CN113465228B - 一种水地源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水地源热泵系统，包括地源热泵机构、水源热泵机构，以及连接地源热泵机构与水源热泵机构的地源热泵机组，地源热泵机构用于与地下热源交换；水源热泵机构包括第一水源井、第二水源井、进水管及出水管，第一水源井通过进水管连通地源热泵机组、且位于地源热泵机构一端的地下水下游，第二水源井通过出水管连通地源热泵机组、且位于地源热泵机构另一端的地下水上游。通过地源热泵机组，将地下水下游的水回灌至地下水上游，使得上游的地下水经过中部的地源热泵机构往下游渗透，改善地源热泵机构周边土壤的温度，解决了现有技术中水地源热泵系统长时间使用后，土壤温度变化，导致后续水地源热泵系统的换热效果不佳的技术问题。

Description

一种水地源热泵系统

技术领域

本发明涉及水地源热泵技术领域，特别涉及一种水地源热泵系统。

背景技术

水地源热泵系统是一种利用地下浅层地热资源(也称地温能，包括地下水、土壤或地表水等)的即可供热又可制冷的高效节能的空调系统。

水地源热泵系统通常包括地源热泵机组以及和地源热泵机组液体连通的地埋管道系统，夏季通过地源热泵机组将房间内的热量经地埋管道系统转移到地下，对房间进行降温，同时储存热量以备冬用；冬季通过地源热泵机组将土壤中的热量经地埋管道系统转移到房间，对房间进行供暖，同时储存冷量以备夏用。

现有技术当中，水地源热泵系统在热能交互的时候存在一个比较大的热失衡问题，当水地源热泵系统使用一段时间后，地埋管道系统与地下土壤之间长时间的热能交互，导致土壤的温度发生比较大的变化，土壤无法提供原先的温度与地埋管道系统进行热传递，使得后续水地源热泵系统的换热效果不佳。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种水地源热泵系统，用于解决现有技术中水地源热泵系统长时间使用后，土壤温度变化，导致后续水地源热泵系统的换热效果不佳的技术问题。

本发明提出一种水地源热泵系统，包括地源热泵机构、水源热泵机构，以及连接所述地源热泵机构与所述水源热泵机构的地源热泵机组，所述地源热泵机构用于与地下热源交换；

所述水源热泵机构包括第一水源井、第二水源井、进水管及出水管，所述第一水源井通过所述进水管连通所述地源热泵机组、且所述第一水源井位于所述地源热泵机构一端的地下水下游，所述第二水源井通过所述出水管连通所述地源热泵机组、且所述第二水源井位于所述地源热泵机构另一端的地下水上游。

上述水地源热泵系统，通过增加水源热泵机构，实现增强地源热泵机构的换热效果，具体地，水地源热泵系统工作时，地源热泵机组通过进水管，将设于地下水下游的第一水源井内的地下水抽出，经出水管回灌至地下水上游的第二水源井内，使得上游的地下水经过中部的地源热泵机构往下游渗透，通过地下水作为传热介质改善地源热泵机构周边土壤的温度，提高地源热泵机构的换热效果，进而提升地源热泵机组的换热效果，解决了现有技术中水地源热泵系统长时间使用后，土壤温度变化，导致后续水地源热泵系统的换热效果不佳的技术问题。

进一步地，所述水地源热泵系统，其中，所述地源热泵机构包括换热组件与运输组件，所述换热组件包括若干个地源井、支撑架及地埋换热器，所述地埋换热器通过所述支撑架设于所述地源井内；

所述运输组件包括集水器、分水器、三通接头、第一导管及第二导管，

所述地埋换热器的出水端通过所述三通接头与第一导管集成至所述集水器的进水端，所述集水器的出水端通过所述第一导管连通所述地源热泵机组的进水端；

所述地源热泵机组的出水端通过所第二导管连通所述分水器的进水端，所述地埋换热器的进水端通过所述三通接头与第二导管集成至所述分水器的出水端，形成闭合环路。

进一步地，所述水地源热泵系统，其中，所述水地源热泵系统还包括第一检查井、第二检查井、第一监测管及第二监测管，所述第一检查井连接所述第一监测管的一端设于所述地源井的上端，所述第一监测管的另一端设于所述地源井内，所述第二检查井连接所述第二监测管的一端设于所述第一水源井的上端，所述第二监测管的另一端设于所述第一水源井内，所述第二水源井的内部结构等同于所述第一水源井的内部结构。

