CN104567095A - 一种基于沥青路面蓄热的复合地源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于沥青路面蓄热的复合地源热泵系统，包括：包括地下埋管、地源热泵机组、空调用户末端、路面埋管，地源侧集水器和地源侧分水器六部分。所述的主要特点是利用沥青路面作为集热装置，与地源热泵系统共用地埋管换热器，将过渡季节及夏季非空调时段沥青路面收集的太阳能热量储存于地下，作为热负荷占优的地源热泵空调系统的辅助热源，从而满足地源热泵系统用户全年的冷热负荷需要，提高系统的总体效率，保证地埋管换热器全年冷热负荷的平衡，保证其在长时间运行时不因冷量堆积而导致失效。路面集热系统采用与地埋管换热器相同的工作介质，与地埋管换热器通过分集水器相连。集热系统以沥青路面为集热装置，不占用额外安装空间。相对于其他的辅助热源系统，如太阳能集热器，电加热水箱等，该系统具有造价低，运行维护费用低等优点，同时也具有较高的环境效益。

Description

一种基于沥青路面蓄热的复合地源热泵系统

技术领域：

本发明涉及一种基于沥青路面蓄热的复合地源热泵系统，属于建筑环境与设备工程及制冷工程技术领域。

背景技术：

地源热泵系统在冬季通过热泵机组将大地中的低位热能提升温度后对建筑物供热，同时将建筑物内的冷量储存在地下，以备夏季使用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下，冷却建筑物的同时储存了热量，以备冬季使用。

在我国华北与东北的大部分地区，建筑物全年的供热及生活用热水所需的热负荷往往大于夏季所需的冷负荷。若单独采用地源热泵系统，在一年中冬季从地埋管换热器中抽取的热量远大于夏季向地埋管换热器输入的热量。此时，多余的冷量就会在地下的地埋管换热器中积累，引起地下年平均温度的降低。这种换热器周围岩土年平均温度的变化会影响地埋管换热器长期的换热性能，甚至使地源热泵系统失效。现有技术中对于热负荷大于冷负荷需求的建筑来说，如何解决地下热平衡，降低能源消耗，满足建筑的冷、热负荷需求是地源热泵系统面临的技术问题。目前工程上多采用太阳能集热器作为辅助热源设备对地埋管换热进行季节性蓄热，以平衡地下热环境。然而大面积安装太阳能集热器具有初投资高的缺点，且常常受到安装面积不足的限制。另一种可用的办法是地源热泵加锅炉辅助加热，它的缺点是需要消耗较多的常规化石燃料。

发明内容：

针对以上背景，为了解决地源热泵在热负荷占优建筑应用中产生的地下冷热负荷不平衡的技术问题，并满足低成本高效率运行的要求，本专利提出一种基于沥青路面蓄热的复合地源热泵系统。

本发明提出的一种基于沥青路面蓄热的复合地源热泵系统主要由地下埋管、地源热泵机组、空调用户末端、路面埋管，地源侧集水器和地源侧分水器六部分组成。所述地下埋管与地源侧分水器、地源侧集水器、地源热泵机组通过管路相通连接；所述地源热泵机组与空调用户末端通过管路相通连接；所述路面埋管与地源侧分水器、地源侧集水器通过管路相通连接。

为了给系统提供良好的管路水循环的动力，所述路面埋管与地源侧集水器的连接管路上设置蓄热侧循环泵；所述地源热泵机组与地源侧集水器的连接管路上设置热泵侧循环泵；所述地源热泵机组与空调用户末端的连接管路上设置空调侧循环泵。

为了方便对系统不同功能的切换，所述路面埋管与地源侧集水器的连接管路上设置阀门；所述地源热泵机组与地源侧集水器的连接管路上设置阀门。

本发明提出的基于沥青路面蓄热的复合地源热泵系统具有传统地源热泵系统的功能，即该复合系统也具有夏季制冷，冬季供热的功能：在夏季，地下埋管的循环液在热泵机组内吸收来自建筑物内的热量以及机组的功率，然后通过流动将热量释放到地下，冷却建筑物的同时在地下储存了热量，以备冬季使用；在冬季到地下埋管内的循环液从地下吸取低品位热能，然后通过热泵机组将低位热能提升温度后对建筑物供热，同时将建筑物内的冷量储存在地下，以备夏季使用。在过渡季节或非空调时段，可利用沥青路面的高效集热特性充分收集太阳辐射能，并通过循环管路将该部分热量储存于地下，提高冬季地下土壤温度，缓减由于全年冷热不平衡而产生的冷量堆积现象。

