CN219530973U - 地热源—空气热源联合供热机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种地热源—空气热源联合供热机组，包括：至少一座地热井；至少一台空气源热泵；至少一台水源热泵，具有蒸发器与冷凝器；集水器，具有同时流体连通各个地热井出水口的第一进水口、同时流体连通各个热泵出水口的第二进水口以及同时流体连通各个蒸发器进水口的第一出水口；分水器，具有同时流体连通各个地热井进水口的第二出水口、同时流体连通各个热泵进水口的第三水口以及同时流体连通各个蒸发器出水口的第三进水口；第一变频水泵，配置于分水器与蒸发器之间的流体路径上；第一温度计，配置于分水器与蒸发器之间的流体路径上；第一压力计，配置于集水器与蒸发器之间的流体路径上并位于第一变频水泵的下游；以及控制器。

Description

地热源—空气热源联合供热机组

技术领域

本实用新型涉及供热机组技术领域，尤其是一种地热源—空气热源联合供热机组。

背景技术

地热源—空气热源联合供热机组可为用户侧提供供热用水，其包括作为地热源的若干座地热井、作为空气热源的若干台空气源热泵以及用于将低品位热能转换为高品位热能的若干台水源热泵。该联合供热机组通常用于寒冷地区的秋冬季供热（如供暖与提供生活热水）。

然而，地热井与空气源热泵的出水温度、出水压力以及出水流量并不相同（一般相较于地热井，空气源热泵的出水温度较高但出水流量较低）。因而，该联合供热机组的温度压力较为不稳定，极端工况下还可能造成机组故障或缩短机组的使用寿命（例如，在环境温度较高时仅启动空气源热泵，则可能使得传热用水温度过高而造成金属热疲劳；或在环境温度较低时仅启动地热井，则可能使得传热用水流量过大、压力过高而造成系统泄露）。故，该联合供热机组在运行时需要选择性地开启适当数量的地热井或/和空气源热泵。

此外，在同一热负荷下启动不同数量的地热井或/和空气源热泵，联合供热机组的热效率也有所不同。因而，在人力成本高昂的当下，如何实现联合供热机组能够基于热负荷自动地开启恰当数量的地热井或/和空气源热泵成为该领域技术人员所亟需解决的技术问题。

实用新型内容

为了解决上述的技术问题，本实用新型的目的是提供一种新型的地热源—空气热源联合供热机组。

为了达到上述的目的，本实用新型提供以下技术方案：一种地热源—空气热源联合供热机组，可为用户侧提供供热用水，所述的用户侧具有用户侧进水口与用户侧出水口，所述的地热源—空气热源联合供热机组包括：至少一座地热井，各座所述的地热井均具有地热井进水口与地热井出水口；至少一台空气源热泵，各台所述的空气源热泵均具有热泵进水口与热泵出水口；至少一台水源热泵，各台所述的水源热泵均包括具有蒸发器进水口与蒸发器出水口的蒸发器以及具有冷凝器进水口与冷凝器出水口的冷凝器，各个所述的冷凝器进水口均流体连通所述的用户侧出水口，各个所述的冷凝器出水口均流体连通所述的用户侧进水口；集水器，具有同时流体连通各个所述地热井出水口的第一进水口、同时流体连通各个所述热泵出水口的第二进水口以及同时流体连通各个所述蒸发器进水口的第一出水口；分水器，具有同时流体连通各个所述地热井进水口的第二出水口、同时流体连通各个所述热泵进水口的第三出水口以及同时流体连通各个所述蒸发器出水口的第三进水口；第一变频水泵，配置于所述集水器与所述蒸发器之间的流体路径上或配置于所述分水器与所述蒸发器之间的流体路径上，以向所述的蒸发器输送源自所述至少一座地热井或/和所述至少一台空气源热泵的传热用水；第一温度计，配置于所述分水器与所述蒸发器之间的流体路径上并可监测传热用水的温度；第一压力计，配置于所述集水器与所述蒸发器之间的流体路径上并位于所述第一变频水泵的下游，以监测传热用水的压力；热量表，配置于所述用户侧与所述至少一台水源热泵之间的流体路径上；以及控制器，同时信号连接所述的第一温度计、所述的第一压力计、所述的热量表、所述的第一变频水泵、各台所述的空气源热泵、各座所述的地热井以及各台所述的水源热泵，所述的控制器被构造成可基于所述第一温度计、所述第一压力计以及所述热量表的信号启停任意数量的所述地热井或/和任意数量的所述空气源热泵，所述的控制器被构造成可基于所述的第一压力计的信号调整所述第一变频水泵的出力。

