所述的地下水开采装置包括开采井、套管、潜水泵、变频电机、供水管、抽水阀、除砂过滤器、热量感应器及感应线;所述的供水调节装置包括冷水阀、冷水管、截水阀、调节管、调节阀及供水池;所述的太阳能加热装置包括三通管、太阳能加热器、连接管、循环热水阀、温度显示器、循环供水泵、循环供水管及循环供水阀;所述的循环水回用装置包括连接管、储水罐、循环进水泵、循环进水管及循环进水阀;所述的提热供暖装置包括水源热泵机组、供暖管及供暖阀;所述的地下水回灌装置包括回灌管、回灌阀、排泄管、排泄阀、压力泵及回灌井;
地下水开采井施工完毕后,井壁下入套管、套管在含水层段包裹滤网,套管内下供水管与潜水泵,潜水泵由地面的变频电机供电并调节流量,供水管另一端与除砂过滤器相接,供水管上设置抽水阀,热量感应器安装于水源热泵机组出水口,感应线一端连接变频电机,一端连接热量感应器;
冷水管一端与除砂过滤器相连,另一端与截水阀相接,冷水管上设置冷水阀,冷水阀与截水阀之间连接调节管,调节管另一端连接供水池,调节管上设置调节阀;
三通管连接过滤器和太阳能加热器,太阳能加热器另一端通过连接管与供水池连通,连接管上设置循环热水阀,供水池中设置温度显示器和循环供水泵,循环供水泵与循环供水管相连,循环供水管上设置循环供水阀;
连接管连接水源热泵机组和储水罐,储水罐下部设置循环进水泵与循环进水管相连,循环进水管上设置循环进水阀与三通管相连;
回灌管一端与储水罐相接,另一端通入回灌井内,储水罐与回灌井之间的回灌管自上而下分别设置回灌阀、排泄管和压力泵,排泄管上设置排泄阀,当单个回灌井不能满足回灌需要,可以布置多个回灌井。
2.根据权利要求1所述一种太阳能辅助水源热泵的孔隙地下水循环供暖系统的提热供暖装置,其特征在于:供暖管与水源热泵机组相连,供暖管上设置供暖阀,用于调节居民供暖量。
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