CN217357632U - 一种多水源互补联动的地源热泵系统 - Google Patents

Abstract

一种多水源互补联动的地源热泵系统，包括地热水循环及热交换循环，地热水循环及热交换循环在热泵机组内隔离换热，地热水循环包括由地热循环管路依次连通的除沙罐，板式换热罐，尾水混水装置及热泵机组；热交换循环包括由热交换循环管路依次连通的热水循环泵，空调系统分、集水器，热泵机组及板式换热罐；热交换循环管路还连接有人工湖取水管路以及市政中水管路；的地源热泵系统由PLC控制器控制人工湖取水管路、市政中水管路、热交换循环管路及地热水循环管路管路上的电磁阀通断。该地源热泵系统可利用多种水源对换热循环内水进行换热，并实现PLC控制器控制各管路通断，用以控制地源热泵系统根据不同季节采暖、制冷需求调峰使用。

Description

一种多水源互补联动的地源热泵系统

技术领域

本实用新型属于机械装置领域，涉及一种地源热泵系统，尤其是一种多水源互补联动的地源热泵系统。

背景技术

城市供暖与制冷一直是备受人们关注的问题。长期以来，供暖与制冷既消耗了大量煤炭、石油、电力等能源，又造成了严重的环境污染。冬季，我国北方城市大多使用燃煤、燃油锅炉进行供暖，大量的二氧化碳、二氧化硫、煤尘等污染物排放到大气中，造成了雾霾严重和大气严重污染。夏季，使用空调制冷，必然加剧环境温度的上升，造成热的恶性循环。

而地热是一种在合理利用条件下可再生的清洁能源。地热资源广泛用于城市居民采暖、生活热水等领域。为了充分利用资源，创造更多的价值，对地热资源的开发应做到一水多用、综合利用。现已开发的地热井，尾水排放温度多在40℃以上，仍含有大量的热能，如果能有效的加以利用，就会带来巨大的经济效益和社会效益。应用水源热泵能有效地回收利用这部分能源——即40℃左右的尾水，可以制取最高可达75℃的热水进行梯次利用，降低了回灌水温度，既符合环保要求，有节约利用了有限的不可再生的能源，是环保型城市替代传统供暖方式的最佳选择。

通过公开专利检索，发现涉及地源热泵系统的专利文献较多，下面给出与本申请相关的两篇公开专利文献，通过结构的比对可以充分体现本实用新型申请的创造性：

地源热泵系统(CN201120136605.5)公开了一种地源热泵系统，包括土壤换热装置和补热装置，所述土壤换热装置具有热介质入口和冷介质出口，补热装置包括冷凝器、蒸发器、压缩机和第一阀，冷凝器、蒸发器和压缩机通过管路顺次连通形成闭合回路，第一阀与压缩机并联，冷凝器具有热介质出口和冷介质入口，热介质出口与热介质入口连通，冷介质出口与所述冷介质入口连通。由于热泵系统结构简单，且补热装置中的各部件均为空调系统中常用的部件，价格相对较低，因此能够降低地源热泵系统的成本。同时，由于补热装置的控制相对简单，不需要专门的自动化控制设备，因此，与现有的地源热泵系统相比，本实用新型的地源热泵系统具有较高的运行可靠性。

一种太阳能光热与地源热泵结合系统(CN201120402886.4)公开了一种太阳能光热与地源热泵结合系统，其用于对室内采暖和向地下补充热量，其包括地源热泵主系统、太阳能光热辅助系统、室内采暖系统以及控制装置，太阳能光热辅助系统采用并联或串联的方式与所述地源热泵主系统连接，控制装置包括若干阀门以及用于自动控制所述若干阀门的控制单元，所述若干阀门设置在所述地源热泵主系统与所述太阳能光热辅助系统中。太阳能光热与地源热泵结合系统，将太阳能与地源热泵结合在一起能够“取长补短，合理补给”，保障地下温度场的热平衡，从而保障地源热泵系统能够持续高效运行。

综上，上述对比文献与本实用新型申请在地源热泵系统连接方式、该系统内连接设备结构及地源热泵之间梯次连接换热方式均不相同。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多水源互补联动的地源热泵系统，该地源热泵系统可利用多种水源对换热循环内水进行换热，并实现PLC控制器控制各管路通断，用以控制地源热泵系统根据不同季节采暖、制冷需求调峰使用，可对地热尾水进行多级换热，且将多级换热后不同温度的地热尾水用于采暖、生活用水等诸多方面。

