CN217464954U

CN217464954U - 双循环地源热泵绿色系统

Info

Publication number: CN217464954U
Application number: CN202221205126.9U
Authority: CN
Inventors: 王刚; 尚永升; 黄烜; 郝振杰; 贺晓沛; 马腾飞; 肖雄; 张嘉; 上官锐; 张暄晴; 郭应航; 秦国强; 李沛莹
Original assignee: No2 Institute Of Geological & Mineral Resoures Survey Of Henan
Current assignee: No2 Institute Of Geological & Mineral Resoures Survey Of Henan
Priority date: 2022-05-20
Filing date: 2022-05-20
Publication date: 2022-09-20
Anticipated expiration: 2032-05-20

Abstract

本实用新型公开了一种双循环地源热泵绿色系统，旨在解决现有技术换热管路换热效率低及系统运行不节能环保绿色的技术问题。系统包括双循环换热单元、监测单元、受控单元、数据采集控制单元、监控终端，所述双循环换热单元包括设置在同一换热孔中的分别隶属于两个循环管路的双U型管；所述监测单元包括测温电缆、流量、温度、压力、液位、水质传感器、电量计；所述受控单元包括机组热泵、冷却泵、冷冻泵、补水泵、调节阀；有效解决了换热效率低、无法对子管路单独控制的问题，并实现了对不同深度地层的地温及水文环境的监测，进而为系统节能运行提供控制依据。

Description

双循环地源热泵绿色系统

技术领域

本实用新型涉及地热能源系统节能技术领域，具体涉及一种双循环地源热泵绿色系统。

背景技术

地源热泵是通过地埋管来提取浅部地下岩体和水体中的低品位热能（10～25℃），利用热泵把低品位热能提升为高品位热能后实现供暖；夏季则通过地埋管把地面建筑物内高温排到地下进行能量交换，从而达到制冷目的。

由于地下影响换热因素的复杂性，实际运行中常出现热量未及时有效扩散导致的“热堆积”效应，造成释热与吸热的不均衡，影响周围地质环境。且热交换主机和大功率水泵属于高耗能设备，如系统不考虑地下换热环境变化且以单一状态长期运行，则会带来很多不必要的能量损耗，甚至这些能量损耗带来的是对地质环境的破坏。

因此，亟需一种高效绿色环保的地源热泵系统。

发明人知晓的一种管桩环壁内埋式的双U型地源热泵地埋管系统（CN202792688U）中公开了一种换热器，该地埋管换热器围绕管桩轴线成轴对称的两根U型管；两根U型管的介质出口端连接后作为本地埋管换热器的介质出口端，两根U型管的介质入口端相连后作为本地埋管换热器的介质入口端。各个地埋管换热器的介质出口端和介质入口端分别并联后，再与地源热泵的介质入口端和介质出口端对应连接。

但本申请发明人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现上述技术方案至少存在如下技术问题：该技术方案换热效率低，实质只有一路总进回水管路，管路内介质流量有限；此外，系统没有冗余度，当循环管路系统出现故障时，只能中断循环，系统全部停止工作。

发明人还知晓的一种地源热泵系统监测装置（CN205561340U）中公开了一种地源热泵系统监测装置用以提高效能，包括信号采集模块、压力传感器组、温度传感器组、湿度传感器组、流量传感器组、智能电表组、功率传感器组、PM2.5检测传感器组和水位传感器组。

但本申请发明人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现上述技术方案至少存在如下技术问题：不能对场地地温背景值、地下水参数进行监控，进而无法实现对换热周围地质环境的判断和保护。

公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种双循环地源热泵绿色系统，通过双循环管路以及对场地水文地质和设备的监控，实现高效环保绿色的换热技术效果。

根据本公开的一个方面，提供一种双循环地源热泵绿色系统，包括双循环换热单元、监测单元、受控单元、数据采集控制单元、监控终端。

所述双循环换热单元包括设置在同一换热孔中的分别隶属于两个循环管路的双U型管。

所述监测单元包括设置在地温监测孔内的测温电缆；设置在地下水监测孔内的温度、液位、水质传感器；分别设置于地源侧和用户侧进出水管路上的个体流量、温度、压力传感器；设置于热泵机组上的电量计。

