本实用新型涉及热泵技术领域，具体而言，涉及一种地源热泵系统。
背景技术：
根据天然物理现象，热能自然地从温暖的地方转移到较冷的地方。通常可通过三种基本的传热方式，即传导、对流和辐射。如果利用热泵技术亦可以逆转使用，吸收热量从寒冷的地方，释放到温暖的地方。这个能源交换过程确需要一定的外部能量如电能。热泵是指蒸汽压缩制冷装置优化而高效的把热能在两个方向交换转移，热泵广泛应用于供暖，通风和空调(HVAC)等系统。热泵是可逆向使用的，即可以将热能在从任何一方向向另外一方向转移，从而向其目标内部空间提供加热或冷却。
应用热泵传输热量，因为相比热泵所转移释放热量，热泵消耗能量较少。热泵加热是利用热泵将热量从外部环境转移到内部空间。加热的大部分能源来自外部环境，只有一小部分来自电力(或一些其他高价能源用来操作压缩机)。应用电动热泵、热能的转移可以是电力消耗的三或四倍大，使系统的性能系数(COP)3或4，相对于传统的电阻加热器的COP为1，即所有的热量都是从输入电能的产生。
在暖通空调行业，热泵被用来把外间能源(环境元素)转移至内部空间。这些外间能源可以是空气、地球和水。简单来说，热泵是从外部收集热能，把热能带到室内达取暖的目的。主要有三种热泵类型，还有很多子类根据不同的物理条件和情况。
空气源热泵(ASHP)–空气是这类热泵的热能来源。这类型的热泵宜用于不太寒冷的地理区域来加热和冷却。如外间温度下降那可用的热能会相对减少，从而降低了效率。当外界温度降至0℃冰点以下时，外置集热器会结霜，进而更加降低集热效率。然而，空气源热泵是最常见和廉价的。
水源热泵(WSHP)–水是这类热泵的热能来源。这类型的热泵的应用只限于邻近有大型水体。这大型水体可以是湖泊、河流和地下水。这类热泵的使用限于地理位置的允许。
地(地球)源热泵(GSHP)利用地下(地球)作为热能的来源。无论任何地理位置和季节，这类型热泵的应用都异常可靠。地球表面7米以下的温度保持相对恒定。这个相对恒定的地下温度比地表上冬季的气温高，成为热能的可靠来源。这类型的地下连接热泵收集热能有两种方式。第一种方法是将流体作为介质在地下循环，然后通过热泵来提取热能。这种循环流体系统可以是开环式或封闭回环式，流体可以是水、盐水、甲基、醇、防冻剂等。第二种是直接扩散式地热系统(DX)，即直接利用制冷剂吸收地下热能。
开环系统，采用地下水作为热能源。只有在有地下水源充足和当地政府允许的同时才可以使用。由于这种自然资源宝贵，许多地方环保局都不允许使用。
闭环系统是通过中介流体用一条埋于地下的50毫米HDPE管道收集热能。这些HDPE管道须平放置于2米深的沟里，需要每125至200米的管道可产生一加热或冷却吨。这些HDPE管也可以垂直插置地下钻孔，这些钻孔的深度将是60至200米，取决于每钻孔可产生1或2冷或热吨。水平闭环系统需要大面积的开挖，而垂直闭环系统将需要钻挖深井，大大增加了地源热泵系统的初期投资成本。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型提供的一种地源热泵系统，更好的克服了上述现有技术存在的问题和缺陷，通过使地源热泵系统内的制冷剂与土壤直接换热，克服了使用冷媒介质进行换热造成的热阻问题，消除因循环冷媒介质所须的功率损耗，使得地源热泵系统更佳高效、节能，通过在地源侧换热管的底端设置可逆膨胀阀，有效解决该换热管底端离压缩机距离较远导致制冷剂循环到换热管底端时部分上不去的问题，同时可以节省制冷剂的用量，提高地源热泵系统的换热效率，减少打井面积，降低地源热泵系统的初期投资成本和运营成本费用。
一种地源热泵系统，其为制冷剂与土壤直接换热的地源热泵系统，包括地源侧换热装置、压缩机、四通阀、室内换热装置和第一节流装置；
所述四通阀具有第一阀口、第二阀口、第三阀口和第四阀口，所述压缩机的出口与所述四通阀的第一阀口连接，所述压缩机的入口与所述压缩机的第三阀口连接；
所述四通阀的第二阀口、室内换热装置、第一节流装置、地源侧换热装置和所述四通阀的第四阀口依次连接；
所述地源侧换热装置包括垂直埋于土壤中的一个或至少两个并联的换热管，所述换热管的底部设置有可逆膨胀阀。
进一步地，所述换热管的长度为6-10m。
进一步地，所述换热管的直径为35-40mm。
进一步地，所述换热管为U型管。
进一步地，还包括第一旁通阀，所述第一旁通阀与第一节流装置并联以选择性地旁通所述第一节流装置。
进一步地，所述第一节流装置为双向导通的热力膨胀阀或电子膨胀阀，所述第一旁通阀为电磁阀。
进一步地，还包括第二节流装置和第二旁通阀，所述第二旁通阀与第二节流装置并联以选择性地旁通所述第二节流装置，所述第一节流装置和所述第二节流装置串联在所述室内换热装置和所述地源侧换热装置之间。
进一步地，所述第一节流装置和所述第二节流装置均为热力膨胀阀。
进一步地，所述第一旁通阀和所述第二旁通阀为单向阀或电磁阀。
