CN220828916U - 单井多埋管式地埋管空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单井多埋管式地埋管空调系统，空调系统包括井孔、分水器、集水器、热泵机组、空调末端设备，井孔设于具有地下水径流的区域，井孔内设有多件地埋管换热器；沿热泵机组的第一工作介质流向，热泵机组、分水器、地埋管换热器、以及集水器依次形成回路连接，且多件地埋管换热器并联；沿热泵机组的第二工作介质流向，热泵机组与空调末端设备形成回路连接。采用本实用新型，井孔所需的地温能可得到地下水有效补充，无需考虑冬夏季的冷热不平衡量，且单井换热效率高；满足了系统在以供暖为主或以供冷为主的区域的应用，并减少了系统占用地下空间，降低了对城市建设规划的影响。

Description

单井多埋管式地埋管空调系统

技术领域

本实用新型涉及地埋管式土壤热源泵系统技术领域，具体涉及一种单井多埋管式地埋管空调系统。

背景技术

土壤源热泵系统是一种利用地下浅层地温资源，既可供热又可制冷的高效节能空调系统。土壤源在冬季作为热泵供暖的热源，把地能中的热量“取”出来，提高温位后，供给室内采暖；在夏季作为空调的冷源，把室内的热量整合后释放到地层土壤中去。其节能、高效、环保、可持续等优点非常明显。

但是，土壤源热泵系统也存在诸多局限性，例如：

1、地埋管换热系统是土壤源热泵系统的主要组成部分之一，其充当一个巨大的蓄能体，作为冬季的热源和夏季的冷源，适合应用于即有制冷需求又有供暖需求的建筑，但由于地埋管换热系统的设计需要计算全年冷热不平衡率，并在后期运行中保持相对冷热平衡，很难满足在以供暖为主或以供冷为主的区域应用。

2、地埋管换热器为3～6米间距，一般一个钻孔埋设一个单U或双U形竖直地埋管，项目越大需要的钻孔数量越多，占用地下空间越大，从而影响后期建设规划，特别是城市的长期发展规划。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：1、如何满足土壤源热泵系统在以供暖为主或以供冷为主的区域应用；2、如何减小土壤源热泵系统占用地下空间。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

本实用新型提供了一种单井多埋管式地埋管空调系统，包括井孔、分水器、集水器、热泵机组、空调末端设备，所述井孔设于具有地下水径流的区域，井孔内设有多件地埋管换热器；沿热泵机组的第一工作介质流向，所述热泵机组、分水器、地埋管换热器、以及集水器依次形成回路连接，且多件地埋管换热器并联；沿热泵机组的第二工作介质流向，所述热泵机组与空调末端设备形成回路连接。

本实用新型的有益效果是：

1、通过将井孔设于具有地下水径流的区域，井孔所需的地温能可得到地下水有效补充，无需考虑冬夏季的冷热不平衡量，且利用地下水径流换热，单井换热效率高；

2、满足了系统在以供暖为主或以供冷为主的区域的应用，并减少了系统占用地下空间，降低了对城市建设规划的影响；

3、特别适用地下水丰富且为砂砾石地层区域，多用于为别墅、小型建筑等进行供暖或供冷；

4、管路安装方便，控制简单。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步的，所述集水器至热泵机组的管路上还设有地源泵；所述空调末端设备至热泵机组的管路上还设有空调泵。

便于保证热泵机组的第一工作介质以及第二工作介质的动能，维持系统可靠工作。

进一步的，还包括第一阀门、第二阀门和第三阀门，所述热泵机组的第一工作介质出口及入口、以及第二工作介质出口及入口均设有至少一个第一阀门；第二阀门的一端通过管线连接在热泵机组至分水器的管路上，第二阀门的另一端通过管线连接在空调末端设备至热泵机组的管路上；第三阀门的一端通过管线连接在集水器至热泵机组的管路上，第三阀门的另一端通过管线连接在热泵机组至空调末端设备的管路上。

第一阀门、第二阀门和第三阀门可用于水路切换，在夏季初期和末期，需要的供冷量较少时，可关闭所有第一阀门，打开第二阀门、第三阀门，热泵机组不工作，利用浅层地温能直接供冷，节约电能，大大降低了系统运行费用。当需要热泵机组工作时，打开所有第一阀门，关闭第二阀门、第三阀门，热泵机组工作，便于进行大功率供热或供冷。