在上述的技术方案中，优选地，地热源—空气热源联合供热机组还包括配置于所述用户侧进水口与所述至少一台水源热泵之间的流体路径上的第二温度计，所述的控制器信号连接所述的第二温度计并被构造成可基于所述第二温度计的信号启动任意数量的所述水源热泵。还可以进一步优选地，地热源—空气热源联合供热机组还包括第二压力计与第四变频水泵，所述的第二压力计与所述的第四变频水泵均配置于所述用户侧出水口与所述至少一台水源热泵之间的流体路径上，所述的第二压力计位于所述第四变频水泵的下游，所述的控制器信号连接所述的第二压力计并被构造成可基于所述第二压力计的信号调整所述第四变频水泵的出力。

在上述的技术方案中，优选地，地热源—空气热源联合供热机组还包括可接入外部补水的净水器与可存储补水的储水箱，所述的分水器具有第四进水口，所述储水箱的进水口流体连通所述净水器的出水口，所述储水箱的出水口同时流体连通所述分水器的第四进水口和所述的用户侧进水口。

在上述的优选方案中，进一步优选地，所述的地热源—空气热源联合供热机组还包括配置于所述储水箱与所述用户侧之间的流体路径上的电加热器，以加热流入所述用户侧进水口的补水。

在上述的优选方案中，进一步优选地，所述储水箱与所述分水器之间的流体路径上配置有第一紧急泄压阀。

在上述的优选方案中，进一步优选地，所述储水箱与所述用户侧之间的流体路径上配置有第二紧急泄压阀。

在上述的技术方案中，优选地，地热源—空气热源联合供热机组还包括配置于所述分水器与所述至少一座地热井之间的流体路径上的第一蓄能器。

在上述的技术方案中，优选地，所述的地热源—空气热源联合供热机组还包括配置于所述用户侧与所述至少一台水源热泵之间的流体路径上的第二蓄能器。

相较于现有技术，本实用新型所提供的地热源—空气热源联合供热机组可通过热量表获取用户侧的实际热负荷，其后控制器可基于获取的实际热负荷选择性地开启适当数量的地热井或/和空气源热泵提供热源。此外，第一温度计可监测传热用水的温度，以使得控制器可在传热用水温度过高或过低时调整地热井或/和空气源热泵的数量；第一压力计可监测传热用水的压力，以使得控制器可通过调整第一变频泵的出力将该压力控制在合理范围内。

附图说明

图1为本实用新型所提供的地热源—空气热源联合供热机组的系统图；其中，图中箭头表示系统内流体的流动方向；

图2为图1所示地热源—空气热源联合供热机组各个部件之间的信号连接示意图。

100、地热源—空气热源联合供热机组；10、用户侧；

1、地热井；11、第一变频水泵；12、第二变频水泵；13、第二蓄能器；

2、空气源热泵；21、第三变频水泵；

3、水源热泵；31、蒸发器；32、冷凝器；

4、控制器；41、第一温度计；42、第一压力计；43、第二温度计；44、第二压力计；45、热量表；

5、集水器；6、分水器；

71、第一蓄能器；72、第四变频水泵；

81、净水器；82、储水箱；83、第一补水泵；84、第二补水泵；85、第一紧急泄压阀；86、第二紧急泄压阀；87、电加热器。

具体实施方式

为详细说明实用新型的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对实用新型的各种示例性实施例或实施模式的详细说明。然而，各种示例性实施例也可以在没有这些具体细节或者在一个或更多个等同布置的情况下实施。此外，各种示例性实施例可以不同，但不必是排他的。例如，在不脱离实用新型构思的情况下，可以在另一示例性实施例中使用或实现示例性实施例的具体形状、构造和特性。