一种多水源互补联动的地源热泵系统，包括地热水循环及热交换循环，所述地热水循环及热交换循环在热泵机组内隔离换热，所述地热水循环包括由地热循环管路依次连通的除沙罐，板式换热罐，尾水混水装置及热泵机组；所述热交换循环包括由热交换循环管路依次连通的热水循环泵，空调系统分、集水器，热泵机组及板式换热罐；所述地热水循环及热交换循环还在板式换热罐内隔离换热，其中热交换循环管路还连接有人工湖取水管路以及市政中水管路；所述的地源热泵系统由PLC控制器控制人工湖取水管路、市政中水管路、热交换循环管路及地热水循环管路上的电磁阀通断。

而且，所述热泵机组为多级热泵机组，其中多级热泵机组的多个第一进液口均与地热水循环的进水管连通，多级热泵机组的多个第一出液口均与地热水循环的出水管连通，且上级热泵机组的出液口通过连接管连通相邻的下级热泵机组的进液口，实现多级热泵机组之间依次连通；所述多级热泵机组的多个第二进液口均与热交换循环的进水管连通，多级热泵机组的多个第二出液口均与地热水循环的出水管连通。

而且，所述对应多级热泵机组第一进液口位置的地热水循环进水管上均设置有第一进液阀；所述对应多级热泵机组第一出液口位置的地热水循环出水管上均设置有第一出液阀；所述多个连接管上均设置有连接阀。

而且，所述尾水混水装置包括混水泵、混水阀门及电动调节阀，其中混水阀门两端连通地热水循环的进水管及出水管，混水泵设置在地热水循环出水管上，且混水泵为混水阀门混水提供动力；所述电动调节阀设置在混水阀门与地热水循环出水管连接处的下游位置。

而且，所述地热水循环管路、热交换循环管路、市政中水管路及人工湖取水管路上均设置有多个电磁阀，上述电磁阀均连接PLC控制器，该PLC控制器可根据各管路内的水温、流量参数控制各电磁阀通断。

而且，所述热交换循环的热水循环泵还连接有可为热交换循环管路补充软化水的补水箱。

而且，所述多级热泵机组的多个第二出液口还分别连接地热采暖及生活用水取热设备。

本实用新型的优点和经济效果是：

1、本实用新型的一种多水源互补联动的地源热泵系统，采用多水源互补联动运行，与 PLC控制器控制相结合，实现以城市中水(处理后的城市污水、工业废水等)、湖水、地热尾水等低品位的能源作为地源热泵系统的热、冷源，根据水温在冬季比大气温度高，而夏季比大气温度低的特点。冬季，利用热泵机组从湖水或中水中提取热能进行供暖，必要时利用高温的地源热水进行凋峰；夏季，利用热泵机组从湖水等水中提取冷能进行制冷。

2、本实用新型的地热水循环上设置了除沙罐，有利于对地源水进行初步净化，防止杂质进入到地热水循环管路内阻塞管路。

3、本实用新型的板式换热器，可对地源水进行初步换热，该板式换热器适用于地下温度与地表温度差距较大的工况，有利于地热水循环与热交换循环更充分的换热，进而提高换热效率，降低回灌水的温度。

4、本实用新型的混水阀门及电动调节阀，实现温度高、水量小的地源热水按比例流量与地热水循环内的人工湖水或市政中水进行混合，经多级热泵机组出液口排出的废水可通过混水阀门重新流入到多级热泵机组进液口，进行重新换热，而重新流入进液口的尾水流量由电动调节阀控制，该设计是为了防止地热水循环内水流速过大，而导致的换热效率下降，回灌水温度升高的问题发生。

5、本实用新型的补水箱，可在补水箱中加入软化水，防止热交换循环管路水中碳酸钙离子含量过高，进而附着在管壁内部，造成管道阻塞，同时在管路中补充软化水，用以解决管路循环过长，内部流体消耗过大的问题发生，起到了及时补充循环水的作用。

6、本实用新型的地源热泵系统设置有多级热泵机组，可对地热尾水进行多级换热，同时可通过PLC控制器控制系统调节地热水循环连接多级地源热泵处的电磁阀开闭，以及调节连接管上电磁阀的开闭，控制多级热机组的并联或串联关系，也可调节任意单台热泵机组工作或任意多台热泵机组同时工作，且将多级换热后不同温度的地热尾水分别用于采暖、生活用水等诸多方面。