进一步的，所述第二阀门的另一端通过管线连接在空调泵至热泵机组的管路上；所述第三阀门的一端通过管线连接在地源泵至热泵机组的管路上。

地源泵、空调泵在任何工况下均可发挥作用，保证了系统的可靠运行。

进一步的，所述热泵机组的第一工作介质和第二工作介质均采用软水。

防止结构和腐蚀，系统使用寿命长。

进一步的，还包括软化水设备，软化水设备的出口连接有低位水箱，低位水箱的出口连接有定压设备，定压设备的出口连接在空调泵与空调末端设备之间的管路上。

便于为空调末端设备进行补水定压，维持空调末端设备的工作压力，保证释热及释冷效率高，且热泵机组内的换热效率高。

进一步的，所述软化水设备的出口还通过支路连接有高位水箱，高位水箱的出口连接在集水器至地源泵的管路上。

高位水箱利用高度差给地埋管换热器补水，便于维持地埋管换热器的工作压力，换热效率高；且无需定压水泵，节约了设备投资，提高了经济效益。

进一步的，所述井孔设于富水区并延伸至砂砾石地层，且井孔内回填有与井孔原地层岩性相同的回填料。

砂砾石地层的地下水径流速度大，单井换热效率高；通过回填料，保持井孔内的径流流速与钻井前一致，便于补充井孔内的地温能。

进一步的，所述地埋管换热器沿竖向布置，多件地埋管换热器沿井孔的内侧壁均匀分布，且至少有一件地埋管换热器位于井孔正对地下水径流方向的一侧。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的A-A向剖视图。

附图中，各附图标记所代表的技术特征如下：

1-井孔；2-地埋管换热器；3-分水器；4-集水器；5-热泵机组；6-空调末端设备；7-地源泵；8-空调泵；9-第一阀门；10-第二阀门；11-第三阀门；12-软化水设备；13-低位水箱；14-定压设备；15-高位水箱。

具体实施方式

以下对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型参见图1-2。

本实用新型提供了一种单井多埋管式地埋管空调系统，包括井孔1、分水器3、集水器4、热泵机组5、空调末端设备6，所述井孔1设于具有地下水径流的区域，井孔1内设有多件地埋管换热器2；沿热泵机组5的第一工作介质流向，所述热泵机组5、分水器3、地埋管换热器2、以及集水器4依次形成回路连接，且多件地埋管换热器2并联；沿热泵机组5的第二工作介质流向，所述热泵机组5与空调末端设备6形成回路连接。

原理：

1、冬季时，地埋管换热器2可作为热源，热泵机组5的第一工作介质在地埋管换热器2内吸收低温能，循环流动并通过热泵机组5将热量传递给第二工作介质。第二工作介质将热量输送至空调末端设备6为用户供热。2、夏季时，地埋管换热器2可作为冷源，热泵机组5的第一工作介质在地埋管换热器2内冷却，循环流动并通过热泵机组5吸收第二工作介质的热量。第二工作介质将冷能输送至空调末端设备6为用户供冷。

热泵机组5可采用蒸发器及冷凝器，其对于第一工作介质、第二工作介质的热量转移方向可由机组内的氟路转换实现，从而进行供冷、供热功能切换，无需改变外部水管路，热泵机组5为本领域通用产品名称。空调末端设备6的作用是释冷、释热，可采用空调内机、风机盘管、新风机组或地板辐射等。通过将井孔1钻于富水区砂砾石地层，便于地下水补充及恢复井孔1内所需要的地温能。

注：地温能：指利用地下水或土壤的温度，将第一工作介质加热或冷却至一定温度，便于通过热泵提取其中的热量或向其释放热量(也称提取冷能)，从而进行冬季采暖或夏季制冷。故地温能区别于温度≥25℃的地热能。

注：第一工作介质为热泵机组5的热源、冷源工作介质，用于供热时热泵机组5取热以及供冷时热泵机组5取冷。第二工作介质为热泵机组5的释热、释冷工作介质，用于供热时在空调末端设备6释热，以及供冷时在空调末端设备6释冷。第一工作介质、第二工作介质均可采用水。热泵机组5内还有易挥发的换热介质，作为热泵机组5内蒸发器、冷凝器的工质，用于间接进行第一工作介质与第二工作介质的传热。

综上，采用本实用新型，1、通过将井孔1设于具有地下水径流的区域，井孔1所需的地温能可得到地下水有效补充，无需考虑冬夏季的冷热不平衡量，且利用地下水径流换热，单井换热效率高；2、满足了系统在以供暖为主或以供冷为主的区域的应用，并减少了系统占用地下空间，降低了对城市建设规划的影响；3、特别适用地下水丰富且为砂砾石地层区域，多用于为别墅、小型建筑等进行供暖或供冷；4、管路安装方便，控制简单。