此外，本申请中，诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、 “下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”、“侧”(例如，如在“侧壁”中)等的空间相对术语，由此来描述如附图中示出的一个元件与另一(其它)元件的关系。空间相对术语意图包括设备在使用、操作和/或制造中除了附图中描绘的方位之外的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被 定位为“在”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包括上方和下方两种方位。此外，设备可以被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应 地解释在此使用的空间相对描述语。

图1示出了本实用新型所提供的一种地热能—空气能联合供热机组100（以下简称联合供热机组100），该联合供热机组100可为用户侧10提供供热用水。用户侧具10有分别供供热用水流入与流出的用户侧进水口（图中未标注出）与用户侧出水口（图中未标注出），该供热用水可作用采暖系统的采暖用水使用，亦可作为用户的生活热水使用。

结合图2，该联合供热机组100包括作为地热源的至少一座地热井1、作为空气源的至少一台空气源热泵2、可将低品位热能转换成高品位热能的至少一台水源热泵3、作为机组控制中枢的控制器4以及集水器5和分水器6。

水源热泵3可接收来自于地热井1或/和空气源热泵2的传热用水并利用该传热用水的热量加热供用户使用的供热用水。具体地，各台水源热泵3均包括蒸发器31、压缩机（图中未标示出）、冷凝器32以及节流阀（图中未标注出），蒸发器31、压缩机、冷凝器32以及节流阀依次流体连通并构成一条供水源热泵3内部传热介质流动的循环回路。

其中，水源热泵3的蒸发器31开设有分别供传热用水流入与流出的蒸发器进水口（图中未标注出）与蒸发器出水口（图中未标注出），蒸发器31供传热用水与水源热泵3内部的传热介质进行热交换；水源热泵3的冷凝器32开设有分别供供热用水流入与流出的冷凝器进水口（图中未标注出）与冷凝器出水口（图中未标注出），冷凝器32供供热用水与水源热泵3内部的传热介质进行热交换。由此，水源热泵3将传热用水的热量转移至供热用水上，实现热能品位的跃迁。

用户侧进水口同时流体连通各台水源热泵3的冷凝器出水口，用户侧出水口同时流体连通各台水源热泵3的冷凝器进水口，即用户侧10与各台水源热泵3的冷凝器32之间形成一条供供热用水循环流动的流体路径。

联合供热机组100还配置有位于第一蓄能器71、第二温度计43、第二压力计44、热量表45以及第四变频水泵72。其中，第一蓄能器71位于蒸发器出水口与用户侧进水口之间的流体路径上，其用于维持水源热泵3与用户侧10之间流体路径的流体压力稳定；第四变频水泵72用于提供流体的流动动力，其布置于水温较低的用户侧出水口与蒸发器进水口之间的流体路径上，以降低该循环变频水泵73所需的必需汽蚀余量；第二温度计43与第二压力计44均配置于用户侧出水口与各个冷凝器进水口之间的流体路径上，以获取该流体路径上供热用水的温度与压力；热量表45配置于用户侧10与各台水源热泵3之间的流体路径上，以获取用户侧的实时热负荷。

控制器4同时信号连接第二温度计43、第二压力计44、热量表45、第四变频水泵72以及各台水源热泵3。控制器4被构造成可基于热量表45和第二温度计43的信号选择性地开始相应数量的水源热泵3。具体地，同热负荷下，水源热泵3开启数量越多（或越少），则冷凝器32的出水温度越低（或越高）。控制器4可设定冷凝器32的出水温度范围（冷凝器出水温度过高则容易时机组产生金属热疲劳，过低则降低机组的效率），从而控制启动的水源热泵3的数量范围。此外，控制器4还被构造成可基于第二压力计44的信号调整第四变频水泵72的出力，以维持水源热泵3与用户侧10之间的流体路径上的流体压力稳定。

