CN218065200U - 一种土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统，包括地源热泵机组、燃气热泵机组、室外地埋管、水氟换热模组和末端设备，地源热泵机组具有蒸发器和冷凝器，蒸发器的介质入口和介质出口连接末端设备的介质出口和介质入口，冷凝器的介质入口和介质出口连接室外地埋管的介质出口和介质入口；蒸发器的介质入口和介质出口连接室外地埋管的介质出口和介质入口，冷凝器的介质入口和介质出口连接末端设备的介质出口和介质入口，水氟换热模组的介质出口和介质入口连接末端设备的介质入口和介质出口，水氟换热模组的媒介入口和媒介出口连接燃气热泵机组。优点：可作为调峰时用，可以降低系统的初投资，提高运行效率、降低运行费用。

Description

一种土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统

技术领域

本实用新型涉及换热技术领域，特别涉及一种土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统。

背景技术

土壤源热泵是一种可再生能源技术，它利用地球表面能源作为能量转换的为居民制冷供暖的空调系统。土壤源热泵不受能源的限制，它有再生能源的技术。土壤源热泵是一种节约技术，地球的表浅层的土壤源能量一年四季比较稳定，冬季要比正常环境的气温要高，而夏季要比正常环境的气温要低，这种特点使得土壤源热泵能效比传统的空调系统更高，节能和节省运行费用。与传统的家用空调相比，土壤源热泵系统维护费用相对较低，因为土壤源热泵的系统的机械部件非常少，所有的部件基本都是埋在地下或安装在室内，避免了风吹日晒，保证了系统的使用寿命。但土壤源热泵受场地限制，如果场地较小的话，就无法满足整个系统制冷供热需求。并且土壤源热泵系统存在土壤温度场冷热堆积问题，即若系统设计不合理，随着土壤源热泵系统连续长期的运行，会从地下过多的取热或过多的散热，造成地下温度场的波动上升或降低，致使热泵机组的能效比逐渐降低，增加系统的能耗。

燃气热泵技术是以天燃气为能源，由燃气发动机驱动压缩机运转完成制冷或制热循环，同时吸收利用烟气、燃气发动机的余热化霜补充供暖，是一款高效而舒适的热泵空调形式。但是燃气热泵供暖需要燃气输配，燃烧后又产生大量的废热，同时燃料燃烧过程中产生大量的CO₂，少量CO，SO₂等排放气体，对环境造成一定的污染。近年来世界能源危机正在逐步加剧,燃气价格提高,直接使燃气热泵供暖成本提高。与常规空调系统相比，机组能效较低，系统能耗较大。

因此，如果将两者结合，可发挥优点、互补缺点，并可以解决以下技术问题：

1)土壤源热泵系统设计时，往往按最大冷/热负荷设计，而整个空调季节最冷或热的时间相对较短，如将建设成本较低的燃气热泵系统作为辅助系统，在极端天气或高负荷运行时调峰用，不但可以降低土壤源部分的投资，同时，也可以充分利用能效较高的土壤源热泵系统，提高系统的运行效率、降低系统的运行费用、保障系统安全可靠性。

2)直接减少了室外埋管的数量，尤其是在城区或建筑较密集地区，这为某些开发商充分利用地下空间或提高建筑密度开辟了新的道路。同时解决了因为室外埋管面积不够而放弃了能效较高的土壤源热泵系统为建筑物制冷、供暖。

3)根据地温检测器观察，当土壤源系统有冷堆积时，冬季可适当延长燃气热泵系统的运行时间，夏季可适当延长土壤源热泵系统的运行时间；当土壤源系统有热堆积时，冬季可适当延长土壤源热泵系统的运行时间，夏季可适当延长燃气热泵的运行时间；合理设计、合理使用可最大限度的降低土壤源(室外埋管)系统的冷热堆积，充分发挥土壤源热泵系统的节能、高效、环保、可靠等特点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统，有效的克服了现有技术的缺陷。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统，包括地源热泵机组、燃气热泵机组、室外地埋管、水氟换热模组和末端设备，上述地源热泵机组具有相互换热的蒸发器和冷凝器，上述蒸发器的介质入口和介质出口分别通过第一管路连接上述末端设备的介质出口和介质入口，上述冷凝器的介质入口和介质出口分别通过第二管路连接上述室外地埋管的介质出口和介质入口；上述蒸发器的介质入口和介质出口分别通过第三管路连接上述室外地埋管的介质出口和介质入口，上述冷凝器的介质入口和介质出口分别通过第四管路连接上述末端设备的介质出口和介质入口，上述水氟换热模组的介质出口和介质入口分别通过第五管路连接上述末端设备的介质入口和介质出口，上述水氟换热模组的媒介入口和媒介出口分别通过第六管路连接上述燃气热泵机组的媒介出口和媒介入口。