所述受控单元包括机组热泵、冷却泵、冷冻泵、补水泵、分别设置在主机和/或地源侧进回水管路上的个体调节阀。

所述数据采集控制单元包括与所述监测单元对应电连接的RTU和/或控制器、与所述受控单元对应通讯连接的控制器。

所述监控终端采用有线和/或无线的方式与所述数据采集控制单元通信连接。

在本公开的一些实施例中，所述两循环管路并联连接，所述循环管路内的U型管依次并接于对应管路中。

在本公开的一些实施例中，所述两循环管路分别通过分水器、集水器与地源侧进水管、回水管对应连接。

在本公开的一些实施例中，所述分水器或集水器的各支路设有开关阀。

在本公开的一些实施例中，所述监测孔内测温电缆每隔一定距离设置测温探头，且孔上部探头疏密度大于孔下部疏密度。

在本公开的一些实施例中，所述调节阀为电动开关蝶阀、电动开关调节阀中的任意一种。

在本公开的一些实施例中，所述控制器包括单片机、PLC中的任意一种。

在本公开的一些实施例中，所述监控终端包括：服务器、操作终端、显示大屏或/和沙盘显示模型。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1. 由于采用了双循环管路及带控制阀的分、集水器，有效解决了换热效率低、无法对子管路单独控制的问题。

2. 由于在不同位置的监测孔内合理布设了监测传感器，实现了对不同深度地层的地温及水文环境的监测，进而为系统节能运行提供控制依据。

附图说明

图1为本申请实施例中一双循环换热单元示意图。

图2为本申请实施例中一双循环换热单元管线示意图。

图3为本申请实施例中监控机房网络拓扑示意图。

以上各图中，1为地源侧进水管，2为分水器，3为电动调节阀，4为第一循环管路，5为第二循环管路，6为换热孔，7为集水器，8为地源侧回水管，9为监测单元，10为受控单元，11为机房交换机，12为操作终端，13为监控大屏，14为沙盘显示模型，15为云服务器，16为外网交换设备。

具体实施方式

在本申请的描述中所涉及“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

以下实施例中所涉及或依赖的程序均为本技术领域的常规程序或简单程序，本领域技术人员均能根据具体应用场景做出常规选择或者适应性调整。

以下实施例中所涉及的单元模块（零部件、结构、机构）或传感器等器件，如无特别说明，则均为常规市售产品。

为了更好的理解本申请技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

本例公开一种双循环地源热泵绿色系统，具体为郑州黄河迎宾馆新建二期项目。系统包括若干双循环换热单元、监测单元、受控单元、数据采集控制单元、监控终端。

项目规划垂直换热孔360个，位于景观湖和绿化带下方。换热孔孔径180m，孔深150m，孔内设双U型32mmPE换热管，参见图1，每16个孔作为一个双循环换热单元，该单元内第一循环管路与第二循环管路通过分、集水器并联连接，分水器与地源侧进水管对应连接、集水器与地源侧回水管对应连接，且分水器各支路设有电动调节阀。参见图2，各循环管路内的U型管依次并接于对应循环管路中。

项目根据换热区域大小，在换热场地稍大的景观湖换热场区域中心布设2个深度均为152m的地温监测孔，在稍小的绿化带换热场地中心布设1个深度均为152m的地温监测孔，且在换热场地两侧，距换热孔5m位置处各设一个深度为155m的地温监测孔，主要用于监测系统运行期间场地及边缘地温变化。

考虑到地下水径流对热扩散的影响，沿地下水流向分别布设4个深度均为155m的半径影响监测孔，距换热孔分别为1.5m、2.5m、3.5m、5.0m，在场地两侧换热孔附近，沿垂直于地下水流向分别布设3个深度均为155m的半径影响监测孔，距换热孔分别为1m、2m、3m，用于监测系统运行期间，受地热开发工程及季节性变化影响所造成的场地不同深度、周边地热及环境的变化情况。

为了监测系统运行可能引起的地下水温、水质等变化，沿着场地地下水流向，从上游到下游方向布设3个孔深167m的呈三角状分布的井间距大于50m的地下水监测孔，分别设置在地下水上游换热场地外50m处绿化带内、场地中间、地下水下游换热场地外50m位置处。用于了解到不同季节场地不同深度地层温度的背景值和变化值，为地热开发利用运行提供基础参数。

