一种从环境取热的土壤源热泵系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种从环境取热的土壤源热泵系统，属于供热空调领域。本技术可有效解决北方地区土壤源热泵系统的土壤热不平衡问题，维持系统长年稳定高效运行，特别适用于建筑热负荷较大，且干燥缺水的北方地区。
【背景技术】
[0002]我国的北方地区主要采用基于化石燃料燃烧的集中采暖方式，该方式总体能效不高造成了较大的能源消耗，并且由于污染物的排放一定程度上加剧了雾霾的出现。土壤源热泵以土壤为低位能源，系统性能受气温影响较小，具有较强的适应性，作为一种清洁高效的采暖空调形式，近年来在我国的应用越来越广。但土壤的热不平衡问题是制约其性能及发展的关键问题。当土壤源热泵应用于北方地区以热负荷为主的建筑时，系统从土壤的全年累计取热量明显大于排热量，将造成土壤温度下降，进而系统性能下降、甚至无法运行。现有的解决方案中，增加埋管数量、增大地埋管间距等将造成初投资的增加且只能减缓土壤温度下降，不能从根本上解决土壤热不平衡问题；增加太阳能集热器作为辅助设备，将会带来较高的初投资、且运行可靠性差。
[0003]为此，探索一种同时具有较高经济性和节能性的北方地区土壤源热泵系统土壤热不平衡问题解决方案，将有助于推动土壤源热泵在北方地区的合理推广与应用，替代化石燃料燃烧供暖，对节能减排具有重大意义。
【实用新型内容】
[0004]基于上述问题，本实用新型提出一种从环境取热的土壤源热泵系统，该系统可提供冬季采暖、夏季空调、全年生活热水、非采暖季补热，解决北方地区土壤源热泵系统的土壤热不平衡问题，维持系统长期稳定高效运行。
[0005]本实用新型的技术方案如下:
[0006]一种从环境取热的土壤源热泵系统，包括热泵机组、地埋管、用户、地源侧集水器、地源侧分水器、地源侧水泵、用户侧水泵、用户侧分水器、第一阀门和用户侧集水器；所述热泵机组用户侧的出口依次连接用户侧水泵、用户侧分水器、第一阀门、用户和用户侧集水器回到热泵机组用户侧，构成热泵机组用户侧供暖供冷回路；所述热泵机组地源侧的出口依次连接地源侧集水器、地埋管、地源侧分水器和地源侧水泵回到热泵机组地源侧，构成热泵机组地源侧制暖制冷回路；其特征在于:所述的从环境取热的土壤源热泵系统还包括第一换热器、第二换热器、第二换热器水泵、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门和第七阀门；所述的第一换热器的热泵机组用户侧出口依次连接用户侧集水器、热泵机组用户侧、用户侧水泵、用户侧分水器和第二阀门回到第一换热器，构成第一换热器的热泵机组用户侧回路；所述的第二换热器的用户侧出口依次连接第三阀门、第一换热器的第二换热器侧和第二换热器水泵回到第二换热器，构成第二换热器热泵补热回路；所述的第二换热器的用户侧出口依次连接第六阀门、地源侧集水器、地埋管、地源侧分水器、第七阀门和第二换热器水泵回到第二换热器，构成第二换热器直接补热回路；所述的第二换热器的用户侧出口依次连接第四阀门、热泵机组地源侧、第五阀门和第二换热器水泵回到第二换热器，构成第二换热器直接供暖回路。
[0007]上述技术方案中，所述的一种从环境取热的土壤源热泵系统，其特征在于:所述的热泵机组采用在制冷制热工况转换模式下的制冷剂侧切换或外部水路侧切换两种结构形式。所述的第二换热器采用风冷换热器、太阳能集热器和溶液喷淋式换热器中的一种或几种的组合。
[0008]本实用新型具有如下优点及有益效果:
[0009]本实用新型在常规土壤源热泵基础上增加第二换热器，根据室外空气温度的变化和负荷特征，系统可实现多种运行模式。夏季或冬季，常规土壤源热泵系统向土壤中排热或从中取热，向用户提供空调、采暖和生活热水。非采暖季，当室外空气温度较高时，第二换热器可从环境取热、经热泵机组提升温度后向土壤补热，实现第二换热器热泵补热模式；当室外空气温度进一步升高或太阳辐射较强时，第二换热器可直接从环境取热向土壤补热，实现第二换热器直接补热模式。非采暖期需供应生活热水时，可采用第二换热器从环境取热、经热泵机组提升温度后向用户供热，实现第二换热器的热泵供热，满足用户生活热水需求，大大减少热泵机组从地下的取热。采暖初末期，当室外空气温度较高或太阳辐射较强时，可采用第二换热器从环境取热、经热泵机组提升温度向用户供热，实现第二换热器热泵供热模式，满足用户采暖需求。第二换热器热泵供热模式减少了系统从地下的取热，缩小了土壤全年热不平衡；同时，由于空气温度较高或太阳辐射较强，第二换热器的出水温度可能比地埋管换热器的出水温度高，因而，第二换热器热泵供热模式比常规土壤源热泵供热能效比更高。与常规技术相比:①由于增加第二换热器作为辅助设备，所需的初投资较低，且管道连接形式简单，适用于新建或改建的土壤源热泵工程；②第二换热器热泵供热模式可减少系统从土壤中的取热，同时第二换热器直接补热和第二换热器热泵补热模式又可增大向土壤的补热量，使得土壤全年的取热量与“补热+排热量”基本相等，有效解决了土壤源热泵在北方地区热负荷为主的建筑中出现的土壤热不平衡问题，保证了土壤源热泵的长期可靠运行；③第二换热器可充分利用空气中的热能或太阳能进行补热或直接供热，系统运行能耗较少、运行费用较低。相对于传统化石燃料燃烧的供暖方式，具有较高的一次能源效率和明显的节能性。
