CN202125991U - 一种新型采暖系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及地源热泵和太阳能光热利用技术领域，具体的说是一种新型采暖系统，是一种地下埋管换热器地源热泵和以太阳能为辅助热源的采暖系统。目前，地源热泵和太阳能辅助热源的综合利用尚未深入开发利用，仍处于研究探索阶段。本实用新型针对夏季无需安装冷风空调，主要解决仅需冬季采暖和生活热水地区的问题，采用以高置水箱将地埋管换热器地源热泵系统、太阳能热水系统、地板低温辐射采暖系统、热能地下储存系统、热水回灌系统和生活热水系统连接成一个运行整体。本系统中热水自流进采暖系统、热水回灌系统、生活热水系统，无需动力；热能地下储存系统、太阳能热水系统仅用小功耗的循环泵，节能效果十分显著，且系统运行平稳。

Description

一种新型采暖系统
技术领域
本实用新型涉及地源热泵和太阳能光热利用技术领域，具体的说是一种新型采暖系统，是以土壤为热源的地下埋管换热器地源热泵和以太阳能为辅助热源的采暖系统。
背景技术
当前全球性的能源危机和环境问题日见加剧，如何节能和开发利用新能源已是全世界的共同课题.
地源热泵和太阳能这两种新能源各有其特点，具有很强的互补性，这一点已经被很多人所认识。从国内外总体上看，这一问题还处于研究探索阶段。报刊及网络也屡有这方面应用实例的报道，但均为两项现有技术成果的简单叠加，并未做深入开发创新。
我国幅员辽阔，各地自然条件和资源条件并不能用南方、北方两个概念表述清楚。根据各地的气候条件、水文地质条件、太阳能资源状况，因地制宜地开发出地源热泵+太阳能综合利用系统，还有许多研究性工作要做，前景十分广阔。
我国西北地区气候的共同特点是：干旱少雨、地下水极度匮乏、冬季严寒夏季凉爽、海拔较高、空气通透性好、太阳总辐射量较高。这些地区夏季无需安装冷风空调，主要矛盾是解决冬季采暖和生活热水问题。如何更好的利用太阳能作为辅助热源，发展土壤地源热泵系统解决冬季采暖和生活热水问题，目前还没有成熟的技术信息。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种新型采暖系统，以解决利用太阳能作为辅助热源，发展土壤地源热泵系统解决冬季采暖和生活热水问题，具体的说是一种地埋管换热器地源热泵系统+太阳能热水系统+地板低温辐射采暖系统；是针对那些夏季无需安装冷风空调地区，主要矛盾是解决冬季采暖和生活热水问题而提出的解决方案。
本实用新型的特点是利用高置水箱将地埋管换热器地源热泵系统、太阳能热水系统、地板低温辐射采暖系统组合成一个运行整体，形成一种新型采暖系统，其节能效果十分显著。
本实用新型的技术方案包括监测控制系统，还由地埋管换热器地源热泵系统、太阳能热水系统、地板低温辐射采暖系统、高置水箱、热能地下储存系统、热水回灌系统和生活热水系统共八个部分构成。
监测控制系统由各系统的一次仪表、二次仪表和PLC系统连接构成。本实用新型监测控制系统采用现有技术装配而成.