进一步地，还包括贮液器，所述贮液器设置在第一节流装置和所述第二节流装置之间。
与现有技术相比，本实用新型的地源热泵系统的有益效果是：
(1)、本实用新型的地源热泵系统通过使地源热泵系统内的制冷剂与土壤直接换热，克服了使用冷媒介质进行换热造成的热阻问题，消除因循环冷媒介质所须的功率损耗，使得地源热泵系统更佳高效、节能，并可持续地满足室内用户制冷供暖的需求，通过在地源侧换热管的底端设置可逆膨胀阀，有效解决该换热管底端离压缩机距离较远导致制冷剂循环到换热管底端时部分上不去的问题，同时可以节省制冷剂的用量，提高地源热泵系统的换热效率，减少打井面积，降低地源热泵系统的初期投资成本和运营成本费用。
(2)、进一步地，本实用新型的地源热泵系统通过应用直径较大的换热管，提供较大的吸取热能交换面；另外，通过缩短管道长度，使安装和钻井成本相对比较低。
(3)、进一步地，本实用新型的地源热泵系统通过与节流装置并联地设置旁通阀，除霜时只需打开旁通阀，实现在该地源热泵系统内无需进行逆循环就可进行除霜的目的。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实用新型的地源热泵系统的结构示意图。
主要元件符号说明：
100-地源侧换热装置；
110-换热管；
111-可逆膨胀阀；
200-压缩机；
300-四通阀；
301-四通阀的第一阀口；
302-四通阀的第二阀口；
303-四通阀的第三阀口；
304-四通阀的第四阀口；
400-室内换热器；
500-第一节流装置；
600-第一旁通阀；
700-第二节流装置；
800-第二旁通阀；
900-贮液器。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对地源热泵系统进行更全面的描述。附图中给出了地源热泵系统的首选实施例。但是，地源热泵系统可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对地源热泵系统的公开内容更加透彻全面。
在下文中，可在本实用新型的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本实用新型的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本实用新型的各种实施例中，表述“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/ 和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本实用新型的各种实施例中被清楚地限定。
实施例
参阅图1，本实用新型提供了一种地源热泵系统，包括地源侧换热装置 100、压缩机200、四通阀300、室内换热装置400和第一节流装置500。
具体地，所述四通阀300具有第一阀口301、第二阀口302、第三阀口303和第四阀口304，所述压缩机200的出口与所述四通阀300的第一阀口 301连接，所述压缩机200的入口与所述压缩机200的第三阀口303连接。
所述四通阀300的第二阀口302、室内换热装置400、第一节流装置500、地源侧换热装置100和所述四通阀300的第四阀口304依次连接。
所述地源侧换热装置100包括垂直埋于土壤中的一个或至少两个并联的换热管110，所述换热管110的底部设置有可逆膨胀阀111。
上述可逆膨胀阀111为现有技术中常用的双向导通的可逆膨胀阀，其中一个方向可以将液态的制冷剂转换成气态的制冷剂，另一个方向使气态的制冷剂直接通过。
可以理解的是，上述换热管的个数可以实际情况需要进行设置。
优选地，本实用新型实施例中，所述换热管110的长度为6-10m如6m、 7m、8m、9m或10m等。
优选地，所述换热管110的直径为35-40mm如36mm、35mm、37mm、 38mm、39mm或40mm等。
优选地，所述换热管110为U型管。
优选地，所述换热管110为铜管。
由上述描述可知，本实用新型的地源热泵系统，其工作原理为：
当用于室内制冷时，从压缩机200的出口排出的液态制冷剂依次经过四通阀300的第一阀口301、四通阀300的第二阀口302直接进入室内换热装置400，制冷剂经室内换热装置400，吸热蒸发变成气态的制冷剂，然后制冷剂依次流经第一节流装置和地源侧换热装置100，制冷剂进入换热管 110，经过换热管110底部的可逆膨胀阀111后，通过换热管110的管壁与土壤进行换热，将制冷剂冷凝成液态放热，并将热量排到土壤中，最后制冷剂依次经四通阀300的第四阀口304和四通阀300的第三阀口303回到压缩机200，这样完成室内制冷时地源热泵系统内制冷剂的循环。
