專利名稱：熱泵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
熱泵系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及熱泵領(lǐng)域，具體地，涉及一種具有補(bǔ)熱裝置的熱泵系統(tǒng)。
技術(shù)背景[0002]近年來，地源熱泵系統(tǒng)由于其具有系統(tǒng)能效比和自動化程度高，可同時滿足采暖、 空調(diào)及熱水供應(yīng)的需求等特點，得到了廣泛的應(yīng)用。[0003]地源熱泵系統(tǒng)是一種利用淺層地?zé)豳Y源(也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等)的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)設(shè)備。實際運行監(jiān)測和模擬研究表明，單一的地源熱泵系統(tǒng)只有在冬夏冷熱負(fù)荷相近的地區(qū)，才能長期發(fā)揮較好的運行性能。我國有接近 2/3的面積處于嚴(yán)寒地區(qū)或寒冷地區(qū)，建筑的熱負(fù)荷遠(yuǎn)大于冷負(fù)荷。當(dāng)在這些地區(qū)應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)時，由于地源熱泵系統(tǒng)的取熱速率遠(yuǎn)超過地表和地心對取熱區(qū)域的恢復(fù)速率，使土壤換熱器周圍的土壤溫度場逐年下降，會出現(xiàn)采暖性能逐年降低的情況，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致熱泵系統(tǒng)無法正常工作。為了提高地源熱泵系統(tǒng)運行的可靠性，部分工程采用了擴(kuò)大埋管間距的方式，該方式雖能夠延緩?fù)寥罍囟葓龅南陆?，但并不能從根本上解決地源熱泵系統(tǒng)長期應(yīng)用性能降低的問題。[0004]為了確保寒冷地區(qū)冬季地源熱泵系統(tǒng)的供暖效果，目前主要有兩類技術(shù)措施一種是在設(shè)計供暖系統(tǒng)的同時預(yù)留其它常規(guī)供熱系統(tǒng)(如鍋爐系統(tǒng))的接口，當(dāng)?shù)卦礋岜孟到y(tǒng)運行性能較差或輸出不足時，則關(guān)閉地源熱泵系統(tǒng)，啟動常規(guī)的供熱系統(tǒng)供暖；另一種是利用太陽能季節(jié)性地向土壤換熱器(如地埋管換熱器)周圍的土壤中補(bǔ)充熱量，維持土壤溫度場以年為周期的熱平衡。但是，上述兩種措施都存在明顯的缺點。對于第一種措施，由于只是在地源熱泵系統(tǒng)運行性能較差或輸出不足時適用其它供暖手段代替地源熱泵系統(tǒng)供暖，而上述其它供暖手段多需要消耗能源，因此這種手段的節(jié)能性較差。對于后一種措施，由于寒冷地區(qū)太陽能熱流密度較低，使得在實際應(yīng)用中需要較大面積的集熱器，這會造成地源熱泵系統(tǒng)的初期投資成本高，投資回收期長。實用新型內(nèi)容[0005]本實用新型的目的是提供一種熱泵系統(tǒng)，該熱泵系統(tǒng)能夠維持土壤換熱裝置周圍的土壤溫度場以年為周期的熱平衡，并能夠節(jié)約能源，降低熱泵系統(tǒng)的成本。[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種熱泵系統(tǒng)，包括地源熱泵機(jī)組、土壤換熱裝置和空調(diào)設(shè)備，所述地源熱泵機(jī)組具有第一入口、第一出口、第二入口和第二出口，所述土壤換熱裝置具有換熱裝置入口和換熱裝置出口，所述空調(diào)設(shè)備具有空調(diào)入口和空調(diào)出口， 所述第一出口通過第一閥與所述換熱裝置入口連通，所述第一入口通過第二閥與所述換熱裝置出口連通，所述第二出口通過第三閥與所述空調(diào)入口連通，所述第二入口通過第四閥與所述空調(diào)出口連通，其中，所述熱泵系統(tǒng)還包括空氣源熱泵機(jī)組，該空氣源熱泵機(jī)組的熱泵機(jī)組出口通過第五閥與所述空調(diào)入口連通，并且該空氣源熱泵機(jī)組的熱泵機(jī)組入口通過第六閥與所述空調(diào)出口連通。