CN205102461U - 增强型地源热泵冷热复合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种增强型地源热泵冷热复合系统，它包括地埋管换热器系统、热泵系统和循环系统，其中，所述循环系统包括进水管和出水管，所述出水管上设置有阀门，所述进水管上设置有循环泵，所述地埋管换热器系统包括至少一个第一换热器和至少一个第二换热器，并且所述第一换热器的长度大于所述第二换热器的长度。地埋管换热器系统、热泵系统和循环系统组成密闭的循环水系统，利用梯度地温的原理，使所述第一换热器内的循环水将深层孔热量导出，为外部供热；所述第二换热器内的循环水将建筑物内的热量导出至浅层孔，为外部建筑物制冷，实现了外部与地下深层及浅层地温的热量交换，较单体换热系统而言，提高了换热效率。

Description

增强型地源热泵冷热复合系统

技术领域

本实用新型涉及建筑环境与设备工程技术领域，特别涉及一种增强型地源热泵冷热复合系统。

背景技术

地温梯度又称“地热梯度”或者“地热增温率”，指地球不受大气温度影响的地层温度随深度增加的增长率。表示地球内部温度不均匀分布程度的参数。不同地温梯度值不同，一般埋深越深处的温度值越高。

随着国民经济的不断提高，对能源的消耗量也越来越大，伴随着传统能源利用不充分而带来的污染也越来越严重，例如煤炭燃烧产生的煤渣和烟气等会造成环境污染，因此，为了减少环境污染，研究和开采新能源已成为可持续发展的一项重要目标。在新能源中，地球内部的地热能由于具有储量大，无污染等特点，也越来越多地被人们开采和利用。

目前，对地热能的开采和利用局限于城市浅层供热系统，利用单体换热系统供热，由于受单体换热供热面积的限制进而导致供热效率低，消耗的功率大，并且供热效果及稳定性难以保证。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种增强型地源热泵冷热复合系统，以解决现有技术中单体换热系统供热效率低、稳定性差的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例公开了如下技术方案：

一种增强型地源热泵冷热复合系统，它包括地埋管换热器系统、热泵系统和循环系统，其中，

所述循环系统包括进水管和出水管，所述出水管上设置有阀门，所述进水管上设置有循环泵，所述地埋管换热器系统包括至少一个第一换热器和至少一个第二换热器，并且所述第一换热器的长度大于所述第二换热器的长度；

每个所述换热器通过所述出水管与所述热泵系统的出水口相连接，每个所述换热器通过所述进水管与所述热泵系统的进水口相连接，每个所述换热器内通过所述进水管注入循环水，并通过所述循环水的循环实现了所述地源热泵冷热复合系统内外热量的交换。

优选的，在与所述第一换热器相连接的出水管上还设置有减压装置，所述减压装置包括压力传感器和减压开关。

优选的，所述系统还包括补水系统，所述补水系统包括补水箱、导管和开关阀，所述补水箱通过所述导管与所述出水管相连接，所述导管上设置有开关阀。

优选的，每个所述换热器通过所述出水管与所述热泵系统的出水口相连接包括：

优选的，所述地埋换热器系统的地埋方式包括竖直U型埋管方式、水平埋管方式、桩埋管方式或连续螺旋埋管方式。

所述出水管插入至所述换热器的底部，且与所述换热器密闭连接。

优选的，所述热泵系统还设置有能够与外部实现热量交换的外部连接接口。

优选的，第一换热器的长度是所述第二换热器的10至15倍。

优选的，所述第一换热器由N80无缝钢管制成，所述第二换热器由PE管制成。

本公开的实施例提供的一种增强型地源热泵冷热复合系统，利用地温梯度原理在地下安装地埋换热器系统，由于地埋换热器系统内包含多个不同长度换热器，例如第一换热器和第二换热器，且第一换热器的长度大于第二换热器，因此，在深层岩层下，位于第一换热器内的循环水能够利用深层地下的高温热能与热泵系统和循环系统组成循环供热系统，为外部供热；第二换热器内的循环水利用浅层地下温度低的特点与热泵系统和循环系统组成循环制冷系统，为外部制冷。本地源热泵冷热复合系统实现了复合系统外部与地下深层及浅层地热能的热量交换，较单体换热系统而言，提高了换热效率。

