CN211177516U - 一种地源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种地源热泵系统。包括第一热泵和第二热泵以及多个地下换热组件；还包括第一集水器、第二集水器、第一分水器和第二分水器，各地下换热组件的换热管的第一端口与第一分水器的输出端连接，各地下换热组件的换热管的第二端口与第一集水器的输入端连接，第二分水器的输出端连接至各负载的进水口，各负载的出水口连接至第二集水器的输入端；在第一集水器的输出端安装有第一循环泵，在第一循环泵的出口连接有并列的两条管路；在第一分水器的输入端连接有并列的两条管路；在第二集水器的输出端连接有第二循环泵，第二循环泵的出口通过管路连接至第一循环泵出口的并列管路上。本实用新型结构设计合理、有效缓解土壤热失衡问题。

Description

一种地源热泵系统

技术领域

本实用新型属于热泵设备技术领域，尤其涉及一种地源热泵系统。

背景技术

地源热泵系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热/空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统等。地源热泵系统在冬季使用大地作为热源，在夏季使用大地作为散热器。地源热泵系统的工作模式为：夏季热泵机组蒸发器吸收空调用户侧的热能经压缩机做功将低品位热能转换为高品位热能并输送至热泵冷凝器，冷凝器放热，通过地埋管将热能传递给地下土壤，如此往复循环达到制冷的目的；冬季热泵机组蒸发器从地下土壤吸收热能，经压缩机做功将低品位热能转换为高品位热能并输送至热泵冷凝器，冷凝器将热能传递给空调用户，如此往复循环达到制热的目的。

现有技术中，地源热泵系统的地下管路部分通常直接埋置在土壤中，通过地下管路与土壤直接换热。在一定时间的运转之后，地下管路附近的土壤将出现热失衡，从目前运行中的问题来看，运行中的土壤热失衡主要可以分为以下几种情况：(1)地埋管换热器数量布置过少，从而引起空调季持久运行特性变差；(2)热泵机组与地埋管换热器组群设置不匹配、地埋管换热器自身结构，造成局部土壤温升过高；(3)运行管理不完善，造成不必要的运行困难，操作人员在部分负荷时间只开启部分热泵机组，但不关闭其余热泵机组的阀门，导致运行中机组的冷却水流量因为分流而过小，从而冷却水温升过高等。

上述热失衡问题最终导致地源热泵系统工作效能变差，因此需要对地源热泵系统的结构进行优化设计，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构设计合理、有效缓解土壤热失衡问题的地源热泵系统。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种地源热泵系统包括第一热泵和第二热泵以及多个埋置在土壤内的地下换热组件；地下换热组件包括封闭的外壳，在外壳内设有U形的换热管，换热管的上端经由外壳的顶壁穿出，在外壳的内腔填充有导热油，在外壳的侧壁上还设有多个辐射管，各辐射管的中部与外壳的侧壁固定连接；还包括第一集水器、第二集水器、第一分水器和第二分水器，各地下换热组件的换热管的第一端口与第一分水器的输出端连接，各地下换热组件的换热管的第二端口与第一集水器的输入端连接，第二分水器的输出端连接至各负载的进水口，各负载的出水口连接至第二集水器的输入端；在第一集水器的输出端安装有第一循环泵，在第一循环泵的出口连接有并列的两条管路，第一热泵、第二热泵两者蒸发器的第一端口均通过管路连接至其中一条管路，第一热泵、第二热泵两者冷凝器的第一端口均通过管路连接至另一条管路；在第二分水器的输入端连接有并列的两条管路，第一热泵、第二热泵两者蒸发器的第二端口均通过管路连接至其中一条管路，第一热泵、第二热泵两者冷凝器的第二端口均通过管路连接至另一条管路；在第二集水器的输出端连接有第二循环泵，第二循环泵的出口通过管路连接至第一循环泵出口的并列管路上。

本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型提供了一种结构设计合理的地源热泵系统，与现有的地源热泵系统相比，本技术方案中通过在地下埋置多个地下换热组件并设置地下换热组件由外壳、换热管、辐射管以及导热油构成，令接入热泵管路系统的换热管的主体部分浸没在导热油中，扩大了导热管与土壤之间的接触换热面积，因此地下换热组件与土壤之间的换热过程更加均匀快速，有效缓解了土壤的热失衡问题，令地源热泵系统长期处于稳定的工况能效中。通过在第一循环泵的出口设置并列的管路、在第二分水器的输入端设置并列的管路，并将第一热泵、第二热泵两者各自蒸发器和冷凝器的端口连接至相应的管路上，实现了一种简约化的双向换热系统设计，通过控制管路内液体的流向，令本地源热泵系统能够工作在夏季和冬季两种工况中，分别对应着制冷和采暖两种需求，状态之间的切换控制十分便捷快速。