[0007]優(yōu)選地，所述熱泵機(jī)組出口通過第七閥與所述換熱裝置入口連通，所述熱泵機(jī)組入口通過第八閥與所述換熱裝置出口連通。[0008]優(yōu)選地，所述土壤換熱裝置包括地埋管，該地埋管的介質(zhì)入口和介質(zhì)出口分別與所述換熱裝置入口和換熱裝置出口連通。[0009]優(yōu)選地，所述地埋管的數(shù)目為多組，所述土壤換熱裝置包括分水器和集水器，所述地埋管的介質(zhì)入口通過所述分水器與所述換熱裝置入口連通，所述地埋管的介質(zhì)出口通過所述集水器與所述換熱裝置出口連通。[0010]優(yōu)選地，所述空調(diào)設(shè)備為風(fēng)機(jī)盤管、地板輻射盤管、空調(diào)箱或它們的組合。[0011]優(yōu)選地，所述第一閥和/或第二閥和/或第三閥和/或第四閥和/或第五閥和/ 或第六閥和/或第七閥和/或第八閥為截斷閥。[0012]優(yōu)選地，所述截斷閥為電磁閥或電動調(diào)節(jié)閥。[0013]通過上述方案，本實用新型提供的熱泵系統(tǒng)中具有空氣源熱泵機(jī)組，當(dāng)處于供暖期時，空氣源熱泵機(jī)組可以從周圍環(huán)境(如空氣)中吸收熱量，并將該熱量輸送至空調(diào)設(shè)備中供該空調(diào)設(shè)備使用。這樣，既不會影響空調(diào)設(shè)備正常供暖，又可以適當(dāng)減少熱泵系統(tǒng)從土壤中吸收的熱量，為土壤換熱裝置周圍的土壤溫度場的恢復(fù)提供條件，從而維持土壤溫度場以年為周期的熱平衡。同時，由于上述空氣源熱泵機(jī)組從周圍環(huán)境中吸收熱量，而不需要額外消耗能源便可以保證空調(diào)設(shè)備正常供暖，并且空氣源熱泵機(jī)組的成本相對較低，因此本實用新型中的熱泵系統(tǒng)還能夠節(jié)約能源，降低熱泵系統(tǒng)的成本。[0014]本實用新型的其它技術(shù)特征和有益效果將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細(xì)說明。


[0015]附圖是用來提供對本實用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式
一起用于解釋本實用新型，但并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中[0016]圖1為本實用新型的優(yōu)選實施方式所提供的熱泵系統(tǒng)的原理圖；[0017]圖2為處于供暖期的熱泵系統(tǒng)的控制框圖；并且[0018]圖3為處于非供暖期的熱泵系統(tǒng)的控制框圖。[0019]附圖標(biāo)記說明[0020]1地源熱泵機(jī)組2土壤換熱裝置[0021]3空調(diào)設(shè)備4空氣源熱泵機(jī)[0022]11第一入口12第一出口[0023]13第二入口14第二出口[0024]21換熱裝置入口22換熱裝置出口[0025]31空調(diào)入口32空調(diào)出口[0026]41熱泵機(jī)組入口42熱泵機(jī)組出口[0027]a第一閥b第二閥[0028]C第三閥d第四閥[0029]e第五閥f第六閥[0030]g第七閥h第八閥[0031]m地埋管ρ分水器[0032]q 集水器具體實施方式
[0033]
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的限制。[0034]如圖1所示，本實用新型提供一種熱泵系統(tǒng)，該熱泵系統(tǒng)包括地源熱泵機(jī)組1、土壤換熱裝置2和空調(diào)設(shè)備3，地源熱泵機(jī)組1具有第一入口 11、第一出口 12、第二入口 13和第二出口 14，土壤換熱裝置2具有換熱裝置入口 21和換熱裝置出口 22，空調(diào)設(shè)備3具有空調(diào)入口 31和空調(diào)出口 32，第一出口 12通過第一閥a與換熱裝置入口 21連通，第一入口 11 通過第二閥b與換熱裝置出口 22連通，第二出口 14通過第三閥c與空調(diào)入口 31連通，第二入口 13通過第四閥d與空調(diào)出口 32連通，其中，熱泵系統(tǒng)還包括空氣源熱泵機(jī)組4，該空氣源熱泵機(jī)組4的熱泵機(jī)組出口 42通過第五閥e與空調(diào)入口 31連通，并且該空氣源熱泵機(jī)組4的熱泵機(jī)組入口 41通過第六閥f與空調(diào)出口 32連通。