CN110285602A - 一种提升地源热泵能效的浅层地热利用设备和利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提升地源热泵能效的浅层地热利用设备和利用方法，设备包括第一换热组件和第二换热组件；第一换热组件包括气管和气泵，气管的进气口用于设于室外，气管的出气口用于设于室内，气泵设于气管上；第二换热组件包括设于室内的室内换热器、设于地面的地源热泵、设于地下的地埋管，室内换热器的一端通过负荷侧水泵和负荷侧回水管与地源热泵相连，室内换热器的另一端通过负荷侧供水管与地源热泵相连；地埋管的一端通过地源侧回水管和地源侧水泵与地源热泵相连，地埋管的另一端通过地源侧供水管与地源热泵相连，使室内换热器通过地源热泵与地埋管进行热交换。本发明的有益效果是：降低地源热泵系统的能耗，增大能量利用效率。

Description

一种提升地源热泵能效的浅层地热利用设备和利用方法
技术领域
本发明涉及地源热泵换热系统技术领域，尤其涉及一种提升地源热泵能效的浅层地热利用设备和利用方法。
背景技术
近些年来，地源热泵系统(GSHP)在全球范围内广泛应用于建筑的供暖和制冷。与传统空调系统相比，地源热泵系统具有更高的热性能，因为地源热泵系统在冬季使用地面作为热源，在夏季使用散热器，其主要原因是地下温度保持稳定，地质岩土体的热容量高于空气。因此，由于效率高，GSHP在节能和减少二氧化碳排放方面具有巨大潜力，但是GSHP应用的主要障碍是初期资金成本高，经济效益低，通过提高GSHP能效来提高其经济性能是近几十年的主要问题之一。根据目前的研究，系统的运行策略对系统的经济效益有着重要的影响，在一些夏热冬冷地区，建筑通常面临着不均匀的热负荷和冷负荷。地源热泵系统的运行效果不佳，使得其优势难以得到发挥。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种提升地源热泵能效的浅层地热利用设备和利用方法，旨在降低地源热泵系统的能耗，增大能量利用效率。
本发明的实施例提供一种提升地源热泵能效的浅层地热利用设备，包括第一换热组件和第二换热组件；
所述第一换热组件包括气管和气泵，所述气管的进气口用于设于室外，所述气管的出气口用于设于室内，所述气管经由地下热源体与所述室内连通，所述气管与所述地下热源体热导接，所述气泵设于所述气管上，用于将室外的气体输入至室内；
所述第二换热组件包括设于室内的室内换热器、设于地面的地源热泵、设于地下的地埋管、水泵和水管，所述水泵包括负荷侧水泵和地源侧水泵，所述水管包括负荷侧供水管、负荷侧回水管、地源侧供水管和地源侧回水管；
其中，所述室内换热器的一端通过所述负荷侧水泵和所述负荷侧回水管与所述地源热泵相连，所述室内换热器的另一端通过所述负荷侧供水管与所述地源热泵相连；所述地埋管的一端通过所述地源侧回水管和所述地源侧水泵与所述地源热泵相连，所述地埋管的另一端通过所述地源侧供水管与所述地源热泵相连，以使所述室内换热器通过所述地源热泵与所述地埋管进行热交换。
进一步地，所述地埋管的数量为多个，所述多个地埋管的进水端与所述地源侧供水管通过出水歧管相连，所述多个地埋管的出水端与所述地源侧回水管通过进水歧管相连。
进一步地，所述相邻地埋管之间的距离为6m；和/或，
所述负荷侧回水管和所述负荷侧供水管之间的距离为0.5m；和/或，
所述地源侧回水管和所述地源侧供水管之间的距离为0.5m。
进一步地，所述出水歧管主管的内径为50mm，管壁厚为4.6mm，所述出水歧管支管的内径为40mm，管壁厚为3.7mm。
进一步地，所述地源侧回水管上设有温度传感器、流量计；和/或，
所述地源侧供水管上设有温度传感器、流量计；和/或，
所述负荷侧供水管上设有温度传感器、流量计；和/或，
所述负荷侧回水管上设有温度传感器、流量计。
进一步地，所述地埋管上设有温度传感器、流量计。
进一步地，所述地埋管的深度为80m。
本发明的实施例还提供一种利用方法，使用上述提升地源热泵能效的浅层地热利用设备，具体步骤包括：
S1获取所述室内的当前温度；
