CN202792331U

CN202792331U - 地源热泵与太阳能复合系统

Info

Publication number: CN202792331U
Application number: CN 201220509083
Authority: CN
Inventors: 苗为佳; 时衍民; 梁征
Original assignee: RIZHAO JIAYUAN AIR-CONDITIONER Co
Current assignee: RIZHAO JIAYUAN AIR-CONDITIONER Co
Priority date: 2012-10-07
Filing date: 2012-10-07
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2022-10-07

Abstract

本实用新型公开了一种地源热泵与太阳能复合系统，属于空调设备领域，包括太阳能集热器、热水箱、水泵、电动阀、换热器、室外制冷剂水换热器、地埋管系统、室内空调单元，室内空调单元包括散热器、地板辐射单元和风机盘管；所述的各组件通过3个水泵、8个电动阀形成三个环路。与现有技术相比较，本实用新型从根本上解决了地源热泵冬夏季不平衡问题，使之可以连续高效运行，且不会影响土壤生态环境。

Description

地源热泵与太阳能复合系统

技术领域

本实用新型涉及一种以地源热泵为基础的空调系统，特别是一种适用于北方使用的地源热泵太阳能复合能源平衡综合应用的地源热泵空调。

背景技术

地源热泵是一种采用热泵原理，利用浅层地热资源，既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵以浅层地能（土壤、地下水、地表水、低温地热水、流水）作为冬季供热的热源和夏季制冷的冷源，以少量的高品位能源（如电能）输入，实现由低温位热能向高温位热能转移，即：在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。该空调系统最大的特点是节能环保：通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到4kWh以上的热量或冷量。并且由于土壤源热泵的地埋管系统水平地安装于地沟中，或是以U形管状垂直安装于竖井中，所以占地面积小，逐渐得到社会认可和大力推广。

但从近几十年的应用中，发现现实技术存在的最大不足是“土壤热不平衡”的问题，即：对于冷热负荷差别比较大，或者单纯利用地源热泵系统制冷或制热的地区，地源热泵向地下排放和吸收热量严重不平衡，空调效能不佳，且长年运行后会导致土壤温度失衡，影响周围生态。对于夏热大于冬冷地区南方地区以供冷为主，夏季空调向岩土体排放的热量大于冬季采暖时提取的热量，长期运行的结果势必使岩土体温度逐年升高，所能排放的热量逐年减少，最终导致夏季地源热泵夏季不能正常运行。其目前解决方案为：多出的热量可通过冷却塔散去，也可通过余热回收系统，用于供应生活热水，从一定程度上缓解土壤热不平衡。而冬冷大于夏热地区，如黄河以北尤其在东三省地区，夏季空调向岩土体排放的热量远小于冬季采暖时提取的热量，那么长期运行的结果势必使岩土体温度越来越低，所能取得的热量会逐年减少，这也将降低热泵系统的运行效果，最终导致冬季地源热泵系统不能正常运行。对于地源热泵系统而言，如果长期连续从岩土体取热，将会使岩土体的温度场长期得不到有效恢复，从而造成岩土体温度不断降低，这不仅降低了热泵机组的COP值，同时由于蒸发温度与冷凝温度的变化而使地源热泵的运行工况极不稳定。如：通过实际工程进行论证，在哈尔滨地区10年内土壤温度由初始的12℃下降到7.28℃，土壤的吸排热量极度不平衡，必须加入辅助热源，才能保证土壤的吸排热量相平衡。目前市场尚缺乏自动进行辅助热源补充的复合系统。

实用新型内容

本实用新型的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种地源热泵与太阳能复合系统，可以利用太阳能跨季节土壤蓄热，，满足冬夏季热量不平衡条件下的地源热泵高效利用。

