CN201724469U - 一种蓄水调峰池耦合的地下水源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蓄水调峰池耦合的地下水源热泵系统，包括水井侧供水主管(1)、水井侧回水主管(7)，该两管线之间通过蒸发器支管及冷凝器支管连通有热泵主机(4)；与蒸发器支管、冷凝器支管相连通的供水主管(1)上依次设有电子水处理仪(12)、水源侧水泵(11)及旋流除砂器(10)，其特征在于：在所述水源侧水泵(11)两侧连通的供水主管(1)与水井侧回水主管(7)之间连通有蓄水调峰解耦回灌装置(20)。采用该蓄水调峰技术能够减少热泵机组在高峰负荷时段对抽灌井的依赖，有效减轻最不利条件下系统运行对地下水回灌的压力，从而解决高负荷时段回灌困难的突出问题，该实用新型是对现有回灌技术的进一步优化集成。

Description

一种蓄水调峰池耦合的地下水源热泵系统

技术领域

本实用新型涉及一种地下水源热泵系统工程技术，尤其涉及一种蓄水调峰池耦合的地下水源热泵系统。

背景技术

地下水源热泵技术，是以地下水作为热源热汇，通过消耗少量的高品位电能，基于制冷热力循环向地下水吸放热量，实现向建筑用户供热供冷的一种高效节能技术。为保证地下水资源的可持续利用，我国现行的《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366-2005)要求，抽取上来经过换热后的地下水必须100％回灌到相同的含水层。我国幅员辽阔，各地区的地下水文地质条件不同。由于含水层地质结构的差异，致使许多地区地下水渗透性能较差，常出现地下水源热泵系统回灌困难的问题，因此实际运行中有许多工程项目难以保证地下水100％回灌。目前，解决回灌难的问题有两种技术途径：一是传统技术手段。针对异井回灌系统，回灌困难主要体现在管井的堵塞，而管井堵塞的成因除了悬浮物堵塞、微生物的生长、化学沉淀等外，主要是与含水层地质结构有关的含水层细颗粒重组、黏粒膨胀和扩散、气泡阻塞等因素。针对管井堵塞的非含水层地质结构性的某些成因，可以采用一些传统的物理和化学处理方法，比如回扬法、加酸及氯化剂和灭菌法等来部分解决回灌难问题，而对于含水层地质结构性的某些成因，由于含水层地质结构是一种自然结构，回灌难的问题仍旧突出。二是同井回灌技术。该技术特点是，在同井的下部进行抽水与在同井的上部进行地渗回灌，若上部的地渗回灌水流受阻时，回灌水直接流向下部的抽水口，避免回灌溢流出管井，可以保证100％回灌。但该技术的最大的问题是回灌水与抽水之间的热贯通(热短路)。若要使热贯通的负面影响达到可以接受的程度，地下含水层结构需要满足两个条件，即承压含水层结构(含水层的上部和下部均为不透水的地层所封闭)和渗透系数比(水平渗透系数/竖直渗透系数)要大于30，而这样的应用的条件比较苛刻，可适用的范围比较窄。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种蓄水调峰池耦合的地下水源热泵系统，采用蓄水池的蓄水调峰技术，减少热泵机组在高峰负荷时段对抽灌井的依赖，有效减轻最不利条件下的对地下水回灌的压力，该实用新型是对现有回灌技术的进一步优化集成。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的，一种蓄水调峰池耦合的地下水源热泵系统，包括水井侧供水主管、水井侧回水主管，所述水井侧供水主管延伸端与抽水管井中潜水泵相连，该潜水泵设置在抽水管井中的含水层下部；所述水井侧回水主管延伸端伸入回灌井水体中与其连通；该水井侧供水主管、水井侧回水主管两管线之间通过蒸发器支管及冷凝器支管连通有热泵主机；所述热泵主机包括冷凝器及蒸发器，该冷凝器及蒸发器分别通过各自的冷凝器供水支管及蒸发器供水支管与水井侧供水主管线连通；冷凝器及蒸发器另一端通过各自的冷凝器出水支管及蒸发器出水支管水井侧回水主管连通；与蒸发器支管、冷凝器支管相连通的供水主管上依次设有电子水处理仪、水源侧水泵及旋流除砂器，其特征在于：在所述水源侧水泵两侧连通的水井侧供水主管与水井侧回水主管之间连通有蓄水调峰解耦回灌装置。