监测单元包括设置在地温监测孔内的测温电缆，该测温电缆每隔一定距离设置测温探头，地下20m以浅每10m设一个测温探头，地下20m以深40m以浅每2.5m设一个测温探头，地下40m以深152m以浅以该段中心位置向两端方向8m、10m、12m、14m、12m位置处各设测温探头。

监测单元还包括设置在地下水监测孔内的温度、液位、水质传感器，设置传感器时保证传感器探头处于地下水层，与地下水接触。

监测单元还包括设置于地源侧和用户侧进出水管路上的个体流量、温度、压力传感器，以及设置于热泵机组上的电量计，用于获取管路的流量、压力、温度信息以及获取机组设备电量消耗。

受控单元包括机组热泵、冷却泵、冷冻泵、补水泵、分别设置在主机管路上的电动开关蝶阀，设置在地源侧循环管路上的电动开关调节阀，用于执行控制指令，改变泵的运转参数，调节管路开度。

参见图3，数据采集控制单元包括与所述监测单元对应电连接的RTU，与所述受控单元对应通讯连接的PLC。RTU控制柜通过无线的方式连接至机房交换机，PLC通过有线的方式与机房交换机对应连接。

监控终端包括与机房交换机连接的操作终端、显示大屏、沙盘显示模型、外网交换设备，其中外网交换设备通过4G网卡以及外网交换机实现与云服务器的连接，进一步实现移动终端对系统进行控制。

在一些实施例中，监测单元与PLC输入端口对应连接。

在一些实施例中，PLC被单片机代替。

在一些实施例中，RTU控制柜通过光纤与机房交换机对应连接。

该系统在运行过程中，根据地热环境的背景值、季节性变化因素、结合用户需求以及管路压力动态调整热交换主机和水泵的工作频率、进回水管路的进出水量，并可根据需求控制分水器中的调节阀调整参与回水的管路数量，最大程度地保护地热资源和地质环境。

在黄河迎宾馆新建二期项目中采用本申请公开的双循环地源热泵绿色系统供暖（制冷）建筑面积达31350m²，相比传统用电方式进行供暖和制冷，每年节约能源电量361.51万度，对应的标准煤为1193吨，同时减排CO₂量2946.7吨、SO₂量23.86吨，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。

尽管已描述了本实用新型的一些优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种双循环地源热泵绿色系统，包括双循环换热单元、监测单元、受控单元、数据采集控制单元、监控终端，其特征在于，

所述双循环换热单元包括设置在同一换热孔中的分别隶属于两个循环管路的双U型管；

所述监测单元包括设置在地温监测孔内的测温电缆；设置在地下水监测孔内的温度、液位、水质传感器；分别设置于地源侧和用户侧进出水管路上的个体流量、温度、压力传感器；匹配设置于对应的热泵机组上的电量计；

所述受控单元包括所述热泵机组、冷却泵、冷冻泵、补水泵、分别设置在主机和/或地源侧进回水管路上的个体调节阀；

所述数据采集控制单元包括与所述监测单元对应电连接的RTU和/或控制器、与所述受控单元对应通讯连接的控制器；

2.根据权利要求1所述的双循环地源热泵绿色系统，其特征在于，所述两循环管路并联连接，所述循环管路内的U型管依次并接于对应管路中。

3.根据权利要求2所述的双循环地源热泵绿色系统，其特征在于，所述两循环管路分别通过分水器、集水器与地源侧进水管、回水管对应连通。

4.根据权利要求3所述的双循环地源热泵绿色系统，其特征在于，所述分水器或集水器的各支路设有对应的调节阀。

5.根据权利要求1所述的双循环地源热泵绿色系统，其特征在于，所述监测孔内测温电缆每隔一定距离设置测温探头，且孔上部探头疏密度大于孔下部疏密度。

6.根据权利要求1所述的双循环地源热泵绿色系统，其特征在于，所述调节阀为电动开关蝶阀、电动开关调节阀中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的双循环地源热泵绿色系统，其特征在于，所述控制器包括单片机、PLC中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的双循环地源热泵绿色系统，其特征在于，所述监控终端包括：服务器、操作终端、显示大屏和/或沙盘显示模型。