S2向所述气泵发动启动指令，以利用所述第一换热组件进行换热，使所述室内温度与地下温度相同；
S3若所述地下温度与所述预设温度不同；
S4向所述气泵发动停止指令，向所述水泵发动启动指令，以利用所述第二换热组件进行换热。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：在地源热泵系统中增设直接换热器，降低地源热泵系统的能耗，增大能量利用效率。由于先利用直接换热器，地热能可以直接用于建筑物的通风或温度调节，而无需操作，从而降低成本，同时可以改善空气质量，降低噪音。冬季时，地源热泵和直接热交换器同时运行实现了高效的空气变暖；利用直接换热器将室内的温度升高，再用热泵系统进行供暖时，负荷侧供水管的温度不会太低，从而可防止通风机组结冰，无需额外的运行费用。
附图说明
图1是本发明提供的提升地源热泵能效的浅层地热利用设备的结构示意图；
图中：1-第一换热组件、11-气管、12-进气口、13-出气口、2-第二换热组件、21-室内换热器、22-地源热泵、23-地埋管、24-负荷侧回水管、25-负荷侧供水管、26-地源侧回水管、27-地源侧供水管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参见图1，本发明实施例提供一种提升地源热泵能效的浅层地热利用设备，包括第一换热组件1和第二换热组件2。
第一换热组件1包括气管11和气泵(图中未示出)，所述气管11的进气口12用于设于室外，所述气管11的出气口13用于设于室内，所述气管11经由地下热源体与所述室内连通，所述气管11与所述地下热源体热导接，所述气泵设于所述气管11上，用于将室外的气体输入至室内。
第二换热组件2包括设于室内的室内换热器21、设于地面的地源热泵22、设于地下的地埋管23、水泵和水管，所述水泵包括负荷侧水泵(图中未示出)和地源侧水泵(图中未示出)，所述水管包括负荷侧供水管25、负荷侧回水管24、地源侧供水管27和地源侧回水管26；其中，所述室内换热器21的一端通过负荷侧水泵和负荷侧回水管24与所述地源热泵22相连，所述室内换热器21的另一端通过负荷侧供水管25与所述地源热泵22相连；所述地埋管23的一端通过所述地源侧回水管26和所述地源侧水泵与所述地源热泵22相连，所述地埋管23的另一端通过所述地源侧供水管27与所述地源热泵22相连，以使所述室内换热器21通过所述地源热泵22与所述地埋管23进行热交换。
本实施例中，所述负荷侧回水管24和所述负荷侧供水管25之间的距离为0.5m；所述地源侧回水管26和所述地源侧供水管27之间的距离为0.5m。所述地源侧回水管26上设有温度传感器、流量计；所述地源侧供水管27上设有温度传感器、流量计；所述负荷侧供水管25上设有温度传感器、流量计；所述负荷侧回水管24上设有温度传感器、流量计(图中未示出)。
本实施例中，所述地埋管23的数量为多个，所述多个地埋管23的进水端与所述地源侧供水管27通过出水歧管相连，所述多个地埋管23的出水端与所述地源侧回水管26通过进水歧管相连。所述地埋管23的深度为80m，所述相邻地埋管23之间的距离为6m，所述地埋管23上设有温度传感器、流量计。所述出水歧管主管的内径为50mm，管壁厚为4.6mm，所述出水歧管支管的内径为40mm，管壁厚为3.7mm。
地源热泵22中的换热管在冬季供热时作为蒸发器，从地下吸热使热量通过地源侧回水管26传递到地源热泵22中；地源热泵22中的换热管在夏季供冷时作为冷凝器，向地下放热取冷使冷量通过地源侧回水管26传递到地源热泵22中。地源热泵22与室内间通过负荷侧供水管25和负荷侧回水管24相连，地源热泵22在接收地下的热量或冷量后，通过地源热泵22循环将更多的热量或冷量通过负荷侧回水管24传递到室内，实现向室内供暖或制冷。利用土壤作为地源热泵22的恒温冷热源，循环水经系统换热后，再与土壤换热。系统不消耗水量，也没有任何污染的产生与排放，是一种节能、环保的采暖空调系统。