进一步的，所述集水器4至热泵机组5的管路上还设有地源泵7；所述空调末端设备6至热泵机组5的管路上还设有空调泵8。

便于保证热泵机组5的第一工作介质以及第二工作介质的动能，维持系统可靠工作。

进一步的，还包括第一阀门9、第二阀门10和第三阀门11，所述热泵机组5的第一工作介质出口及入口、以及第二工作介质出口及入口均设有至少一个第一阀门9；第二阀门10的一端通过管线连接在热泵机组5至分水器3的管路上，第二阀门10的另一端通过管线连接在空调末端设备6至热泵机组5的管路上；第三阀门11的一端通过管线连接在集水器4至热泵机组5的管路上，第三阀门11的另一端通过管线连接在热泵机组5至空调末端设备6的管路上。

工作状态：1、关闭所有第一阀门9，打开第二阀门10、第三阀门11：第一介质、第二介质汇合成一个环路，在地埋管换热器2内吸收地温能后，直接通过第三阀门11流至空调末端设备6进行释冷；又通过第二阀门10流至地埋管换热器2，形成循环。2、打开所有第一阀门9，关闭第二阀门10、第三阀门11：第一介质、第二介质相互隔离，第一介质与第二介质之间的热量传递依靠热泵机组5工作进行，换热量大，可进行大功率供热或供冷，适用于冬季和夏季。

注：第二阀门10、第三阀门11在管路上的连接点均位于第一阀门9远离热泵机组5的一侧。

第一阀门9、第二阀门10和第三阀门11可用于水路切换，在夏季初期和末期，需要的供冷量较少时，可关闭所有第一阀门9，打开第二阀门10、第三阀门11，热泵机组5不工作，利用浅层地温能直接供冷，节约电能，大大降低了系统运行费用。当需要热泵机组5工作时，打开所有第一阀门9，关闭第二阀门10、第三阀门11，热泵机组5工作，便于进行大功率供热或供冷。

进一步的，所述第二阀门10的另一端通过管线连接在空调泵8至热泵机组5的管路上；所述第三阀门11的一端通过管线连接在地源泵7至热泵机组5的管路上。

地源泵7、空调泵8在任何工况下均可发挥作用，保证了系统的可靠运行。

进一步的，所述热泵机组5的第一工作介质和第二工作介质均采用软水。

防止结构和腐蚀，系统使用寿命长。

进一步的，还包括软化水设备12，软化水设备12的出口连接有低位水箱13，低位水箱13的出口连接有定压设备14，定压设备14的出口连接在空调泵8与空调末端设备6之间的管路上。

注：定压设备14为现有技术，可采用定压泵。

便于为空调末端设备6进行补水定压，维持空调末端设备6的工作压力，保证释热及释冷效率高，且热泵机组5内的换热效率高。

进一步的，所述软化水设备12的出口还通过支路连接有高位水箱15，高位水箱15的出口连接在集水器4至地源泵7的管路上。

高位水箱15利用高度差给地埋管换热器2补水，便于维持地埋管换热器2的工作压力，换热效率高；且无需定压水泵，节约了设备投资，提高了经济效益。

进一步的，所述井孔1设于富水区并延伸至砂砾石地层，且井孔1内回填有与井孔1原地层岩性相同的回填料。

注：井孔1原地层，指井孔1钻井前的区域，井孔1钻井经过的地层。

砂砾石地层的地下水径流速度大，单井换热效率高；通过回填料，保持井孔1内的径流流速与钻井前一致，便于补充井孔1内的地温能。

进一步的，如图2所示：所述地埋管换热器2沿竖向布置，多件地埋管换热器2沿井孔1的内侧壁均匀分布，且至少有一件地埋管换热器2位于井孔1正对地下水径流方向的一侧。

注：优选的，地埋管换热器2采用3件。图2中的箭头表示地下水径流方向。

多件地埋管换热器2负载均匀，便于充分利用井孔1内的地温能，且供热、供冷效率高。

本实用新型还提供了一种供冷及供热方法，基于上述单井多埋管式地埋管空调系统实现，包括如下步骤：

判断供冷及供热需求，并根据供冷及供热需求选择对应的工作状态；所述根据供冷及供热需求选择对应的工作状态包括：

需求供冷温度与室外温度的温差不大于10℃时，选择工作状态1：关闭所有第一阀门9，打开第二阀门10及第三阀门11，使第一介质与第二介质汇合成一个环路，汇合的介质在地埋管换热器2内降温后，直接通过第三阀门11流至空调末端设备6进行释冷；又通过第二阀门10流至地埋管换热器2，形成循环；

需求供冷温度与室外温度的温差大于10℃时，或需求供热时，选择工作状态2：打开所有第一阀门9，关闭第二阀门10、第三阀门11，使第一介质与第二介质相互隔离，第一介质在地埋管换热器2与热泵机组5之间循环流动，第二介质在空调末端设备6与热泵机组5之间循环流动，且第一介质与第二介质之间通过热泵机组5进行热量传递。