[0035]通過上述方案，本實用新型提供的熱泵系統(tǒng)中具有空氣源熱泵機(jī)組4，當(dāng)出于供暖期時，空氣源熱泵機(jī)組4可以從周圍環(huán)境(如空氣)中吸收熱量，并將該熱量輸送至空調(diào)設(shè)備3中供該空調(diào)設(shè)備3使用。這樣，既不會影響空調(diào)設(shè)備3正常供暖，又可以適當(dāng)減少熱泵系統(tǒng)從土壤中吸收的熱量，為土壤換熱裝置2周圍的土壤溫度場的恢復(fù)提供條件，從而維持土壤溫度場以年為周期的熱平衡。同時，由于上述空氣源熱泵機(jī)組4從周圍環(huán)境中吸收熱量，而不需要額外消耗能源便可以保證空調(diào)設(shè)備3正常供暖，并且空氣源熱泵機(jī)組4的成本相對較低，因此本實用新型中的熱泵系統(tǒng)還能夠節(jié)約能源，降低熱泵系統(tǒng)的成本。[0036]地源熱泵機(jī)組1、土壤換熱裝置2、空調(diào)設(shè)備3、空氣源熱泵機(jī)組4以及上述熱泵系統(tǒng)中使用的閥門均可以為熱泵領(lǐng)域中常用的裝置和設(shè)備，其具體形式將會在后文進(jìn)行詳細(xì)描述。[0037]如圖1所示，優(yōu)選地，熱泵機(jī)組出口 42通過第七閥g與換熱裝置入口 21連通，且熱泵機(jī)組入口 41通過第八閥h與換熱裝置出口 22連通。這樣，在非供暖期時，上述空氣源熱泵機(jī)組4便可以吸收周圍環(huán)境(如空氣)中的熱量，并通過土壤換熱裝置2將該熱量傳遞給土壤換熱裝置2周圍的土壤，從而維持土壤溫度場的熱平衡，實現(xiàn)地?zé)嵯到y(tǒng)的長期穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。[0038]土壤換熱裝置2用于將其周圍土壤中的熱量通過地源熱泵機(jī)組1傳遞至空調(diào)設(shè)備 3，從而為用戶供暖。并且，在非取暖期時，上述土壤換熱裝置2又可以將空調(diào)設(shè)備3和/或空氣源熱泵機(jī)組4從周圍環(huán)境吸收的熱量輸送到其周圍的土壤中向土壤補(bǔ)熱，使得土壤換熱裝置2周圍的土壤能夠維持以年為周期的熱平衡。在本實用新型中，可以使用熱泵領(lǐng)域中經(jīng)常使用的各種裝置或設(shè)備作為土壤換熱裝置2。優(yōu)選地，如圖1所示，土壤換熱裝置2 包括地埋管m，該地埋管m的介質(zhì)入口和介質(zhì)出口分別與所述換熱裝置入口 21和換熱裝置出口 22連通。地埋管為地源熱泵系統(tǒng)中通常使用的換熱裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，并具有良好的工作性能，能夠經(jīng)濟(jì)地滿足地源熱泵系統(tǒng)的要求。[0039]如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的那樣，為了保證土壤換熱裝置2的工作效率，常需要設(shè)置多組地埋管，本實用新型的發(fā)明人也采用了類似的設(shè)計。具體如圖1所示，上述地埋管m的數(shù)目為多組。同時，發(fā)明人還為土壤換熱裝置2配備了分水器ρ和集水器q，地埋管m 的介質(zhì)入口通過分水器P與換熱裝置入口 21連通，地埋管m的介質(zhì)出口通過集水器q與換熱裝置出口 22連通，從而確保介質(zhì)均勻地流向每組地埋管m，減少從單位體積的土壤中吸收的熱量。這樣，將要流入地埋管m內(nèi)的介質(zhì)則會首先通過分水器ρ平均地進(jìn)入到各組地埋管m，然后由集水器q匯合后流回到對應(yīng)的工作裝置中，實現(xiàn)熱泵系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。[0040]空調(diào)設(shè)備3用于為用戶供暖或制冷，其可以為各種能夠用于熱泵系統(tǒng)的空調(diào)設(shè)備，如風(fēng)機(jī)盤管、地板輻射盤管、空調(diào)箱或這些裝置的組合，只要能夠?qū)崿F(xiàn)上述基本功能即可。[0041]另外，文中出現(xiàn)的閥門主要用于控制其所在管路的通斷，使得上述熱泵系統(tǒng)能夠在各種工作狀態(tài)之間切換。