专利名称：基于雨水蓄渗的水平地埋管式土壤源热泵系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于浅层地热能的开发和利用技术领域，特别涉及一种水平地埋管式土壤源热泵系统，具体来说是一种将雨水蓄渗系统与水平地埋管式土壤源热泵系统相结合的一体化系统。
背景技术：
随着化石能源面临枯竭的危险及其所带来的污染对环境破坏问题的日显突出，可再生能源的充分利用越来越多的受到关注，浅层地热能的开发和利用为解决能源危机和环境污染这两个困扰发展的重大问题提供了解决的通道。其中土壤源热泵系统的利用已得到广泛的认可，具有广泛的发展前景。目前，土壤源热泵系统的设计和运行存在一些亟待解决的问题当土壤源热泵系统在夏季制冷工况运行模式时，室内热量、压缩机耗能均通过地埋管排入土壤中，在土壤排热过程中势必会造成埋管周围温度场的升高，土壤的含水率会随之下降，含水率对土壤的导热系数的影响非常显著，当土壤含水率每降低5%时，土壤的导热系数会相应降低0. 2W/ m · K。土壤导热系数的不断减小，势必造成地埋管与土壤之间换热性能的降低；同时，夏季热泵系统运行时，对地下土壤的排热过程造成土壤温度的不断升高，导致夏季冷凝温度处于较高的水平，土壤源热泵系统在亚稳定状态下运行，热泵系统的运行效率降低。综上所述，传统土壤源热泵系统的设计与使用，还未考虑以下方面的问题一方面系统在夏季运行时，必然会面临土壤含水率下降，土壤的导热系数不断减小的问题，将会产生系统设计冬、 夏季不匹配的问题；另一方面，热泵机组冷凝温度的不断升高会造成系统整体循环性能系数的降低即导致夏季热泵系统工作时冷凝温度的提高，造成系统在夏季制冷模式工作效率的降低。在我国，城镇雨水排放一直没有引起人们的重视。传统的雨水管理方式存在诸多问题一方面，由于现代城市道路多为不透水表面，在多雨季节，传统雨水管理模式将加大城市洪灾风险，雨水径流污染严重，造成生态环境随之恶化；另一方面，我国北方地区缺水严重，城市地下水抽采入不敷出，地下水(尤其是浅层地下水)的补给被隔断，破坏了原有水系的自然循环过程。通过有效途径解决上述列举的问题是提高土壤源热泵系统的运行效率，改变传统雨水排放方式的关键。
实用新型内容在我国北方采暖地区，夏季供冷量相对较小，且热泵系统的运行目的是利用制冷剂尽可能将蒸发器的热量通过地埋管冷凝器散发热量，因此本实用新型提出一种基于雨水蓄渗的水平地埋管式土壤源热泵系统，它能够解决现有土壤源热泵系统在夏季运行时，对土壤不断排放热量，所造成的埋管周围温度场升高，土壤的导热系数降低，地埋管换热器与土壤之间的传热效果减弱的问题；特别是由于土壤温度升高后，热泵系统在工作过程中冷凝温度的升高，导致热泵系统在夏季制冷模式工作状态下，运行效率降低的问题。本实用新型的技术方案一种水平地埋管式土壤源热泵系统，它包括土壤源热泵系统、空调末端装置和水平式地埋管换热系统，其特征在于还包括雨水蓄渗系统。所述雨水蓄渗系统为下凹绿地、透水铺装、雨水花园或蓄渗浅沟。所述雨水蓄渗系统在地面上或建筑物的地下层内，可位于所述水平式地埋管换热系统的上方。雨水蓄渗系统收集天然降水资源并将其就地转化为土壤水和地下水，使水平埋管周围的土壤保持较有利的含水量状态，有效提高土壤的导热系数，强化土壤与埋管之间的传热效果，加快制冷系统的散热速度，最终达到提高系统运行效率的目的。所述土壤源热泵系统包括冷凝器/蒸发器、蒸发器/冷凝器、四通换向阀、压缩机， 还可以含有节流阀。