优选地：在第一循环泵出口的并列管路上安装有四个电磁阀V1、V2、V3和V4，第一循环泵的出口连接在电磁阀V3和V4之间，第一热泵、第二热泵两者蒸发器的第一端口均连接在电磁阀V1和V4之间，第一热泵、第二热泵两者冷凝器的第一端口均连接在电磁阀V2和V3之间，第二循环泵的出口连接在电磁阀V1和V2之间；在第二分水器输入端的并列管路上安装有四个电磁阀V1’、V2’、V3’和V4’，第一分水器的输入端连接在电磁阀V3’和V4’之间，第二分水器的输入端连接在电磁阀V1’和V2’之间，第一热泵、第二热泵两者蒸发器的第二端口均连接在电磁阀V1’和V4’之间，第一热泵、第二热泵两者冷凝器的第二端口均连接在电磁阀V2’和V3’之间。

优选地：各地下换热组件的第一端口同时连接至第一汇总管路，第一汇总管路连接至第一集水器的其中一个输入端；各地下换热组件的第二端口同时连接至第二汇总管路，第二汇总管路连接至第一分水器的其中一个输出端。

优选地：第一集水器和第二集水器两者的结构相同，均包括集水器壳体，在集水器壳体的侧壁上设有一个输出端和三个输入端；第一分水器和第二分水器两者的结构相同，均包括分水器壳体，在分水器壳体的侧壁上设有一个输入端和三个输出端。

优选地：第一循环泵和第二循环泵两者各具有两个并列的水泵支路，各自形成一用一备。

优选地：所述辐射管为热管，热管的管壳中部位于开设在外壳上的管孔内并密封焊接固定。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中地下换热组件的结构示意图。

图中：1、第一集水器；2、第一循环泵；3、第二热泵；4、第一热泵；5、第一分水器；6、第二分水器；7、第二循环泵；8、第二集水器；9、地下换热组件；9-1、外壳；9-2、换热管；9-3、辐射管；9-4、导热油；10、土壤。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明如下：

请参见图1，本实用新型的地源热泵系统包括第一热泵4和第二热泵3以及多个埋置在土壤10内的地下换热组件9。第一热泵4包括蒸发器和冷凝器，第二热泵3包括蒸发器和冷凝器，地下换热组件9用于与土壤10之间进行换热。

请参见图2，地下换热组件9包括封闭的外壳9-1，在外壳9-1内设有U形的换热管9-2，换热管9-2的上端经由外壳9-1的顶壁穿出，在外壳9-1的内腔填充有导热油9-4，在外壳9-1的侧壁上还设有多个辐射管9-3，各辐射管9-3的中部与外壳9-1的侧壁固定连接。导热油9-4作为热传递介质，换热管9-2的主体部分浸没在导热油9-4内进行换热，导热油9-4通过外壳9-1的壳体与土壤10换热，辐射管9-3用于提升导热油9-4与土壤10之间的换热效率。

本实施例中，辐射管9-3选取为热管，热管的管壳中部位于开设在外壳9-1上的管孔内并密封焊接固定，热管的内端浸没在导热油9-4内，外端埋置在土壤10内。辐射管9-3也就是热管在外壳9-1上设置多个，每个热管的中心线均沿着外壳9-1的径向方向延伸。

还包括第一集水器1、第二集水器8、第一分水器5和第二分水器6，其中第一集水器1用于收集汇流各地下换热组件9排出的水并将这些水送至第一热泵4和第二热泵3、第二集水器8用于收集汇流系统负载(主要为空调设施)排出的水并将这些水送至第一热泵4和第二热泵3，第一分水器5用于将由第一热泵4和第二热泵3送出的水分配给各地下换热组件9，第二分水器6用于将由第一热泵4和第二热泵3送出的水分配给系统负载(主要为空调设施)。

本实施例中，第一集水器1和第二集水器8两者的结构相同，均包括集水器壳体，在集水器壳体的侧壁上设有一个输出端和三个输入端；第一分水器5和第二分水器6两者的结构相同，均包括分水器壳体，在分水器壳体的侧壁上设有一个输入端和三个输出端。

各地下换热组件9的换热管9-2的第一端口与第一分水器5的输出端连接，各地下换热组件9的换热管9-2的第二端口与第一集水器1的输入端连接。第二分水器6的输出端连接至各负载的进水口，各负载的出水口连接至第二集水器8的输入端。由第一分水器5的输出端分配出来的水经地下换热组件9的各换热管9-2的第一端口输入，经地下换热组件9的各换热管9-2的第二端口输出的水进入第一集水器1收集。由第二分水器6的输出端分配出来的水进入系统负载(主要为空调设施)的进水口，系统负载(主要为空调设施)的出水口(也就是回水口)进入第二集水器8收集。