进一步地，所述水地源热泵系统，其中，所述水源热泵机构还包括垂直设于所述第一水源井内的过滤管，所述过滤管的外壁与所述第一水源井的内壁间隔设置形成填充空间，所述填充空间内依次设有水源井滤料与隔水填料，所述水源井滤料位于地下水水位以下，所述隔水填料位于地下水水位以上，所述过滤管对应所述水源井滤料的外壁设有多个第一滤孔，所述第二水源的内部结构等同于所述第一水源井的内部结构。

进一步地，所述水地源热泵系统，其中，所述第一滤孔为切割成型的缝隙，所述缝隙沿所述过滤管的管壁周围错落分布。

进一步地，所述水地源热泵系统，其中，所述过滤管的下端还设有沉沙管，所述沉沙管的内侧壁上设有第二滤孔，且所述沉沙管的顶部翻边形成卡扣，所述卡扣用于所述沉沙管与所述过滤管可拆卸连接。

进一步地，所述水地源热泵系统，其中，所述水源井滤料采用粒径0.25～0.5mm的粗砂。

进一步地，所述水地源热泵系统，其中，所述地埋换热器为螺旋管，所述螺旋管螺旋设于所述支撑架上。

进一步地，所述水地源热泵系统，其中，所述第一监测管的数量为2，所述第一监测管设于所述螺旋管的内外两侧，所述第二监测管的数量为1，所述第二监测管设于所述过滤管与所述第一水源井之间，所述第二水源井的内部结构等同于所述第一水源井的内部结构。

附图说明

图1为本发明第一实施例中水地源热泵系统整体结构示意图；

图2为本发明第一实施例中水地源热泵系统结构示意图；

图3为本发明第一实施例中水源热泵机构与地源热泵机构的结构示意图；

图4为本发明第一实施例中地源热泵机构的结构示意图；

图5为本发明第一实施例中地源井的内部结构示意图；

图6为本发明第一实施例中支撑架的具体结构示意图；

图7为本发明第一实施例中支撑架与地埋换热器的连接关系示意图；

图8为本发明第一实施例中第一水源井的内部结构示意图；

图9为本发明第一实施例中沉沙管的结构示意图；

图10为本发明第一实施例中地源井与第一水源井的俯视结构示意图；

主要元件符号说明：

地源热泵机构	10	水源热泵机构	20
				地源热泵机组	30	第一水源井	21
进水管	22	出水管	23
				地源井	11	支撑架	12
支撑底盘	121	支撑外骨架	122
				支撑内骨架	123	支撑管卡	124
地埋换热器	13	集水器	14
				分水器	15	第一导管	16
第二导管	17	三通接头	18
				第一检查井	41	第一监测管	42
第二检查井	43	第二监测管	44
				过滤管	211	隔水填料	213
水源井滤料	214	潜水泵	215
				沉沙管	212	地源井滤料	216
第二水源井	201

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请结合图1至图9，所示为本发明一实施例中的水地源热泵系统，包括地源热泵机构10、水源热泵机构20，以及连接所述地源热泵机构10与所述水源热泵机构20的地源热泵机组30，所述地源热泵机构10用于与地下热源交换；

在本实施例中，所述水源热泵机构20包括第一水源井21与第二水源井201两个水源井，但不局限于此，水源井的具体数量可根据地源热泵机构10的数量进行适应性调节，其中，所述第一水源井21通过所述进水管22连通所述地源热泵机组30、且所述第一水源井21位于所述地源热泵机构10一端的地下水下游，所述第二水源井201通过所述出水管23连通所述地源热泵机组30、且所述第二水源井201位于所述地源热泵机构10另一端的地下水上游。