所述蓄水调峰解耦回灌装置包括蓄水调峰池及其周边连通的管线，蓄水调峰池通过蓄水池进水管及蓄水池供水管与水井侧供水主管连通，所述蓄水调峰池通过蓄水池出水管及蓄水池回水管与水井侧回水主管连通。

所述蓄水池进水管上依次设有蓄水池进水阀及进水电动三通阀；蓄水池回水管一端连通在该蓄水池进水阀及进水电动三通阀之间的管线上，另一端与水井侧回水主管连通。

所述蓄水池出水管上依次设有蓄水池出水阀、蓄水池水泵及出水电动三通阀，蓄水池供水管一端连通在该蓄水池出水阀及蓄水池水泵之间管线上，另一端与水井侧供水主管连通。

所述进水电动三通阀上分别设有上置进水布水管及下置进水布水管，该两管线分别连接在蓄水调峰池一侧的上方和下方。

所述出水电动三通阀上分别设有上置出水布水管及下置出水布水管，该两管线分别连接在蓄水调峰池另一侧的上方和下方。

所述上置进水布水管沿管顶表面均布有若干上给水孔；下置进水布水管沿管底表面均布有若干下给水孔。

所述上置出水布水管沿管顶表面均布有若干上吸水孔；下置出水布水管沿管底表面均布有若干下吸水孔。

本实用新型的有益效果是：由于集成了一种蓄水调峰解耦回灌装置，与传统的地下水源热泵系统相比，具有二大优点：第一，利用蓄水调峰技术，大大减少高峰负荷时段热泵机组对水井抽灌水量的需要，有效解决高峰负荷时段回灌困难的突出问题。供热供冷季节，低负荷(包括间歇无负荷)时段，热泵机组对地下水的需求量小，多余的地下水可以利用蓄水池蓄存起来，而且由于低负荷时回灌井的回灌能力也有富余，在地下水蓄水的同时可以置换出在高峰负荷时被蓄存的热泵机组使用后的部分回水而进行回灌，充分利用低负荷时段回灌井的回灌能力。由于地下水在低负荷时段的蓄存，在高负荷时段的热泵机组的供水一部分由同步的抽水井抽水供应另一部分由蓄水池中蓄存的地下水供应；而对于高负荷时段热泵机组的回水也分为相应的两部分，一部分回水(等于同步抽水量)流到回灌井进行回灌，另一部分回水(等于来自蓄水池中所蓄存的地下水水流量)回流到蓄水池。由于蓄水调峰解耦了热泵机组匹配高峰负荷所需的最大同步抽灌水量，因此有效解决了高峰负荷时段回灌困难的突出问题。第二，蓄水调峰可以大大减少高峰负荷时段热泵机组对抽灌井的依赖，有力地拓展了地下水源热泵系统应用范围。地下水源热泵系统的应用受制于地下含水层地质结构和建筑周围打井空地的大小，而且最大冷热负荷决定了应给所选定的热泵机组提供的最大水量，当含水层地质结构的水渗透性一般或较差，若不采用蓄水调峰技术，就意味着需要打较多的抽灌井，甚至井位在有限建筑周围空地上无法布置，而采用蓄水调峰技术后，可以大大减少高峰负荷时段热泵机组对抽灌井的依赖，有效减少抽灌井的数量，大大提高系统的经济性，尤其当消防水池或建筑箱基可以直接用作蓄水池时，经济效益更明显。

