CN211041479U - 一种土壤源热泵与热源塔热泵复合式热泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种土壤源热泵与热源塔热泵复合式热泵系统，所述复合式热泵系统包括土壤源热泵机组、热源塔热泵机组、热源塔、室外换热装置和室内末端，所述土壤源热泵机组与室外换热装置之间连接有地源泵，并构成土壤源循环回路，所述土壤源热泵机组与室内末端之间连接有空调泵，并构成室内末端循环回路，所述热源塔热泵机组与热源塔之间连接有热源塔泵，并构成热源塔循环回路，所述土壤源循环回路、室内末端循环回路和热源塔水循环回路是三个相互独立的闭式水循环回路。本实用新型的复合热泵系统，不但可以降低土壤源部分的投资，也可以充分利用土壤源热泵系统，提高系统的运行效率、降低系统的运行费用。

Description

一种土壤源热泵与热源塔热泵复合式热泵系统

技术领域

本实用新型涉及供热技术领域，尤其是一种土壤源热泵与热源塔热泵复合式热泵系统。

背景技术

现有的用于制冷供暖的水源热泵空调系统，与建筑末端释能方式基本相同，所不同的是冷热源的取能方式，现阶段，在长江以南地区，应用较多的是能够实现夏季制冷、冬季供暖多为土壤源热泵系统，对于地埋管场地不足地区，除了风冷热泵系统等传统制冷热泵外，还有新兴的热源塔热泵系统。众所周知，传统制冷热泵在阴雨连绵、阴冷潮湿地区冬季供热时结霜严重(即风与翅片盘营的不良性循环换热)，且需不定期融霜，热泵效率较低，压缩机可靠性较差。故在南方地区热源塔热泵较传统制冷热泵发展迅猛。

热源塔的冬季制热是按照供热负荷能力设计的换热面积，利用冰点低于零度的载体介质，高效提取低温环境下的相对湿度较高的空气中的低品位热能，通过向热源塔热泵机组输入少量高品位能源，实现低温环境下低品位热能向高品位转移,对建筑物进行供热以及提供热水。而热源塔系统在阴冷潮湿空气湿度大条件下无结霜困扰，因此可稳定高效提取冰点以下的相对湿度较高的空气中的低品位热能，4℃气温时机组的制热能效比高达4.2。热源塔的夏季制冷是通过蒸发作用来散去空调中产生的废热的一种设备，夏季制冷工况下，比风冷热泵能效比稍高。热源塔热泵系统最主要的缺点是：系统能效比不高，至使运行费用偏高，完全推广使用热源塔热泵系统制冷、供暖受到限制。

土壤源热泵系统是一种利用地下浅层地温资源的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。土壤源分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季把地能中的热量“取”出来，提高温位后，供给室内采暖；夏季把室内的热量整合后释放到地层土壤体中去。

土壤源热泵系统优点不言而喻，但其也存在三大缺点：1)由于需要在室外地面上埋设一定数量的地埋管，需占用的地下空间较大，尤其在城区或建筑密集区域受到很大限制；2)需详细计算室外地埋管换热装置的冷热平衡，若计算有误，易造成室外地埋管形成冷热堆积，甚者影响整个系统的安全运行；3)地埋管换热装置的初始投资较大。

实用新型内容

与现有技术相比，本实用新型提供了一种土壤源热泵与热源塔热泵复合式热泵系统，以解决现有技术问题中的至少一种技术问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种土壤源热泵与热源塔热泵复合式热泵系统，所述复合式热泵系统包括土壤源热泵机组、热源塔热泵机组、热源塔、室外换热装置和室内末端，所述土壤源热泵机组与室外换热装置之间连接有地源泵，并构成土壤源循环回路，所述土壤源热泵机组与室内末端之间连接有空调泵，并构成室内末端循环回路，所述热源塔热泵机组与热源塔之间连接有热源塔泵，并构成热源塔循环回路，所述土壤源循环回路、室内末端循环回路和热源塔水循环回路是三个相互独立的闭式水循环回路。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步地，所述土壤源热泵机组包括第一蒸发器和第一冷凝器；所述空调泵通过两条相互并联的进水管路分别与所述第一冷凝器和第一蒸发器相连，所述第一蒸发器和第一冷凝器均通过出水管路与所述室内末端相连，每条进水管路和出水管路上均设有阀门。

进一步地，所述室内末端与空调泵之间装设有集水器，所述第一蒸发器和第一冷凝器与室内末端连接的出水管路上装设有分水器。

进一步地，所述地源泵通过两条相互并联的进水管路分别与所述第一冷凝器和第一蒸发器相连，所述第一蒸发器和第一冷凝器均通过出水管路与所述室外换热装置相连，每条进水管路和出水管路上均设有阀门。

