CN212511934U - 一种适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统，包括取水井、回水井和热泵机组，取水井和回水井之间通过输水管道串接有热泵机组，所述水泵系统还包括主控单元、流量计和水泵调节单元，其中，所述水泵调节单元设置在取水井内且所述水泵调节单元、流量计和热泵机组通过输水管道串联连接，所述水泵调节单元、流量计和热泵机组均与主控单元电连接，具有灵活调节的有益效果。

Description

一种适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统

技术领域

本实用新型属于地下水源热泵技术，具体涉及一种适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统。

背景技术

地下水源热泵机组自20世纪广泛应用于国内空调工程领域以来，由于其特殊性已成为华北和中原地区空调系统的主要形式。地下水源热泵系统的热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。经过换热的地下水可以排入地表水系统，但是对于较大的应用项目通常要求通过回水井把地下水回灌到原来的地下水层。由于地下水温常年基本恒定，夏季比室外空气温度低，冬季比室外温度高，且具有较大的热容量，因此地下水热泵系统的效率比空气源热泵高，COP一般在4-6，并且不存在结霜等问题。最近几年地下水源热泵系统在我国得到了迅速发展。

但是由于需要抽取深层地下水，地下水源热泵存在潜水泵高耗能的问题。潜水泵高耗能主要是由于当系统正常运行时潜水泵除了克服系统的局部和沿程阻力还要承担潜水泵位置到地面这段水的重力高差。由于这段水的重力差的存在导致潜水泵一直是处于高耗能运行状态，导致地下水源热泵机组的能耗较高。目前国内外学者对地下水源热泵节能的方法主要是通过井数调节和变频泵调节，但是目前这两种方法的调节范围均有限。井数调节时要求要有多口取水井，并且调节范围小；而水泵变频调节虽然一定程度上可以降低功率，但变频调节是连续调节，有时取水量较多时变频调节范围达不到，流量调节的范围比较窄，节能效果有限。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统。

本实用新型的技术方案如下：

一种适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统，包括取水井、回水井和热泵机组，取水井和回水井之间通过输水管道串接有热泵机组，所述取水井的数量至少一为个，所述回水井的数量至少为一个,所述系统还包括水泵节能机构，所述水泵节能机构包括主控单元、流量计和水泵调节单元，其中，所述水泵调节单元为双速泵或双扬程潜水泵且所述水泵调节单元设置在取水井内，所述水泵调节单元、流量计和热泵机组通过输水管道串联连接，所述水泵调节单元、流量计和热泵机组均与主控单元电连接；所述水泵调节单元与热泵机组之间设置除沙机构，所述除沙机构包括除沙主路和除沙旁路，所述除沙主路与除沙旁路并联连接，所述除沙旁路包括旁路支管和设置在旁路支管上的旁路阀门，所述除沙主路上设置有除沙设备，所述除沙设备上设置有除沙输入口和除沙输出口，所述除沙输入口上设置有除沙入口阀门，所述除沙输出口上设置有除沙出口阀门。

所述除沙设备为旋流除砂器，所述双扬程潜水泵为两个不同扬程的潜水泵并联连接。

所述流量计包括第一流量计和第二流量计，所述第一流量计串联设置在水泵调节单元和除沙机构之间，所述第二流量计串联设置在热泵机组与回水井的井口之间。

所述取水井井口处的输水管道上串接有取水开关电磁阀，所述取水开关电磁阀与第一流量计之间串联设置有流量计开关电磁阀，所述流量计开关电磁阀与取水开关电磁阀之间的输水管道上旁接有取水排污泄水机构，所述取水排污泄水机构包括取水排污管和取水排污电磁阀，所述取水排污电磁阀设置在取水排污管上，所述取水排污电磁阀、取水开关电磁阀和流量计开关电磁阀均与主控单元电连接。

所述回水井的井口处的输水管道上串接有回水开关电磁阀，所述回水开关电磁阀与第二流量计之间的输水管道上旁接有回水排污泄水机构，所述回水排污泄水机构包括回水排污管和设置在回水排污管上的回水排污电磁阀，所述回水排污电磁阀、回水开关电磁阀均与主控单元电连接。