建筑用户的负荷需求是动态变化的，有高峰负荷和低谷负荷甚至无负荷，现有地下水源热泵系统水井抽灌水量是匹配负荷同步等需求量供应，即当负荷最大时热泵机组需要的同步地下水量也相应最大，且需要同步回灌的水量也最大，造成高峰负荷时段回灌困难，这也是回灌难最突出的问题。本实用新型提供一种蓄水调峰池耦合的地下水源热泵系统，该系统基于蓄水调峰技术可以解耦空调负荷需求与地下水抽取量和回灌量的同步等需求量的匹配关系，均衡随负荷需求变化的地下水抽取量和回灌量的峰谷差，减少高峰负荷时段热泵机组对水井抽水量和回灌量的同步需求，从而有效解决高峰负荷时段回灌困难的突出问题。

附图说明

图1为本实用新型系统原理结构示意图。

图2为本实用新型蓄水池布水管平面布置示意图。

图3为本实用新型进水布水管结构剖面示意图。

图4为本实用新型出水布水管结构剖面示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，该蓄水调峰解耦回灌型地下水源热泵系统，包括水井侧供水主管1、水井侧回水主管7，该两管线之间通过蒸发器支管及冷凝器支管连通有热泵主机4；与蒸发器支管管线、冷凝器支管管线相连通的供水主管1上依次设有电子水处理仪12、水源侧水泵11及旋流除砂器10，其中：在所述水源侧水泵11两侧连通的水井侧供水主管1与水井侧回水主管7之间连通有蓄水调峰解耦回灌装置20。

本实用新型水井侧供水主管1延伸端与抽水管井9中潜水泵8相连，该潜水泵8设置在抽水管井9中的含水层下部；另一水井侧回水主管7延伸端伸入回灌井19水体中与其连通。

与上述水井侧供水主管1及水井侧回水主管7连通的热泵主机4包括冷凝器14及蒸发器13，该冷凝器14及蒸发器13分别通过各自的冷凝器供水支管3及蒸发器供水支管2与水井侧供水主管线1连通；冷凝器14及蒸发器13另一端通过各自的冷凝器出水支管6及蒸发器出水支管5水井侧回水主管7连通。所述蒸发器供水支管2和冷凝器供水支管3上各安装有蒸发器进口阀15和冷凝器进口阀16，所述蒸发器出水支管5和冷凝器出水支管6上各安装有蒸发器出口阀17和冷凝器出口阀18。

本实用新型所设置的所述蓄水调峰解耦回灌装置20包括蓄水调峰池22及其周边连通的管线，蓄水调峰池22通过蓄水池进水管21及蓄水池供水管29与水井侧供水主管1连通，所述蓄水调峰池22通过蓄水池出水管23及蓄水池回水管27与水井侧回水主管7连通。其中，在蓄水池供水管29上安装有蓄水池供水阀30，在蓄水池回水管27上安装有蓄水池回水阀28。

其中，所述蓄水池进水管21上依次设有蓄水池进水阀24及进水电动三通阀31；蓄水池回水管27一端连通在该蓄水池进水阀24及进水电动三通阀31之间的管线上，另一端与水井侧回水主管7连通。所述蓄水池出水管23上依次设有蓄水池出水阀26、蓄水池水泵25及出水电动三通阀32，蓄水池供水管29一端连通在该蓄水池出水阀26及蓄水池水泵25之间管线上，另一端与水井侧供水主管1连通。

并且在所述进水电动三通阀31上分别设有上置进水布水管33及下置进水布水管34，该两管线分别连接在蓄水调峰池22一侧的上方和下方。所述出水电动三通阀32上分别设有上置出水布水管35及下置出水布水管36，该两管线分别连接在蓄水调峰池22另一侧的上方和下方。

如图2所示，为本实用新型蓄水调峰解耦回灌装置俯视图，在蓄水调峰蓄水池出水管23一端与蓄水调峰池22相连的上置出水布水管35上沿管顶表面均布有若干上吸水孔39；在蓄水调峰蓄水池进水管21一端与蓄水调峰池22相连的上置进水布水管33上沿管顶表面均布有若干上给水孔37。