进一步地，所述室外换热装置为室外埋管换热器。

进一步地，所述热源塔热泵机组包括第二蒸发器和第二冷凝器；所述热源塔泵通过两条相互并联的进水管路分别与所述第二冷凝器和第二蒸发器相连，所述第二蒸发器和第二冷凝器均通过出水管路与所述热源塔相连，每条进水管路和出水管路上均设有阀门。

进一步地，所述第二蒸发器和第二冷凝器与热源塔相连的出水管路上装设有补充装置。

进一步地，所述室外换热装置与地源泵之间、室内末端与空调泵之间和热源塔与热源塔泵之间均安装有定压装置。

进一步地，所述复合式热泵系统还包括水箱和软水装置，所述软水装置的进水口与给水管道连接，出水口与所述水箱的进水口连接，所述水箱分别与每个定压装置连接，用于供水。

综上所述，本实用新型的有益效果是：1)、土壤源热泵系统设计时，往往按最大冷/热负荷设计，而整个空调季节最冷或热的时间相对较短，如将热源塔热泵系统作为空调季节调峰时用，不但可以降低土壤源部分的投资，同时，也可以充分利用土壤源热泵系统，提高系统的运行效率、降低系统的运行费用。

2)直接减少了室外埋管的数量，尤其是在城区或建筑较密集地区，这为某些开发商充分利用地下空间或提高建筑密度开辟了新的道路。同时解决了因为室外埋管面积不够而放弃了能效较高的土壤源热泵系统为建筑物制冷、供暖。

3)根据土壤源热泵机组上的显示屏或地下地层温度检测系统观察室外地埋管换热装置的温度变化，当土壤源系统有冷堆积时，冬季可适当延长热源塔热泵的运行时间，夏季可适当延长土壤源热泵系统的运行时间；当土壤源系统有热堆积时，冬季可适当延长土壤源热泵系统的运行时间，夏季可适当延长热源塔热泵的运行时间；合理设计、合理使用可最大限度的降低土壤源(室外埋管)系统的冷热堆积，充分发挥土壤源热泵系统的节能、高效、环保、可靠特点。

附图说明

图1为本实用新型所述复合式热泵系统的系统流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、土壤源热泵机组；11、第一蒸发器；12、第一冷凝器；2、热源塔热泵机组；21、第二蒸发器；22、第二冷凝器；3、室内末端；31、空调泵；32、集水器；33、分水器；4、室外换热装置；41、地源泵；5、热源塔；51、热源塔泵；52、补充装置；6、定压装置；7、水箱；8、软水装置。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型的实施例提供一种土壤源热泵与热源塔热泵复合式热泵系统，所述复合式热泵系统包括土壤源热泵机组1、热源塔热泵机组2、热源塔5、室外换热装置4和室内末端3，所述土壤源热泵机组1与室外换热装置4之间连接有地源泵41，并构成土壤源循环回路，所述土壤源热泵机组1与室内末端3之间连接有空调泵31，并构成室内末端3循环回路，所述热源塔热泵机组2与热源塔5之间连接有热源塔泵51，并构成热源塔循环回路，所述土壤源循环回路、室内末端3循环回路和热源塔循环回路是三个相互独立的闭式水循环回路。

本实用新型的复合式热泵系统将两个为建筑末端制冷或供暖的不同空调冷热源系统结合为一个系统，即土壤源热泵和热源塔热泵复合式热泵系统。共包含3个循环回路：土壤源循环回路、热源塔循环回路、室内末端3循环回路，是三个相互独立的闭式水循环回路。

如图1所示，本实用新型所述的复合式热泵系统包括以下设备：由第一蒸发器11和第一冷凝器12组成的地热源热泵机组、由第二蒸发器21和第二冷凝器22组成的热源塔热泵机组2、空调泵31、地源泵41、热源塔泵51、室内末端3、室外换热装置4、水箱7、软水装置8和定压装置6，土壤源热泵机组1、空调泵31和室内末端3形成了室内末端3循环回路，土壤源热泵机组1、地源泵41和室外换热装置4形成了土壤源循环回路，热源塔热泵机组2、热源塔泵51和热源塔5形成了热源塔循环回路。

具体的，所述土壤源热泵机组1包括第一蒸发器11和第一冷凝器12；所述空调泵31通过两条相互并联的进水管路分别与所述第一冷凝器12和第一蒸发器11相连，所述第一蒸发器11和第一冷凝器12均通过出水管路与所述室内末端3相连，每条进水管路和出水管路上均设有阀门。此外，所述地源泵41通过两条相互并联的进水管路分别与所述第一冷凝器12和第一蒸发器11相连，所述第一蒸发器11和第一冷凝器12均通过出水管路与所述室外换热装置4相连，每条进水管路和出水管路上均设有阀门。

