CN202598735U

CN202598735U - 多源热泵空调装置

Info

Publication number: CN202598735U
Application number: CN 201220241546
Authority: CN
Inventors: 冯印亭
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2022-05-17

Abstract

本实用新型涉及一种多源热泵空调装置，包括水冷空调热泵机组、室温控制器、散热器、地下污水源换热器、地源换热器、潜水泵，其特征是：水冷空调热泵机组由安装在箱体中的双压缩机空调制热系统，其蒸发器安装在一个封闭箱体中构成蒸发换热器，其冷凝器安装在一个箱体中，构成冷凝换热器，在冷凝换热器的箱体中设有热交换管，热交换管与散热器闭合连接，潜水泵的出口管路连接蒸发换热器箱体、地下污水源换热器、喷淋冷却器。其优点是：解决了现有水源热泵在农村应用需要增建多眼回水井，地源热泵动土多，一次性投资过大和热泵换热器结垢，冬季制热能效比过低的缺点，适合在冬冷夏热的北方农村推广应用。

Description

多源热泵空调装置

技术领域：

本实用新型涉及一种多源热泵空调装置，属于空调技术领域，主要适用于农村用户。

背景技术：

能源与环境问题是当今世界所面临的两大问题，2007年我国城乡建筑面积达到了420亿平方米，其中农村建筑面积234亿平方米，建筑能耗在我国能源消耗总量中的比例达到了27.6％，大部分用于空调采暖。国家进行城镇化建设需要大量的建设投资和较长的周期，多数农民在较长时间内依然维持独门独户的居住现状。改革开放农村居住条件有了较大改善，80％农户设有地下水井，污水沉淀池，安装了土暖气或地暖，10％家庭还安装了家用空气源空调。但水井的单一供水功能，空调的短期使用和高电耗，使其利用率低下；土暖气大多采用蜂窝煤简易锅炉制备热水循环。烟气和炉渣排放污染严重，供暖不足，制冷不能。无法从根本上改善农村居住舒适条件。在全国推广低碳循环经济，加快节能减排技术改造的今天，天然气(沼气)只能进入城镇，地源热泵和水源热泵也仅在大城市新建住宅中得到了部分应用，农村应用还是空白。户用水源和地源热泵品种短缺，且一次性建设投资3-5万元农民无法接受。

发明内容：

本实用新型的目的是针对当前地源热泵、水源热泵和家用空气源空调在北方农村单独使用投资大、冬季制热能效低、庭院地质要求高的不足之处，提供一种充分利用可再生能源(地下水、排放的污水和蕴藏在土壤中的低品位能源)为主，电加热为辅的一种农村户用多源热泵空调装置。

本实用新型的目的是由以下方式实现的：

本实用新型包括水冷空调热泵机组、室温控制器、散热器、地下污水源换热器、地源换热器、潜水泵，其特征是：水冷空调热泵机组是由安装在箱体中的双压缩机空调制热系统，箱体中装有防冻液，使双压缩机空调制热系统浸泡在防冻液中，双压缩机空调制热系统的蒸发器安装在一个封闭箱体中构成蒸发换热器，双压缩机空调制热系统的冷凝器安装在箱体的下部，构成冷凝换热器，在冷凝换热器的箱体中设有热交换管，热交换管与散热器闭合连接，潜水泵的出口管路与蒸发换热器箱体连接，蒸发换热器箱体的出水管路与地下污水源换热器连接，污水源换热器与地缘换热器连接，地源换热器末端连接一个喷淋冷却器；潜水泵的出口管路通过电磁阀组分别连接到散热器和蒸发换热器箱体上，使得潜水泵与散热器和蒸发换热器形成相对独立的两套水循环系统，室温控制器与两个压缩机、热泵四通阀、管道循环泵和电磁阀组电气连接。

所述双压缩机空调制热系统由双压缩机、四通换向阀、蒸发器、冷凝器、过滤器、单向阀和节流阀阀门组相互连接组成，在压缩机、四通换向阀上连接有空调控制器；

在所述水冷空调热泵机组是浸在冷冻液中的压缩机和热循环管路；

在所述散热器和热交换管构成的水循环系统中设有循环泵；

所述地下污水源换热器由缠绕在污水井内的地暖管构成；

所述地源换热器由埋设在冻土层以下的金属容器构成。

本实用新型的优点如下：

1、该装置利用现有家用空调改装热泵，将水源热泵、地源热泵、空气源热泵技术优化组合，一套装置即完成了浅层土壤、深层地下水、污水能量的回收，又将热泵空调机组运行散热能量回收利用，其能效比(EER)高于任何单一热泵，经过秦皇岛地区运行测试可达到6以上。

2、地埋管和地下水都是利用的土壤和水体中储藏的太阳能资源，属于可再生的清洁能源。

3、深层井水温度与地面环境温差大，温度波动小，使热泵运行更稳定可靠，克服了冬季太冷家用空气源空调不能开机和反复除霜耗电的缺点；也克服了地源热泵冬季制热能效不足的缺点。