附图说明

图1为本实用新型的系统连接示意图；

图2为本实用新型的系统阀连接及控制示意图；

图3为本实用新型的多级热泵机组连接局部示意图；

图4为本实用新型的热泵机组接口示意图。

图中：1-空调分、集水器；2-热泵机组；3-混水阀门；4-地热水循环进水管；5-热交换循环出水管；6-地热水循环出水管；7-热交换循环进水管；8-板式换热罐；9-除沙罐；10-地源水进口；11-地源水出口；12-中水进水管；13-中水出水管；14-人工湖进水管；15-人工湖出水管；16-补水箱；17-热交换循环泵；18-电动调节阀；19-湖水出口阀；20-湖水入口阀；21-中水出口阀；22-中水入口阀；23-地源水进口阀；24-地源水出口阀；25-连接管；26-连接阀； 27-第一进液阀；28-第一出液阀；29-第二进液阀；30-第二出液阀；31-制冷进水阀；32-制热出水阀；33-制冷出水阀；34-制热进水阀；35-第二出液口；36-第二进液口；37-第一出液口； 38-第一进液口。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本实用新型的保护范围。

一种多水源互补联动的地源热泵系统，包括地热水循环及热交换循环，所述地热水循环及热交换循环在热泵机组2内隔离换热，所述地热水循环包括由地热循环管路依次连通的除沙罐9，板式换热罐8，尾水混水装置及热泵机组；所述热交换循环包括由热交换循环管路依次连通的热水循环泵，空调系统分、集水器1，热泵机组及板式换热罐；所述地热水循环及热交换循环还在板式换热罐内隔离换热，其中热交换循环管路还连接有人工湖取水管路以及市政中水管路；所述的地源热泵系统由PLC控制器控制人工湖取水管路、市政中水管路、热交换循环管路及地热水循环管路上的电磁阀通断。

而且，所述热泵机组为多级热泵机组，其中多级热泵机组的多个第一进液口38均与地热水循环的进水管连通，多级热泵机组的多个第一出液口37均与地热水循环的出水管连通，且上级热泵机组的出液口通过连接管25连通相邻的下级热泵机组的进液口，实现多级热泵机组之间依次连通；所述多级热泵机组的多个第二进液口36均与热交换循环的进水管连通，多级热泵机组的多个第二出液口35均与地热水循环的出水管连通。

而且，所述对应多级热泵机组第一进液口位置的地热水循环进水管4上均设置有第一进液阀27；所述对应多级热泵机组第一出液口位置的地热水循环出水管6上均设置有第一出液阀28；所述多个连接管上均设置有连接阀26。

而且，所述尾水混水装置包括混水泵、混水阀门3及电动调节阀18，其中混水阀门两端连通地热水循环的进水管及出水管，混水泵设置在地热水循环出水管上，且混水泵为混水阀门混水提供动力；所述电动调节阀设置在混水阀门与地热水循环出水管连接处的下游位置。

而且，所述地热水循环管路、热交换循环管路、市政中水管路及人工湖取水管路上均设置有多个电磁阀，上述电磁阀均连接PLC控制器，该PLC控制器可根据各管路内的水温、流量参数控制各电磁阀通断。

而且，所述热交换循环的热水循环泵还连接有可为热交换循环管路补充软化水的补水箱。

而且，所述多级热泵机组的多个第二出液口还分别连接地热采暖及生活用水取热设备。

其中空调分、集水器与多级热泵机组之间的热交换循环出水管5上设置有制热出水阀32，上述两阀门用于冬季制冷时直接控制板式换热器内第一梯级热交换完毕的热交换水通入空调分、集水器中进行制热工序。

另外，多级热泵机组的第二进液口均与7热交换循环进水管连通，二者连通处设置有第二进液阀29；多级热泵机组的第二出液口均与热交换循环出水管连通，二者连通处设置有第二出液阀30。

而且，在地热水循环出水管上设置有地源水出口阀24，地热水循环进水管上设置有地源水进口阀23，上述两电磁阀均与PLC控制器控制系统连接，用于控制开闭地源热水循环。

为更清楚地描述本实用新型的使用方法及功能，下面提供一种实例：

1技术原理：

本实用新型的一种多水源互补联动的地源热泵系统基本原理是：以城市中水(处理后的城市污水、工业废水等)、人工湖湖水、地热尾水等低品位的能源作为地源热泵系统的热、冷源，根据水温在冬季比大气温度高，而夏季比大气温度低的特点。冬季，利用地源热泵从水中提取热能进行供暖，必要时利用高温地源热水进行调峰；夏季，利用地源热泵从人工湖湖水中提取冷能进行制冷。