采用本实用新型的供冷及供热方法，在夏季初期和末期，需要的供冷量较少时，电能消耗功率最高的热泵机组5不工作，利用浅层地温能直接供冷，大大降低了系统运行费用；并且工作状态切换方便，操作简便。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，如果出现了指示方位、方向或位置关系的描述用语，例如：“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，在本说明书中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，仅是为了方便理解本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的部分、元件或整体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，如果出现了次序描述用语，例如：“第一”、“第二”等，在本说明书中的用途是为了便于理解或简化描述，例如，为了区分多个具有相同类型或功能的技术特征，而又不得不单独提及时，本说明书可能采用前缀或后缀次序描述用语的方式将其区分。因此，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，如果采用了结构相对作用关系描述用语，例如：“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，除非另有明确的规定和限定，否则应做广义的理解。例如，“安装”、“相连”、“连接”等，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系；“固定”可以是形成一体的固定，也可以是通过紧固件可拆卸的固定；可以是直接固定，也可以是通过中间媒介固定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况、所处的语境、前后文的文意连贯性等理解上述描述用语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，如果出现了含有附属或连接含义的描述用语，例如，第一特征在第二特征“上”或“下，除非另有明确的规定和限定，否则不应做限定性的理解，例如，“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，也可以是第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况、所处的语境、前后文的文意连贯性等理解上述描述用语在本实用新型中的具体含义。

进而，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述，并不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例、示例以及不同实施例、示例的特征进行结合和组合，这些结合或组合都应归入本实用新型所概括的范围之内。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在其公开渠道可以获得的信息范围内，结合本申请文件所给出的技术启示，可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种单井多埋管式地埋管空调系统，其特征在于：包括井孔(1)、分水器(3)、集水器(4)、热泵机组(5)、空调末端设备(6)，所述井孔(1)设于具有地下水径流的区域，井孔(1)内设有多件地埋管换热器(2)；沿热泵机组(5)的第一工作介质流向，所述热泵机组(5)、分水器(3)、地埋管换热器(2)、以及集水器(4)依次形成回路连接，且多件地埋管换热器(2)并联；沿热泵机组(5)的第二工作介质流向，所述热泵机组(5)与空调末端设备(6)形成回路连接。

2.根据权利要求1所述的单井多埋管式地埋管空调系统，其特征在于：所述集水器(4)至热泵机组(5)的管路上还设有地源泵(7)；所述空调末端设备(6)至热泵机组(5)的管路上还设有空调泵(8)。

3.根据权利要求2所述的单井多埋管式地埋管空调系统，其特征在于：还包括第一阀门(9)、第二阀门(10)和第三阀门(11)，所述热泵机组(5)的第一工作介质出口及入口、以及第二工作介质出口及入口均设有至少一个第一阀门(9)；第二阀门(10)的一端通过管线连接在热泵机组(5)至分水器(3)的管路上，第二阀门(10)的另一端通过管线连接在空调末端设备(6)至热泵机组(5)的管路上；第三阀门(11)的一端通过管线连接在集水器(4)至热泵机组(5)的管路上，第三阀门(11)的另一端通过管线连接在热泵机组(5)至空调末端设备(6)的管路上。

4.根据权利要求3所述的单井多埋管式地埋管空调系统，其特征在于：所述第二阀门(10)的另一端通过管线连接在空调泵(8)至热泵机组(5)的管路上；所述第三阀门(11)的一端通过管线连接在地源泵(7)至热泵机组(5)的管路上。

5.根据权利要求1所述的单井多埋管式地埋管空调系统，其特征在于：所述热泵机组(5)的第一工作介质和第二工作介质均采用软水。

6.根据权利要求5所述的单井多埋管式地埋管空调系统，其特征在于：还包括软化水设备(12)，软化水设备(12)的出口连接有低位水箱(13)，低位水箱(13)的出口连接有定压设备(14)，定压设备(14)的出口连接在空调泵(8)与空调末端设备(6)之间的管路上。

7.根据权利要求6所述的单井多埋管式地埋管空调系统，其特征在于：所述软化水设备(12)的出口还通过支路连接有高位水箱(15)，高位水箱(15)的出口连接在集水器(4)至地源泵(7)的管路上。

8.根据权利要求1所述的单井多埋管式地埋管空调系统，其特征在于：所述井孔(1)设于富水区并延伸至砂砾石地层，且井孔(1)内回填有与井孔(1)原地层岩性相同的回填料。

9.根据权利要求1所述的单井多埋管式地埋管空调系统，其特征在于：所述地埋管换热器(2)沿竖向布置，多件地埋管换热器(2)沿井孔(1)的内侧壁均匀分布，且至少有一件地埋管换热器(2)位于井孔(1)正对地下水径流方向的一侧。

10.根据权利要求9所述的单井多埋管式地埋管空调系统，其特征在于：地埋管换热器(2)有3件。