上述閥門可以為多種形式的閥門或結(jié)構(gòu)。在本實用新型中，第一閥a、第二閥b、第三閥C、第四閥d、第五閥e、第六閥f、第七閥g和第八閥h優(yōu)選為截斷閥。并且，為了便于管路的控制，上述截斷閥優(yōu)選為電磁閥或電動調(diào)節(jié)閥。當(dāng)然，在本領(lǐng)域中還有其它多種控制管路通斷的手段，在不影響本實用新型的熱泵系統(tǒng)的正常工作的前提下，可以將多種合理的手段運用到本實用新型中。限于篇幅，此處將不再逐一進(jìn)行列舉。[0042]圖2和圖3分別為處于供暖期和非供暖期的熱泵系統(tǒng)的控制框圖，以下將參照圖2 和圖3對本實用新型的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，以便于使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠更加深入地了解本實用新型的技術(shù)方案。[0043]·供暖期[0044]如圖1和圖2所示，當(dāng)處于供暖期時，操作者判斷室外溫度Ttl與設(shè)定溫度Ttldl的關(guān)系，如果Ttl < Ttldl，啟動地源熱泵機(jī)組1、土壤換熱裝置2、空調(diào)設(shè)備3以及第一閥a、第二閥 b、第三閥c和第四閥d，并關(guān)閉空氣源熱泵機(jī)組4以及第五閥e、第六閥f、第七閥g和第八閥h，通過地源熱泵機(jī)組1和土壤換熱裝置2為空調(diào)設(shè)備3供暖。[0045]如果Ttl > Ttldl,則需要判斷空氣源熱泵機(jī)組4是否能夠滿足單獨供暖的需求。當(dāng)空氣源補(bǔ)熱機(jī)組4滿足要求時，啟動空調(diào)設(shè)備3、空氣源熱泵機(jī)組4以及第五閥e、第六閥f， 并關(guān)閉地源熱泵機(jī)組1、土壤換熱裝置2以及第一閥a、第二閥b、第三閥C、第四閥d、第七閥 g和第八閥h，通過空氣源熱泵機(jī)組4為空調(diào)設(shè)備3單獨供暖。當(dāng)空氣源補(bǔ)熱機(jī)組4不能完全滿足要求時，則開啟所有的裝置和閥門，使用地源熱泵機(jī)組1、土壤換熱裝置2和空氣源熱泵機(jī)組4為空調(diào)設(shè)備3聯(lián)合供暖。[0046]·非供暖期[0047]如圖1和圖3所示，當(dāng)處于非供暖期時，操作者根據(jù)需求判斷是否需要供冷，當(dāng)需要供冷時，啟動地源熱泵機(jī)組1、土壤換熱裝置2、空調(diào)設(shè)備3以及第一閥a、第二閥b、第三閥c和第四閥d，并關(guān)閉空氣源熱泵機(jī)組4以及第五閥e、第六閥f、第七閥g和第八閥h，通過地源熱泵機(jī)組1和土壤換熱裝置2為空調(diào)設(shè)備3供冷，并將空調(diào)設(shè)備3傳遞至土壤換熱裝置2的熱量儲存在其周圍的土壤中，維持土壤溫度場的熱平衡。[0048]當(dāng)不需要供冷時，則判斷室外溫度Ttl與設(shè)定溫度Ttld2的關(guān)系，如果Ttl > Ttld2，啟動土壤換熱裝置2、空氣源熱泵機(jī)組4以及第七閥g和第八閥h，并關(guān)閉地源熱泵機(jī)組1、空調(diào)設(shè)備3以及第一閥a、第二閥b、第五閥e和第六閥f，通過空氣源熱泵機(jī)組4吸收外界環(huán)境中的熱量并將該熱量傳遞至土壤換熱裝置2，從而向土壤換熱裝置2周圍的土壤中補(bǔ)充熱量。如果Ttl < Ttld2，關(guān)閉所有裝置和閥門，停止熱泵系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。[0049] 以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實用新型的優(yōu)選實施方式，但是，本實用新型并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實用新型的保護(hù)范圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式
中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實用新型所公開的內(nèi)容。為了避免不必要的重復(fù)，本實用新型不再另行說明各種可能的組合方式。