地热井1由大型钻机向地下钻孔所形成。地热井1的井深达到2400米以上，以进入中深层地下岩层，从而提供自然热源。本联合供热机组100采用封闭式供热循环，即传热用水闭环流动，从而达到对地热井1取热不取水的效果，最大限度地减少环境影响。其中，各座地热井1均具有分别供传热用水流入与流出地热井1的地热井进水口（图中未标示出）与地热井出水口（图中未标示出）。

集水器5具有相互独立的第一进水口（图中未标注出）、第二进水口（图中未标注出）以及第一出水口。该集水器5的第一进水口同时流体连通各座地热井1的地热井出水口，该集水器5的第一出水口同时流体连通各台水源热泵3的蒸发器进水口。

分水器6具有相互独立的第二出水口（图中未标注出）、第三出水口（图中未标注出）、第三进水口（图中未标注出）以及第四进水口（图中未标注出），分水器6的第二出水口同时流体连通各座地热井1的地热井进水口，分水器6的第三进水口同时各台水源热泵3的蒸发器出水口。可以理解地，地热井1、集水器5、水源热泵3以及分水器6构成了一条供传热用水流动的循环回路。

联合供热机组100还设置有位于集水器5与各台水源热泵3之间的流体路径上的第一变频水泵11、位于分水器6与各座地热井1之间的流体路径上的第二变频水泵12以及配置于各座地热井1与分水器6之间的流体路径上的第二蓄能器13。第一、第二变频水泵可为相应出的传热用水提供流动动力；第二蓄能器13用于维持各座地热井1与水源热泵3之间流体路径的流体压力稳定。可以理解地，在其它实施例中，该第二蓄能器还可布置于地热井与水源热泵之间流体路径上的任意处。

空气源热泵2可利用环境空气的热量加热传热用水，各台空气源热泵2均具有分别供传热用水流入空气源热泵2的热泵进水口（图中未标注出）与热泵出水口。各个热泵出水口均流体连通集水器5的第二进水口，各个热泵进水口均流体连通分水器6的第三出水口。空气源热泵2、集水器5、水源热泵3以及分水器6构成了一条供传热用水流动的循环回路。同理地，在分水器6与各台空气源热泵2的流体路径上还配置有可变频的第三变频水泵21，以为该路径上的传热用水提供流动动力。

联合供热机组100还配置有位于分水器6与各台水源热泵3之间流体路径上的第一温度计41与第一压力计42，控制器4同时信号连接第一温度计41、第一压力计42以及第一变频水泵11。该控制器4被构造成可基于第一温度计41与第一压力计42的信号选择性地开启适当数量的地热井1或/和空气源热泵2以及调整第一变频水泵11的出力。具体地，相较于地热井1，空气源热泵2的出水温度一般较高且出水流量一般较小（出水流量小即要求变频泵出力小，流体压力低）。控制器4可通过设置第一温度计41的温度上限与下限以及第一压力计42的合理压力范围，从而启动适当数量的地热井1或/和空气源热泵2。此外，合理的温度上下限与合理的流体压力范围还可使水源热泵3在较好工况下运行，有助于维持联合供热机组100较高的热效率。

为应对可能的传热用水或供热用水泄露问题，本实用新型所提供的联合供热机组100还配置有补水系统。该补水系统包括可接入外部补水的净水器81、可存储补水的储水箱82、第一补水泵83以及第二补水泵84。储水箱82的进水口流体连通净水器81的出水口，储水箱82的出水口同时流体连通分水器6的第四进水口与用户侧进水口，第一补水泵83配置于储水箱82与分水器6之间的流体路径上，第二补水泵84配置于储水箱82与用户侧10之间的流体路径上。

进一步地，储水箱82与分水器6之间的流体路径上配置有第一紧急泄压阀85，以保护相应管路的安全；储水箱82与用户侧10之间的流体路径上配置有第入二紧急泄压阀86，以保护相应管路的安全；储水箱82与用户侧10之间的流体路径上还配置有电加热器87，以加热进入用户侧10的补水。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种地热源—空气热源联合供热机组，可为用户侧提供供热用水，所述的用户侧具有用户侧进水口与用户侧出水口，其特征在于，所述的地热源—空气热源联合供热机组包括：

