CN112197609A - 一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统，包括集水箱和回收机构，集水箱的进口端设有过滤装置，回收机构包括渗透装置，渗透装置包括进口端与集水箱的出口端连通的出水管，出水管的出口端与补水母管的进口端连通，补水母管为螺旋管状结构，补水母管外侧管壁上连通有补水支管，补水支管呈放射状分布在补水母管外侧，补水支管上开设有补水孔，渗透装置还包括设置在集水箱和出水管之间的冷凝水箱，冷凝水箱内设有第一水泵，冷凝水箱的进口端与集水箱的出口端连通。本发明涉及一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统具有节省水资源、提高土壤源热泵热交换效率、降低企业使用成本的优点。

Description

一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，尤其涉及一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统。

背景技术

土壤源热泵是利用地下常温土壤温度相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统与建筑物内部完成热交换的装置。冬季从土壤中取热，向建筑物供暖；夏季向土壤排热，为建筑物制冷。它以土壤作为热源、冷源，通过高效热泵机组向建筑物供热或供冷。高效热泵机组的能效比一般能达到4.0以上，与传统的冷水机组加锅炉的配置相比，全年能耗可节省40％左右，初期投资偏高，机房面积较小，节省常规系统冷却塔可观的耗水量，运行费用低，不产生任何有害物质，对环境无污染，实现了环保的功效。

土壤源热泵的缺点之一是土壤导热系数较小，换热量较小。已有的经验表明，其持续吸热速率一般为25W/m，所以当供热量一定时，换热盘管占地面积较大，埋管(埋管为U型换热管的竖直部分)的铺设无论是水平开挖布置还是钻孔垂直安装，都会增加土建费用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统，用以解决目前土壤源热泵使用时由于土壤导热系数小而导致的使用成本增加的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统，包括集水箱和回收机构，所述集水箱的进口端设有过滤装置，所述回收机构包括渗透装置，所述渗透装置包括进口端与集水箱的出口端连通的出水管，所述出水管的出口端与补水母管的进口端连通。

进一步地，所述渗透装置还包括设置在集水箱和出水管之间的冷凝水箱，所述冷凝水箱内设有第一水泵，所述冷凝水箱的进口端与集水箱的出口端连通，所述第一水泵的出口端与出水管的进口端连通。

进一步地，所述补水母管为螺旋管状结构，所述补水母管外侧管壁上连通有补水支管，所述补水支管呈放射状分布在补水母管外侧，所述补水支管上开设有补水孔。

进一步地，所述补水母管为圆柱螺旋结构，所述圆柱螺旋结构内侧围成有柱状的支管空腔。

进一步地，所述补水支管位于补水母管上远离支管空腔一侧的端面上，所述补水支管远离支管空腔的一端为封闭结构。

进一步地，所述补水支管内侧转动套装有补水内管，所述补水内管靠近补水母管的一端设有开口，所述补水内管远离补水母管的一端为封闭结构，所述补水内管远离补水母管的一端外侧与补水支管远离补水母管的一端内侧之间的位置设有驱动源，所述补水内管远离补水母管的一端与驱动源的工作端连接，所述补水孔贯穿补水支管和补水内管的管壁。

进一步地，所述补水孔均匀排列在补水支管和补水内管的管壁上，所述补水孔包括分别开设在补水支管的第一通孔和开设在补水内管上第二通孔，所述第一通孔和第二通孔在补水支管转动至完全重合时使补水支管内腔与补水内管外侧之间的连通面积最大，所述第一通孔和第二通孔在补水支管转动至完全分离时使补水支管内腔与补水内管外侧之间阻断连通。

