CN209042658U - 一种寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统，其包括：内空调系统、板式换热器A、空调侧循环水泵、热泵机组、板式换热器B、地埋管侧循环水泵、地埋管换热器井群、抽水井、回灌井、回灌加压泵、变频潜水泵、蓄热水箱、集热循环水泵、集热器及若干电磁阀构成的热泵机组空调侧供热循环回路、热泵机组空调侧供冷循环回路、热泵机组地埋管侧供热循环回路、构成热泵机组地埋管侧供冷循环回路、太阳能侧供热循环回路、太阳能储热循环回路、太阳能集热循环回路。本实用新型运行方法包括供暖模式、春季供生活热用水模式、供冷模式、秋季供生活热用水模式。本实用新型有效缓解土壤的热失衡问题，提高系统的运行效率。
Description
技术领域
本实用新型属于土壤源热泵系统和太阳能热泵系统联合供热、供冷及生活热用水的供给技术领域，特别是一种寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统。
背景技术
能源紧缺是当今世界面临的一个严峻问题，而我国能源消费的主要部分是以石油、煤炭和天然气为主的化石能源，严重制约了我国的可持续发展，因此，减少化石能源的消耗，合理利用可再生能源，改善能耗结构，是实现能源的可持续发展的关键。
浅层地热能作为地热资源的重要组成部份，具有分布广，储量大，再生迅速，稳定性强等特点，是目前地热开发与利用的重要推进方向。此外，太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染，但是其存在的分散性、不稳定性和效率低等问题是目前太阳能开发与利用时，要避免和解决的关键问题。
土壤源热泵是利用浅层地热能的主要技术之一，具有高效节能、持续稳定、可靠性高等优点，但是随着土壤源热泵应用规模的扩大，土壤热失衡问题日益突出。本实用新型将太阳能集热器、地埋管与丰富的浅层水资源结合，探索一种高效、节能的寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统及运行模式。基于浅层土壤源热泵，采用太阳能辅助设备，实现了太阳能的梯级换热；设置抽-灌井，在响应国家“采灌平衡”的号召下，开拓了浅层水资源的利用领域，有效减少二氧化碳与其他污染物的排放，以利于建筑节能的可持续发展。本实用新型在全面促进地热能和太阳能的综合利用，在弥补太阳能的不稳定性、间歇性的同时，有效缓解土壤热失衡的问题。经检索已经公开的中国专利文献，尚无该方向的相关专利文件。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统，以土壤源热泵系统为主，太阳能系统作为辅助热源，通过设置抽-灌井，使地下水强制渗流，有效缓解土壤的热失衡问题，提高系统的运行效率。
本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统，其系统包括室内空调系统(1)、板式换热器A(2)、空调侧循环水泵(3)、热泵机组(4)、板式换热器B(5)、第一电磁阀(6)、第二电磁阀(7)、第三电磁阀(8)、第四电磁阀(9)、第五电磁阀(10)、第六电磁阀(11)、地埋管侧循环水泵(12)、地埋管换热器井群(13)、抽水井(14)、回灌井(15)、回灌加压泵(16)、变频潜水泵(17)、蓄热水箱(18)、集热循环水泵 (19)、集热器(20)、第十四电磁阀(21)、第十五电磁阀(22)、温度传感器(23)、第七电磁阀(24)、第八电磁阀(25)、第九电磁阀(26)、第十电磁阀(27)、第十一电磁阀(28)、第十二电磁阀(29)、第十三电磁阀(30)；所述室内空调系统(1)依次与第八电磁阀(25)、板式换热器A(2)、第九电磁阀(26)、热泵机组(4)、空调侧循环水泵(3)相连回到室内空调系统(1)构成热泵机组空调侧供热循环回路；所述的室内空调系统(1)依次与第十电磁阀(27)、热泵机组(4)、空调侧循环水泵(3) 相连回到室内空调系统(1)构成热泵机组空调侧供冷循环回路；所述的地埋管换热器井群(13)依次与地埋管侧循环水泵(12)、第十二电磁阀(29)、板式换热器B(5)、第十一电磁阀(28)、热泵机组(4)相连回到地埋管换热器井群(13)构成热泵机组地埋管侧供热循环回路；所述的地埋管换热器(13)依次与地埋管侧循环水泵(12)、第十三电磁阀(30)、热泵机组(4)相连回到地埋管换热器井群(13)构成热泵机组地埋管侧供冷循环回路；所述的蓄热水箱(18)依次与第三电磁阀(8)、第一电磁阀 (6)、板式换热器A(2)、板式换热器B(5)、第五电磁阀(10)、第四电磁阀(9) 相连回到蓄热水箱(18)构成太阳能侧供热循环回路；所述的蓄热水箱(18)依次与第三电磁阀(8)、第二电磁阀(7)、地埋管换热器井群(13)、地埋管侧循环水泵(12)、第六电磁阀(11)、第四电磁阀(9)相连回到蓄热水箱(18)构成太阳能储热循环回路；所述的蓄热水箱(18)依次与集热循环水泵(19)、集热器(20)相连回到蓄热水箱(18)构成太阳能集热循环回路；所述的抽水井(14)依次与变频潜水泵(17)、第七电磁阀(24)、回灌加压泵(16)、回灌井(15)相连构成抽-回灌井循环回路；冷水通过第十四电磁阀(21)进蓄热水箱(18)，生活热用水通过第十五电磁阀(22) 从蓄热水箱(18)流出；在地埋管换热器井群(13)周围土壤设置温度传感器(23)。
本实用新型的优点和有益效果为：
1、本实用新型的寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统，是一种复合系统包括地埋管换热系统，强制对流系统，室内空调系统，热泵机组，太阳能集热系统，太阳能储热系统，通过不同的运行方式实现夏季制冷，冬季供暖及生活热水的供给。本实用新型通过增加抽-回灌井，引起咸水层的强制对流，在提高了系统换热效率的同时，避免了寒冷地区“冷、热堆积”现象，此外太阳能作为辅助热源，进行梯级换热，提高了太阳能的利用率，促进了土壤源热泵系统在寒冷地区的推广应用。
2、本实用新型的寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统，充分利用我国寒冷地区的太阳能、浅层地热能和浅层地下水，在解决了土壤热失衡问题的同时，提高了系统的运行效率，推动了新能源的综合利用。
3、本实用新型的寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统，在太阳能-土壤源复合型热泵的基础上，设置抽-回灌井，使地下水强制渗流，强化了土壤传热过程，提高了地埋管换热系统的运行效率。
4、本实用新型的寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统，以太阳能作为辅助热源，通过增加板式换热器，利用太阳能提供的热水进行梯级换热，实现太阳能的充分利用，提高系统的经济效益和环境效益。
5、本实用新型的寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统，通过改变系统的连接方式和运行模式，充分利用了可再生低品位能源，实现全年的供热、供冷及生活用热水，有效提高能源的利用率，减少能源消耗，使系统具有较好的经济效益。
附图说明
图1是本实用新型提出的寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统的示意图。
图中：1-室内空调系统、2-板式换热器A、3-空调侧循环水泵、4-热泵机组、5- 板式换热器B、6-第一电磁阀、7-第二电磁阀、8-第三电磁阀、9-第四电磁阀、10- 第五电磁阀、11-第六电磁阀、12-地埋管侧循环水泵、13-地埋管换热器井群、14- 抽水井、15-回灌井、16-回灌加压泵、17-变频潜水泵、18-蓄热水箱、19-集热循环水泵、20-集热器、21-第十四电磁阀、22-第十五电磁阀、23-温度传感器、24-第七电磁阀、25-第八电磁阀、26-第九电磁阀、27-第十电磁阀、28-第十一电磁阀、29- 第十二电磁阀、30-第十三电磁阀。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
一种寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统，其系统包括室内空调系统(1)、板式换热器A(2)、空调侧循环水泵(3)、热泵机组(4)、板式换热器B(5)、第一电磁阀(6)、第二电磁阀(7)、第三电磁阀(8)、第四电磁阀(9)、第五电磁阀(10)、第六电磁阀(11)、地埋管侧循环水泵(12)、地埋管换热器井群(13)、抽水井(14)、回灌井(15)、回灌加压泵(16)、变频潜水泵(17)、蓄热水箱(18)、集热循环水泵 (19)、集热器(20)、第十四电磁阀(21)、第十五电磁阀(22)、温度传感器(23)、第七电磁阀(24)、第八电磁阀(25)、第九电磁阀(26)、第十电磁阀(27)、第十一电磁阀(28)、第十二电磁阀(29)、第十三电磁阀(30)；所述室内空调系统(1)依次与第八电磁阀(25)、板式换热器A(2)、第九电磁阀(26)、热泵机组(4)、空调侧循环水泵(3)相连回到室内空调系统(1)构成热泵机组空调侧供热循环回路；所述的室内空调系统(1)依次与第十电磁阀(27)、热泵机组(4)、空调侧循环水泵(3) 相连回到室内空调系统(1)构成热泵机组空调侧供冷循环回路；所述的地埋管换热器井群(13)依次与地埋管侧循环水泵(12)、第十二电磁阀(29)、板式换热器B(5)、第十一电磁阀(28)、热泵机组(4)相连回到地埋管换热器井群(13)构成热泵机组地埋管侧供热循环回路；所述的地埋管换热器(13)依次与地埋管侧循环水泵(12)、第十三电磁阀(30)、热泵机组(4)相连回到地埋管换热器井群(13)构成热泵机组地埋管侧供冷循环回路；所述的蓄热水箱(18)依次与第三电磁阀(8)、第一电磁阀 (6)、板式换热器A(2)、板式换热器B(5)、第五电磁阀(10)、第四电磁阀(9) 相连回到蓄热水箱(18)构成太阳能侧供热循环回路；所述的蓄热水箱(18)依次与第三电磁阀(8)、第二电磁阀(7)、地埋管换热器井群(13)、地埋管侧循环水泵(12)、第六电磁阀(11)、第四电磁阀(9)相连回到蓄热水箱(18)构成太阳能储热循环回路；所述的蓄热水箱(18)依次与集热循环水泵(19)、集热器(20)相连回到蓄热水箱(18)构成太阳能集热循环回路；所述的抽水井(14)依次与变频潜水泵(17)、第七电磁阀(24)、回灌加压泵(16)、回灌井(15)相连构成抽-回灌井循环回路；冷水通过第十四电磁阀(21)进蓄热水箱(18)，生活热用水通过第十五电磁阀(22) 从蓄热水箱(18)流出；在地埋管换热器井群(13)周围土壤设置温度传感器(23)。
上述寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统的工作原理为：
1)供暖模式：供暖初期关闭抽-回灌井，开启第一电磁阀(6)、第三电磁阀(8)、第四电磁阀(9)、第五电磁阀(10)、第十四电磁阀(21)、第十五电磁阀(22)、第八电磁阀(25)、第九电磁阀(26)、第十一电磁阀(28)和第十二电磁阀(29)，关闭第二电磁阀(7)、第六电磁阀(11)、第七电磁阀(24)、第十电磁阀(27)、第十三电磁阀(30)，单一的使用土壤源热泵系统供暖，太阳能热泵系统提供的热水一部分通过蓄热水箱(18)依次连接板式换热器A(2)和板式换热器B(5)进行梯级换热，一部分通过第十五电磁阀(22)用于生活用热水。当系统运行一段时间，温度传感器(23)监测到地埋管换热器井群(13)的土壤温度小于初始温度2℃时，打开第七电磁阀(24)，开启抽-回灌井，在变频潜水泵(17)与回灌加压泵(16)的作用下，使咸水层进行强制对流，防止“冷堆积”；供暖末期关闭第七电磁阀(24)，停止抽- 回灌井的运行；
2)春季供生活热用水模式：春季间歇期开启第十四电磁阀(21)和第十五电磁阀(22)，关闭第一电磁阀(6)、第二电磁阀(7)、第三电磁阀(8)、第四电磁阀(9)、第五电磁阀(10)、第六电磁阀(11)、第七电磁阀(24)、第八电磁阀(25)、第九电磁阀(26)、第十电磁阀(27)、第十一电磁阀(28)、第十二电磁阀(29)、第十三电磁阀(30)，关闭抽-回灌井和土壤源热泵系统，太阳能热泵系统只提供生活热用水；
3)供冷模式：制冷初期关闭抽-回灌井，关闭第一电磁阀(6)、第二电磁阀(7)、第三电磁阀(8)、第四电磁阀(9)、第五电磁阀(10)、第六电磁阀(11)、第七电磁阀(24)、第八电磁阀(25)、第九电磁阀(26)、第十一电磁阀(28)、第十二电磁阀 (29)、开启第十四电磁阀(21)、第十五电磁阀(22)、第十电磁阀(27)和第十三电磁阀(30)，单一的使用土壤源热泵系统制冷，太阳能热泵系统只提供生活热用水；当系统运行一段时间之后，温度传感器(23)监测到地埋管换热器井群(13)的土壤温度大于初始温度2℃时，打开第七电磁阀(24)，开启抽-回灌井，在变频潜水泵(17) 与回灌加压泵(16)的作用下，使咸水层进行强制对流，防止“热堆积”。制冷末期关闭第七电磁阀(24)，停止抽-回灌井的运行。