同样，下置进水布水管34沿管底表面均布有若干下给水孔38；下置出水布水管36沿管底表面均布有若干下吸水孔40。

如图3所示，为本实用新型进水布水管结构剖面示意图。蓄水池进水管21上设置的进水电动三通阀31上连通有两管线，即上置进水布水管33与下置进水布水管34，该两布水管分布的上给水孔37及下给水孔38的管孔方向相反。

如图4所示，为本实用新型出水布水管结构剖面示意图。蓄水池出水管23上设置的出水电动三通阀32上连通有两管线，即上置出水布水管35及下置出水布水管36，该两布水管分布的上吸水孔39及下吸水孔40的管孔方向相反。

本实用新型系统的工作原理是：在冬季供热模式下运行时，冷凝器进口阀16和冷凝器出口阀18关闭，蒸发器进口阀15和蒸发器出口阀17开启，作为热源水只流经蒸发器13。

在低负荷时段，针对该蓄水调峰解耦回灌装置20，蓄水池供水阀30和蓄水池回水阀28关闭，而蓄水池进水阀24和蓄水池出水阀26开启，此时与蓄水调峰池22连接的蓄水池进水管21和蓄水池出水管23是畅通的。当低负荷时，作为热源的地下水从抽水井9中被潜水泵8抽取上来流经旋流除砂器10除砂后分为两路：一部分地下水由水源侧水泵11提升压力后送出流经电子水处理仪12，经水处理后的地下水再流过蒸发器供水支管2后进入蒸发器13进行放热，放热降温后的地下水再分别流过蒸发器出水支管5和水井侧回水主管7后回灌到回灌井19的水体中；另一部分地下水通过蓄水池进水管21流入蓄水池22，由于该运行日为供热季中系统运行最不利的情况，蓄水调峰池22中已蓄存有前一日高峰负荷时段的流经蒸发器13后的部分温度较低的回水，因此，通过开启进水电动三通阀31水平阀道，连通上置进水布水管33而关闭流向下置进水布水管34的直角阀道，实现对这部分温度较高的地下水通过上置进水布水管33的上给水孔37向上流入池水中蓄水；同时，开启出水电动三通阀32的直角阀道连通下置出水布水管36而关闭连通上置进水布水管35的水平阀道，在蓄水池水泵25运行下，通过下吸水孔40吸入前一日高峰负荷时段回流到蓄水调峰池22中温度较低的回水而流经下置出水布水管36、出水电动三通阀32的直角阀道、蓄水池出水管23，再汇入水井侧回水主管7，最后排入回灌井19的水体中，实现低负荷时段对前一日高负荷时段回流到蓄水调峰池22中较低温度回水的回灌。充分发挥了低负荷时段回灌井的回灌能力，而且同时实现低负荷时段结束时，蓄水调峰池22中蓄存的均是温度较高的地下水。

在高负荷时段，针对该蓄水调峰解耦回灌装置20，蓄水池供水阀30和蓄水池回水阀28开启，而蓄水池进水阀24和蓄水池出水阀26关闭，此时蓄水调峰池22通过蓄水池供水管29与水井侧供水主管1相通，并通过蓄水池回水管27与水井侧回水主管7相通。当高负荷时，蒸发器13所需的吸热量较大，作为热源水流经蒸发器13的水流来自两部分：一部分来自抽水井9中地下水，另一部分来自蓄水调峰池22中在低负荷时段蓄存地下水，这两部分水在电子水处理仪12前汇合，经水处理后流过蒸发器13放热降温后的水流入水井侧回水主管7，并在蓄水池回水管27与水井侧回水主管7的连接处分流，一部分通过水井侧回水主管7排入回灌井19的水体中，另一部分通过蓄水池回水管27向蓄水调峰池22回流。当高负荷时段蓄水调峰池22供水时，出水电动三通阀32水平阀道畅通而直角阀道关闭，在蓄水池水泵25作用下，蓄存在蓄水调峰池22中温度较高的地下水，由上吸水孔39吸入至上置出水布水管35，流经出水电动三通阀32水平阀道、蓄水池供水管29，汇入到水井侧供水主管1中流向蒸发器13；当高负荷时段蓄水调峰池22回水时，进水电动三通阀31直角阀道道畅而水平阀通关闭，来自流经蒸发器13放热降温后并从水井侧回水主管7分流的部分较低温度的回水，通过蓄水池回水管27、进水电动三通阀31直角阀道、流入下置进水布水管34，并从下给水孔38流入池底。因此通过蓄水调峰池22的低负荷时段的蓄水，实现热泵机组4在高峰负荷时段对蓄水的利用，从而减少高峰负荷时段来自蒸发器13水流对回灌井19的回灌量。

