CN204574340U - 地源热泵地下换热器分集水器系统 - Google Patents

地源热泵地下换热器分集水器系统 Download PDF

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管文太
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Abstract

本实用新型公开了一种地源热泵地下换热器分集水器系统，接在空调的一侧，包括依次串联组合成闭合回路的地源热泵机组、地埋管分水器、地埋换热器、地埋管集水器、水泵机组；所述地埋换热器由多路地下换热器支路组成，所述地埋管分水器连接有多条分水支路，多条分水支路上设置有控制阀，所述地埋管集水器连接有多条集水支路，多条集水支路设置有电动控制阀，所述地埋管分水器通过分水支路后与地下换热器支路对应连接，所述地下换热器支路对应通过集水支路后与地埋管集水器连接；所述地埋管分水器与地埋管集水器间设置有连接地埋管分水器与地埋管集水器的恒温混水阀，实现多路地下换热器支路的轮换工作。

Description

地源热泵地下换热器分集水器系统
技术领域
本实用新型涉及空调设备技术领域，特别是涉及一种地源热泵地下换热器分集水器系统。
背景技术
土壤作为热源、冷源，通过高效地源热泵机组向建筑物供热或供冷。高效地源热泵机组的能效比一般能达到4.0kw/kw以上，与传统的冷水机组加锅炉的配置相比，全年能耗可节省40％左右。工程项目中，考虑到空调部分负荷时段运行情况，地源热泵机组都为2-4台设计，主要问题在于设计师考虑到多台热泵主机并联，通过启停主机数量和主机自身调节负荷率应对部分的负荷调节，却忽略了地下换热器作为吸热、排热源的不同负荷率条件下的变化。《地源热泵系统工程规范》对地下换热器的管内流速、流态都做了明确要求。在部分符合率时，尤其是当1台热泵主机对应全部地下换热器时，分配到每个地下换热器的水量急剧下降，地下换热器管内流态达不到规范要求的流速，流态也达不到紊流，地下换热器换热量急剧下降，造成热泵供热量、供冷量不足。
实用新型内容
针对上述现有技术的缺陷，本实用新型提供一种地源热泵地下换热器分集水器系统，以克服现有技术的地源热泵系统地下换热器在低负荷期间地埋管水流状态程层流问题、部分负荷下地下换热器轮换运行以及地下换热器在初夏提供的水温度过低的问题。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
一种地源热泵地下换热器分集水器系统，接在空调的一侧，包括依次串联组合成闭合回路的地源热泵机组、地埋管分水器、地埋换热器、地埋管集水器、水泵机组；所述地埋换热器由多路地下换热器支路组成，所述地埋管分水器连接有多条分水支路，多条分水支路上设置有控制阀，所述地埋管集水器连接有多条集水支路，多条集水支路设置有电动控制阀，所述地埋管分水器通过分水支路后与地下换热器支路对应连接，所述地下换热器支路对应通过集水支路后与地埋管集水器连接；所述地埋管分水器与地埋管集水器间设置有连接地埋管分水器与地埋管集水器的恒温混水阀，实现多路地下换热器支路的轮换工作，缓解持续放热、吸热带来的压力，有效的提高使用效率。
作为对上述技术方案的改进，所述地源热泵地下换热器分集水器系统还包括补水装置，所述补水装置与水泵机组相连接。
作为对上述技术方案的改进，所述地源热泵机组由3台热泵主机并联连接而成。
作为对上述技术方案的改进，所述水泵机组由4台水泵并联连接而成。
作为对上述技术方案的改进，所述分水支路有9个。
作为对上述技术方案的改进，所述集水支路有9个。
作为对上述技术方案的改进，所述地下换热器支路有9个，每一个所述地下换热器支路由60路地埋管并联连接而成。
本实用新型的地源热泵地下换热器分集水器系统，3台热泵主机并联连接，4台水泵并联连接(3用1备)，分水器、集水器、地下换热器支路均为9个支路(M1—M9),每个支路连接的地埋管数量均为60路，每3个地下换热器支路为一个片区。根据热泵主机流量需求，每三路支路流量满足一台主机流量需求。当开启3台热泵主机时，对应开启9路地下换热器支路；当开启2台热泵主机时，对应开启6路地下换热器支路；当开启1台热泵主机时，对应开启3路地下换热器支路。这样可以保证地下换热器管内流速达到《地源热泵系统工程规范》要求的0.4m/s，管内流态处于紊流状态。另外通过地埋管分区轮换，使得暂停使用的片区土壤的储备的能量能够得到补充，缓解持续放热、吸热带来的压力，有效的提高使用效率。