在本实施例中，进水管22的一端连接潜水泵215，出水管23不设置，潜水泵215为本领域常规技术手段，地源热泵机组30通过潜水泵215，将位于地下水下游第一水源井21中地下水回灌至地下水上游的第二水源井201中，形成水头差，加大地下水径流速度V＝KI(V为流、K为渗透系数、I为水利坡度)，地下水由上游经过地源热泵机构10往下游渗透，改善地源热泵机构10周边土壤的温度，从而加大地源热泵机构10的换热能力。

具体地，所述地源热泵机构10包括换热组件与运输组件，所述换热组件包括若干个地源井11、支撑架12及地埋换热器13，所述地埋换热器13通过所述支撑架12设于所述地源井11内，本实施例中设有6个地源井11，但不局限于此，具体数量可根据房屋内所需热量的大小进行调控。

所述运输组件包括集水器14、分水器15、三通接头18、第一导管16及第二导管17，所述地埋换热器13的出水端通过所述三通接头18与第一导管16集成至所述集水器14的进水端，所述集水器14的出水端通过所述第一导管16连通所述地源热泵机组30的进水端；所述地源热泵机组30的出水端通过所第二导管17连通所述分水器15的进水端，所述地埋换热器13的进水端通过所述三通接头18与第二导管17集成至所述分水器15的出水端，工作时，集水器14通过第一导管16与三通接头18连接地埋换热器13的出水口，将传热介质输送至地源热泵机组30，经能量转换后，再由与地源热泵机组30相连的分水器15将传热介质分别输送至第二导管17，通过三通接头18与埋管换热器进水口一端形成闭式环路，通过闭合环路内的换热媒介在地埋换热器13内循环，与地下土壤进行热量交互，实现房间内的制冷或制热。

值得一提的是，在本实施方式中，上述的换热媒介为水，水具有较大的比热容，可以吸收储存更多的热量。当然，在更多的实施方式中，也可以采用其它合适的换热媒介以实现相同的技术效果，此种变换的实施方式仍应当视为不超脱本发明技艺精神的范畴。

进一步地，所述水地源热泵系统还包括第一检查井41、第二检查井43、第一监测管42及第二监测管44，所述第一检查井41连接所述第一监测管42的一端设于所述地源井11的上端，所述第一监测管42的另一端设于所述地源井11内，所述第二检查井43连接所述第二监测管44的一端设于所述第一水源井21的上端，所述第二监测管44的另一端设于所述第一水源井21内，更进一步地，所述第一监测管42的数量为2，所述第一监测管42设于所述螺旋管的内外两侧，所述第二监测管44的数量为1，所述第二监测管44设于所述过滤管与所述第一水源井21之间，所述第二水源井201的内部结构等同于所述第一水源井21的内部结构。在本实施例中，为及时掌握第一水源井21与第二水源井201的水位变化，以及第一水源井21、第二水源井201及地源井11的温度场变化，在第一水源井21与第二水源井201的内部沿过滤管211外壁设置一根第二监测管44，上部均设置在第二检查井43中，及在地源井11沿螺旋管内部、外部分别设置一根第一监测管42，上部均设置在第一检查井41中，需要测量时可打开检查井将测温探头或液位计从监测管端口放入管内测量，以达到监测目的，预测地下水水位与温度的变化，分析影响水地源热泵系统的整体性能，进行科学有效管理，使水地源热泵系统达到最节能有效的运行。

进一步地，所述水源热泵机构20还包括垂直设于所述第一水源井21内的过滤管211，所述过滤管211的外壁与所述第一水源井21的内壁间隔设置形成填充空间，所述填充空间内依次设有水源井滤料214与隔水填料213，所述水源井滤料214位于地下水水位以下，所述隔水填料213位于地下水水位以上，所述过滤管211对应所述水源井滤料214的外壁设有多个第一滤孔，所述第二水源的内部结构等同于所述第一水源井21的内部结构。更进一步的，所述第一滤孔为切割成型的缝隙，所述缝隙沿所述过滤管211的管壁周围错落分布。