本实用新型系统在夏季供冷模式下运行时，蒸发器进口阀15和蒸发器出口阀17关闭，冷凝器进口阀16和冷凝器出口阀18开启，作为热汇水只流经冷凝器14。

在低负荷时段，同供热模式类似，一部分部分地下水流经冷凝器14后，再通过水井侧回水主管7流入回灌井19水体中；另一部分地下水流入蓄水调峰池22，由于此时的地下水温度相比于回灌水的温度低，因此这部分地下水应通过下置进水布水管34流入水池。针对前一日高峰负荷时段回流至蓄水调峰池22中较高温度的回水，在低负荷时段要进行回灌，从蓄水调峰池22中出流时，应通过上置进水布水管35流出水池，然后进行回灌。

在高负荷时段，仍然同供热模式类似，冷凝器14所需水量，一部分来自抽水井9，另一部分来自蓄水调峰池22。流经冷凝器14后温度升高的水流，一部分进行回灌，另一部分回流至蓄水调峰池22。同样可以实现高峰负荷时段能够有效地减少回灌量。

本系统运行时，无论时供热季节还是供冷季节，无论是低负荷时段的蓄水还是高负荷时段蓄水调峰池22取水，都应遵守蓄水调峰池22的进出水原则：对于蓄水调峰池22进水，当进水温度较高时，应通过上置进水布水管33的上给水孔37向上流入池水上部；当进水温度较低时，应通过下置进水布水管34的下给水孔38向下流入池水低部。对于蓄水调峰池22出水，当出水温度较高时，池中蓄水应通过上吸水孔39从上吸入经上置出水布水管35后流出至蓄水调峰池22；当出水温度较低时，池中蓄水应通过下吸水孔40从下吸入经下置出水布水管36后流出至蓄水调峰池22。这样，可以实现池中较低温度的水在水池下部而较高温度的水在水池的上部，保证在整个运行期间，池中较低温度水与较高温度水始终维持温度的热力分层，减少不同水温水交界处的混合损失。

下面通过具体实施例对本实用新型做具体说明。

实施例1：西安某典型办公类建筑，采暖空调面积2万平方米，满足夏季最不利工况下的设计日负荷需求时，项目热泵机组冷凝器所需供水量150m³/h。若采用常规地下水源热泵系统，根据当地成井报告的含水层地质条件，抽水井需要2口，回灌井需要6口，总井数8口，由于水源系统随负荷同步抽灌，总抽水量和回灌量均为150m³/h。若采用本实用新型蓄水调峰解耦回灌装置，当蓄水池容量600m³时，可实现减少水源侧系统总井数4口，减少总抽水量和回灌量均为50％。

实施例2：咸阳某典型商场类建筑，采暖空调面积4万平方米，满足夏季最不利工况下设计日负荷需求时，项目热泵机组冷凝器所需供水量620m³/h。若采用常规地下水源热泵系统，根据当地成井报告的含水层地质条件，抽水井需要7口，回灌井需要14口，总井数21口，总抽水量和回灌量均为620m³/h。若采用本实用新型蓄水调峰解耦回灌装置，当蓄水池容量2000m³时，可实现减少水源侧系统总井数口6，减少总抽水量和回灌量均为30％。