该多水源互补联动的地源热泵系统，换热循环和地热水循环封闭的在地源热泵机组内进行换热。热泵机组采用串、并联切换式连接，根据不同水源的温度等参数，决定其串联还是并联运行。其中系统以中水或湖水为水源时，采用并联方式运行，以地热水为水源时采用串联方式运行，该设置的目的是使温度较高的水源在机组之间形成梯级利用，减少能源损耗。

同时上述与热交换循环换热的三种水源还需要对其各自的送水管路进行特殊的工艺设计与才能热泵机组连接。地热水进入系统时，因与中水和湖水相比.具有温度高，水量小的特点，需要加装混水阀门及电动调节阀，用以控制高温量少的地热水与中水或湖水进行成比例的混合调节，从而控制整体混合水的混合温度与流量；另外湖水因需要净化和便于散热，将由专用的人工湖进水管和人工湖出水管，并可在上述两管路上加装湖水净化器，用以满足通入热泵机组的要求，防止阻塞热泵机组；另外，由于夏季热泵机组制冷时，需要提取人工湖湖水或市政中水里的冷能，故经热泵机组换热后的热湖水或热中水还可以连通景观喷泉系统，由喷泉系统在必要时对湖水或中水进行散热。三种不同的水源具备了条件后，便可通过PLC 控制技术使系统在不同的条件和需要情况下实现联动运行，自动切换，满足不同季节时地源热泵系统制冷、制热的需要。

2、工艺流程

本实用新型的地源热泵系统包括供暖与制冷功能，具体工艺过程如下。

(1)寒期系统启动中水系统，中水由中水进水管进入地热水循环，热泵机组从中水中提取热能。中水采取并联方式送入热泵机组，经地源热泵将提取的热能对封闭的建筑供暖循环水进行提温。利用后的中水经过中水出水管送回中水管网。当中水系统下游无水量消耗时可使用人工湖水，人工湖水由人工湖进水管进入到地热水循环中，以并联方式进入热泵机组进行提热、供热，使用后的湖水由人工湖出水管送回到人工湖中。高寒期空调系统热负荷大，仅靠中水无法满足供热需求，系统将启动高温地热水进行调峰，地热水经过除砂净化后进入混水阀门，与系统中的低温中水按满足系统运行温度参数的配比进行混合，并以串联方式进入多级热泵机组内，形成梯级提热取能，提高热利用率。63℃地热水直接进入混水阀门直接供热(供热温度63℃—回水温度38℃)，38℃水采取并联方式送入热泵机组，经地源热泵将提取的热能对封闭的热交换循环水进行多级取热，一级取热进水水温38℃—出水水温28℃，二级取热进水水温28℃—出水水温18℃，三级取热进水水温18℃—出水水温8℃，最后8℃的混合水根据设计比例分别由中水出水管返回中水系统以及由地热水出水管回灌到地下。

(2)夏季使用地源热泵系统制冷时，由人工湖进水管提取人工湖水，经湖水净化器进行水净化处理后送入热泵机组提取冷能供建筑物内制冷，满足建筑物7℃～12℃的制冷工况。提冷后温度稍高的湖水由人工湖出水管返回湖中进行降温。酷夏制冷高峰期为满足空调系统的制冷负荷，可采用人工湖中的雾状喷泉等散热系统加快返回湖水的散热，起到冷却的作用，以保证空凋系统的高负荷运转；湖水制冷量不足时，可以利用中水进行补充。

3.PLC控制器控制切换：

为了简化三种水源互补联动运行地源热泵系统的管理，可通过对地源热泵系统运行数据的搜集和整理，分析了各种水源进入系统的温度、流量参数，得出系统连接方式及切换条件。在整个系统中安装了电磁阀和工业3.0自动化的PLC控制器控制系统，利用PLC采集各循环管路内水的流量及温度信息，由PLC中央处理器进行处理，控制整个系统。