所述取水井的井口处设置有取水转换阀门组，所述取水开关电磁阀、流量计开关电磁阀和取水排污电磁阀均与取水转换阀门组通过输水管道连接。

所述回水井的井口处设置有回水转换阀门组，所述第二流量计、回水开关电磁阀和回水排污电磁阀均与回水转换阀门组通过输水管道连接。

所述热泵机组包括热泵机组输水入口端和热泵机组输水出口端，所述热泵机组输水入口端设置有进水电磁阀，所述热泵机组输水出口端设置有出水电磁阀，所述出水电磁阀和进水电磁阀均与主控单元电连接。

所述输水管道的位置最高点设置有自动排气阀，所述水泵系统还包括声光报警器，所述声光报警器与主控单元电连接，所述主控单元为单片机、PLC、工控机或PC机中的任意一种。

本实用新型公开了一种适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统，在取水井和回水井之间设置水泵调节单元，在系统运行初期，水泵调节单元高速运行或高扬程运行，当系统流量满足系统要求且处于稳定状态时，水泵调节单元切换为低速运行或低扬程运行，最终流量稳定后开启热泵机组，进行换热工作，本实用新型采用的双泵调节单元可以是双速泵也可以是并联的双扬程潜水泵，双速泵或并联的双扬程潜水泵与变频泵调节相比可以断点调节，断点调节的调节幅度大，适用性强，而且在系统中增加有除沙机构，减少了系统内水流的阻力，进间接起到节约能源的作用，此外本实用新型中还将水泵调节单元与多井调节相结合，具有灵活调节的有益效果。

附图说明

图1是适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统结构示意图。

图2是调节单元和多井配合调节的水泵系统结构示意图。

图3是调节单元的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施，而不是全部的实施，基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做、出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至2所示，一种适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统，包括取水井2、回水井6和热泵机组5，取水井2和回水井6之间通过输水管道3串接有热泵机组5，所述水泵系统还包括主控单元、流量计和水泵调节单元1，其中，所述水泵调节单元1设置在取水井2内且所述水泵调节单元1、流量计和热泵机组5通过输水管道3串联连接，所述水泵调节单元1、流量计和热泵机组5均与主控单元电连接。

所述主控单元为单片机、PLC、工控机或PC机中的任意一种，所述主控单元优选为单片机进行控制，所述单片机型号优选为STM32。

如图3所示，所述水泵调节单元1为双速泵30或双扬程潜水泵31，所述双扬程潜水泵31为两个不同扬程的潜水泵并联连接。

所述流量计包括第一流量计4和第二流量计22，所述第一流量计4串联设置在水泵调节单元1和热泵机组5之间，所述第二流量计22串联设置在热泵机组5与回水井6的井口之间。所述第一流量计4和第二流量计22为电磁流量计，所述电磁流量计为带有RS485通讯的电磁流量计， RS484通讯可实现将水流量实时传输给主控单元，达到流量采集的目的。

所述取水井2井口处的输水管道3上串接有取水开关电磁阀7，所述取水开关电磁阀7与第一流量计4之间串联设置有流量计开关电磁阀11，所述流量计开关电磁阀11与取水开关电磁阀7之间的输水管道3上旁接有取水排污泄水机构10，所述取水排污泄水机构10包括取水排污管9和取水排污电磁阀8，所述取水排污电磁阀8设置在取水排污管9上，所述取水排污电磁阀8、取水开关电磁阀7和流量计开关电磁阀11均与主控单元电连接。

所述回水井6的井口处的输水管道3上串接有回水开关电磁阀23，所述回水开关电磁阀23与第二流量计22之间的输水管道3上旁接有回水排污泄水机构26，所述回水排污泄水机构26包括回水排污管25和设置在回水排污管25上的回水排污电磁阀24，所述回水排污电磁阀24、回水开关电磁阀23均与主控单元电连接。