实施例3：咸阳某典型住宅类建筑，采暖空调面积8万平方米，满足夏季最不利工况下设计日负荷需求时，项目热泵机组冷凝器所需供水量477m³/h。若采用常规地下水源热泵系统，根据当地成井报告的含水层地质条件，抽水井需要6口，回灌井需要12口，总井数18口，总抽水量和回灌量均为477m³/h。若采用本实用新型蓄水调峰解耦回灌装置，当蓄水池容量1800m³时，可实现减少水源侧系统总井数6口，减少总抽水量和回灌量均为30％。

Claims (8)

1.一种蓄水调峰池耦合的地下水源热泵系统，包括水井侧供水主管(1)、水井侧回水主管(7)，所述水井侧供水主管(1)延伸端与抽水管井(9)中潜水泵(8)相连，该潜水泵(8)设置在抽水管井(9)中的含水层下部；所述水井侧回水主管(7)延伸端伸入回灌井(19)水体中与其连通；所述水井侧供水主管(1)、水井侧回水主管(7)两管线之间通过蒸发器支管及冷凝器支管连通有热泵主机(4)；所述热泵主机(4)包括冷凝器(14)及蒸发器(13)，该冷凝器(14)及蒸发器(13)分别通过各自的冷凝器支管及蒸发器支管与水井侧供水主管线(1)及水井侧回水主管(7)连通；与蒸发器支管、冷凝器支管相连通的供水主管(1)上依次设有电子水处理仪(12)、水源侧水泵(11)及旋流除砂器(10)，其特征在于：在所述水源侧水泵(11)两侧连通的水井侧供水主管(1)与水井侧回水主管(7)之间连通有蓄水调峰解耦回灌装置(20)。

2.根据权利要求1所述的一种蓄水调峰池耦合的地下水源热泵系统，其特征在于：所述蓄水调峰解耦回灌装置(20)包括蓄水调峰池(22)及其周边连通的管线，蓄水调峰池(22)通过蓄水池进水管(21)及蓄水池供水管(29)与供水主管(1)连通，所述蓄水调峰池(22)通过蓄水池出水管(23)及蓄水池回水管(27)与水井侧回水主管(7)连通。

3.根据权利要求2所述的一种蓄水调峰池耦合的地下水源热泵系统，其特征在于：所述蓄水池进水管(21)上依次设有蓄水池进水阀(24)及进水电动三通阀(31)；蓄水池回水管(27)一端连通在该蓄水池进水阀(24)及进水电动三通阀(31)之间的管线上，另一端与水井侧回水主管(7)连通。

4.根据权利要求2所述的一种蓄水调峰池耦合的地下水源热泵系统，其特征在于：所述蓄水池出水管(23)上依次设有蓄水池出水阀(26)、蓄水池水泵(25)及出水电动三通阀(32)，蓄水池供水管(29)一端连通在该蓄水池出水阀(26)及蓄水池水泵(25)之间的管线上，另一端与水井侧供水主管(1)连通。

5.根据权利要求3所述的一种蓄水调峰池耦合的地下水源热泵系统，其特征在于：所述进水电动三通阀(31)上分别设有上置进水布水管(33)及下置进水布水管(34)，该两管线分别连接在蓄水调峰池(22)一侧的上方和下方。

6.根据权利要求4所述的一种蓄水调峰池耦合的地下水源热泵系统，其特征在于：所述出水电动三通阀(32)上分别设有上置出水布水管(35)及下置出水布水管(36)，该两管线分别连接在蓄水调峰池(22)另一侧的上方和下方。

7.根据权利要求5所述的一种蓄水调峰池耦合的地下水源热泵系统，其特征在于：所述上置进水布水管(33)沿管顶表面均布有若干上给水孔(37)；下置进水布水管(34)沿管底表面均布有若干下给水孔(38)。

8.根据权利要求6所述的一种蓄水调峰池耦合的地下水源热泵系统，其特征在于：所述上置出水布水管(35)沿管顶表面均布有若干上吸水孔(39)；下置出水布水管(36)沿管底表面均布有若干下吸水孔(40)。

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