具体控制方式为：

PLC控制器控制系统可通过控制16个电磁阀开闭，进而改变三种水源及热交换循环水在整体系统内的流路。16个电磁阀分别为：18-电动调节阀；19-湖水出口阀；20-湖水入口阀； 21-中水出口阀；22-中水入口阀；23-地源水入口阀；24-地源水出口阀；26-连接阀；27-第一进液阀；28-第一出液阀；29-第二进液阀；30-第二出液阀；31-制冷进水阀；32-制热出水阀； 33-制冷出水阀；34-制热进水阀。

A、多级热泵机组串联

PLC控制关闭的电磁阀：第一出液阀。

PLC控制打开的电磁阀：第一进液阀；第二进液阀；第二出液阀；连接阀。

B、多级热泵机组串联

PLC控制关闭的电磁阀：连接阀。

PLC控制打开的电磁阀：第一进液阀；第二进液阀；第二出液阀；第一出液阀。

C、系统供暖

PLC控制关闭的电磁阀：制冷进水阀31；制冷出水阀33。

PLC控制打开的电磁阀：系统内除制冷进、出水阀外的其余14个电磁阀(可通过供热需求调节地源水入口阀、地源水出口阀的开闭)。

D、系统制冷

PLC控制关闭的电磁阀：供暖进水阀；供暖出水阀；地源水入口阀、地源水出口阀。

PLC控制打开的电磁阀：系统内除供暖进、出水阀外及地源水出、入口阀以外的其余 10个电磁阀(可通过制冷需求在人工湖出水管外连接景观喷泉系统便于对人工湖水进行散热)。

同时，系统还可以动态实时监测系统管路流量、温度、压力、水箱液位等数据，便于整个供热供水系统各采样点相关数据的采集及分析，及时发现问题及时采取措施随时调整，使系统的运行更加合理，达到节约能源提高经济效益的目的。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种多水源互补联动的地源热泵系统，包括地热水循环及热交换循环，所述地热水循环及热交换循环在热泵机组内隔离换热，其特征在于：所述地热水循环包括由地热循环管路依次连通的除沙罐，板式换热罐，尾水混水装置及热泵机组；所述热交换循环包括由热交换循环管路依次连通的热水循环泵，空调系统分、集水器，热泵机组及板式换热罐；所述地热水循环及热交换循环还在板式换热罐内隔离换热，其中热交换循环管路还连接有人工湖取水管路以及市政中水管路；所述的地源热泵系统由PLC控制器控制人工湖取水管路、市政中水管路、热交换循环管路及地热水循环管路上的电磁阀通断。

2.根据权利要求1所述的一种多水源互补联动的地源热泵系统，其特征在于：所述热泵机组为多级热泵机组，其中多级热泵机组的多个第一进液口均与地热水循环的进水管连通，多级热泵机组的多个第一出液口均与地热水循环的出水管连通，且上级热泵机组的出液口通过连接管连通相邻的下级热泵机组的进液口，实现多级热泵机组之间依次连通；所述多级热泵机组的多个第二进液口均与热交换循环的进水管连通，多级热泵机组的多个第二出液口均与地热水循环的出水管连通。

3.根据权利要求2所述的一种多水源互补联动的地源热泵系统，其特征在于：所述对应多级热泵机组第一进液口位置的地热水循环进水管上均设置有第一进液阀，对应多级热泵机组第一出液口位置的地热水循环出水管上均设置有第一出液阀；所述多个连接管上均设置有连接阀。

4.根据权利要求1所述的一种多水源互补联动的地源热泵系统，其特征在于：所述尾水混水装置包括混水泵、混水阀门及电动调节阀，其中混水阀门两端连通地热水循环的进水管及出水管，混水泵设置在地热水循环出水管上，且混水泵为混水阀门混水提供动力；所述电动调节阀设置在混水阀门与地热水循环出水管连接处的下游位置。

5.根据权利要求1所述的一种多水源互补联动的地源热泵系统，其特征在于：所述地热水循环管路、热交换循环管路、市政中水管路及人工湖取水管路上均设置有多个电磁阀，上述电磁阀均连接PLC控制器，该PLC控制器可根据各管路内的水温、流量参数控制各电磁阀通断。

6.根据权利要求1所述的一种多水源互补联动的地源热泵系统，其特征在于：所述热交换循环的热水循环泵还连接有可为热交换循环管路补充软化水的补水箱。

7.根据权利要求2所述的一种多水源互补联动的地源热泵系统，其特征在于：所述多级热泵机组的多个第二出液口还分别连接地热采暖及生活用水取热设备。

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