本实施例中，第一水源井21与第二水源井201内部的过滤管211材质为HDPE100，直径不小于300mm，第一滤孔与常规圆形滤孔不同，设计沿过滤管211壁上下割细缝，缝隙沿管壁周围错落切割，缝长5～10cm，宽1～2mm不等；通过对滤孔形状的改变，相比常规圆孔的结构设计，本实施例中的滤孔通过缝隙设计使得进水断面增加，同时又不减少管壁强度，因孔隙小，不易进砂，有效避免水源井底部易堆积沉沙难以清理的情况，另外，管材的材质为HDPE100，区别不锈钢或钢管材质在地下水铁锰区域经常易生锈堵塞现象。

进一步地，所述过滤管211的下端还设有沉沙管212，所述沉沙管212的内侧壁上设有常规圆形滤孔的第二滤孔，且所述沉沙管212的顶部翻边形成卡扣，所述卡扣用于所述沉沙管212与所述过滤管211可拆卸连接。本实施例中，沉砂管不同于普通沉砂管，普通的沉砂管均是与过滤管211为一体的封闭板管，沉砂堆积在水源井底部无法清除，本实施例中的井沉砂管由内、外两部分组成，外部结构与过滤管211连接成一整体但不切割细缝，内部为不锈钢钢管，侧壁上设置有滤孔，顶部翻边形成卡扣，可通过钻杆卡接卡扣将沉砂管提出水面清洗。

进一步地，地源机构中，地源井11中也依次设有地源井滤料216及隔水填料213，所述地源井滤料216位于地下水水位以下，所述隔水填料213位于地下水水位以上，并且地源井滤料216渗透系数采用大于含水层的渗透系数，以提高地埋换热器13周边地下水的渗透效果，加强地埋换热器13的换热效果，水源井滤料214材质为粗砂，粒径在0.25～0.5mm之间，颗粒应均匀，分选性好。

进一步地，所述地埋换热器13采用螺旋管结构。本实施例中，地埋换热器13由一根直径40mmPE管螺旋盘在支撑架12上，螺旋直径宜大于800mm。其中，支撑架12由支撑内骨架123、支撑外骨架122、支撑底盘121、支撑管卡124等四部分组成。其中，支撑底盘121直径大于地埋换热器13的螺旋直径，支撑外骨架122由四根不锈钢管组成，底部沿支撑底盘121均匀分布并与之焊接，上部弯折90°角与支撑内骨架123顶部焊接；支撑内骨架123分布在支撑底盘121中心部位，支撑内骨架123为一根不锈钢管，钢管内径大于螺旋管的外径，并贯穿支撑底盘121；在支撑外骨架122四根不锈钢管上螺旋式设置支撑管卡124。螺旋管的一端沿支撑外骨架122由支撑管卡124固定呈螺旋式上升，出地下水面通过三通接头18与第一导管16连通；另一端从支撑底盘121底部中心圆孔进入支撑内骨架123内径后出地下水面通过三通接头18与第二导管17连通，形成闭合回路。

本实施例中，地埋换热器13换热能力采用热响应试验确定，应分别测试第一水源井21抽水、第二水源井201回灌等人工径流条件下，以及第一水源井21不抽水、第二水源井201不回灌等自然径流条件下的换热能力。地源井11数量应根据建筑冷、热负荷及地埋换热器13换热能力计算确定，一般六口地源井11连接一根第一导管16及一根第二导管17，而分水器15和集水器14路数由地源井11数量确定。本技术第一水源井21与第二水源井201之间抽水、回灌间距应结合水文地质条件、径流条件、温度场变化情况等综合因数确定。并结合建筑规模、空调负荷及地埋换热器13换热能力，可同时使用水源井、地源井11进行换热，也可采用水源井抽水、回灌加快地下水径流条件(第一水源井21的进水管22与第二水源井201的出水管23直接对接，地下水不进地源热泵机组30)，仅采用地源井11进行换热。在地下水径流条件好的区域，本技术也可以不设置水源井及相关组成部分，仅靠地源井11及其组成部分进行换热。