本实用新型解决其技术问题的技术方案是：一种地源热泵与太阳能复合系统，包括太阳能集热器、热水箱、水泵、电动阀、换热器、室外制冷剂水换热器、地埋管系统、室内空调单元，室内空调单元包括散热器、地板辐射单元和风机盘管；其特征在于：所述的太阳能集热器、热水箱、第一水泵、换热器通过连接管路形成串联回路；换热器、第一电动阀、散热器电动阀、散热器、地板辐射单元、第二水泵、第二电动阀通过连接管路形成串联回路；室外制冷剂水换热器、第三水泵、地埋管系统、第十电动阀、第七电动阀通过连接管路形成串联回路；在换热器和第一电动阀之间的连接管路上有一分支通过第五电动阀连接到地埋管系统和第十电动阀之间的连接管路上；在第一电动阀和散热器电动阀之间的连接管路上有一分支通过第三电动阀连接到室外制冷剂水换热器上；在第二水泵和第二电动阀之间的连接管路上有一分支通过第四电动阀连接到室外制冷剂水换热器上；第三电动阀、室外制冷剂水换热器、第四电动阀通过管路顺序连接；在第一电动阀和散热器电动阀之间的连接管路分支三岔接口与散热器电动阀之间有一分支通过风机盘管电动阀和风机盘管连接到地板辐射单元与第二水泵的连接管路上；在第二电动阀和换热器之间的连接管路上有一分支通过第六电动阀连接到第十电动阀和第七电动阀之间的连接管路上；在第二电动阀和换热器之间的连接管路上有一分支通过第八电动阀连接到第三水泵和室外制冷剂水换热器之间的连接管路上。

上述换热器为板式换热器。

上述热水箱内有温度感应器，所述的温度感应器连接电动阀控制器，电动阀控制器连接并控制所述的各个电动阀。

上述太阳能集热器、热水箱串联回路中循环的工质是防冻液。

与现有技术相比较，本实用新型具有以下突出的有益效果：

1、经过实际工程论证，地源热泵太阳能复合系统在黄河以北地区基本能使冬季供暖时提取的热量与夏季制冷时所排放的热量达到平衡，从根本上解决了地源热泵冬夏季不平衡问题，使之可以连续高效运行，且不会影响土壤生态环境；

2、摆脱了目前北方地区采用电辅助加热的现状，节省了能源；

3、采用蓄热实现太阳能的短期储存，可以缓解太阳能供热水水温不稳定的缺陷，提高能源利用效率，实现能量的分级利用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括太阳能集热器、水箱、水泵、电动阀、换热器、室外制冷剂水换热器、地埋管系统、室内空调单元，室内空调单元包括散热器、地板辐射单元和风机盘管。

管路设计如图1所示，所述的太阳能集热器1、热水箱2、第一水泵3、换热器4通过连接管路形成串联回路；换热器4、第一电动阀T1、散热器电动阀5、散热器6、地板辐射单元7、第二水泵8、第二电动阀T2通过连接管路形成串联回路；室外制冷剂水换热器9、第三水泵10、地埋管系统11、第十电动阀T10、第七电动阀T7通过连接管路形成串联回路；在换热器4和第一电动阀T1之间的连接管路上有一分支通过第五电动阀T5连接到地埋管系统11和第十电动阀T10之间的连接管路上；在第一电动阀T1和散热器电动阀5之间的连接管路上有一分支通过第三电动阀T3连接到室外制冷剂水换热器9上；在第二水泵8和第二电动阀T2之间的连接管路上有一分支通过第四电动阀T4连接到室外制冷剂水换热器9上；第三电动阀T3、室外制冷剂水换热器9、第四电动阀T4通过管路顺序连接；在第一电动阀T1和散热器电动阀5之间的连接管路分支三岔接口与散热器电动阀5之间有一分支通过风机盘管电动阀12和风机盘管13连接到地板辐射单元7与第二水泵8的连接管路上；第一电动阀T1、风机盘管电动阀12、风机盘管13、第二水泵8通过连接管路顺序连接；在第二电动阀T2和换热器4之间的连接管路上有一分支通过第六电动阀T6连接到第十电动阀T10和第七电动阀T7之间的连接管路上；在第二电动阀T2和换热器4之间的连接管路上有一分支通过第八电动阀T8连接到第三水泵10和室外制冷剂水换热器9之间的连接管路上。