当用于室内制热时，从压缩机200的出口排出的液态制冷剂依次经过四通阀300的第一阀口301、四通阀300的第四阀口304直接进入地源侧换热装置100，液态的制冷剂进入换热管110，制冷剂通过地源侧换热装置100 的管壁与土壤进行换热，吸收土壤中的热量，并经过换热管110底部的可逆膨胀阀111后转换成气态的制冷剂，然后经第一节流装置直接进入室内换热装置400，制冷剂经室内换热装置400，冷凝放热，最后制冷剂依次经四通阀300的第二阀口302和四通阀300的第三阀口303回到压缩机200，这样完成室内制热时地源热泵系统内制冷剂的循环。
本实用新型的地源热泵系统通过使地源热泵系统内的制冷剂与土壤直接换热，克服了使用冷媒介质进行换热造成的热阻问题，消除因循环冷媒介质所须的功率损耗，使得地源热泵系统更佳高效、节能，并可持续地满足室内用户制冷供暖的需求，通过在地源侧换热管110的底端设置可逆膨胀阀111，有效解决该换热管110底端离压缩机200距离较远导致制冷剂循环到换热管110底端时部分上不去的问题，同时可以节省制冷剂的用量，提高地源热泵系统的换热效率，减少打井面积，降低地源热泵系统的运营成本费用。
优选地，本实用新型实施例中，所述地源热泵系统还包括第一旁通阀 600，所述第一旁通阀600与第一节流装置500并联以选择性地旁通所述第一节流装置500。
需要理解的是，第一旁通阀600可以导通或关闭，当第一旁通阀600 打开时，制冷剂通过第一旁通阀600，从而旁通与第一旁通阀600并联的第一节流装置，不经过第一节流装置。这里，需要说明的是，“选择性地”是指根据热泵系统所需的运行模式导通或截止第一旁通阀600。
当对地源侧换热装置100进行除霜时，通过简单地打开第一旁通阀600，可以使热泵系统内的制冷剂的压差逐渐消失，流量增大，因此进入地源侧换热装置100的热气快速增多，使地源侧换热装置100的化霜速度可以快速提高，并且在除霜时无需进行逆循环。
换言之，该地源热泵系统需要用于室内制冷或制热时，则关闭第一旁通阀600，因此，制冷、制热和除霜的切换非常方便。
优选地，所述第一节流装置500为双向导通的热力膨胀阀或电子膨胀阀，所述第一膨胀阀为电磁阀。
进一步地，所述地源热泵系统还包括第二节流装置700和第二旁通阀 800。所述第二旁通阀800与第二节流装置700并联以选择性地旁通所述第二节流装置700，换言之，第二旁通阀800可以导通或截止，当第二旁通阀 800打开时，制冷剂通过第二旁通阀800，从而旁通与第二旁通阀800并联的第二节流装置，不经过第一节流装置。
所述第一节流装置500和所述第二节流装置700串联在所述室内换热装置400和所述地源侧换热装置100之间。
上述，需要理解的是，本实用新型的地源热泵系统，通过设置第一节流装置500和第二节流装置700，以及与第一节流装置500并联的第一旁通阀600和与第二节流装置700并联的第二旁通阀800，在制热模式下，打开第二旁通阀800及关闭第一旁通阀600，制冷剂依次通过第二旁通阀800和第一节流装置500；在制冷模式下，打开第一旁通阀600及关闭第二旁通阀 800，制冷剂依次通过第一旁通阀600和第二节流装置700；在除霜模式下，打开第一旁通阀600和第二旁通阀800，进入地源侧换热装置100的制冷剂流量和温度提高，从而能够快速除霜。
优选地，所述第一节流装置500和所述第二节流装置700均为热力膨胀阀。所述第一节流装置500和所述第二节流装置700可以均为单向导通的热力膨胀阀。
优选地，所述第一旁通阀600和所述第二旁通阀800为单向阀或电磁阀。
优选地，还包括贮液器900，所述贮液器串联地设置在第一节流装置 500和所述第二节流装置700之间。
可以理解的是，所述贮液器900用于制冷或制热模式下储存未通过节流装置的多余的制冷剂。
综上所述，本实用新型的地源热泵系统的有益效果是：
(1)、本实用新型的地源热泵系统通过使地源热泵系统内的制冷剂与土壤直接换热，克服了使用冷媒介质进行换热造成的热阻问题，消除因循环冷媒介质所须的功率损耗，使得地源热泵系统更佳高效、节能，并可持续地满足室内用户制冷供暖的需求，通过在地源侧换热管的底端设置可逆膨胀阀，有效解决该换热管底端离压缩机距离较远导致制冷剂循环到换热管底端时部分上不去的问题，同时可以节省制冷剂的用量，提高地源热泵系统的换热效率，减少打井面积，降低地源热泵系统的运营成本费用。
(2)、进一步地，本实用新型的地源热泵系统通过应用直径较大的换热管，提供较大的吸取热能交换面；另外，通过缩短管道长度，使安装和钻井成本相对比较低。
(3)、进一步地，本实用新型的地源热泵系统通过与节流装置并联地设置旁通阀，除霜时只需打开旁通阀，实现在该地源热泵系统内无需进行逆循环就可进行除霜的目的。
尽管以上较多使用了表示结构的术语，例如“地源侧换热装置”、“室内换热装置”、“第一节流装置”等，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。