4)秋季供生活热用水模式：秋季间歇期关闭第一电磁阀(6)、第四电磁阀(9)、第五电磁阀(10)、第六电磁阀(11)、第七电磁阀(24)、第八电磁阀(25)、第九电磁阀(26)、第十电磁阀(27)、第十一电磁阀(28)、第十二电磁阀(29)、第十三电磁阀(30)，打开第二电磁阀(7)、第三电磁阀(8)、第十四电磁阀(21)和第十五电磁阀(22)，太阳能热泵系统提供的热水一部分经蓄热水箱(18)进入地埋管换热器井群(13)蓄热，一部分通过第十五电磁阀(22)提供生活热用水；当温度传感器 (23)监测到地埋管换热器井群(13)的土壤温度大于土壤初始温度1℃时，打开第四电磁阀(9)和第六电磁阀(11)，地埋管换热器井群(13)的水经地埋管侧循环水泵(12)进入蓄热水箱(18)形成太阳能储热循环回路。
本实用新型基于浅层地热能和太阳能储量大、分布广、易开采的特点，在浅层土壤源热泵和太阳能热泵的基础上，提出一种寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统及运行模式，把太阳能集热器、地埋管与丰富的浅层水资源结合，改变系统的连接方式，实现系统不同的运行模式。
尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (1)
1.一种寒冷地区复合型地源热泵优化集成系统，其特征在于：该系统包括室内空调系统(1)、板式换热器A(2)、空调侧循环水泵(3)、热泵机组(4)、板式换热器B(5)、第一电磁阀(6)、第二电磁阀(7)、第三电磁阀(8)、第四电磁阀(9)、第五电磁阀(10)、第六电磁阀(11)、地埋管侧循环水泵(12)、地埋管换热器井群(13)、抽水井(14)、回灌井(15)、回灌加压泵(16)、变频潜水泵(17)、蓄热水箱(18)、集热循环水泵(19)、集热器(20)、第十四电磁阀(21)、第十五电磁阀(22)、温度传感器(23)、第七电磁阀(24)、第八电磁阀(25)、第九电磁阀(26)、第十电磁阀(27)、第十一电磁阀(28)、第十二电磁阀(29)、第十三电磁阀(30)；所述室内空调系统(1)依次与第八电磁阀(25)、板式换热器A(2)、第九电磁阀(26)、热泵机组(4)、空调侧循环水泵(3)相连回到室内空调系统(1)构成热泵机组空调侧供热循环回路；所述的室内空调系统(1)依次与第十电磁阀(27)、热泵机组(4)、空调侧循环水泵(3)相连回到室内空调系统(1)构成热泵机组空调侧供冷循环回路；所述的地埋管换热器井群 (13)依次与地埋管侧循环水泵(12)、第十二电磁阀(29)、板式换热器B(5)、第十一电磁阀(28)、热泵机组(4)相连回到地埋管换热器井群(13)构成热泵机组地埋管侧供热循环回路；所述的地埋管换热器井群 (13)依次与地埋管侧循环水泵(12)、第十三电磁阀(30)、热泵机组(4)相连回到地埋管换热器井群(13)构成热泵机组地埋管侧供冷循环回路；所述的蓄热水箱(18)依次与第三电磁阀(8)、第一电磁阀(6)、板式换热器A(2)、板式换热器B(5)、第五电磁阀(10)、第四电磁阀(9)相连回到蓄热水箱(18)构成太阳能侧供热循环回路；所述的蓄热水箱(18)依次与第三电磁阀(8)、第二电磁阀(7)、地埋管换热器井群(13)、地埋管侧循环水泵(12)、第六电磁阀(11)、第四电磁阀(9)相连回到蓄热水箱(18)构成太阳能储热循环回路；所述的蓄热水箱(18)依次与集热循环水泵(19)、集热器(20)相连回到蓄热水箱(18)构成太阳能集热循环回路；所述的抽水井(14)依次与变频潜水泵(17)、第七电磁阀(24)、回灌加压泵(16)、回灌井(15)相连构成抽-回灌井循环回路；冷水通过第十四电磁阀(21)进蓄热水箱(18)，生活热用水通过第十五电磁阀(22)从蓄热水箱(18)流出；在地埋管换热器井群(13)周围土壤设置温度传感器(23)。
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|---|---|---|---|---|
| CN109506289A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-03-22 | 天津城建大学 | 太阳能-增强型地源热泵联合供能系统及其运行方法 |
| WO2023231726A1 (zh) * | 2022-05-31 | 2023-12-07 | 天津市滨海新区环境创新研究院 | Pv/t耦合双源热泵建筑综合供能系统的控制方法 |
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2018
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