此外，本公开的实施例提供的一种增强型地源热泵冷热复合系统的有益效果还包括：

1、减压装置的设置能够调节深层岩层下换热器内的气压，增加地源热泵冷热复合系统的安全性，防止深层地埋的换热器由于深层岩层温度高使换热器内的部分循环水气化进而导致换热器内气压升高，产生相变，加重出水管内循环泵负担，当换热器内压力过大时，甚至会引发地埋换热器爆裂。

2、补水箱能够及时为地源热泵冷热复合系统补充水分，防止换热器内的循环水由于蒸发或者气化而减少，进而影响复合系统的热量交换。

3、普遍适用，灵活性高。地温梯度普遍存在于地壳中，所以本技术方案不受地源地域的限制；并且地埋管换热器系统中换热器的地埋方式可以根据不同的地形地域情况而改变，例如竖直U型埋管方式、水平埋管方式、桩埋管方式或连续螺旋埋管方式等，使得本方案提供的冷热复合系统适应性强，此外，换热器的数量和埋地深度可以根据工程项目热负荷量的大小来确定，可适当地增加换热器的数量和埋地深度以保证系统有足够的换热能力来满足工程的需要，灵活性高。

4、稳定性高，安全性好。利用地热能源不受季节、气候、昼夜等自然条件影响，稳定性较高，并且浅层换热器埋深于地下100-200米，深层换热器埋深于地面以下1000-2000米，对地面建筑无任何影响。

5、寿命长。本公开实施例提供的换热器的材料采用N80特级无缝钢管以及优质PE管，深层N80无缝钢管具有耐腐蚀、耐高压、耐高温的特点；浅层优质PE管具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，以及具有较高的刚性和韧性，机械强度好。介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。

6、可再生。利用地热能为外界供热或制冷，不消耗任何化石资源，阶梯地热能在地球内部随时得到补充。

7、节能环保。不抽取地下热水，也不使用地下水，不污染水源，仅通过换热器管壁与地下岩层进行冷热交换，不产生废水、废气、废渣，并可以极大降低功耗，节能环保。

8、经济性高。单孔可供100000m2制热，减少钻孔数量，节约建设成本；深层取热效果明显，减少功耗，节约运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型根据实施例提供的一种增强型地源热泵冷热复合系统的结构示意图；

图2为本实用新型根据实施例提供的另一种增强型地源热泵冷热复合系统的结构示意图；

在图1和图2中包括：1、热泵系统；2、出水管；3、进水管；4、阀门；5、循环泵；6、减压装置；7、开关阀；8、补水箱；9、外壁；10、第一换热器；11、第二换热器；12、外部连接接口。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例中的技术方案，并使本实用新型实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型实施例中技术方案作进一步详细的说明。

参见图1为本实用新型一种增强型地源热泵冷热复合系统的结构示意图，所述复合系统包括地埋管换热器系统、热泵系统和循环系统，其中；所述热泵系统1包括热泵机组，或者所述热泵系统为现有技术中，常用的具有地源热泵功能的设备或系统。

所述循环系统包括进水管2和出水管3，所述出水管3上设置有阀门4，所述进水管2上设置有循环泵5，所述地埋管换热器系统包括至少一个第一换热器10和至少一个第二换热器11，并且所述第一换热器10的长度大于所述第二换热器11的长度。

每个所述换热器通过所述出水管3与所述热泵系统1的出水口相连接，每个所述换热器通过所述进水管3与所述热泵系统1的进水口相连接，每个所述换热器内通过所述进水管3注入循环水，并通过所述循环水在所述地源热泵冷热系统内的循环实现了地表下的地热能与所述复合系统外部能量的交换，优选的，所述多个换热器之间并联连接。

在所述增强型地源热泵冷热复合系统中，热泵系统1通过进水管2和出水管3与地埋管换热器系统相连接，组成密闭的循环系统，阀门4安装在热泵系统1的出水口处，用于控制循环水在进水管内流通或者截止；在进水管3，靠近热泵系统1的进水口出安装有循环阀，所述循环泵5用于抽取所述换热器内的循环水，使得在换热器内的水能够循环。换热器的外壁9通过与岩层的温度进行热量交换进而改变换热器内水的温度，再通过热泵系统1的外接接口使地埋换热器系统内的循环水为外部系统供热/制冷。