本实施例中，各地下换热组件9的第一端口同时连接至第一汇总管路，第一汇总管路连接至第一集水器1的其中一个输入端；各地下换热组件9的第二端口同时连接至第二汇总管路，第二汇总管路连接至第一分水器5的其中一个输出端。也就是说，第一集水器1的三个输入端只应用了一个，其它未应用的输入端采用密封塞封堵，第一分水器5的三个输出端只应用了一个，其它未应用的输出端采用密封塞封堵。

在第一集水器1的输出端安装有第一循环泵2，在第一循环泵2的出口连接有并列的两条管路，第一热泵4、第二热泵3两者蒸发器的第一端口均通过管路连接至其中一条管路，第一热泵4、第二热泵3两者冷凝器的第一端口均通过管路连接至另一条管路。如图中所示，第一循环泵2的出口连接的两条并列管路是指在第一循环泵2的出口处成“口”字形的两个管路。

在第一分水器5的输入端连接有并列的两条管路，第一热泵4、第二热泵3两者冷凝器的第二端口均通过管路连接至其中一条管路，第一热泵4、第二热泵3两者蒸发器的第二端口均通过管路连接至另一条管路。如图中所示，第一分水器5的输入端连接的两条并列管路是指在第一分水器5的输入端成“口”字形的两个管路。

在第二集水器8的输出端连接有第二循环泵7，第二循环泵7的出口通过管路连接至第一循环泵1出口的并列管路上，也就是第一循环泵2的出口处成“口”字形的两个管路上。

本实施例中，第一循环泵1和第二循环泵7两者各具有两个并列的水泵支路，各自形成一用一备，当其中一个运行时另一个备用，当其中一个发生故障时被隔离，另一备用水泵支路投入运转，提升系统运转的连续性。

在第一循环泵1出口的并列管路上(也就是口字型管路上)安装有四个电磁阀V1、V2、V3和V4，如图中所示，电磁阀V1、V2、V3和V4逆时针排布。第一循环泵1的出口连接在电磁阀V3和V4之间，第一热泵4、第二热泵3两者蒸发器的第一端口均连接在电磁阀V1和V4之间，第一热泵4、第二热泵3两者冷凝器的第一端口均连接在电磁阀V2和V3之间，第二循环泵7的出口连接在电磁阀V1和V2之间。

在第二分水器输入端的并列管路上(也就是口字型管路上)安装有四个电磁阀V1’、V2’、V3’和V4’，如图中所示，电磁阀V1’、V2’、V3’和V4’逆时针排布。第一分水器5的输入端连接在电磁阀V3’和V4’之间，第二分水器6的输入端连接在电磁阀V1’和V2’之间，第一热泵4、第二热泵3两者蒸发器的第二端口均连接在电磁阀V1’和V4’之间，第一热泵4、第二热泵3两者冷凝器的第二端口均连接在电磁阀V2’和V3’之间。

上述电磁阀用于实现管路的通断控制，相应地实现本地源热泵系统在夏季和冬季两种模式之间进行转换，其中电磁阀V1与V1’联动控制，电磁阀V2与V2’联动控制，电磁阀V3与V3’联动控制，电磁阀V4与V4’联动控制。在夏季，电磁阀V1与V1’开启，电磁阀V2与V2’关闭，电磁阀V3与V3’开启，电磁阀V4与V4’关闭；在冬季，电磁阀V1与V1’关闭，电磁阀V2与V2’开启，电磁阀V3与V3’关闭，电磁阀V4与V4’开启。

工作过程：

在夏季，电磁阀V1与V1’开启，电磁阀V2与V2’关闭，电磁阀V3与V3’开启，电磁阀V4与V4’关闭；各空调负载设施的相对高温水经第二集水器8汇集后，在第二循环泵7的作用下进入第一热泵4和第二热泵3两者的蒸发器，换热(失去热能)后形成相对低温水，进入第二分水器6，再分配给各空调负载设施，空调设施输出冷风，如此形成了负载内的水循环；

同时，第一热泵4和第二热泵3两者的冷凝器将上述热能输送给地源管路，管路内的相对低温水在冷凝器处吸收热能形成相对高温水，这些相对高温水进入第一分水器5，再分配给各地下换热组件9，水中的热能散失到土壤10内形成相对低温水，之后由各地下换热组件9流出后进入第一集水器1，在第一循环泵1的作用下再次进入第一热泵4和第二热泵3两者的冷凝器，如此形成了地源管路内的水循环；