进一步地，所述回收机构还包括进口端与集水箱的另一个出口端连通的软水箱，所述软水箱内设有第二水泵，所述第二水泵的出口端与地热源系统供水管网连通。

本发明的有益效果在于：本发明一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统通过设置补水母管为螺旋管状结构便于补水母管与埋管贴合，使补水母管在输水的同时还可以通过自身与埋管的贴合进行热传递，软水箱连接冷凝水箱和土壤源热泵供水管，把冷凝水软化处理后重新提供给地源热泵使用，节省水资源，通过设置渗透系统，把冷凝水渗透到埋管附近的土壤里，提高土壤的导热系数，从而提高土壤源热泵的热交换效率，节省企业的使用成本。

附图说明

图1为实施例1的整体结构示意图；

图2为实施例1的补水母管结构示意图；

图3为实施例1的补水母管侧视图；

图4为实施例1的补水母管俯视图；

图5为实施例1的补水支管内部结构示意图。

其中：1、集水箱；2、冷凝水箱；3、出水母管；4、计量器；5、出水支管；6、电磁阀；7、控制器；8、土壤湿度传感器；9、埋管；10、钻孔；11、回填料；12、补水母管；13、补水支管；14、支管空腔；15、补水内管；16、补水孔；17、驱动源；18、软水箱。

具体实施方式

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-5所示，一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统，包括集水箱1和回收机构，集水箱1的进口端设有过滤装置，集水箱1的进口端与地源热系统的冷凝水管网连通，用以收集储藏冷凝水，过滤装置可选用网式过滤器，用以过滤冷凝水中的杂质。

回收机构包括渗透装置，渗透装置包括进口端与集水箱1的出口端连通的出水管，出水管的出口端与补水母管12的进口端连通，具体的，集水箱1和补水母管12之间还连通有冷凝水箱2，出水管包括出水母管3和出水支管5，集水箱1的出口端依次连通冷凝水箱2、出水母管3、出水支管5、补水母管12，冷凝水箱2内安装有第一水泵，第一水泵与控制器7电性连接，由控制器7通过调整第一水泵的供水水压改变渗透装置内的冷凝水流速、冷凝水供水量等，第一水泵连通出水母管，用以为渗透装置整体提供需要的水压。

出水母管上安装有总阀，用以调节渗透装置整体的水量，出水支管上安装有流量计4和电磁阀6，流量计4的型号可选用：LWGY-N型，电磁阀6的型号可选用：4V210-08 DC24V，流量计4和电磁阀6外接有控制器7，控制器7上连接的还有土壤湿度传感器，土壤湿度传感器的型号可选用：CSF11-60-A1-B-G，土壤湿度传感器的探头埋在埋管附近的回填料里，用以检测回填料的含水量，并通过检测的含水量值控制电磁阀6的开关，同时通过流量计4统计和监测单支补水支管5每次开启时补充的水量。

补水母管12为螺旋管状结构，补水母管12为圆柱螺旋结构，圆柱螺旋结构内侧围成有柱状的支管空腔14，使用时补水母管12通过旋转缠绕在埋管9外表面，便于补水母管12与埋管9贴合，使补水母管12在输水的同时还可以通过自身与埋管9的贴合进行热传递，补水母管12外侧管壁上连通有补水支管13，补水支管13和补水母管12之间可选用螺纹密封连接，补水母管12上可开设光面通孔或者螺纹通孔，当开设光面通孔时，可选用不连接补水支管13，此时，通过光面通孔从补水母管12内直接向回填料内渗入冷凝水。

当选择连接补水支管13时，补水支管13呈放射状分布在补水母管12外侧，通过补水支管13增加补水母管12与回填料的接触面积，并通过补水支管13向回填料内渗透冷凝水，补水支管13位于补水母管12上远离支管空腔14一侧的端面上，补水支管13优选的分布方式是与补水母管12水平连通并且间隔均匀，有利于保证补水支管13渗水时的均匀性，避免水资源浪费，有利于提高渗透效率，补水支管13远离支管空腔14的一端为封闭结构，便于与补水内管15之间形成一个封闭的驱动源17安装空间，补水支管13上开设有补水孔16，补水支管13内的水通过补水孔16向回填料内渗透。