權(quán)利要求1.一種熱泵系統(tǒng)，包括地源熱泵機(jī)組(1)、土壤換熱裝置( 和空調(diào)設(shè)備(3)，所述地源熱泵機(jī)組(1)具有第一入口(11)、第一出口(12)、第二入口(13)和第二出口(14)，所述土壤換熱裝置( 具有換熱裝置入口和換熱裝置出口(22)，所述空調(diào)設(shè)備C3)具有空調(diào)入口 (31)和空調(diào)出口(32)，其中所述第一出口(1 通過第一閥(a)與所述換熱裝置入口連通，所述第一入口(11)通過第二閥(b)與所述換熱裝置出口 0 連通，所述第二出口(14)通過第三閥(c)與所述空調(diào)入口(31)連通，所述第二入口(13)通過第四閥(d)與所述空調(diào)出口(32)連通；其特征在于，所述熱泵系統(tǒng)還包括空氣源熱泵機(jī)組G)，該空氣源熱泵機(jī)組(4)的熱泵機(jī)組出口 G2)通過第五閥(e)與所述空調(diào)入口(31)連通，并且該空氣源熱泵機(jī)組的熱泵機(jī)組入口 Gl)通過第六閥(f)與所述空調(diào)出口(32)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述熱泵機(jī)組出口G2)通過第七閥 (g)與所述換熱裝置入口連通，所述熱泵機(jī)組入口 Gl)通過第八閥(h)與所述換熱裝置出口 02)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述土壤換熱裝置( 包括地埋管(m)，該地埋管(m)的介質(zhì)入口和介質(zhì)出口分別與所述換熱裝置入口和換熱裝置出口 (22)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述地埋管(m)的數(shù)目為多組，所述土壤換熱裝置( 包括分水器(P)和集水器(q)，所述地埋管(m)的介質(zhì)入口通過所述分水器(P)與所述換熱裝置入口連通，所述地埋管(m)的介質(zhì)出口通過所述集水器(q)與所述換熱裝置出口 0 連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述空調(diào)設(shè)備(3)為風(fēng)機(jī)盤管、地板輻射盤管、空調(diào)箱或它們的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述第一閥(a)和/或第二閥(b)和 /或第三閥(c)和/或第四閥(d)和/或第五閥(e)和/或第六閥(f)和/或第七閥(g) 和/或第八閥(h)為截斷閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述截斷閥為電磁閥或電動調(diào)節(jié)閥。
專利摘要本實用新型提供一種改進(jìn)的熱泵系統(tǒng)，該熱泵系統(tǒng)是在現(xiàn)有的地源熱泵系統(tǒng)上增加空氣源熱泵機(jī)組，該空氣源補(bǔ)熱機(jī)組可以單獨與空調(diào)設(shè)備連通，從而在地源熱泵機(jī)組運行性能較差或輸出不足時，使得所述熱泵系統(tǒng)能夠單獨地或與地源熱泵機(jī)組聯(lián)合向空調(diào)系統(tǒng)供暖。這樣，既不會影響到空調(diào)設(shè)備得正常供暖，又可以適當(dāng)減少熱泵系統(tǒng)從土壤中吸收的熱量，為土壤換熱裝置周圍的土壤溫度場的恢復(fù)提供條件，從而維持土壤溫度場以年為周期的熱平衡。同時，由于上述空氣源熱泵機(jī)組從周圍環(huán)境中吸收熱量，而不需要額外消耗能源便可以保證空調(diào)設(shè)備正常供暖，并且空氣源熱泵機(jī)組的成本相對較低，因此本實用新型中的熱泵系統(tǒng)還能夠節(jié)約能源，降低熱泵系統(tǒng)的成本。
文檔編號F24F5/00GK202274678SQ20112039260
公開日2012年6月13日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月3日
發(fā)明者于立軍, 張余, 李先庭, 王露 申請人:中國機(jī)電出口產(chǎn)品投資有限公司, 清華大學(xué), 神華集團(tuán)有限責(zé)任公司