可选的，所述室外换热装置4为室外埋管换热器。所述室内末端3与空调泵31之间装设有集水器32，所述第一蒸发器11和第一冷凝器12与室内末端3连接的出水管路上装设有分水器33。

进一步的，所述热源塔热泵机组2包括第二蒸发器21和第二冷凝器22；所述热源塔泵51通过两条相互并联的进水管路分别与所述第二冷凝器22和第二蒸发器21相连，所述第二蒸发器21和第二冷凝器22均通过出水管路与所述热源塔5相连，每条进水管路和出水管路上均设有阀门。

如图1所示，本实用新型的所述复合式热泵系统还包括水箱7和软水装置8，所述软水装置8的进水口与给水管道连接，出水口与所述水箱7的进水口连接，所述水箱7分别与每个定压装置6连接，用于供水。此外，在所述第二蒸发器21和第二冷凝器22与热源塔5相连的出水管路上装设有补充装置52。所述室外换热装置4与地源泵41之间、室内末端3与空调泵31之间和热源塔5与热源塔泵51之间均安装有定压装置6。

如图1所示，在本实用新型的具体实施例当中，在空调泵31与第一蒸发器11和第一冷凝器12相连的进水管路、地源泵41与第一蒸发器11和第一冷凝器12相连的进水管路、热源塔泵51与第二蒸发器21和第二冷凝器22相连的进水管路上均设置有主管道阀门A、B、C和D。本实用新型所述的复合式热泵系统主要分两种工作模式，用于冬季供暖和夏季制冷。

冬季供暖时，主管道阀门B、阀门D打开，阀门A、阀门C关闭。土壤源热泵机组1中的第一蒸发器11、室外换热装置4和地源泵41及相应管路组合成一个土壤源循环回路；热源塔热泵机组2中的第二蒸发器21、热源塔5和热源塔泵51及相应管路组合成一个热源塔循环回路。土壤源热泵机组1中的第一冷凝器12、热源塔热泵机组2中的第二冷凝器22、末端侧集水器32、末端侧分水器33、室内末端3和空调泵31及相应管路组合成一个末端循环回路。

地源泵41将室外换热装置4从地能中“取”得热量由水做载体输送到土壤源热泵机组1的第一蒸发器11中，土壤源热泵机组1做功将热量从第一蒸发器11中转移至第一冷凝器12中；热源塔泵51将热源塔5从空气能(空气中低温水蒸气能)“取”得热量由水做载体输送到热源塔热泵机组2的第二蒸发器21中，热源塔热泵机组2做功将热量从第二蒸发器21中转移至第二冷凝器22中，空调泵31驱动水将热量从第一冷凝器12、第二冷凝器22中交换出来，通过末端侧分水器33流经室内末端3和室内冷空气交换达到供暖效果，室内末端3的“冷”通过末端侧集水器32和空调泵31回到土壤源热泵机组1的第一冷凝器12和热源塔热泵机组2的第二冷凝器22。

夏季制冷时，主管道阀门A、阀门C打开，阀门B、阀门D关闭。土壤源热泵机组1中的第一冷凝器12、室外换热装置4和地源泵41及相应管路组合成一个土壤源循环回路；热源塔热泵机组2中的第二冷凝器22、热源塔5和热源塔泵51及相应管路组合成一个热源塔循环回路。土壤源热泵机组1中的第一蒸发器11、热源塔热泵机组2中的第二蒸发器21、末端侧集水器32、末端侧分水器33、室内末端3和空调泵31及相应管路组合成一个末端循环回路。

空调泵31驱动水将冷量从第一蒸发器11中交换出来，通过末端侧分水器33流经室内末端3和室内热空气交换达到制冷效果，室内末端3的“热量”通过末端侧集水器32和空调泵31输送到土壤源热泵机组1的第一蒸发器11和热源塔热泵机组2的第二蒸发器21；土壤源热泵机组1做功将热量从第一蒸发器11中转移至第一冷凝器12中，地源泵41将从土壤源热泵机组1的第一冷凝器12中“取”得热量由水做载体输送到室外换热装置4中，从而将热量扩散到土壤中；热源塔热泵机组2做功将热量从第二蒸发器21中转移至第二冷凝器22中，热源塔泵51将从热源塔热泵机组2的第二冷凝器22中“取”得热量由水做载体输送到热源塔5，从而将热量扩散到空气中。

本复合式热泵系统主要由土壤源热泵机组1通过地源泵41和室外换热装置4将土壤中的能量提取出来，作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季把地能中的热量“取”出来，提高温位后，通过空调泵31输送给室内采暖；夏季反之。当末端空调负荷季节性高峰时期或土壤源热泵系统不能满足建筑末端空调需求时，再开启热源塔热泵系统，主要由热源塔热泵机组2通过热源塔泵51和热源塔5将空气中的能量提取出来，作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季把空气中的热量“取”出来，提高温位后，通过空调泵31输送给室内采暖(夏季反之).以满足室内末端3空调需求。