所述系统开始运行前可以开启取水排污泄水机构10和回水排污泄水机构26，以将输水管道3中存在的残余水量从取水排污管9和回水排污管25中排出，减少输水管道3内的残余水量，为所述系统的正常运行较少管道内的阻力，而且，所述取水排污泄水机构10和回水排污泄水结构26也可以在系统停止运行后开启，以将输水管道3内的水排出，可防止冬季输水管道3内的水将管道冻裂，减少了管道维修的次数。

如图2所示，所述取水井2的数量至少一为个，所述回水井6的数量至少为一个，所述取水井2的井口处设置有取水转换阀门组27，所述取水开关电磁阀7、流量计开关电磁阀11和取水排污电磁阀8均与取水转换阀门组27通过输水管道3连接。所述转换阀门组27为四通阀，在系统运行时，所述取水转换阀门组27可将多个取水井2中的水流通过输水管道3输入至热泵机组5中，在系统停运时，所述取水转换阀门组27可将输水管道3内的残余水量通过取水排污泄水机构10排出。

所述回水井6的井口处设置有回水转换阀门组28，所述第二流量计22、回水开关电磁阀23和回水排污电磁阀24均与回水转换阀门组28通过输水管道3连接，所述回水转换阀门组28为四通阀，在系统运行时，所述回水转换阀门组28可将热泵机组5中输出的水流输送到多个回水井6中，在系统停运时，所述回水转换阀门组28可将输水管道3内的残余水量通过回水排污泄水机构26排出。

所述热泵机组5包括热泵机组输水入口端和热泵机组输水出口端，所述热泵机组输水入口端设置有进水电磁阀20，所述热泵机组输水出口端设置有出水电磁阀21，所述出水电磁阀21和进水电磁阀20均与主控单元电连接。

所述热泵机组输水入口端的输水管道3上串联设置有除沙机构13，所述除沙机构13包括除沙主路17和除沙旁路29，所述除沙主路17与除沙旁路29并联连接，所述除沙旁路29包括旁路支管19和设置在旁路支管19上的旁路阀门18，所述除沙主路17上设置有除沙设备15，所述除沙设备15上设置有除沙输入口和除沙输出口，所述除沙输入口上设置有除沙入口阀门14，所述除沙输出口上设置有除沙出口阀门16，所述除沙设备15为旋流除砂器。

所述输水管道3的位置最高点设置有自动排气阀12，所述自动排气阀12是用来排气的装置，以释放输水管道3中产生的气穴的阀门，自动排气阀12去除管道内的气体，避免管道的水流带气运行。

所述双速泵系统还包括声光报警器，所述声光报警器与主控单元电连接。

所述系统中的取水开关电磁阀7、取水排污电磁阀8、流量计开关电磁阀11、进水电磁阀20、出水电磁阀21、回水开关电磁阀23、回水排污电磁阀24均与主控单元连接，主控单元优选为单片机，单片机本身具有丰富的输出接口，所述输出接口可以输出高电平或低电平信号，人工可选择高电平或低电平信号来触发所述系统中各个电磁的打开或闭合，这对本领域技术人员来说属于现有技术。电磁阀是用电磁控制的工业设备，可用来控制流体的自动化元件，电磁阀是利用电磁原理来实现阀门的打开或关闭的，在电磁阀通电时，电磁阀内的电磁线圈产生电磁力把阀芯从阀座上提起，阀门打开，断电时，电磁力消失，阀芯复位阀门关闭。所述主控单元机可以通过输出端口向电磁阀发送高电平或低电平信号实现电磁阀的打开或关闭。

所述系统的具体工作过程如下：

所述系统未开始运行时，由于系统中各个电磁阀均未通电，所以系统中的所有电磁阀均处于关闭状态，在系统开始运行前，通过烧写器将系统中预设流量值Q写入主控单元的存储器中，然后，主控单元同时将取水排污电磁阀8和回水排污电磁阀24打开进行排水，主控单元定时一分钟或两分钟后，将取水排污电磁阀8和回水排污电磁阀24同时关闭，所述主控单元的定时是通过单片机内的定时器来实现的。