综上，本发明上述实施例当中的水地源热泵系统，通过增加水源热泵机构，实现增强地源热泵机构的换热效果，具体地，水地源热泵系统工作时，地源热泵机组通过进水管，将设于地下水下游的第一水源井内的地下水抽出，经出水管回灌至地下水上游的第二水源井内，使得上游的地下水经过中部的地源热泵机构往下游渗透，通过地下水作为传热介质改善地源热泵机构周边土壤的温度，提高地源热泵机构的换热效果，进而提升地源热泵机组的换热效果，解决了现有技术中水地源热泵系统长时间使用后，土壤温度变化，导致后续水地源热泵系统的换热效果不佳的技术问题。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种水地源热泵系统，其特征在于，包括地源热泵机构、水源热泵机构，以及连接所述地源热泵机构与所述水源热泵机构的地源热泵机组，所述地源热泵机构用于与地下热源交换；

所述水源热泵机构包括第一水源井、第二水源井、进水管及出水管，所述第一水源井通过所述进水管连通所述地源热泵机组、且所述第一水源井位于所述地源热泵机构一端的地下水下游，所述第二水源井通过所述出水管连通所述地源热泵机组、且所述第二水源井位于所述地源热泵机构另一端的地下水上游；所述地源热泵机构包括换热组件与运输组件，所述换热组件包括若干个地源井、支撑架及地埋换热器，所述地埋换热器通过所述支撑架设于所述地源井内；

所述运输组件包括集水器、分水器、三通接头、第一导管及第二导管，

所述地埋换热器的出水端通过所述三通接头与第一导管集成至所述集水器的进水端，所述集水器的出水端通过所述第一导管连通所述地源热泵机组的进水端；

所述地源热泵机组的出水端通过所第二导管连通所述分水器的进水端，所述地埋换热器的进水端通过所述三通接头与第二导管集成至所述分水器的出水端，形成闭合环路；

所述水地源热泵系统还包括第一检查井、第二检查井、第一监测管及第二监测管，所述第一检查井连接所述第一监测管的一端设于所述地源井的上端，所述第一监测管的另一端设于所述地源井内，所述第二检查井连接所述第二监测管的一端设于所述第一水源井的上端，所述第二监测管的另一端设于所述第一水源井内，所述第二水源井的内部结构等同于所述第一水源井的内部结构；

所述水源热泵机构还包括垂直设于所述第一水源井内的过滤管，所述过滤管的外壁与所述第一水源井的内壁间隔设置形成填充空间，所述填充空间内依次设有水源井滤料与隔水填料，所述水源井滤料位于地下水水位以下，所述隔水填料位于地下水水位以上，所述过滤管对应所述水源井滤料的外壁设有多个第一滤孔，所述第二水源的内部结构等同于所述第一水源井的内部结构；

所述过滤管的下端还设有沉沙管，所述沉沙管的内侧壁上设有第二滤孔，且所述沉沙管的顶部翻边形成卡扣，所述卡扣用于所述沉沙管与所述过滤管可拆卸连接，其中，沉沙管由内、外两部分组成，外部结构与过滤管连接成一整体但不切割细缝，内部为不锈钢钢管，侧壁上设置有所述第二滤孔。

2.根据权利要求1所述的水地源热泵系统，其特征在于，所述第一滤孔为切割成型的缝隙，所述缝隙沿所述过滤管的管壁周围错落分布。

3.根据权利要求1所述的水地源热泵系统，其特征在于，所述水源井滤料采用粒径0.25～0.5mm的粗砂。

4.根据权利要求1所述的水地源热泵系统，其特征在于，所述地埋换热器为螺旋管，所述螺旋管螺旋设于所述支撑架上。

5.根据权利要求4所述的水地源热泵系统，其特征在于，所述第一监测管的数量为2，所述第一监测管设于所述螺旋管的内外两侧，所述第二监测管的数量为1，所述第二监测管设于所述过滤管与所述第一水源井之间，所述第二水源井的内部结构等同于所述第一水源井的内部结构。

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