在运行负荷较小时开启一台热泵主机，由计算表格(具体计算如下表所示)可以看出在地埋管全部工作时地埋管水流状态为层流，不能使其达到很好的换热效果，同时有开启三台水泵和主机造成能源的浪费而且效率也很低；此时只需开启1/3就可以让地埋管内水流状态达到紊流，使其有很好的换热性能并且提高工作效率。在此设计中我们还可以在部分负荷运行时让地埋管、热泵主机进行轮换间歇工作，这样既节约能源又保护运行设备，达到满意的效果。
具体计算(以全负荷3台主机运行为例，其他见表格)：
冷却水量＝598*0.86/5＝102.86t/h
水泵流量＝102.86*1.1*3＝339t/h
井数＝3*598*1.05*1000/100/35＝538口
单口井流量＝339/538＝0.63t/h/口
V＝Q/N＝339÷538÷3600÷(3.1416÷4×0.0322)＝0.218m/s
按照地下换热器侧最不利工况，地下换热器水温5℃计算，查得水的参数如下：
(1)密度：1000kg/m3
(2)运动粘度：1.5968×10-6m2/s
雷诺数Re＝1000×0.32×0.032÷(1.5968×10-6×1000)＝4365>2300
结论：本项目管道内水流状态为紊流。
分水器与集水器之间连接有恒温混水阀，此设计思路可以解决在地下换热器在初夏提供的供水温度过低的问题。
地下换热器由冬季转入夏季，地下换热器在整个冬季都是向空调系统提供热量，持续的热量被带走导致土壤温度处于较低的水平8℃-10℃，由于土壤本身具有一定的蓄热能力，在经过短暂的过渡季后，尤其是北方地区地下温度依然保持在较低温度，此时进入夏季工况，进入热泵主机冷凝器的水温低于15℃，热泵主机冷凝器进水温度过低热泵主机停机，因此需要提高热泵主机的进水温度。通过调节分集水器之间的混水阀开度，使进入热泵主机冷凝器的水温度高于15℃，保证热泵主机正常运行。
当机组蒸发器进口温度低于机组蒸发器最低进口温度时，就会出现机组蒸发器进水温度过高故障；恒温混水阀广泛应用于水温调节系统，如太阳能热水器及集中供热水系统等。在设计中通过电动联动控制自行调节冷热水混水温度，所需温度可以迅速达到并且稳定下来，保证出水温度恒定，且不受水温、流量、水压变化的影响。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
本实用新型的地源热泵地下换热器分集水器系统，地下换热器轮换工作，能够根据运行负荷的变化，自动实现热泵主机的开启数量，达到节电、节能、环保的优势。通过地埋管分区轮换，使得暂停使用的片区土壤的储备的能量能够得到补充，缓解持续放热、吸热带来的压力，有效的提高使用效率。
附图说明
图1是本实用新型的系统示意图；
图中：1－地埋换热器；2－地埋管集水器；3－地埋管分水器；4－水泵机组；5－补水装置；6－电动控制阀；7－恒温混水阀；8－空调。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
如图1所示，本实用新型的地源热泵地下换热器分集水器系统，接在空调8的一侧，包括依次串联组合成闭合回路的地源热泵机组、地埋管分水器3、地埋换热器1、地埋管集水器2、水泵机组4；所述地埋换热器1由多路地下换热器支路组成，所述地埋管分水器3连接有多条分水支路，多条分水支路上设置有控制阀，所述地埋管集水器2连接有多条集水支路，多条集水支路设置有电动控制阀6，所述地埋管分水器3通过分水支路后与地下换热器支路对应连接，所述地下换热器支路对应通过集水支路后与地埋管集水器2连接；所述地埋管分水器3与地埋管集水器2间设置有连接地埋管分水器3与地埋管集水器2的恒温混水阀7，实现多路地下换热器支路的轮换工作，缓解持续放热、吸热带来的压力，有效的提高使用效率。
所述地源热泵地下换热器分集水器系统还包括补水装置5，所述补水装置5与水泵机组4相连接。
所述地源热泵机组由3台热泵主机并联连接而成。
所述水泵机组4由4台水泵并联连接而成。
所述分水支路有9个。
所述集水支路有9个。
所述地下换热器支路有9个，每一个所述地下换热器支路由60路地埋管并联连接而成。