此模式下，空调负载内的热能向土壤10内流失。

在冬季，电磁阀V1与V1’关闭，电磁阀V2与V2’开启，电磁阀V3与V3’关闭，电磁阀V4与V4’开启；各空调负载设施的相对低温水经第二集水器8汇集后，在第二循环泵7的作用下进入第一热泵4和第二热泵3两者的冷凝器，换热(吸收热能)后形成相对高温水，进入第二分水器6，再分配给各空调负载设施，空调设施输出热风，如此形成了负载内的水循环；

同时，地源管路中的热能经第一热泵4和第二热泵3两者的蒸发器输送给上述负载管路，地源管路内的相对高温水在蒸发器处流失热能形成相对低温水，这些相对低温水进入第一分水器5，再分配给各地下换热组件9，水吸收了土壤10内的热能形成相对高温水，之后由各地下换热组件9流出后进入第一集水器1，在第一循环泵1的作用下再次进入第一热泵4和第二热泵3两者的蒸发器，如此形成了地源管路内的水循环；

此模式下，空调负载获得土壤10内的热能。

Claims (6)

1.一种地源热泵系统，其特征是：包括第一热泵(4)和第二热泵(3)以及多个埋置在土壤(10)内的地下换热组件(9)；地下换热组件(9)包括封闭的外壳(9-1)，在外壳(9-1)内设有U形的换热管(9-2)，换热管(9-2)的上端经由外壳(9-1)的顶壁穿出，在外壳(9-1)的内腔填充有导热油(9-4)，在外壳(9-1)的侧壁上还设有多个辐射管(9-3)，各辐射管(9-3)的中部与外壳(9-1)的侧壁固定连接；

还包括第一集水器(1)、第二集水器(8)、第一分水器(5)和第二分水器(6)，各地下换热组件(9)的换热管(9-2)的第一端口与第一分水器(5)的输出端连接，各地下换热组件(9)的换热管(9-2)的第二端口与第一集水器(1)的输入端连接，第二分水器(6)的输出端连接至各负载的进水口，各负载的出水口连接至第二集水器(8)的输入端；在第一集水器(1)的输出端安装有第一循环泵(2)，在第一循环泵(2)的出口连接有并列的两条管路，第一热泵(4)、第二热泵(3)两者蒸发器的第一端口均通过管路连接至其中一条管路，第一热泵(4)、第二热泵(3)两者冷凝器的第一端口均通过管路连接至另一条管路；在第一分水器(5)的输入端连接有并列的两条管路，第一热泵(4)、第二热泵(3)两者蒸发器的第二端口均通过管路连接至其中一条管路，第一热泵(4)、第二热泵(3)两者冷凝器的第二端口均通过管路连接至另一条管路；在第二集水器(8)的输出端连接有第二循环泵(7)，第二循环泵(7)的出口通过管路连接至第一循环泵(2)出口的并列管路上。

2.如权利要求1所述的地源热泵系统，其特征是：在第一循环泵(2)出口的并列管路上安装有四个电磁阀V1、V2、V3和V4，第一循环泵(2)的出口连接在电磁阀V3和V4之间，第一热泵(4)、第二热泵(3)两者蒸发器的第一端口均连接在电磁阀V1和V4之间，第一热泵(4)、第二热泵(3)两者冷凝器的第一端口均连接在电磁阀V2和V3之间，第二循环泵(7)的出口连接在电磁阀V1和V2之间；在第二分水器(6)输入端的并列管路上安装有四个电磁阀V1’、V2’、V3’和V4’，第一分水器(5)的输入端连接在电磁阀V3’和V4’之间，第二分水器(6)的输入端连接在电磁阀V1’和V2’之间，第一热泵(4)、第二热泵(3)两者蒸发器的第二端口均连接在电磁阀V1’和V4’之间，第一热泵(4)、第二热泵(3)两者冷凝器的第二端口均连接在电磁阀V2’和V3’之间。

3.如权利要求2所述的地源热泵系统，其特征是：各地下换热组件(9)的第一端口同时连接至第一汇总管路，第一汇总管路连接至第一集水器(1)的其中一个输入端；各地下换热组件(9)的第二端口同时连接至第二汇总管路，第二汇总管路连接至第一分水器(5)的其中一个输出端。

4.如权利要求3所述的地源热泵系统，其特征是：第一集水器(1)和第二集水器(8)两者的结构相同，均包括集水器壳体，在集水器壳体的侧壁上设有一个输出端和三个输入端；第一分水器(5)和第二分水器(6)两者的结构相同，均包括分水器壳体，在分水器壳体的侧壁上设有一个输入端和三个输出端。

5.如权利要求4所述的地源热泵系统，其特征是：第一循环泵(2)和第二循环泵(7)两者各具有两个并列的水泵支路，各自形成一用一备。

6.如权利要求5所述的地源热泵系统，其特征是：所述辐射管(9-3)为热管，热管的管壳中部位于开设在外壳(9-1)上的管孔内并密封焊接固定。

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