在冬季，室内气温较低，开启供热循环系统，利用地温梯度在地下深层岩层温度较高的地热能为外部建筑物供热，具体地，如图1左边的结构所示，为供热循环系统，打开阀门4，预先向第一换热器10注水，水通过进水管2流入第一换热器10内，到达第一换热器10的底部后，通过第一换热器10的外壁与深层岩层进行热量交换，深层岩层温度较高为第一换热器10内的水加热，再通过出水管3将加热后的循环水输入到热泵系统1内，循环泵5用于抽出换热器底部的循环水，保证换热器内的水循环流动，提高了供热效率。

在夏季，室内温度较高，开启制冷循环系统为外部制冷，利用地温梯度在地下浅层的温度较低的特点，具体地，如图1右边的结构所示，为制冷循环系统，在该制冷循环系统中，进水管、出水管、阀门、循环泵以及第二换热器11的连接关系与供热循环系统的连接相同，区别在于所述第二换热器11的长度小于所述第一换热器10的长度。在夏季制冷时，打开阀门，使水通过进水管流入第二换热器内，所属热泵系统抽取地面上建筑物内的热量，并将抽取的热量通过循环系统导入到第二换热器内，再通过所述第二换热器的外壁接触的岩层温度低的特点，使所述第二换热器的外壁与浅层岩层进行热能交换，为外部建筑物供冷。

其中所述外部连接接口12用于与外部建筑物，或者外部设备，或者外界装置相连接，增强了地源热泵冷热系统的适用性。

本公开的实施例提供的一种增强型地源热泵冷热复合系统，利用地温梯度原理在地下安装地埋换热器系统，由于地埋换热器系统内包含多个不同长度换热器，例如第一换热器和第二换热器，且第一换热器的长度大于第二换热器，因此，在深层岩层下，位于第一换热器内的循环水能够利用深层地下的高温热能与热泵系统和循环系统组成循环供热系统，为外部供热；第二换热器内的循环水利用浅层地下温度低的条件与热泵系统和循环系统组成循环制冷系统，为外部制冷，进而通过换热器的外壁实现了与深层及浅层地温进行热量交换，较单体换热系统而言，提高了换热效率。

在一优选的实施例中，为防止深层岩层的温度较高将第一换热器内的循环水气化，导致地埋换热器系统压强增大，，产生相变，加重出水管内循环泵负担，存在安全隐患，在与所述第一换热器相连接的出水管上还设置有减压装置6，所述减压装置6包括压力传感器和减压开关。所述压力传感器用于定时监测换热器系统内的气压情况，当换热器系统内的气压达到安全阈值时，启动减压开关，为换热器系统减压，增加地源热泵冷热复合系统的安全性。

在另一优选的实施例中，如图1所示，所述系统还包括补水系统，所述补水系统包括补水箱8、导管和开关阀7，所述补水箱8通过所述导管与所述出水管2相连接，所述导管上设置有开关阀7。开关阀7用于控制补水箱8供水开启与闭合，开关阀还能调节储水箱8补水流量的大小。补水箱能够及时为地源热泵冷热复合系统补充水分，防止换热器内的循环水由于蒸发或者气化而减少，进而影响复合系统的热量交换。

上述实施例提供的一种增强型地源热泵冷热复合系统，地埋换热器系统的埋地方式包括但不限于竖直U型埋管方式、水平埋管方式、桩埋管方式或连续螺旋埋管方式。其中，每个换热器通过所述出水管与所述热泵系统的出水口相连接包括：所述出水管插入至所述换热器的底部，且与所述换热器密闭连接。此外，进水管也与换热器密闭连接，确保循环水在换热器内循环时不漏水。

如图1所示，所述热泵系统还设置有能够与外部实现热量交换的外部连接接口12。通过外部连接接口12使热泵系统1能够与外部设备相连接，实现能量的输入和输出，为外部用户供热/制冷。