地埋管换热器地源热泵系统I由地埋管换热器、循环泵A、热泵机组、循环泵B、开口A、阀门A、阀门B、阀门C、阀门D、阀门E通过管线连接组成；
太阳能热水系统由太阳能集热器、循环泵C、电磁阀V、开口H依次通过管线连接高置水箱，由电磁阀V通过管线与开口K连接高置水箱，由太阳能集热器顶端与开口K通过管线连接高置水箱。
地板低温辐射采暖系统热水管线经高置水箱的开口B、阀门E、地板低温辐射采暖系统依次通过管线连接；低温回水管线经阀门C、热泵机组、阀门D、循环泵B、高置水箱的开口A依次通过管线连接；低温回水管线另一条连接线路是经阀门F、循环泵B、高置水箱的开口依次通过管线连接。
高置水箱由水箱本体、本体连接的大气连通管及本体上设有的开口A、开口B、开口C、开口D、开口E、开口F、开口G、开口H、开口J、开口K、水位计、温控装置组成。
高置水箱置于建筑物顶层室内，开口D与阀门K连接、开口A与循环泵B出水口连接、开口B与阀门E连接、开口C与阀门J连接、开口E与阀门L连接、开口F、开口G分别与板式换热器B进出口连接、开口H与电磁阀A连接、开口J与太阳能集热器顶端连接、开口K与电磁阀B连接。
热能地下储存系统由水箱开口C、阀门J、板式换热器A、循环泵D、阀门K、开口D依次通过管线连接；阀门G、阀门H分别与板式换热器A连接，阀门H还与阀门K连接，阀门K还与地埋管换热器，阀门G还与循环泵A连接，循环泵A与地埋管换热器连接。
热水回灌系统由水箱开口E、阀门L、回灌分路依次连接组成。
生活热水系统的水箱开口F、开口G分别与板式换热器B进出口连接，阀门M、阀门N分别与生活热水系统的用户连通。
本实用新型的优点是采用两种热源，更充分的使用自然界的热能资源；高置水箱置于建筑物顶层室内以利保温，它汇集热泵机组出口热水和太阳能热水，起蓄热作用，使系统运行平稳。水箱热水自流供整个地板辐射采暖系统，节约大量电能；热水通过板式换热器和U型地埋管换热器向地下输送、储存热能，无需启动热泵机组；热水通过板式换热器，热交换产生的洁净热水供生活使用；夏季热水自流直接给地下土层补水、蓄热，无需消耗动力，实现地下蓄热功能，增加深层土壤蓄热量，又可以提高其湿度，从而改善土壤导热率和热扩散率。
附图说明
图1为本实用新型的示意图
具体实施方式
图中：1、地埋管换热器，2、循环泵A，3、热泵机组，4、循环泵B，5、水箱，6、太阳能集热器，7、循环泵C，8、大气连通管，9、板式换热器A，10、循环泵D，11、回灌分路，12、板式换热器B；
V1、阀门A，V2、阀门B，V3、阀门C，V4、阀门D，V5、阀门E，V6、阀门F，V7、阀门G，V8、阀门H，V9、电磁阀A，V10、电磁阀B，V11、阀门J，V12、阀门K，V13、阀门L，V14、阀门M，V15、阀门N；
D1、开口A，D2、开口B，D3、开口C，D4、开口D，D5、开口E，D6、开口F，D7、开口G，D8、开口H，D9、开口J，D10、开口K；
I、地埋管换热器地源热泵系统，II、太阳能热水系统，III、地板低温辐射采暖系统，IV、高置水箱，V、监测控制系统，VI、热能地下储存系统，VII、热水回灌系统，VIII、生活热水系统。
从图1中可知，本实用新型包括监测控制系统V，还由地埋管换热器地源热泵系统I、太阳能热水系统II、地板低温辐射采暖系统III、高置水箱IV、监测控制系统V、热能地下储存系统VI、热水回灌系统VII和生活热水系统VIII共八个部分构成。
监测控制系统V由I-IV及VI-VIII各系统的一次仪表、二次仪表和PLC系统连接构成，本发明监测控制系统采用现有技术装配。
地埋管换热器地源热泵系统I由地埋管换热器1、循环泵A 2、热泵机组3、循环泵B 4、开口A D1、阀门A V1、阀门B V2、阀门C V3、阀门D V4、阀门EV5通过管线连接组成；
太阳能热水系统II由太阳能集热器6、循环泵C 7、电磁阀V9、开口H D8依次通过管线连接水箱5，由电磁阀V10通过管线与开口K D10连接水箱5，由太阳能集热器6顶端经管线与开口K D10连接水箱5。
地板低温辐射采暖系统III热水管线经水箱5的开口B D2、阀门E V5、地板低温辐射采暖系统依次通过管线连接；低温回水管线经阀门C V3、热泵机组3、阀门D V4、循环泵B 4、水箱5的开口A D1依次通过管线连接；低温回水管线另另一条连接线路是经阀门F V6、循环泵B 4、水箱5的开口A D1依次通过管线连接。