4、该装置用一口水井，代替水源热泵四口水井(需要新增三眼以上回流水井)，打井投资节约3/4，地源换热器埋深1.5-2m，仅为地埋管换热器埋深的1/2，管道用量减少2/3，节约地埋管投资2/3。热泵改造是利旧空调，只增加了压缩机组、冷凝器和蒸发器机箱，相同供暖面积比新购热泵机组投资减少4/5。一次性综合投资是水源热泵空调的1/3，地埋管地源热泵空调的1/4，空气源热泵空调的1/5。全年运行费用仅为三项平均费用的1/2。

5、该装置体积小，热泵机组蒸发和冷凝换热器集成设计，立体叠加组合安装，只相当于家用冰箱占地，节省了建筑面积；地源换热器和地暖管道任意埋地敷设，不扰动建筑地基，不挤占地表面积，也不影响庭院种植和美观。采用地暖管采暖节省了室内使用面积，舒适性好。

6、该装置具有多种实用和补偿功能。为居室冬季供暖、夏季降温，为全家提供生活热水。夏季生活用水量越大，热泵制冷能效比越高。采用温度和时间继电器启动电辅助加热，冬季夜间气温最低时自动启动电辅助加热，充分利用了23:00-7:00波谷优惠电价。

7、该装置充分利用了城市垃圾(废弃物)，有利于环境保护。随着城镇居民生活水平的提高和电价上调，城市办公和居民早期安装的空气源定频空调陆续被节能型变频空调取代，目前拆除的旧空调流入旧家电市场多被解体卖铜，造成了有色金属二次冶炼的能源浪费和废弃物污染。利旧空调改装热泵，换热、节流组件全套利用，多半压缩机可以修旧利用。改装热泵的成本仅是市场购置热泵的1/3。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为双压缩机空调制热系统的结构示意图。

具体实施方式：

参照附图，本实用新型包括水冷空调热泵机组9、室温控制器14、散热器12、地下污水源换热器8、地源换热器4、潜水泵3，水冷空调热泵机组是由安装在箱体29中的双压缩机空调制热系统，箱体29中装有防冻液，使双压缩机空调制热系统浸泡在防冻液中，双压缩机空调制热系统采用现有空调改装，由第一压缩机22、第二压缩机23、四通换向阀21、蒸发器18、冷凝器26、过滤器16、单向阀24和节流阀25及阀门组相互连接组成，在四通换向阀上连接有空调控制器20。双压缩机空调制热系统的蒸发器安装在一个封闭箱体17中构成蒸发换热器，双压缩机空调制热系统的冷凝器安装在箱体27中，构成冷凝换热器，冷凝换热器箱体中装有防冻液，在冷凝换热器的箱体中设有热交换管28，热交换管28与散热器12闭合连接，在散热器和热交换管构成的水循环系统中设有循环泵13，在散热器12两端的进水和回水管路上分别设有采暖给水阀门组10和采暖回水阀门组11；潜水泵3安装在水源井1中，潜水泵3的出口管路与蒸发换热器箱体17连接，蒸发换热器箱体的出水管路通过一个给水分配器7与地下污水源换热器8连接，地下污水源换热器8为地暖管，其缠绕在地下污水管道6外侧和地下污水池5内部，并且与地源换热器4连接，地源换热器4与一个喷淋冷却器2连接，喷淋冷却器2安装在水源井1的井口上，向水源井内进行喷淋回水；潜水泵3的出口管路通过两组电磁阀组15连接到散热器12和热交换管28，构成两组相对独立的水循环系统，室温控制器14连接循环泵、第一压缩机22、第二压缩机23、四通阀和电磁阀组15，对其进行电气控制。