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，任意一条上述第二管路和任意一条上述设有第三管路上设有地源侧水泵。

进一步，上述室外地埋管的介质出口连接有第一主管路，上述第一主管路上设有地源侧水泵，上述冷凝器的介质入口通过第二管路连接上述第一主管路，上述蒸发器的介质入口通过第四管路连接上述第一主管路。

进一步，任意一条上述第一管路、任意一条上述第四管路以及任意一条上述第五管路上设有末端循环水泵。

进一步，上述末端设备的介质出口连接有第二主管路，上述第二主管路上设有末端循环水泵，上述蒸发器的介质入口通过上述第一管路连接上述第二主管路，上述冷凝器的介质入口通过上述第四管路连接上述第二主管路，上述水氟换热模组的介质入口通过上述第五管路连接上述第二主管路。

进一步，上述第二主管路上设有第一流量控制阀，上述第五管路上设有第二流量控制阀。

进一步，上述第一管路和第二管路上分别设有第一阀门。

进一步，上述第三管路和第四管路上分别设有第二阀门。

本实用新型的有益效果是：整个系统可作为调峰时应用，不但可以降低系统的初投资，同时，也可以充分利用土壤源热泵系统，提高系统的运行效率、降低系统的运行费用。

附图说明

图1为本实用新型的土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统的结构示意图；

图2为本实用新型的土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统在夏季使用时的结构示意图；

图3为本实用新型的土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统在冬季使用时的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、地源热泵机组；2、燃气热泵机组；3、室外地埋管；4、水氟换热模组；5、末端设备；6、地源侧水泵；7、末端循环水泵；8、第一流量控制阀；9、第二流量控制阀；11、蒸发器；12、冷凝器。

具体实施方式

以下结合附图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。

实施例：如图1所示，本实施例的土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统，其特征在于：包括地源热泵机组1、燃气热泵机组2、室外地埋管3、水氟换热模组4和末端设备5，上述地源热泵机组1具有相互换热的蒸发器11和冷凝器12，上述蒸发器11的介质入口和介质出口分别通过第一管路连接上述末端设备5的介质出口和介质入口，上述冷凝器12的介质入口和介质出口分别通过第二管路连接上述室外地埋管3的介质出口和介质入口；上述蒸发器11的介质入口和介质出口分别通过第三管路连接上述室外地埋管3的介质出口和介质入口，上述冷凝器12的介质入口和介质出口分别通过第四管路连接上述末端设备5的介质出口和介质入口，上述水氟换热模组4的介质出口和介质入口分别通过第五管路连接上述末端设备5的介质入口和介质出口，上述水氟换热模组4的媒介(氟利昂)入口和媒介出口分别通过第六管路连接上述燃气热泵机组2的媒介出口和媒介入口。

具体使用构成如下：

一、夏季使用时，如图2所示，具体如下：

第一管路保持通路，第二管路阻断(关闭)。地源热泵机组1中的冷凝器12、室外地埋管3及相应管路组合成一个土壤源循环回路；燃气热泵机组2中的换热器、水氟换热模组4中的换热器及相应管路组合成一个燃气热泵循环回路；地源热泵机组1中的蒸发器11、水氟换热模组4中的换热器、末端设备5及相应管路组合成一个末端循环回路。