高置水箱IV由水箱5本体、本体上连接的大气连通管8及本体上设有的开口A D1、开口B D2、开口C D3、开口D D4、开口E D5、开口F D6、开口G D7、开口H D8、开口J D9、开口K D10、水位计、温控装置组成。
高置水箱IV置于建筑物顶层室内，开口D D4与阀门K V12连接、开口A D1与循环泵B 4出水口连接、开口B D2与阀门E V5连接、开口C D3与阀门J V11连接、开口E D5与阀门L V13连接、开口F D6、开口G D7分别与板式换热器B 12进出口连接、开口H D8与电磁阀A V9连接、开口J D9与太阳能集热器6顶端连接、开口K D10与电磁阀B V10连接。
热能地下储存系统VI由水箱(5)开口C D3、阀门J V11、板式换热器A9、循环泵D 10、阀门K V12、开口D D4依次通过管线连接；阀门G V7、阀门H V8分别与板式换热器A9连接，阀门H V8还与阀门K V12连接，阀门K V12还与地埋管换热器1，阀门G V7还与循环泵A 2连接，循环泵A 2与地埋管换热器1连接。
热水回灌系统VII由水箱(5)开口E D5、阀门L V13、回灌分路11依次连接组成。
生活热水系统VIII的水箱5开口F D6、开口G D7分别与板式换热器B 12进出口连接，阀门M V14、阀门N V15分别与生活热水系统的用户连通。
当地埋管换热器地源热泵系统I运行时，打开阀门A V1、阀门B V2、阀门C V3、阀门D V4、阀门E V5，关闭阀门F V6、阀门G V7、阀门H V8，启动循环泵A 2、热泵机组3、循环泵B 4。地埋管换热器1中的低位能热水经热泵机组3提高成高位能热水后，经开口A D1进入水箱5。水箱中的热水经开口B D2、阀门E V5自流进入地板低温辐射采暖系统III，低温回水经阀门C V3回流热泵机组3，后经阀门D V4、循环泵B 4、开口A D1返回水箱，形成正常循环系统。
当太阳能热水系统II运行时，太阳能集热器6采用强制循环方式。当太阳能集热器6内水温高于水箱5内水温设定上限时，通过监测控制系统V控制循环泵C 7运行及电磁阀A V9；电磁阀A V9自动打开，循环泵7自动运行，热水自开口H D8进入水箱5中。当太阳能集热器6内水温低于水箱内水温设定下限时，监测控制系统V控制循环泵C 7停止运行，电磁阀A V9关闭，太阳能集热器6处于闷晒状态。当太阳能集热器6检修或防冻排空时，打开电磁阀B V10，积水自开口K D10流入水箱5中。太阳能集热器6顶端经管线与水箱开口K D10连接水箱，形成自然循环。
当地板低温辐射采暖系统III运行时，水箱5中热水经开口B D2和阀门EV5，自流进入地板低温辐射采暖系统。低温回水经阀门C V3回流热泵机组3，进行热交换后经阀门D V4、循环泵B 4、开口A D1返回水箱，形成正常循环系统。
当地板低温辐射采暖系统III低负荷运行时，监测控制系统V停止热泵机组3运行，关闭阀门C V3、阀门D V4，打开阀门F V6，启动循环泵B 4，低温回水经阀门F V6、循环泵B 4、开口A D1返回水箱，形成循环系统
实现了仅用循环水箱5中的热水保持室内温度。同时，太阳能热水系统II亦可投入运行。这种运行方式节能效果显著。
在本实用新型的新型采暖系统中，配置地板低温辐射采暖系统是最佳选择。因为，其循环水温为40～50℃，正是地埋管换热器地源热泵系统I和太阳能热水系统II的最佳工作温度范围。
高置水箱IV运行时，将热泵机组热水和太阳能热水汇集在一起，水箱热水自流供各系统用水。
在现有的地源热泵与太阳能热水联合采暖系统中，两路热水都是以并联或串联方式运行。在本复合采暖系统中设置了高置水箱IV。其基本特征是：该水箱将热泵机组热水和太阳能热水汇集在一起，水箱热水自流供各系统用水；该水箱放置于建筑物顶层室内，高于一切采暖设施，保证自流方式给各系统供水的压力，方便采取保温措施。其优点是：起蓄热作用；使采暖系统运行平稳；使各系统运行电能消耗都大幅度降低，节能效果显著；简化了监测控制系统。
热泵机组3的出口循环泵4直接向高置水箱IV内供热水，水箱热水以自流方式给采暖系统供水，与传统的循环泵直接推动整个采暖系统的水循环方案相比，将大幅度降低电能消耗。