这种基于沥青路面蓄热的复合地源热泵系统的优点为：(1)该系统利用太阳能与浅层地热能复合能源可有效缓解地下冷热不平衡现象，提高地源热泵系统的运行效率；(2)通过路面埋管及循环管路将沥青路面收集的太阳能储存于地下，降低了沥青路面的温度，大大减少了沥青路面向周围环境释放的热量，提高了环境的热舒适性；(3)该系统的辅助热源部分包括路面埋管及沥青路面，充分利用路基下面的空间，不需占用其它空间，且初投资较低的优点(4)在蓄热时除循环水泵开启消耗少量电能外，无其他能量消耗，运行费用低。

附图说明：

图1是本发明复合地源热泵系统示意图；

图2是本发明在夏季和冬季热泵机组运行时系统示意图；

图3是本发明在过渡季和夏季非空调时段运行时系统示意图

图中各部件的标记如下：1、路面埋管；21、热泵侧循环泵；22、蓄热侧循环泵；23、空调侧循环泵；3、地源热泵机组，41、阀门；42、阀门；5、空调用户末端；6、集水器；7、分水器；8、地下埋管。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步的描述：

请参阅图1，本发明包括路面埋管1、热泵侧循环泵21、蓄热循环泵22、空调侧循环泵23、地源热泵机组3、阀门41、阀门42、空调用户末端5、地源侧集水器6、地源侧分水器7、地下埋管8。所述地下埋管8与地源侧分水器7、地源侧集水器6、地源热泵机组3通过管路相通连接；所述热泵机组3与空调用户末端5通过管路相通连接；所述路面埋管1与地源侧分水器7、地源侧集水器6通过管路相通连接。为了给系统提供良好的管路水循环的动力，所述路面埋管1与地源侧集水器6的连接管路上设置蓄热侧循环泵22；所述地源热泵机组3与地源侧集水器6的连接管路上设置热泵侧循环泵21；所述地源热泵机组3与空调用户末端5的连接管路上设置空调侧循环泵23。为了对方便对系统不同功能的切换，所述路面埋管与地源侧集水器的连接管路上设置阀门42；所述热泵机组与地源侧集水器的连接管路上设置阀门41。

请参阅图2，夏季：开启热泵侧循环泵21与空调侧循环泵23；开启阀门41；关闭阀门42，热泵机组转换为制冷工况。此时地下埋管8、地源侧集水器6、地源侧分水器7与地源热泵机组3连通。管路内的循环液将通过地源热泵机组3将室内多余的热量经由地下埋管8释放到地下，热泵机组消耗少量的电能制取较多冷量，实现制冷过程。冬季：开启热泵侧循环泵21与空调侧循环泵23；开启阀门41，关闭阀门42，热泵机组转换为制冷工况。此时地下埋管8、地源侧集水器6、地源侧分水器7与地源热泵机组3连通。管路内的循环液通过到地下埋管8吸取地下热量之后再通过地源热泵机组3提升温度，将热量释放到房间，实现制热过程。

请参阅图3，过渡季或夏季非空调时段：开启蓄热循环泵22；开启阀门42；关闭阀门41。此时地下埋管8、地源侧集水器6、地源侧分水器7与路面埋管1连通。路面埋管1内的循环液通过路面埋管与路面进行换热，吸取太阳辐射热，循环液温度升高。被加热的循环液通过管路进入地下埋管8，与周围土壤通过进行换热，将太阳能热量储存于地下，以备冬季供热用。

Claims (3)

1.一种基于沥青路面蓄热的复合地源热泵系统，包括地下埋管、地源热泵机组、空调用户末端、路面埋管，地源侧集水器和地源侧分水器六部分，其特征在于所述地下埋管与地源侧分水器、地源侧集水器、地源热泵机组通过管路相通连接；所述地源热泵机组与空调用户末端通过管路相通连接；所述路面埋管与地源侧分水器、地源侧集水器通过管路相通连接。

2.根据权利要求1所述的基于沥青路面辅助蓄热的复合地源热泵系统，其特征是在过渡季或夏季非空调时段：开启蓄热循环泵22；开启阀门42；关闭阀门41。此时地下埋管8、地源侧集水器6、地源侧分水器7与路面埋管1连通。路面埋管1内的循环液通过路面埋管与路面进行换热，吸取太阳辐射热，循环液温度升高。被加热的循环液通过管路进入地下埋管8，与周围土壤通过进行换热，将太阳能热量储存于地下，以备冬季供热用。

3.根据权利要求1、2所述的基于基于沥青路面蓄热的复合地源热泵系统，其特征是阀门41与循环泵21动作相同，阀门42与循环泵22动作相同。阀门的切换与整个系统的功能有关。当系统作为供热空调系统使用时阀门41开通，循环泵21启动；当系统作为蓄热系统使用时阀门42开通，循环泵22启动。阀门开关可通过自控来完成。