CN219222897U - 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，包括地源热泵主机、多根U形结构的地埋管、使用终端，使用终端的输入端与地源热泵主机连接，使用终端的输出端与地源热泵主机连接，地源热泵主机的出水端与地埋管的输入端连通，地源热泵主机的回水端与地埋管的输出端连通，地埋管包括弧形结构的弯头、分别安装在弯头两端的金属管、与金属管相连接的波纹管、与波纹管相连接的隔热管。所述地源热泵系统的结构简单，换热效率高，节能环保。通过对地埋管的结构进一步优化，能显著提高换热效率；另外，其比采用整根金属管作为地埋管或采用导热系数优良的软管作为地埋管来说，所述地埋管的成本低，同时，施工难度小，施工成本低。

Description

一种地源热泵系统

技术领域

本实用新型涉及一种地源热泵系统，属于地源热泵技术领域。

背景技术

地源热泵一般包括地源热泵主机、多根U形结构的地埋管、水泵、使用终端(地暖、暖气片、空调等)。地源热泵在使用过程中，通过水泵泵将地埋管处经过换热的水抽走输送到地源热泵主机处，在地源热泵主机内的压缩循环系统持续把地下热量转移到水当中去，给水加热升温，从而得到用热水或生活用热水(55℃)。地下土壤全年基本在17～18℃。在夏季，地源热泵以水为媒介向土壤散热，从土壤中提取冷量，替代冷却塔，给空调散热。

北京地区的地埋管深埋深度一般80～100米，也有120米以上的；大部分北方地区都在100米以上。地埋管主要是用于其内的水与深土中进行换热。现有的地埋管，无论是口径大小，通常都是采用PE管，其具有一定的柔韧性。在施工时，先挖深坑，然后再将U形的PE管放入到深坑内，最后回填土。

但是，现有的PE管的导热系数不如金属管，因此其换热效率有限。基于此，如果能够提高地埋管的换热效率，那么有助于进一步提高地热利用率。但是，如果将地埋管全换成金属管，由于其无法弯曲，必须一节一节的安装，地埋管所需深埋的深度太深，因此，为便于安装，势必需要要扩大深坑的口径，预留至少一位工人活动的空间，另外还需要下到深坑内进行吊装安装，无论安全性还是施工成本，急剧提高。而导热系数接近金属管的软管，其成本甚至比金属管还高(如铁管)。

基于此，提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供了一种地源热泵系统，具体技术方案如下：

一种地源热泵系统，包括地源热泵主机、多根U形结构的地埋管、使用终端，所述使用终端的输入端与地源热泵主机连接，所述使用终端的输出端与地源热泵主机连接，所述地源热泵主机的出水端与地埋管的输入端连通，所述地源热泵主机的回水端与地埋管的输出端连通，所述地埋管包括弧形结构的弯头、分别安装在弯头两端的金属管、与金属管相连接的波纹管、与波纹管相连接的隔热管。

作为上述技术方案的改进，所述波纹管包括螺旋管状的管体、安装在管体上下两端的金属管段、安装在金属管段末端的法兰一，所述管体的管壁内嵌设有螺旋状的金属骨架，所述金属骨架的端部与金属管段焊接连接，所述管体的端部与金属管段固定连接；所述法兰一的内径小于金属管段的内径，两块法兰一之间设置有多根金属绳，所述金属绳的端部与法兰一固定连接，所述金属绳的中部均设置在波纹管的内部。

作为上述技术方案的改进，所述波纹管的长度为x，所述金属管段的长度为y，所述法兰一的厚度为z，所述金属绳的长度为p，x+2y+2z＜p≤1.2x+2y+2z。

作为上述技术方案的改进，所述使用终端的输入端与地源热泵主机还连接有第一阀门，所述使用终端的输出端与地源热泵主机还连接有第二阀门；所述地源热泵主机的出水端与地埋管的输入端之间连接有第三阀门，所述地源热泵主机的回水端与地埋管的输出端之间连接有第四阀门和循环泵。

作为上述技术方案的改进，所述使用终端为空调末端、暖气片、地暖盘管、换热管、储水箱中的一种。

作为上述技术方案的改进，所述隔热管的两端分别固定连接有法兰二，所述金属管的两端分别固定连接有法兰三，所述弯头的两端分别固定连接有法兰四。

本实用新型所述地源热泵系统的结构简单，换热效率高，节能环保。通过对地埋管的结构进一步优化，能显著提高换热效率；另外，其比采用整根金属管作为地埋管或采用导热系数优良的软管作为地埋管来说，所述地埋管的成本低，同时，施工难度小，施工成本低。