本复合式热泵系统冬季末端侧出水温度为40℃～50℃，夏季末端侧出水温度为7℃～12℃。热源塔热泵系统作为调峰用时，一般设计为热源塔热泵系统占整个系统的20-40％，土壤源热泵系统占整个系统的60-80％。

当建筑密度较大，没有足够地面地下空间时，充分利用现有场地，最大限度的设计利用土壤源热泵系统，不足之处应用热源塔热泵系统补充。

当建筑冷热负荷严重不平衡，致使室外换热装置4提取或释放的能量不平衡时，应详细计算冷热不平衡的差值，热源塔热泵系统将作为其差值负荷来设计,避免室外换热装置4的冷热堆积。

因此，如果将两者完美的结合，发挥优点、互补缺点，并可以解决：

1)、土壤源热泵系统设计时，往往按最大冷/热负荷设计，而整个空调季节最冷或热的时间相对较短，如将热源塔热泵系统作为空调季节调峰时用，不但可以降低土壤源部分的投资，同时，也可以充分利用土壤源热泵系统，提高系统的运行效率、降低系统的运行费用。

2)、直接减少了室外埋管的数量，尤其是在城区或建筑较密集地区，这为某些开发商充分利用地下空间或提高建筑密度开辟了新的道路。同时解决了因为室外埋管面积不够而放弃了能效较高的土壤源热泵系统为建筑物制冷、供暖。

3)、根据土壤源热泵机组上的显示屏或地下地层温度检测系统观察室外地埋管换热装置的温度变化，当土壤源系统有冷堆积时，冬季可适当延长热源塔热泵的运行时间，夏季可适当延长土壤源热泵系统的运行时间；当土壤源系统有热堆积时，冬季可适当延长土壤源热泵系统的运行时间，夏季可适当延长热源塔热泵的运行时间；合理设计、合理使用可最大限度的降低土壤源(室外地埋管)系统的冷热堆积，充分发挥土壤源热泵系统的节能、高效、环保、可靠特点。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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 (9)

1.一种土壤源热泵与热源塔热泵复合式热泵系统，其特征在于，所述复合式热泵系统包括土壤源热泵机组、热源塔热泵机组、热源塔、室外换热装置和室内末端，所述土壤源热泵机组与室外换热装置之间连接有地源泵，并构成土壤源循环回路，所述土壤源热泵机组与室内末端之间连接有空调泵，并构成室内末端循环回路，所述热源塔热泵机组与热源塔之间连接有热源塔泵，并构成热源塔循环回路，所述土壤源循环回路、室内末端循环回路和热源塔水循环回路是三个相互独立的闭式水循环回路。

2.根据权利要求1所述的复合式热泵系统，其特征在于，所述土壤源热泵机组包括第一蒸发器和第一冷凝器；所述空调泵通过两条相互并联的进水管路分别与所述第一冷凝器和第一蒸发器相连，所述第一蒸发器和第一冷凝器均通过出水管路与所述室内末端相连，每条进水管路和出水管路上均设有阀门。

3.根据权利要求2所述的复合式热泵系统，其特征在于，所述室内末端与空调泵之间装设有集水器，所述第一蒸发器和第一冷凝器与室内末端连接的出水管路上装设有分水器。

4.根据权利要求2所述的复合式热泵系统，其特征在于，所述地源泵通过两条相互并联的进水管路分别与所述第一冷凝器和第一蒸发器相连，所述第一蒸发器和第一冷凝器均通过出水管路与所述室外换热装置相连，每条进水管路和出水管路上均设有阀门。

5.根据权利要求4所述的复合式热泵系统，其特征在于，所述室外换热装置为室外埋管换热器。

6.根据权利要求1所述的复合式热泵系统，其特征在于，所述热源塔热泵机组包括第二蒸发器和第二冷凝器；所述热源塔泵通过两条相互并联的进水管路分别与所述第二冷凝器和第二蒸发器相连，所述第二蒸发器和第二冷凝器均通过出水管路与所述热源塔相连，每条进水管路和出水管路上均设有阀门。

7.根据权利要求6所述的复合式热泵系统，其特征在于，所述第二蒸发器和第二冷凝器与热源塔相连的出水管路上装设有补充装置。

8.根据权利要求1所述的复合式热泵系统，其特征在于，所述室外换热装置与地源泵之间、室内末端与空调泵之间和热源塔与热源塔泵之间均安装有定压装置。

9.根据权利要求8所述的复合式热泵系统，其特征在于，所述复合式热泵系统还包括水箱和软水装置，所述软水装置的进水口与给水管道连接，出水口与所述水箱的进水口连接，所述水箱分别与每个定压装置连接，用于系统补水。

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