在对室内进行供暖或制冷时，首先获取室内的当前温度，向所述气泵发动启动指令，以利用所述第一换热组件1(直接换热器)进行换热，先利用第一换热组件1对室内进行供暖或制冷，使所述室内温度与地下温度相同；若所述地下温度与所述预设温度不同，利用第一换热组件1未能使室内达到适宜的温度，仍需要对室内进行进一步地供暖或制冷时，向所述气泵发动停止指令，向所述水泵发动启动指令，以利用所述第二换热组件2(热泵系统)继续对室内进行供暖或制冷。
若单一地使用热泵系统对室内进行供暖或制冷，会造成较高的能耗，而直接换热器能耗较低，以提高系统的热性能。在地源热泵22系统中增设直接换热器，可降低地源热泵22系统的能耗，增大能量利用效率。
当室内与地下存在较大的温差时，先使用直接换热器可将能耗降到最低，提高系统的热性能。由于先利用直接换热器，使得地热能可以直接用于建筑物的通风或温度调节，而无需操作，从而降低成本，同时可以改善空气质量，降低噪音。冬季时，地源热泵22和直接热交换器同时运行实现了高效的空气变暖；利用直接换热器将室内的温度升高，再用热泵系统进行供暖时，负荷侧供水管25的温度不会太低，从而可防止通风机组结冰，无需额外的运行费用。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种提升地源热泵能效的浅层地热利用设备，其特征在于，包括第一换热组件和第二换热组件；
所述第一换热组件包括气管和气泵，所述气管的进气口用于设于室外，所述气管的出气口用于设于室内，所述气管经由地下热源体与所述室内连通，所述气管与所述地下热源体热导接，所述气泵设于所述气管上，用于将室外的气体输入至室内；
所述第二换热组件包括设于室内的室内换热器、设于地面的地源热泵、设于地下的地埋管、水泵和水管，所述水泵包括负荷侧水泵和地源侧水泵，所述水管包括负荷侧供水管、负荷侧回水管、地源侧供水管和地源侧回水管；
其中，所述室内换热器的一端通过所述负荷侧水泵和所述负荷侧回水管与所述地源热泵相连，所述室内换热器的另一端通过所述负荷侧供水管与所述地源热泵相连；所述地埋管的一端通过所述地源侧回水管和所述地源侧水泵与所述地源热泵相连，所述地埋管的另一端通过所述地源侧供水管与所述地源热泵相连，以使所述室内换热器通过所述地源热泵与所述地埋管进行热交换。
2.如权利要求1所述的提升地源热泵能效的浅层地热利用设备，其特征在于，所述地埋管的数量为多个，所述多个地埋管的进水端与所述地源侧供水管通过出水歧管相连，所述多个地埋管的出水端与所述地源侧回水管通过进水歧管相连。
3.如权利要求2所述的提升地源热泵能效的浅层地热利用设备，其特征在于，所述相邻地埋管之间的距离为6m；和/或，
所述负荷侧回水管和所述负荷侧供水管之间的距离为0.5m；和/或，
所述地源侧回水管和所述地源侧供水管之间的距离为0.5m。
4.如权利要求2所述的提升地源热泵能效的浅层地热利用设备，其特征在于，所述出水歧管主管的内径为50mm，管壁厚为4.6mm，所述出水歧管支管的内径为40mm，管壁厚为3.7mm。
5.如权利要求1所述的提升地源热泵能效的浅层地热利用设备，其特征在于，所述地源侧回水管上设有温度传感器、流量计；和/或，
所述地源侧供水管上设有温度传感器、流量计；和/或，
所述负荷侧供水管上设有温度传感器、流量计；和/或，
所述负荷侧回水管上设有温度传感器、流量计。
6.如权利要求1所述的提升地源热泵能效的浅层地热利用设备，其特征在于，所述地埋管上设有温度传感器、流量计。
7.如权利要求1所述的提升地源热泵能效的浅层地热利用设备，其特征在于，所述地埋管的深度为80m。
8.一种利用方法，其特征在于，使用如权利要求1至7任一所述的提升地源热泵能效的浅层地热利用设备，具体步骤包括：
S1获取所述室内的当前温度；
S2向所述气泵发动启动指令，以利用所述第一换热组件进行换热，使所述室内温度与地下温度相同；
S3若所述地下温度与所述预设温度不同；
S4向所述气泵发动停止指令，向所述水泵发动启动指令，以利用所述第二换热组件进行换热。
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