所述系统中，利用水平埋管全部或部分承担夏季冷凝器散热的任务，加速夏季冷凝器的散热速度，并且根据土壤含水量的不同以及能够充分发挥雨水蓄渗系统功能的前提下，确定水平埋管换热器的埋置深度。所述系统中，雨水蓄渗系统需根据当地降雨分布、土壤物性及相关气象条件，及项目所处周围的场地状况、汇流面积、雨水汇集和景观地形处理要求，设计雨水蓄渗量及相应的土壤源热泵上方地面的下凹深度，从而控制不同深度土壤的含水量。本实用新型的优点和积极效果由于北方地区夏季供冷量相对较小，且其目的是利用制冷剂尽可能将蒸发器的热量通过地埋管散发。水平地埋管换热器埋深浅，对外界环境的影响较为敏感，土壤的导热系数变化也相对剧烈，本实用新型的提出使水平地埋管换热器在夏季承担冷凝器散热的任务，工作模式为冷凝器散热模式；与此同时，与雨水蓄渗系统的结合，能够保证整个系统处于较有利的含水量状态，提高土壤的导热系数，进而强化地埋管换热器与土壤之间的传热效果，加快冷凝器的散热速率，降低冷凝温度，最终实现提高系统整体运行效率的目的。本实用新型，通过利用雨水蓄渗系统有效收集天然降水资源，并将其就地转化为土壤水和地下水，有效缓解城市缺水现状，尽快恢复地下水采补平衡；同时，由于采用雨水蓄渗装置，土壤的含水量得到提高，土壤的导热系数也随之提高；根据土壤不同的含水量设计土壤源热泵水平式地下埋管换热器的埋置深度，能够加强地埋管与土壤之间的传热，有效提高夏季散热效果，同时保证冬季的取热，达到提高土壤源热泵换热效率的目的。本实用新型是对传统土壤源热泵系统的改进，提出水平地埋管式土壤源热泵与雨水蓄渗系统相结合的系统，涉及土壤源热泵技术，地埋管换热技术和雨水蓄渗技术在内的可再生能源利用技术，能够提高土壤源热泵系统的工作效率。本实用新型通过结合雨水蓄渗系统能够有效提高土壤含水率，使系统整个夏季均处于较为有利的含水量状态，强化地埋管与土壤之间的换热效果，有效加快冷凝器的散热速度，提高土壤源热泵系统的欲行效率；与此同时，雨水蓄渗系统的采用能够有效缓解城市缺水现状，尽快恢复地下水采补平衡，涵养地下水和缓解地面沉降、减少径流污染等一系列生态效应。
[0019]图1是本实用新型所涉及的基于雨水蓄渗的土壤源热泵水平式地埋管换热器的整体结构原理示意图；图中标号1-冷凝器/蒸发器、2-蒸发器/冷凝器、3-空调末端装置、4-四通换向阀、5-压缩机、6-雨水蓄渗系统、7-水平式地下埋管换热器、8、9_循环水泵，10-节流阀。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。实施例一种水平地埋管式土壤源热泵系统(见图1)，它包括土壤源热泵系统、空调末端装置和水平式地埋管换热系统，还包括雨水蓄渗系统。所述土壤源热泵系统包括冷凝器/蒸发器1、蒸发器/冷凝器2、四通换向阀4、压缩机5以及节流阀10。所述土壤源热泵系统的蒸发器/冷凝器2的出水管与空调末端装置的供水管相连接，蒸发器/冷凝器2的进水管与空调末端系统的回水管道相连接；所述土壤源热泵系统的冷凝器/蒸发器1的出水管与水平式埋管换热器的供水管相连接，冷凝器/蒸发器1的进水管与水平埋管换热器的回水管相连接。所述雨水蓄渗系统6需根据当地降雨分布、土壤物性及相关气象条件，及项目所处周围的场地状况、汇流面积、雨水汇集和景观地形处理要求，设计雨水蓄渗量及相应的土壤源热泵上方地面的下凹深度从而控制不同深度土壤的含水量；所说的水平式埋管换热器 7需按照能够充分满足雨水蓄渗系统功能的要求来设置地埋管的埋置深度，达到提高夏季冷凝器的散热同时保证冬季的取热功能。