地源热泵机组1将与室内末端相连的蒸发器11中的水制冷降温，利用热泵制冷工作原理将热量转移至冷凝器12相连的冷却水系统中，同时，水将热量输送到室外地埋管3中，从而将热量扩散到土壤中，向周边土壤释放热量；燃气热泵机组2将与室内末端相连的水氟换热模块4的换热器中的媒介(氟利昂)制冷降温，利用热泵制冷工作原理将热量转移至燃气热泵机组2的换热器连接的室外散热器中，将热量散发到室外大气环境中；同时，水将冷量从蒸发器11、换热器12中交换出来，通过末端设备5和室内热空气交换达到制冷效果。夏季平时制冷时，水氟换热模组4与末端设备5之间的第五管路阻断(关闭)，由土壤源热泵系统提供冷量，为末端用户制冷，当末端空调负荷季节性高峰时期或土壤源热泵系统不能满足建筑末端空调需求时，再保持水氟换热模组4与末端设备5之间的第五管路畅通，即燃气热泵系统，将冷量输送给室内设备，以满足室内末端制冷需求。

二、冬季使用时，如图3所示，具体如下：

第一管路阻断(关闭)，第二管路保持通路。地源热泵机组1中的蒸发器11、室外地埋管3及相应管路组合成一个土壤源循环回路；燃气热泵机组2中的换热器、水氟换热模块5中的换热器及相应管路组合成一个燃气热泵循环回路；地源热泵机组1中的冷凝器、水氟换热模块5中的换热器、末端设备7和末端循环水泵6及相应管路组合成一个末端循环回路。

地源热泵机组1将与室内末端相连的冷凝器12中的水制热升温，利用热泵制热工作原理将热量转移至蒸发器11相连的热源系统中，室外地埋管3向周边土壤吸收热量，同时，水将室外地埋管3中的热量输送到地源热泵机组1中的蒸发器11；燃气热泵机组2将与室内末端相连的水氟换热模组4的换热器中的冷媒制热升温，利用热泵制热工作原理将室外散热器吸收的热量转移至燃气热泵机组2的换热器；同时，水将热量从蒸发器11、水氟换热模组4的换热器中交换出来，通过末端设备5和室内冷空气交换达到制热效果。冬季平时制热时，水氟换热模组4与末端设备5之间的第五管路阻断(关闭)，由土壤源热泵系统提供热量，为末端用户制热，当末端空调负荷季节性高峰时期或土壤源热泵系统不能满足建筑末端空调需求时，再保持水氟换热模组4与末端设备5之间的第五管路畅通，即燃气热泵系统，将热量输送给室内设备，以满足室内末端制热需求。

整个系统具有以下优点：

1)建筑空调季节高峰负荷时间短，若按整个系统的满负荷设计为土壤源热泵系统，不但整个系统的初投资较高，其运行期的20-30％的空调负荷也将长期(约占整个空调季80-90％时间)处于闲置状态，不能充分发挥土壤源热泵系统的节能、高效特性。因此将燃气热泵系统作为调峰时应用，不但可以降低系统的初投资，同时，也可以充分利用土壤源热泵系统，提高系统的运行效率、降低系统的运行费用。

2)解决了因室外埋管占用场地面积不够而放弃了能效比较高的土壤源热泵系统为建筑物制冷、供暖的思路，这为某些业主或开发商充分利用地下空间、提高建筑密度开辟了新的道路，克服了单纯利用燃气热泵系统制冷或供暖的运行费用偏高的状况。

3)土壤源热泵系统的冷热堆积是多年累计形成的，因此，我们完全可以通过热泵机组上的显示屏观察出室外埋管换热器的变化，当有冷堆积时，冬季可适当延长燃气热泵的运行时间，减少土壤源热泵系统运行时间，夏季可适当延长土壤源热泵系统的运行时间，减少燃气热泵系统的运行时间；当有热堆积时，冬季可适当延长土壤源热泵系统的运行时间，减少燃气热泵系统的运行时间，夏季可适当延长燃气热泵的运行时间，减少土壤源热泵运行的时间；通过合理设计、合理使用可最大限度的降低系统的冷热堆积，充分发挥土壤源热泵系统的安全、节能、高效、环保、可靠特点。

本实施例中，在第二管路及第三管路上设置促进水体流动的地源侧水泵6，具体设置方法可以包括以下两种：

1)在任意一条上述第二管路和任意一条上述设有第三管路上设有地源侧水泵6。

2)上述室外地埋管3的介质出口连接有第一主管路，上述第一主管路上设有地源侧水泵6，上述冷凝器12的介质入口通过第二管路连接上述第一主管路，上述蒸发器11的介质入口通过第四管路连接上述第一主管路。