附图说明

图1为本实用新型所述地源热泵系统的结构示意图；

图2为本实用新型所述地埋管的结构示意图；

图3为本实用新型所述波纹管的结构示意图；

图4为本实用新型所述管体、金属管段、法兰一、金属绳的结构示意图；

图5为实施例5所述地埋管的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

如图1、2所示，所述地源热泵系统，包括地源热泵主机10、多根U形结构的地埋管30、使用终端20，所述使用终端20的输入端与地源热泵主机10连接，所述使用终端20的输出端与地源热泵主机10连接，所述地源热泵主机10的出水端与地埋管30的输入端连通，所述地源热泵主机10的回水端与地埋管30的输出端连通，所述地埋管30包括弧形结构的弯头34、分别安装在弯头34两端的金属管33、与金属管33相连接的波纹管32、与波纹管32相连接的隔热管31。

在本实施例中，所述地源热泵主机10、地埋管30、使用终端20等构成现有的地源热泵系统，地源热泵的原理以及连接结构不再赘述，例如，可参考杨泰所发表的《地源热泵技术应用阐述》。

在使用地埋管30的深度一般在80～120米，用来与土壤中进行换热。隔热管31可采用PE塑料管夹心隔热材料(如玻璃纤维网、硅酸盐网)等，例如可采用东莞市新达源绝缘材料有限公司的DR型PE绝热管；也可使用普通PE管在外部包裹一层保温棉这种方式，但是这种方式，保温层一旦破损被水浸，保温效果会变差。

金属管33可采用铸铁、不锈钢、铝合金等金属制成，可在其表面根据需要进行防锈、防腐处理。金属管33能够显著提高地埋管30与深土内进行热交换的效率。金属管33的长度可根据现场施工的实际(如吊车的最大吊起高度)以及设计要求(如换热率)等进行调整，最大不可超过40米；否则，无论是施工成本、材料成本，都显著提高。

由于设置有金属管33，为方便金属管33全部深入至深坑的坑底，需要设置一段波纹管32来缓冲，为金属管33的施工提供缓冲，便于施工。

如果不设置隔热管31，当在夏天、冬天的极端气候，夏天地表的极端温度能达到75℃，东北等地冬天的极端温度能达到-50℃；这使得地埋管30在进水、出水那段时间，容易被地表的极端温度影响其进入地源热泵主机10内的水温，造成换热效率变差。隔热管31的长度可根据当地的气候、地质、成本等综合调整，最长不超过5米。

另外，由于设置有金属管33，其自重较大，有利于其快速向深坑内坠落，这方面解决现有PE管难快速下坠的缺陷。

实施例2

基于实施例1，在本实施例中，所述使用终端20的输入端与地源热泵主机10还连接有第一阀门21，所述使用终端20的输出端与地源热泵主机10还连接有第二阀门22；所述地源热泵主机10的出水端与地埋管30的输入端之间连接有第三阀门12，所述地源热泵主机10的回水端与地埋管30的输出端之间连接有第四阀门11和循环泵13。

第一阀门21、第二阀门22、第三阀门12、第四阀门11是用于控制相关管路的通断，循环泵13是为了地源热泵主机10的回水提供驱动力。

更进一步地，所述使用终端20为空调末端、暖气片、地暖盘管、换热管、储水箱中的一种。

所述地源热泵系统在使用过程中，通过循环泵13将地埋管30处经过换热的水抽走输送到地源热泵主机10处，在地源热泵主机10内的压缩循环系统持续把地下热量转移到水当中去，给水加热升温，从而得到用热水或生活用热水(55℃)。地下土壤全年基本在17～18℃。在夏季，地源热泵以水为媒介向土壤散热，从土壤中提取冷量，替代冷却塔，给空调散热。

实施例3

如图2、3、4所示，所述波纹管32包括螺旋管状的管体3201、安装在管体3201上下两端的金属管段321、安装在金属管段321末端的法兰一322，所述管体3201的管壁内嵌设有螺旋状的金属骨架3202，所述金属骨架3202的端部与金属管段321焊接连接，所述管体3201的端部与金属管段321固定连接；所述法兰一322的内径小于金属管段321的内径，两块法兰一322之间设置有多根金属绳323，所述金属绳323的端部与法兰一322固定连接，所述金属绳323的中部均设置在波纹管32的内部。