优化方案中，所述换热器4为板式换热器4。太阳能集热器1、热水箱2串联回路中循环的工质是防冻液。

优化方案中，热水箱2内有温度感应器，用以感应热水箱2内水温。所述的温度感应器连接电动阀控制器，电动阀控制器连接并控制所述的各个电动阀。

本实用新型设计理论如下：冬季热泵运行时，如果太阳能集热器1的温度超过45℃，则直接运行太阳能集热器1，如果低于40℃，则开启地源热泵系统加以辅助，而在春夏秋冬季，则太阳能集热器1除正常提供生活热水外，则已经与地埋系统进行循环，将热量直接储存与地下，形成一个大的热效应场，实现有效的热堆积，为冬季提取热量作一个有效的储存。

冬季，当太阳能集热器1、热水箱2串联回路中工质温度超过40℃时，第一水泵3、第二水泵8开启，第一电动阀T1、第二电动阀T2开启，第五电动阀T5、第八电动阀T8、第六电动阀T6、第三电动阀T3、第四电动阀T4关闭，实现太阳能直接供热取暖。所述的电动阀开放与关闭，可以通过用温度计测量热水箱2内温度，手工控制电动阀开合；也可以利用热水箱2内温度感应器，设定温度阈值，通过电动阀控制器，自动控制电动阀开合。

当太阳能集热器1、热水箱2串联回路中工质温度低于40℃时，为防止热量逆释放（即热量由系统向太阳能集热器1释放）则第一水泵3、第二水泵8、第三水泵10开启，电动阀T5、T3、T4、T6、T7开启，电动阀T1、T2、T10、T8关闭，实现太阳能集热器1和地埋管串联运行。

春夏秋三季时，第一水泵3、第三水泵10开启，电动阀T1、T2、T10、T6、T7关闭，电动阀T5、T8开启，实现向地埋管系统11储存热量。

需要说明的是，本实用新型的特定实施方案已经对本实用新型进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种地源热泵与太阳能复合系统，包括太阳能集热器、热水箱、水泵、电动阀、换热器、室外制冷剂水换热器、地埋管系统、室内空调单元，室内空调单元包括散热器、地板辐射单元和风机盘管；其特征在于：所述的太阳能集热器、热水箱、第一水泵、换热器通过连接管路形成串联回路；换热器、第一电动阀、散热器电动阀、散热器、地板辐射单元、第二水泵、第二电动阀通过连接管路形成串联回路；室外制冷剂水换热器、第三水泵、地埋管系统、第十电动阀、第七电动阀通过连接管路形成串联回路；在换热器和第一电动阀之间的连接管路上有一分支通过第五电动阀连接到地埋管系统和第十电动阀之间的连接管路上；在第一电动阀和散热器电动阀之间的连接管路上有一分支通过第三电动阀连接到室外制冷剂水换热器上；在第二水泵和第二电动阀之间的连接管路上有一分支通过第四电动阀连接到室外制冷剂水换热器上；第三电动阀、室外制冷剂水换热器、第四电动阀通过管路顺序连接；在第一电动阀和散热器电动阀之间的连接管路分支三岔接口与散热器电动阀之间有一分支通过风机盘管电动阀和风机盘管连接到地板辐射单元与第二水泵的连接管路上；在第二电动阀和换热器之间的连接管路上有一分支通过第六电动阀连接到第十电动阀和第七电动阀之间的连接管路上；在第二电动阀和换热器之间的连接管路上有一分支通过第八电动阀连接到第三水泵和室外制冷剂水换热器之间的连接管路上。

2.根据权利要求1所述的地源热泵与太阳能复合系统，其特征在于所述换热器为板式换热器。

3.根据权利要求1所述的地源热泵与太阳能复合系统，其特征在于所述热水箱内有温度感应器，所述的温度感应器连接电动阀控制器，电动阀控制器连接并控制所述的各个电动阀。