补水支管13内侧转动密封套装有补水内管15，补水内管15靠近补水母管12的一端设有开口，即补水内管15与补水母管12连通，补水内管15远离补水母管12的一端为封闭结构，与补水支管13之间形成一个封闭的驱动源17的安装空间，补水内管15远离补水母管12的一端外侧与补水支管13远离补水母管12的一端内侧之间的位置设有驱动源17，驱动源17可选用伺服电机，伺服电机17与控制器7电性连接，通过控制器7获得的检测数据自动控制驱动源17用以调整补水内管15，补水内管15远离补水母管12的一端与驱动源17的工作端连接，补水孔16贯穿补水支管13和补水内管15的管壁，通过调整补水内管15调节补水孔16的冷凝水渗透量。

补水孔16均匀排列在补水支管13和补水内管15的管壁上，便于保证每个补水支管13向周围渗透的均匀性，进一步提高渗透效率，避免水资源和能量浪费，补水孔16包括分别开设在补水支管13的第一通孔和开设在补水内管15上第二通孔，第一通孔和第二通孔在补水支管13转动至完全重合时使补水支管13内腔与补水内管15外侧之间的连通面积最大，第一通孔和第二通孔在补水支管13转动至完全分离时使补水支管13内腔与补水内管15外侧之间阻断连通，即开设第一通孔和第二通孔时，补水支管13和补水内管15上要留出足够的未开孔的阻挡部分，使补水内管15在补水支管13内旋转时，第一通孔和第二通孔之间存在三种位置关系，分别是状态一，第一通孔与第二通孔完全对应，补水支管13内的冷凝水从第二通孔到第一通孔的通过面积最大，状态二，第一通孔与第二通孔完全不对应，第一通孔内侧为补水内管15未开设孔的阻挡部分，即第一通孔不通水，第二通孔外侧为补水支管13未开设孔的阻挡部分，即第二通孔不通水，此时为停止渗水期间，状态三，第一通孔与第二通孔的对应关系介于状态一和状态二之间，冷凝水的通过补水孔16的面积是变化并且可控的。

回收机构还包括进口端与集水箱1的另一个出口端连通的软水箱18，软水箱18内设有第二水泵，之前经过过滤装置过滤的冷凝水通过第二水泵增压，第二水泵的出口端与地热源系统供水管网连通，向地热源系统提供系统用水，达到冷凝水二次回收利用的目的，节省水资源。

工作原理：使用时，把本系统与地源热泵系统的地下换热网连通，把补水母管12和补水支管13埋在钻孔10内侧与埋管9之间的回填料11内，把土壤湿度传感器8的探头埋在补水支管13附近的回填料11内，在控制器7内设置预定含水量值和预定水压值，预定水压值为冷凝水从补水孔16渗出时不会由于水压过大而冲走补水孔16附近的回填料，由压强计算公司p＝F/S确定，其中p的最大值为预定水压值，预定水压值为定值，压力F由第一水泵的输出功率确定，由控制器7控制，面积S由第一通孔与第二通孔的对应位置确定，由控制器7控制，即改变第一水泵的输出功率和补水孔16的渗水面积可控制补水孔16处冷凝水的渗透水压，渗水面积一定时，水压与流速成正比，流速一定时，水压与渗水面积成反比，同时，由流体流速、流通截面积和流体流量的关系可知，当渗水面积最大时，补水支管13内的冷凝水水压在预定水压值范围内可达到最大值，则冷凝水的流速达到最大值，从而使流体流量在单位时间内达到最大值，即补水效率最大。

预定含水量值为定值，根据土壤湿度传感器8检测的回填料含水量，可由控制器7计算得出需要的补水量，根据实际应用时预定的补水时间，控制器7通过调节第一水泵的输出功率和驱动源17带动补水内管15调整补水孔16的渗水面积的大小，控制补水时间，既可以在预定时间内完成补水，又可以把本系统的运行功率控制在合理范围内，节省能源，防止资源浪费，通过向回填料内补水，提高回填料与埋管9之间的热传递效率，从而提高地源热泵系统的热传递效率，达到提高能源利用率，降低能源消耗的目的。