排污泄水完成后，人工手动打开除沙入口阀门14、除沙出口阀门16、关闭旁路阀门18，除沙机构17中的阀门均为人工控制，当需要更换除沙设备15时，可人工将旁路阀门18打开，同时将除沙入口阀门14和除沙出口阀门16关闭，使得水流能从除沙旁路19流出，保证所述系统的正常工作，而后，控制单元将取水开关电磁阀7、流量计开关电磁阀11、进水电磁阀20、出水电磁阀21和回水开关电磁阀23打开。

若水泵调节单元1为双速泵30时，则主控单元控制双速泵高速运行，双速泵将取水井中的水通过输水管道3经第一流量计4、除沙主路17、热泵机组5和第二流量计22回流至回水井6中，主控单元采集第一流量计4或第二流量计22的流量值，并与预设流量值Ｑ进行比较，当第一流量计４或第二流量计22的流量值持续超过Q时，控制单元控制双速泵低速运转，同时主控单元继续采集第一流量计4或第二流量计22的流量值，若第一流量计4或第二流量计22的流量值仍持续超过预设流量值Q时，则主控单元打开热泵机组5，热泵机组进行热交换工作，在热泵机组5工作过程中，若第一流量计4或第二流量计22的流量值低于预设流量值Q，则主控单元关闭热泵机组5并发出高电平信号驱动声光报警器进行报警。

若水泵调节单元1为双扬程潜水泵31时，所述双扬程潜水泵31包括高扬程潜水泵和低扬程潜水泵，高扬程潜水泵和低扬程潜水泵为在额定工作时间内将水流泵送到额定高度的装置。主控单元在控制双扬程潜水泵31工作前，可将预设流量值和高扬程潜水泵的额定工作时间存储在主控单元中。

然后，主控单元控制高扬程潜水泵泵水，高扬程潜水泵将取水井中的水通过输水管道3经第一流量计4、除沙主路17、热泵机组5和第二流量计21回流至回水井6中，主控单元采集第一流量计4或第二流量计22的流量值并对高扬程潜水泵运行时间计时，在额定工作时间内未达到预设流量Q表明高扬程潜水泵有故障，则系统停止工作，并驱动报警装置进行报警。

在额定工作时间内，高扬程潜水泵泵水流量超过预设流量值Ｑ时，主控单元打开低扬程潜水泵运转，高扬程潜水泵运行到额定工作时间后，主控单元关闭高扬程潜水泵，同时主控单元继续采集第一流量计4或第二流量计22的流量值，若第一流量计4或第二流量计22的流量值仍持续超过预设流量值Q时，则主控单元打开热泵机组5，热泵机组进行热交换工作，在热泵机组5工作过程中，若第一流量计4或第二流量计22的流量值低于预设流量值Q，则主控单元关闭热泵机组5并发出高电平信号驱动声光报警器进行报警。

由百度百科可知

（https://baike.baidu.com/item/%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA）单片机中含有运算器，运算器中含有算术逻辑单元、累加器和寄存器，算术逻辑单元把累加器和寄存器中的两个数据进行加、减、与、或、比较大小等操作，并将最后结果存入累加器中。