本实用新型的工作原理和使用方法是：将农户现有水井潜水泵3的出口管路与水冷空调热泵机组9蒸发换热器箱体连接，冬季热泵机组9切换到制热模式，蒸发器18吸收井水的热量使冷媒R22(压缩机制冷液)升温气化，同时水质降温变成深冷水，完成第一次热交换；蒸发换热器箱体出水管路与地下污水源换热器8(沿污水管道外壁敷设和缠绕在污水池中的地暖管)连接，深冷水流动时又吸收了地下污水管道6、地下污水池5的余热(冬季排放污水温度在15-20℃)和冻层以下土壤中的地热(地源换热器)变成冷水，完成第二次热交换；两路冷水在井口的喷淋冷却器2汇流混合后以扇状喷淋，与水井中自然上升的热气对流、与井壁浅层渗水混合变成温水，完成第三次热交换；跌落到水面的温水在潜水泵的虹吸下完成与深层水混合达到井水自然温度，完成第四次热交换。热泵机组9的冷凝器释放的热量传给冷凝换热器箱体中加注的防冻液，热交换管28中的水吸收防冻液热量，变成采暖热水(50-60℃)，在管道循环泵13的泵送下不断的将热水送到室内各散热(冷)器12，散热器回水(40-50℃)再回到冷凝换热器二次加热，以此实现室内供暖。炎热盛夏热泵机组切换到制冷模式，潜水泵送到热泵机组的凉水(深井水温一般在13-15℃)，在蒸发换热器中吸收热量变成温水，经过污水源、地源换热器换热(吸收污水和浅层土壤中的冷量)和节流、膨胀制冷、喷淋、空气中散热多次降温后，接近井水温度返回到井内。冷凝换热器释放的冷量通过防冻液使循环水降温成冷冻水(5-10℃)供给室内散冷(热)器，降低室内温度。由于夏季井水温度与室外温度(30-35℃)梯度较大，室温控制器设定后会自动切换电磁阀组到常温模式(井水不经过蒸发换热器箱体，采暖热水也不经过冷凝换热器)，热泵机组和循环泵自动停机，仅运转潜水泵便可满足一般夏季室内降温(5-10℃)要求。只有在盛夏，才需要启动热泵机组强制降温。在冷凝换热器中设置了电辅助加热装置，当热泵机组连续运转仍不能达到室温要求时，会自动通电加热，且优先在用电波谷段启动。冷凝换热器制备的热水另一支路与各生活用热水点连接，保证了夏季使用热水需要，热水用量越大热泵机组能效比越高。

经过潜水泵、热泵机组、管道循环泵的三个系统循环，将低品位冷热能源转变成调节室内温度的高品位能源。由于三个系统均采用的是闭路循环，室温调节全过程地下水无消耗(不考虑生活用水消耗)，无污染，热泵机组占地面积小，地源和污水源换热器地下埋设不影响庭院养殖和种植，地热场不受破坏。尽管北方四季分明，但是庭院自备深水井的水温一年四季基本稳定在13-15℃。它冬季的热量是夏季地表面受到太阳辐射经过季节周期传导到地下储存的。而夏季的冷量是冬天冷空气经过季节周期传导储存的。由于生活和种植用水消耗，使砂层内的水体常年处于不断流动状态，水体依靠巨大的深层地场换热保持水温的恒定。地源换热器是利用了地埋管将冻层以下土壤作为热源/热汇，冬季加热流动水，夏季冷却流动水。由于设置了若干个金属容器不但增大了地源换热面积。而且兼有膨胀阀功能，提高了冷却效果。由于在污水管道外侧绑扎和污水池内侧缠绕了地暖管，即将生活污水余热全部回收，又降低了污水温度，减少了污水池气体挥发带来的庭院空气污染。

所述户用水源井为深度20-30m的双水层普通饮用水井，安装有约40m扬程潜水泵。

所述的喷淋冷却器安装于井口，配置可调水流型喷头。

所述地源换热器为冻层以下埋设的若干个金属常压容器与管道组成；其间填充有相变蓄能材料。

所述的地暖管道为导热性能好，耐腐蚀对水质无污染的PE-x管材，绑扎在污水管道外壁和缠绕在污水池内壁的管路余热回收单元。

所述的热泵机组为家用普通分体式空调器改制的水冷型双压缩机浸入式特殊热泵机组。

所述的室内散热器为现有的地暖或散热片。

Claims

1.一种多源热泵空调装置，包括水冷空调热泵机组、室温控制器、散热器、地下污水源换热器、地源换热器、潜水泵，其特征是：水冷空调热泵机组是由安装在箱体中的双压缩机空调制热系统，箱体中装有防冻液，使双压缩机空调压缩机和冷凝器全部浸泡在防冻液中，双压缩机空调制热系统的冷凝器安装在这个箱体的下部，构成冷凝换热器，双压缩机空调制热系统的蒸发器安装在一个封闭箱体中构成蒸发换热器，在冷凝换热器的箱体中设有热交换管，热交换管与散热器闭合连接，潜水泵的出口管路与蒸发换热器箱体连接，蒸发换热器箱体的出水管路与地下污水源换热器连接，污水源换热器与地源换热器连接，地源换热器的末端连接一个喷淋冷却器；潜水泵的出口管路通过电磁阀组分别连接到散热器和蒸发换热器箱体上，使得潜水泵与散热器和蒸发换热器形成相对独立的两套水循环系统，室温控制器与两个压缩机、热泵四通阀、管道循环泵和电磁阀组电气连接。

2.根据权利要求1所述的多源热泵空调装置，其特征是：所述水冷空调热泵机组是由浸在冷冻液中的压缩机和热循环管路组成。

3.根据权利要求1所述的多源热泵空调装置，其特征是：在所述散热器和热交换管构成的水循环系统中设有循环泵。

4.根据权利要求1所述的多源热泵空调装置，其特征是：所述地下污水源换热器由缠绕在污水井内的地暖管构成。

5.根据权利要求1所述的多源热泵空调装置，其特征是：所述地源换热器由埋设在冻土层以下的金属容器构成。