本实施例中，在第四管路及第五管路上设置促进水体流动的末端循环水泵7，具体设置方法可以包括以下两种：

①任意一条上述第一管路、任意一条上述第四管路以及任意一条上述第五管路上设有末端循环水泵7。

②上述末端设备5的介质出口连接有第二主管路，上述第二主管路上设有末端循环水泵7，上述蒸发器11的介质入口通过上述第一管路连接上述第二主管路，上述冷凝器12的介质入口通过上述第四管路连接上述第二主管路，上述水氟换热模组4的介质入口通过上述第五管路连接上述第二主管路。

为了方便控制水氟换热模组4及燃气热泵机组2的工作介入，在上述第二主管路上设有第一流量控制阀8，上述第五管路上设有第二流量控制阀9。

本实施例中，上述第一流量控制阀8和第二流量控制阀9采用电磁阀，同系统中其他电器元件一起接入同一个控制系统中，实现自动化的控制操作。

为了方便控制系统中第一管路和第二管路的流体流通状态，在上述第一管路和第二管路上分别设有第一阀门(图中A指代)，通过开闭第一阀门实现管路的通断状态调整。

上述第一阀门采用电磁阀，同系统中其他电器元件一起接入同一个控制系统中，实现自动化的控制操作。

为了方便控制系统中第一管路和第二管路的流体流通状态，上述第三管路和第四管路上分别设有第二阀门(图中B指代)，通过开闭第一阀门实现管路的通断状态调整。

上述第二阀门采用电磁阀，同系统中其他电器元件一起接入同一个控制系统中，实现自动化的控制操作。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“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”仅用于描述目的，而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，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，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不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或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统，其特征在于：包括地源热泵机组(1)、燃气热泵机组(2)、室外地埋管(3)、水氟换热模组(4)和末端设备(5)，所述地源热泵机组(1)具有相互换热的蒸发器(11)和冷凝器(12)，所述蒸发器(11)的介质入口和介质出口分别通过第一管路连接所述末端设备(5)的介质出口和介质入口，所述冷凝器(12)的介质入口和介质出口分别通过第二管路连接所述室外地埋管(3)的介质出口和介质入口；所述蒸发器(11)的介质入口和介质出口分别通过第三管路连接所述室外地埋管(3)的介质出口和介质入口，所述冷凝器(12)的介质入口和介质出口分别通过第四管路连接所述末端设备(5)的介质出口和介质入口，所述水氟换热模组(4)的介质出口和介质入口分别通过第五管路连接所述末端设备(5)的介质入口和介质出口，所述水氟换热模组(4)的媒介入口和媒介出口分别通过第六管路连接所述燃气热泵机组(2)的媒介出口和媒介入口。

2.根据权利要求1所述的一种土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统，其特征在于：任意一条所述第二管路和任意一条所述第三管路上设有地源侧水泵(6)。

3.根据权利要求1所述的一种土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统，其特征在于：所述室外地埋管(3)的介质出口连接有第一主管路，所述第一主管路上设有地源侧水泵(6)，所述冷凝器(12)的介质入口通过第二管路连接所述第一主管路，所述蒸发器(11)的介质入口通过第四管路连接所述第一主管路。

4.根据权利要求1所述的一种土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统，其特征在于：任意一条所述第一管路、任意一条所述第四管路以及任意一条所述第五管路上设有末端循环水泵(7)。

5.根据权利要求1所述的一种土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统，其特征在于：所述末端设备(5)的介质出口连接有第二主管路，所述第二主管路上设有末端循环水泵(7)，所述蒸发器(11)的介质入口通过所述第一管路连接所述第二主管路，所述冷凝器(12)的介质入口通过所述第四管路连接所述第二主管路，所述水氟换热模组(4)的介质入口通过所述第五管路连接所述第二主管路。

6.根据权利要求5所述的一种土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统，其特征在于：所述第二主管路上设有第一流量控制阀(8)，所述第五管路上设有第二流量控制阀(9)。

7.根据权利要求6所述的一种土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统，其特征在于：所述第一管路和第二管路上分别设有第一阀门。

8.根据权利要求6所述的一种土壤源热泵与燃气热泵复合式供热空调系统，其特征在于：所述第三管路和第四管路上分别设有第二阀门。

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