所述主控单元为单片机，上述过程中主控单元采集第一流量计4和第二流量计22中的流量值经过单片机中的算术逻辑单元与预设流量Q运算后，会输出高电平或低电平，人工可设置为高电平，这样通过单片机上的输出端口可控制双速泵进行高速到低速的切换或者高扬程泵到低扬程泵的切换、以及驱动热泵机组5和报警装置的工作，这样的技术手段对本领域技术人员来说为现有的技术手段。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统，包括取水井（2）、回水井（6）和热泵机组（5），取水井（2）和回水井（6）之间通过输水管道（3）串接有热泵机组（5），其特征在于：所述取水井（2）的数量至少一为个，所述回水井（6）的数量至少为一个,所述系统还包括水泵节能机构，所述水泵节能机构包括主控单元、流量计和水泵调节单元（1），其中，所述水泵调节单元（1）为双速泵（30）或双扬程潜水泵（31）且所述水泵调节单元（1）设置在取水井（2）内，所述水泵调节单元（1）、流量计和热泵机组（5）通过输水管道（3）串联连接，所述水泵调节单元（1）、流量计和热泵机组（5）均与主控单元电连接；所述水泵调节单元（1）与热泵机组（5）之间设置除沙机构（13），所述除沙机构（13）包括除沙主路（17）和除沙旁路（29），所述除沙主路（17）与除沙旁路（29）并联连接，所述除沙旁路（29）包括旁路支管（19）和设置在旁路支管（19）上的旁路阀门（18），所述除沙主路（17）上设置有除沙设备（15），所述除沙设备（15）上设置有除沙输入口和除沙输出口，所述除沙输入口上设置有除沙入口阀门（14），所述除沙输出口上设置有除沙出口阀门（16）。

2.根据权利要求1所述的适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统，其特征在于：所述除沙设备（15）为旋流除砂器，所述双扬程潜水泵（31）为两个不同扬程的潜水泵并联连接。

3.根据权利要求1所述的适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统，其特征在于：所述流量计包括第一流量计（4）和第二流量计（22），所述第一流量计（4）串联设置在水泵调节单元（1）和除沙机构（13）之间，所述第二流量计（22）串联设置在热泵机组（5）与回水井（6）的井口之间。

4.根据权利要求3所述的适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统，其特征在于：所述取水井（2）井口处的输水管道（3）上串接有取水开关电磁阀（7），所述取水开关电磁阀（7）与第一流量计（4）之间串联设置有流量计开关电磁阀（11），所述流量计开关电磁阀（11）与取水开关电磁阀（7）之间的输水管道（3）上旁接有取水排污泄水机构（10），所述取水排污泄水机构（10）包括取水排污管（9）和取水排污电磁阀（8），所述取水排污电磁阀（8）设置在取水排污管（9）上，所述取水排污电磁阀（8）、取水开关电磁阀（7）和流量计开关电磁阀（11）均与主控单元电连接。

5.根据权利要求3所述的适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统，其特征在于：所述回水井（6）的井口处的输水管道（3）上串接有回水开关电磁阀（23），所述回水开关电磁阀（23）与第二流量计（22）之间的输水管道（3）上旁接有回水排污泄水机构（26），所述回水排污泄水机构（26）包括回水排污管（25）和设置在回水排污管（25）上的回水排污电磁阀（24），所述回水排污电磁阀（24）、回水开关电磁阀（23）均与主控单元电连接。

6.根据权利要求4所述的适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统，其特征在于：所述取水井（2）的井口处设置有取水转换阀门组（27），所述取水开关电磁阀（7）、流量计开关电磁阀（11）和取水排污电磁阀（8）均与取水转换阀门组（27）通过输水管道（3）连接。

7.根据权利要求5所述的适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统，其特征在于：所述回水井（6）的井口处设置有回水转换阀门组（28），所述第二流量计（22）、回水开关电磁阀（23）和回水排污电磁阀（24）均与回水转换阀门组（28）通过输水管道（3）连接。

8.根据权利要求1所述的适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统，其特征在于：所述热泵机组（5）包括热泵机组输水入口端和热泵机组输水出口端，所述热泵机组输水入口端设置有进水电磁阀（20），所述热泵机组输水出口端设置有出水电磁阀（21），所述出水电磁阀（21）和进水电磁阀（20）均与主控单元电连接。

9.根据权利要求1所述的适用于地下水源热泵水源侧节能运行的水泵系统，其特征在于：所述输水管道（3）的位置最高点设置有自动排气阀（12），所述水泵系统还包括声光报警器，所述声光报警器与主控单元电连接，所述主控单元为单片机、PLC、工控机或PC机中的任意一种。

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