优选的，在地埋管换热器系统中，所述第一换热器10的长度是所述第二换热器11长度的10至15倍。常用的，在浅层岩层下，所述第二换热器埋深于地下100-200米，深层岩层下，所述第一换热器埋深于地下1000-2000米。并且，由于第一换热器与第二换热器的埋地深度不同，因此两者的材料可以由硬质不同的材料组成，优选的，所述第一换热器一般为金属换热器，具体地，可由N80无缝钢管制成，深层N80无缝钢管具有耐腐蚀、耐高压、耐高温的特点；所述第二换热器可由PE管制成，浅层优质PE管具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，以及具有较高的刚性和韧性，机械强度好。介电性能，耐环境应力开裂性亦较好，因此，本实施例提供的增强型地源热泵符合系统具有使用寿命长的优点。

此外，本实用新型提供的一种增强型地源热泵冷热复合系统还具有如下特点：

(1)普遍适用，灵活性高。地温梯度普遍存在于地壳中，所以本技术方案不受地源地域的限制，例如包括土壤、井水、湖泊、海水等天然能源；并且地埋管换热器系统中换热器的地埋方式可以根据不同的地形地域情况而改变，使得本方案提供的冷热复合系统适应性强，此外，换热器的数量和埋地深度可以根据工程项目热负荷量的大小来确定，可适当地增加换热器的数量和埋地深度以保证系统有足够的换热能力来满足工程的需要，如图2所示，为本实施提供的带有两个所述第二换热器的地源热泵冷热系统，以增加浅层岩层制冷效果，具体地，可通过安装阀门来控制每个所述第二换热器的进水与出水。

(2)稳定性高，安全性好。利用地热能源不受季节、气候、昼夜等自然条件影响，稳定性较高，并且浅层换热器埋深于地下100-200米，深层换热器埋深于地面以下1000-2000米，对地面建筑无任何影响。

(3)可再生。利用地热能为外界供热或制冷，不消耗任何化石资源，阶梯地热能在地球内部随时得到补充。

(4)节能环保。不抽取地下热水，也不使用地下水，不污染水源，仅通过换热器管壁与地下岩层进行冷热交换，不产生废水、废气、废渣，并可以极大降低功耗，节能环保。

(5)经济性高。仅需在地下钻一个孔，单孔中安装地埋管换热器系统，在地埋管换热系统中留有副孔，可安装不同长度的换热器，并且单孔可供100000平方米制热，减少钻孔数量，节约建设成本；深层取热效果明显，减少功耗，节约运行成本。

以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种增强型地源热泵冷热复合系统，其特征在于，它包括地埋管换热器系统、热泵系统和循环系统，其中，所述循环系统包括进水管和出水管，所述出水管上设置有阀门，所述进水管上设置有循环泵，所述地埋管换热器系统包括至少一个第一换热器和至少一个第二换热器，并且所述第一换热器的长度大于所述第二换热器的长度，每个所述换热器通过所述出水管与所述热泵系统的出水口相连接，每个所述换热器通过所述进水管与所述热泵系统的进水口相连接，每个所述换热器内通过所述进水管注入循环水，并通过所述循环水的循环实现了所述地源热泵冷热复合系统内外热量的交换。

2.根据权利要求1所述的增强型地源热泵冷热复合系统，其特征在于，在与所述第一换热器相连接的出水管上还设置有减压装置，所述减压装置包括压力传感器和减压开关。

3.根据权利要求1所述的增强型地源热泵冷热复合系统，其特征在于，所述增强型地源热泵冷热复合系统还包括补水系统，所述补水系统包括补水箱、导管和开关阀，所述补水箱通过所述导管与所述出水管相连接，所述导管上设置有开关阀。

4.根据权利要求1所述的增强型地源热泵冷热复合系统，其特征在于，每个所述换热器通过所述出水管与所述热泵系统的出水口相连接包括：

所述出水管插入至所述换热器的底部，且与所述换热器密闭连接。

5.根据权利要求1所述的增强型地源热泵冷热复合系统，其特征在于，所述热泵系统还设置有能够与外部实现热量交换的外部连接接口。

6.根据权利要求1所述的增强型地源热泵冷热复合系统，其特征在于，第一换热器的长度是所述第二换热器的10至15倍。

7.根据权利要求1所述的增强型地源热泵冷热复合系统，其特征在于，所述第一换热器由N80无缝钢管制成，所述第二换热器由PE管制成。