首先，管体3201优选PE材料制成，金属骨架3202、金属管段321均可采用与金属管33相同的材质制成。金属绳323优选采用钢丝绳制成，其还能够提高换热面积。金属骨架3202能够提高管体3201的机械强度，另外，其螺旋状的结构，不影响波纹管32本身的上、下伸缩带来的缓冲，由于其结构，波纹管32也可称之为螺旋管。金属管段321作为连接载体，同时还能够提高一部分换热效果。法兰一322的设置，便于安装。金属绳323的设置，能够避免过重导致管体3201被过度拉伸导致破损、破裂。

实施例4

所述波纹管32的长度为x，所述金属管段321的长度为y，所述法兰一322的厚度为z，所述金属绳323的长度为p，x+2y+2z＜p≤1.2x+2y+2z。

p必须大于x+2y+2z，从而使得金属绳323发挥保险绳的作用，同时不影响波纹管32的伸长。但是p不能过大，否则不能发挥其保险绳的作用。

实施例5

为方便安装，所述隔热管31的两端分别固定连接有法兰二35，所述金属管33的两端分别固定连接有法兰三36，所述弯头34的两端分别固定连接有法兰四37。

通过法兰安装，事先在地面上将各部件组装之后，再通过吊装将地埋管30埋入深坑。

实施例6

为进一步降低成本，如图5所示，在波纹管32与隔热管31之间加装一节PE管38，PE管38也可使用其他常见地埋管的材质代替。

PE管38常用于现有地埋管，设置一节PE管38能显著降低成本。在PE管38的两端也可一体成型设置法兰五39，便于安装。

在上述实施例中，所述地埋管30的结构进一步优化，其因为增设有一节金属管33且金属管33位于土壤最深处，能显著提高换热效率；另外，其比采用整根金属管作为地埋管或采用导热系数优良的软管作为地埋管来说，本实用新型所述地埋管30的成本低，同时，施工难度小，施工成本低。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种地源热泵系统，包括地源热泵主机(10)、多根U形结构的地埋管(30)、使用终端(20)，所述使用终端(20)的输入端与地源热泵主机(10)连接，所述使用终端(20)的输出端与地源热泵主机(10)连接，所述地源热泵主机(10)的出水端与地埋管(30)的输入端连通，所述地源热泵主机(10)的回水端与地埋管(30)的输出端连通，其特征在于：所述地埋管(30)包括弧形结构的弯头(34)、分别安装在弯头(34)两端的金属管(33)、与金属管(33)相连接的波纹管(32)、与波纹管(32)相连接的隔热管(31)。

2.根据权利要求1所述的一种地源热泵系统，其特征在于：所述波纹管(32)包括螺旋管状的管体(3201)、安装在管体(3201)上下两端的金属管段(321)、安装在金属管段(321)末端的法兰一(322)，所述管体(3201)的管壁内嵌设有螺旋状的金属骨架(3202)，所述金属骨架(3202)的端部与金属管段(321)焊接连接，所述管体(3201)的端部与金属管段(321)固定连接；所述法兰一(322)的内径小于金属管段(321)的内径，两块法兰一(322)之间设置有多根金属绳(323)，所述金属绳(323)的端部与法兰一(322)固定连接，所述金属绳(323)的中部均设置在波纹管(32)的内部。

3.根据权利要求2所述的一种地源热泵系统，其特征在于：所述波纹管(32)的长度为x，所述金属管段(321)的长度为y，所述法兰一(322)的厚度为z，所述金属绳(323)的长度为p，x+2y+2z＜p≤1.2(x+2y+2z)。

4.根据权利要求1所述的一种地源热泵系统，其特征在于：所述使用终端(20)的输入端与地源热泵主机(10)还连接有第一阀门(21)，所述使用终端(20)的输出端与地源热泵主机(10)还连接有第二阀门(22)；所述地源热泵主机(10)的出水端与地埋管(30)的输入端之间连接有第三阀门(12)，所述地源热泵主机(10)的回水端与地埋管(30)的输出端之间连接有第四阀门(11)和循环泵(13)。

5.根据权利要求1所述的一种地源热泵系统，其特征在于：所述使用终端(20)为空调末端、暖气片、地暖盘管、换热管、储水箱中的一种。

6.根据权利要求2所述的一种地源热泵系统，其特征在于：所述隔热管(31)的两端分别固定连接有法兰二(35)，所述金属管(33)的两端分别固定连接有法兰三(36)，所述弯头(34)的两端分别固定连接有法兰四(37)。

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