其中，所述热泵机组、水平式埋管换热器7和空调末端装置3间的连接分为冬季运行和夏季运行两种。夏季运行时，蒸发器/冷凝器2作为蒸发器使用、冷凝器/蒸发器1作为冷凝器使用，冬季运行时，蒸发器/冷凝器2作为冷凝器使用、冷凝器/蒸发器1作为蒸发器使用。在夏季，所述系统在制冷工况下运行，热泵机组的蒸发器出水管与空调末端装置的供水管相连接，热泵机组蒸发器的进水管与空调末端系统的回水管道相连接；冷凝器的出水管与水平式埋管换热器的供水管相连接，进水管与水平埋管换热器的回水管相连接。 所述系统在夏季运行时，冷凝器通过水平式埋管换热器向土壤中排热。在冬季，通过阀件之间的切换，系统可以实现供热循环。上述的基于雨水蓄渗的土壤源热泵水平式埋管换热器，在夏季多雨期，通过雨水蓄渗系统(如下凹绿地、透水铺装、雨水花园、蓄渗浅沟等方式)收集天然降水资源并将其就地转化为土壤水和地下水，使水平埋管周围的土壤保持较有利的含水量状态，有效提高土壤的导热系数，强化土壤与埋管之间的传热效果，加快制冷系统的散热速度，最终达到提高系统运行效率的目的。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求1.一种水平地埋管式土壤源热泵系统，它包括土壤源热泵系统、空调末端装置和水平式地埋管换热系统，其特征在于还包括雨水蓄渗系统。
2.根据权利要求1所述的水平地埋管式土壤源热泵系统，其特征在于所述雨水蓄渗系统为下凹绿地、透水铺装、雨水花园或蓄渗浅沟。
3.根据权利要求1所述的水平地埋管式土壤源热泵系统，其特征在于所述雨水蓄渗系统在地面上或建筑物的地下层内。
4.根据权利要求1所述的水平地埋管式土壤源热泵系统，其特征在于所述雨水蓄渗系统位于所述水平式地埋管换热系统的上方。
5.根据权利要求1所述的水平地埋管式土壤源热泵系统，其特征在于所述土壤源热泵系统包括冷凝器/蒸发器(1)、蒸发器/冷凝器O)、四通换向阀G)、压缩机(5)。
6.根据权利要求5所述的水平地埋管式土壤源热泵系统，其特征在于所述土壤源热泵系统还包括节流阀(10)。
7.根据权利要求5所述的水平地埋管式土壤源热泵系统，其特征在于所述土壤源热泵系统的蒸发器/冷凝器O)的出水管与空调末端装置的供水管相连接，蒸发器/冷凝器 (2)的进水管与空调末端系统的回水管道相连接；所述土壤源热泵系统的冷凝器/蒸发器 (1)的出水管与水平式埋管换热器的供水管相连接，冷凝器/蒸发器(1)的进水管与水平埋管换热器的回水管相连接。
专利摘要本实用新型公开了属于浅层地热能的开发和利用技术领域的一种基于雨水蓄渗的水平地埋管式土壤源热泵系统，它包括土壤源热泵系统、空调末端装置和水平式地埋管换热系统，还包括雨水蓄渗系统。所述雨水蓄渗系统为下凹绿地、透水铺装、雨水花园或蓄渗浅沟。本实用新型通过结合雨水蓄渗系统能够有效提高土壤含水率，使系统整个夏季均处于较为有利的含水量状态，强化地埋管与土壤之间的换热效果，有效加快冷凝器的散热速度，提高土壤源热泵系统的运行效率；与此同时，雨水蓄渗系统的采用能够有效缓解城市缺水现状，尽快恢复地下水采补平衡，涵养地下水和缓解地面沉降等一系列生态效应。
文档编号F24J3/06GK202002396SQ20112006004
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者安玉娇, 李海山, 赵国君, 高岩 申请人:北京建筑工程学院