本实用新型的地源热泵地下换热器分集水器系统，3台热泵主机并联连接，4台水泵并联连接(3用1备)，分水器、集水器、地下换热器支路均为9个支路(M1—M9),每个支路连接的地埋管数量均为60路，每3个地下换热器支路为一个片区。根据热泵主机流量需求，每三路支路流量满足一台主机流量需求。当开启3台热泵主机时，对应开启9路地下换热器支路；当开启2台热泵主机时，对应开启6路地下换热器支路；当开启1台热泵主机时，对应开启3路地下换热器支路。这样可以保证地下换热器管内流速达到《地源热泵系统工程规范》要求的0.4m/s，管内流态处于紊流状态。另外通过地埋管分区轮换，使得暂停使用的片区土壤的储备的能量能够得到补充，缓解持续放热、吸热带来的压力，有效的提高使用效率。
在运行负荷较小时开启一台热泵主机，由计算表格(具体计算如下表所示)可以看出在地埋管全部工作时地埋管水流状态为层流，不能使其达到很好的换热效果，同时有开启三台水泵和主机造成能源的浪费而且效率也很低；此时只需开启1/3就可以让地埋管内水流状态达到紊流，使其有很好的换热性能并且提高工作效率。在此设计中我们还可以在部分负荷运行时让地埋管、热泵主机进行轮换间歇工作，这样既节约能源又保护运行设备，达到满意的效果。
具体计算(以全负荷3台主机运行为例，其他见表格)：
冷却水量＝598*0.86/5＝102.86t/h
水泵流量＝102.86*1.1*3＝339t/h
井数＝3*598*1.05*1000/100/35＝538口
单口井流量＝339/538＝0.63t/h/口
V＝Q/N＝339÷538÷3600÷(3.1416÷4×0.0322)＝0.218m/s
按照地下换热器侧最不利工况，地下换热器水温5℃计算，查得水的参数如下：
(1)密度：1000kg/m3
(2)运动粘度：1.5968×10-6m2/s
雷诺数Re＝1000×0.32×0.032÷(1.5968×10-6×1000)＝4365>2300
结论：本项目管道内水流状态为紊流。
分水器与集水器之间连接有恒温混水阀，此设计思路可以解决在地下换热器在初夏提供的供水温度过低的问题。
地下换热器由冬季转入夏季，地下换热器在整个冬季都是向空调系统提供热量，持续的热量被带走导致土壤温度处于较低的水平8℃-10℃，由于土壤本身具有一定的蓄热能力，在经过短暂的过渡季后，尤其是北方地区地下温度依然保持在较低温度，此时进入夏季工况，进入热泵主机冷凝器的水温低于15℃，热泵主机冷凝器进水温度过低热泵主机停机，因此需要提高热泵主机的进水温度。通过调节分集水器之间的混水阀开度，使进入热泵主机冷凝器的水温度高于15℃，保证热泵主机正常运行。
当机组蒸发器进口温度低于机组蒸发器最低进口温度时，就会出现机组蒸发器进水温度过高故障；恒温混水阀广泛应用于水温调节系统，如太阳能热水器及集中供热水系统等。在设计中通过电动联动控制自行调节冷热水混水温度，所需温度可以迅速达到并且稳定下来，保证出水温度恒定，且不受水温、流量、水压变化的影响。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种地源热泵地下换热器分集水器系统，接在空调的一侧，其特征在于，包括依次串联组合成闭合回路的地源热泵机组、地埋管分水器、地埋换热器、地埋管集水器、水泵机组；所述地埋换热器由多路地下换热器支路组成，所述地埋管分水器连接有多条分水支路，多条分水支路上设置有控制阀，所述地埋管集水器连接有多条集水支路，多条集水支路设置有电动控制阀，所述地埋管分水器通过分水支路后与地下换热器支路对应连接，所述地下换热器支路对应通过集水支路后与地埋管集水器连接；所述地埋管分水器与地埋管集水器间设置有连接地埋管分水器与地埋管集水器的恒温混水阀，实现多路地下换热器支路的轮换工作。
2.如权利要求1所述的地源热泵地下换热器分集水器系统，其特征在于，所述地源热泵地下换热器分集水器系统还包括补水装置，所述补水装置与水泵机组相连接。
3.如权利要求1或2所述的地源热泵地下换热器分集水器系统，其特征在于，所述地源热泵机组由3台热泵主机并联连接而成。
4.如权利要求3所述的地源热泵地下换热器分集水器系统，其特征在于，所述水泵机组由4台水泵并联连接而成。
5.如权利要求3所述的地源热泵地下换热器分集水器系统，其特征在于，所述分水支路有9个。
6.如权利要求3所述的地源热泵地下换热器分集水器系统，其特征在于，所述集水支路有9个。
7.如权利要求3所述的地源热泵地下换热器分集水器系统，其特征在于，所述地下换热器支路有9个，每一个所述地下换热器支路由60路地埋管并联连接而成。
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