第二水泵在工作过程中，通过把软水箱内的冷凝水输送到地源热泵的供水管网内，达到再次回收利用冷凝水的目的。

在上述工过程中，时间控制开关控制所述土壤湿度传感器测量土壤温度的时间步长；土壤湿度传感器测得钻孔内部的土壤的含水量；流量计监测进入渗透管的水量；控制器根据所述土壤湿度传感器监测的土壤含水量和所述流量计监测的冷凝水量控制电磁阀的开关。

具体的，时间控制开关根据设置的时间步长控制土壤湿度传感器的测定频率；土壤湿度传感器根据时间步长测定钻孔内部土壤的含水量，当土壤含水量低于设定值时；电磁阀开启，冷凝水进入渗透管；流量计记录电磁阀开启后进入渗透管的冷凝水量，当冷凝水量可以使所述钻孔内土壤达到饱和状态后；电磁阀关闭，冷凝水不再进入渗透管。到下次时间步长2t时，重复上述步骤。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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)

1.一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统，其特征在于：包括集水箱(1)和回收机构，所述集水箱(1)的进口端设有过滤装置，所述回收机构包括渗透装置，所述渗透装置包括进口端与集水箱(1)的出口端连通的出水管，所述出水管的出口端与补水母管(12)的进口端连通。

2.根据权利要求1所述的一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统，其特征在于：所述渗透装置还包括设置在集水箱(1)和出水管之间的冷凝水箱(2)，所述冷凝水箱(2)内设有第一水泵，所述冷凝水箱(2)的进口端与集水箱(1)的出口端连通，所述第一水泵的出口端与出水管的进口端连通。

3.根据权利要求1所述的一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统，其特征在于：所述补水母管(12)为螺旋管状结构，所述补水母管(12)外侧管壁上连通有补水支管(13)，所述补水支管(13)呈放射状分布在补水母管(12)外侧，所述补水支管(13)上开设有补水孔(16)。

4.根据权利要求3所述的一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统，其特征在于：所述补水母管(12)为圆柱螺旋结构，所述圆柱螺旋结构内侧围成有柱状的支管空腔(14)。

5.根据权利要求4所述的一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统，其特征在于：所述补水支管(13)位于补水母管(12)上远离支管空腔(14)一侧的端面上，所述补水支管(13)远离支管空腔(14)的一端为封闭结构。

6.根据权利要求5所述的一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统，其特征在于：所述补水支管(13)内侧转动套装有补水内管(15)，所述补水内管(15)靠近补水母管(12)的一端设有开口，所述补水内管(15)远离补水母管(12)的一端为封闭结构，所述补水内管(15)远离补水母管(12)的一端外侧与补水支管(13)远离补水母管(12)的一端内侧之间的位置设有驱动源(17)，所述补水内管(15)远离补水母管(12)的一端与驱动源(17)的工作端连接，所述补水孔(16)贯穿补水支管(13)和补水内管(15)的管壁。

7.根据权利要求6所述的一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统，其特征在于：所述补水孔(16)均匀排列在补水支管(13)和补水内管(15)的管壁上，所述补水孔(16)包括分别开设在补水支管(13)的第一通孔和开设在补水内管(15)上第二通孔，所述第一通孔和第二通孔在补水支管(13)转动至完全重合时使补水支管(13)内腔与补水内管(15)外侧之间的连通面积最大，所述第一通孔和第二通孔在补水支管(13)转动至完全分离时使补水支管(13)内腔与补水内管(15)外侧之间阻断连通。

8.根据权利要求1所述的一种土壤源热泵系统冷凝水回收利用系统，其特征在于：所述回收机构还包括进口端与集水箱(1)的另一个出口端连通的软水箱(18)，所述软水箱(18)内设有第二水泵，所述第二水泵的出口端与地热源系统供水管网连通。

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