[0010]总的来说，本实用新型以低初投资、低运行能耗和简单的系统连接形式，解决北方地区常规土壤源热泵系统的土壤热不平衡问题，具有较高的节能性和经济性，有助于土壤源热泵系统在北方地区的合理推广与应用。
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型提供的从环境取热的土壤源热泵系统的结构原理图。
[0012]图2是本实用新型提供的从环境取热的土壤源热泵系统土壤源热泵供热或供冷模式的示意图。
[0013]图3是本实用新型提供的从环境取热的土壤源热泵系统第二换热器热泵补热模式的示意图。
[0014]图4是本实用新型提供的从环境取热的土壤源热泵系统第二换热器直接补热模式的示意图。
[0015]图5是本实用新型提供的从环境取热的土壤源热泵系统第二换热器热泵供热模式的示意图。
[0016]其中:1-用户；2_第一换热器；3_第三阀门；4_第二换热器；5_第二换热器水泵；6_第四阀门；7_第五阀门；8_第六阀门；9_地源侧集水器；10_地埋管；11_第七阀门；12-地源侧分水器；13_地源侧水泵；14_热泵机组；15_用户侧水泵；16_用户侧分水器；17-用户侧集水器；18-第一阀门；19-第二阀门。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本实用新型的结构和运行方式做进一步说明。
[0018]图1是本实用新型提供的从环境取热的土壤源热泵系统的结构原理图，包括热泵机组14、地埋管10、用户1、地源侧集水器9、地源侧分水器12、地源侧水泵13、用户侧水泵15、用户侧分水器16、第一阀门18和用户侧集水器17 ;所述热泵机组14用户侧的出口依次连接用户侧水泵15、用户侧分水器16、第一阀门18、用户I和用户侧集水器17回到热泵机组14用户侧，构成热泵机组用户侧供暖供冷回路；所述热泵机组14地源侧的出口依次连接地源侧集水器9、地埋管10、地源侧分水器12和地源侧水泵13回到热泵机组14地源侧，构成热泵机组地源侧制暖制冷回路；所述的从环境取热的土壤源热泵系统还包括第一换热器2、第二换热器4、第二换热器水泵5、第二阀门19、第三阀门3、第四阀门6、第五阀门7、第六阀门8和第七阀门11 ;所述的第一换热器2的热泵机组用户侧出口依次连接用户侧集水器17、热泵机组14用户侧、用户侧水泵15、用户侧分水器16和第二阀门19回到第一换热器2，构成第一换热器的热泵机组用户侧回路；所述的第二换热器4的用户侧出口依次连接第三阀门3、第一换热器2的第二换热器侧和第二换热器水泵5回到第二换热器4，构成第二换热器热泵补热回路；所述的第二换热器4的用户侧出口依次连接第六阀门8、地源侧集水器9、地埋管10、地源侧分水器12、第七阀门11和第二换热器水泵5回到第二换热器4，构成第二换热器直接补热回路；所述的第二换热器4的用户侧出口依次连接第四阀门6、热泵机组14地源侧、第五阀门7和第二换热器水泵5回到第二换热器4，构成第二换热器直接供暖回路。
[0019]所述的一种从环境取热的土壤源热泵系统，所述的热泵机组14采用在制冷制热工况转换模式下的制冷剂侧切换或外部水路侧切换两种结构形式。所述的第二换热器4采用风冷换热器、太阳能集热器和溶液喷淋式换热器中的一种或几种的组合。
[0020]本实用新型所述的从环境取热的土壤源热泵系统，可以实现以下几种独立的运行模式:
[0021]a.土壤源热泵供热或供冷模式:当用户具有供暖、供生活热水或供冷需求，且第二换热器不满足运行条件时，关闭第二阀门19、第三阀门3、第四阀门6、第五阀门7、第六阀门8、第七阀门11和第二换热器水泵5 ;地埋管10出水经地源侧分水器12和地源侧水泵13进入热泵机组14地源侧，为热泵机组14提供低位热源或冷源，然后，经地源侧集水器9回到地埋管10 ;用户回水经用户侧集水器17进入热泵机组14用户侧被加热或降温，然后，经用户侧水泵15、用户侧分水器16和第一阀门18回到用户1，采用土壤源热