当热能地下储存系统VI运行时，在夏季，太阳能热水系统II所产生的多余热水存入水箱5内，热水经开口C D3和阀门J V11自流进入板式换热器9，热交换后的低温回水经阀门K V12，用循环泵D 10加压，经开口D D4入水箱5。同时，关闭阀门A V1、阀门B V2，启动循环泵2，打开阀门G V7、阀门H V8，地埋管换热器1中的低温水进入板式换热器9，热交换后的热水返回，进入地埋管换热器1，实现地下蓄热功能。
本蓄热方式只需启动二台小功率循环泵，与启动大功率热泵机组制冷的同时向地下蓄热相比，其装机容量相差数倍至数十倍，节能效果十分显著。
对传统的一般地源热泵系统而言，冬季从深层土壤中取热采暖，夏季空调制冷的同时向深层土壤蓄热，基本遵循了保持深层土壤热平衡这一设计原则。对本新型采暖系统而言，由于无空调制冷系统，因此向地下土壤蓄热显得尤其重要。
当热水回灌系统VII运行时，打开回灌总管阀门L V13和回灌分路11的各个阀门，水箱5中的热水经开口E D5、阀门L V13、回灌分路11的各个阀门进入回灌分路11，即可完成对每一口井的自流热水回灌。
由于新型采暖系统长时间运行，必然导致深层土壤温度降低且被干燥。夏季将太阳能热水适量的回灌，既可以增加深层土壤蓄热量，又可以提高其湿度，从而改善土壤导热率和热扩散率。
当生活热水系统VIII运行时，水箱热水经开口F D6进入板式换热器B 12热交换后，经开口G D7返回水箱；自来水经阀门M V15进入板式换热器B 12中，换热后的热水经阀门MV14进入生活热水系统VIII，供应各种生活热水。

Claims (1)

1.一种新型采暖系统，包括监测控制系统(V)，其特征是还由地埋管换热器地源热泵系统(I)、太阳能热水系统(II)、地板低温辐射采暖系统(III)、高置水箱(IV)、热能地下储存系统(VI)、热水回灌系统(VII)和生活热水系统(VIII)共八个部分构成；
地埋管换热器地源热泵系统(I)由地埋管换热器(1)、循环泵A(2)、热泵机组(3)、循环泵B(4)、开口A(D1)、阀门A(V1)、阀门B(V2)、阀门C(V3)、阀门D(V4)、阀门E(V5)通过管线连接组成；
太阳能热水系统(II)由太阳能集热器(6)、循环泵C(7)、电磁阀V(9)、开口H(D8)依次通过管线连接高置水箱(IV)，由电磁阀V(10)通过管线与开口K(D10)连接高置水箱(IV)，由太阳能集热器(6)顶端与开口K(D10)通过管线连接高置水箱(IV)；
地板低温辐射采暖系统(III)热水管线经高置水箱(IV)的开口B(D2)、阀门E(V5)、地板低温辐射采暖系统依次通过管线连接；低温回水管线经阀门C(V3)、热泵机组(3)、阀门D(V4)、循环泵B(4)、高置水箱(IV)的开口A(D1)依次通过管线连接；低温回水管线另一条连接线路是经阀门F(V6)、循环泵B(4)、高置水箱IV的开口A(D1)依次通过管线连接；
高置水箱IV由水箱本体(5)、本体连接的大气连通管(8)及本体上设有的开口A(D1)、开口B(D2)、开口C(D3)、开口D(D4)、开口E(D5)、开口F  (D6)、开口G(D7)、开口H(D8)、开口J(D9)、开口K(D10)、水位计、温控装置组成；
高置水箱(IV)置于建筑物顶层室内，开口D(D4)与阀门K(V12)连接、开口A(D1)与循环泵B(4)出水口连接、开口B(D2)与阀门E(V5)连接、开口C(D3)与阀门J(V11)连接、开口E(D5)与阀门L(V13)连接、开口F(D6)、开口G(D7)分别与板式换热器B(12)进出口连接、开口H(D8)与电磁阀A(V9)连接、开口J(D9)与太阳能集热器(6)顶端连接、开口K(D10)与电磁阀B(V10)连接；
热能地下储存系统(VI)由水箱(5)开口C(D3)、阀门J(V11)、板式换热器A(9、循环泵D(10)、阀门K(V12)、开口D(D4)依次通过管线连接；阀门G(V7)、阀门H(V8)分别与板式换热器A(9)连接，阀门H(V8)还与阀门K(V12)连接，阀门K(V12)还与地埋管换热器(1)，阀门G(V7)还与循环泵A(2)连接，循环泵A(2)与地埋管换热器(1)连接；
热水回灌系统VII由水箱(5)开口E(D5)、阀门L(V13)、回灌分路(11)依次连接组成；
生活热水系统(VIII)的水箱(5)开口F(D6)、开口G(D7)分别与板式换热器B(12)进出口连接，阀门M(V14)、阀门N(V15)分别与生活热水系统的用户连通。
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