至少一座地热井，各座所述的地热井均具有地热井进水口与地热井出水口；

至少一台空气源热泵，各台所述的空气源热泵均具有热泵进水口与热泵出水口；

至少一台水源热泵，各台所述的水源热泵均包括具有蒸发器进水口与蒸发器出水口的蒸发器以及具有冷凝器进水口与冷凝器出水口的冷凝器，各个所述的冷凝器进水口均流体连通所述的用户侧出水口，各个所述的冷凝器出水口均流体连通所述的用户侧进水口；

集水器，具有同时流体连通各个所述地热井出水口的第一进水口、同时流体连通各个所述热泵出水口的第二进水口以及同时流体连通各个所述蒸发器进水口的第一出水口；

分水器，具有同时流体连通各个所述地热井进水口的第二出水口、同时流体连通各个所述热泵进水口的第三出水口以及同时流体连通各个所述蒸发器出水口的第三进水口；第一变频水泵，配置于所述集水器与所述蒸发器之间的流体路径上或配置于所述分水器与所述蒸发器之间的流体路径上，以向所述的蒸发器输送源自所述至少一座地热井或/和所述至少一台空气源热泵的传热用水；

第一温度计，配置于所述分水器与所述蒸发器之间的流体路径上并可监测传热用水的温度；

第一压力计，配置于所述集水器与所述蒸发器之间的流体路径上并位于所述第一变频水泵的下游，以监测传热用水的压力；

热量表，配置于所述用户侧与所述至少一台水源热泵之间的流体路径上；以及

控制器，同时信号连接所述的第一温度计、所述的第一压力计、所述的热量表、所述的第一变频水泵、各台所述的空气源热泵、各座所述的地热井以及各台所述的水源热泵，所述的控制器被构造成可基于所述第一温度计、所述第一压力计以及所述热量表的信号启停任意数量的所述地热井或/和任意数量的所述空气源热泵，所述的控制器被构造成可基于所述的第一压力计的信号调整所述第一变频水泵的出力。

2.根据权利要求1所述的地热源—空气热源联合供热机组，其特征在于，还包括配置于所述用户侧进水口与所述至少一台水源热泵之间的流体路径上的第二温度计，所述的控制器信号连接所述的第二温度计并被构造成可基于所述第二温度计的信号启动任意数量的所述水源热泵。

3.根据权利要求2所述的地热源—空气热源联合供热机组，其特征在于，还包括第二压力计与第四变频水泵，所述的第二压力计与所述的第四变频水泵均配置于所述用户侧出水口与所述至少一台水源热泵之间的流体路径上，所述的第二压力计位于所述第四变频水泵的下游，所述的控制器信号连接所述的第二压力计并被构造成可基于所述第二压力计的信号调整所述第四变频水泵的出力。

4.根据权利要求1所述的地热源—空气热源联合供热机组，其特征在于，还包括可接入外部补水的净水器与存储补水的储水箱，所述的分水器具有第四进水口，所述储水箱的进水口流体连通所述净水器的出水口，所述储水箱的出水口同时流体连通所述分水器的第四进水口和所述的用户侧进水口。

5.根据权利要求4所述的地热源—空气热源联合供热机组，其特征在于，还包括配置于所述储水箱与所述用户侧之间的流体路径上的电加热器，以加热流入所述用户侧进水口的补水。

6.根据权利要求4所述的地热源—空气热源联合供热机组，其特征在于，所述储水箱与所述分水器之间的流体路径上配置有第一紧急泄压阀。

7.根据权利要求4所述的地热源—空气热源联合供热机组，其特征在于，所述储水箱与所述用户侧之间的流体路径上配置有第二紧急泄压阀。

8.根据权利要求1所述的地热源—空气热源联合供热机组，其特征在于，还包括配置于所述分水器与所述至少一座地热井之间的流体路径上的第一蓄能器。

9.根据权利要求1所述的地热源—空气热源联合供热机组，其特征在于，还包括配置于所述用户侧与所述至少一台水源热泵之间的流体路径上的第二蓄能器。