一种跨季蓄冷冻土源热泵系统的制作方法

本实用新型属于地源热泵技术领域，涉及一种适用于寒冷地区及夏热冬冷地区的采暖制冷系统。

背景技术：

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵通过深埋于建筑物周围的室外地下换热系统与建筑物内部完成热交换，以达到调节建筑内部环境温度的空调系统，它具有如下优点：1、使用清洁可再生能源，环保效果显著。土壤源热泵利用的是地表中清洁可再生的太阳能，制热时不需锅炉，无燃料燃烧时产生的污染物；制冷时不需冷却塔，避免了冷却塔运行时的噪声、功耗和水的损耗；与土壤只有热量交换，不消耗水资源，不污染地下土质。2、高效、节能，运行费用低。地下土壤冬季比环境温度高，夏季比环境温度低，且始终保持较为稳定的状态，由于这一特点，土壤源热泵机组的运行能效比(eer)或性能系数(cop)较高。美国环保署估计，设计安装良好的土壤源热泵系统，平均来说可以比常规空调系统节约30％～40%的年运行费用。3、与空气源热泵相比，土壤源热泵性能不受空气温度变化的影响，冬季不存在除霜问题。采用土壤源热泵中央空调的建筑，室内温度稳定，运行费用低，设计上可加大新风量，保证室内的舒适度；同时还可以一机多用，服务面广。土壤源热泵机组可供暖、制冷，还可提供生活热水，一套设备可以替代原来的锅炉加冷水机组两套设备，结构紧凑，节省机房面积。4、土壤源热泵中央空调系统组成简单，维护费用低，地下或室外部分几乎不需维护，室内部分的维护只需普通的制冷空调工人即可胜任，并且可实现区域控制，便于物业管理。但是，土壤源热泵系统也存在不足。首先地源热泵使用水做地下换热系统的换热介质，由于水的温度必须保持在0℃以上，否则就会结冰，不能再在管内循环流动，所以需要地下换热系统的埋管之间的间距大于4米以上，埋管周围的土壤不会形成冻土，只是利用土壤中的显热，由于土壤导热系数小，导致地下换热系统的持续吸热速率仅为20～40w/m²，一般吸热速率为25w/m²，所以，为了达到冬季供暖的需要，必须增加埋管数量，导致地下换热系统的占地空间大，因此当换热量较大时，地下换热系统占地面积较大，埋管钻孔所需占地面积约占建筑面积的30%-40%，容积率较高的项目均无法满足，所以现有的地源热泵适用性差。其次初投资较高，现有地下换热系统的投资约占系统总投资的20%～30%。所以，为了地源热泵的广泛使用，急需研究一种地下换热系统占用空间小，适应性更加广泛，初投资低的地源热泵系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种跨季蓄冷冻土源热泵系统，该系统环保节能，运行费用低，室外地下换热系统占用空间小，适应性更加广泛，初投资低，不需要抽取地下水，节省水资源。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种跨季蓄冷冻土源热泵系统，包括地下换热系统、地源热泵机组、冷却塔、板式换热器、多个液体循环泵和多个单向阀门；地源热泵机组的蒸发器的循环液进口由管道通过单向阀门ⅰ和液体循环泵ⅰ连接地下换热系统的循环液出口，其蒸发器的循环液出口由管道通过单向阀门ⅱ连接地下换热系统的循环液出口；地下换热系统的循环液出口还由管道通过单向阀门ⅲ连接板式换热器的一次循环液进口，其循环液进口还由管道通过单向阀门ⅳ和液体循环泵ⅱ连接板式换热器的一次循环液出口；地源热泵机组的蒸发器的出液口和冷凝器的出液口分别由管道通过单向阀门ⅴ和ⅵ连接末端供液端，其蒸发器的回液口和冷凝器的回液口分别由管道通过单向阀门ⅶ和ⅷ连接板式换热器的二次出液口，板式换热器的二次进液口由管道通过液体循环泵ⅲ连接末端回液端，板式换热器的二次进液口由管道通过单向阀门ⅸ连接其二次出液口；末端供液端和末端回液端连接用户的暖气片、蒸发器或/和用热水设备；地源热泵机组的冷凝器的另一出液口通过液体循环泵ⅳ和单向阀门ⅹ连接冷却塔进液口，冷却塔出液口通过单向阀门ⅺ连接地源热泵机组的冷凝器的另一进液口；所述地下换热系统各相邻埋管之间的间距为2—3米，所述地下换热系统和地源热泵机组的蒸发器内的循环液体为防冻液。

进一步优选地，所述地下换热系统的埋管与土壤之间的缝隙内添加有回填土，回填土内添加有水。增加土壤含水率以保证更足够的冻土凝固热。

进一步优选地，所述防冻液为乙二醇；所述末端供液端、末端回液端和地源热泵机组的蒸发器之间循环的液体为水；所述冷却塔和地源热泵机组的蒸发器之间循环的液体为水。

进一步优选地，所述地下换热系统各相邻埋管之间的间距最佳为2—2.5米。

本实用新型，在冬季，打开单向阀门ⅰ16、ⅱ17、ⅷ11、ⅵ12和ⅸ13，关闭单向阀门ⅴ9、ⅶ10、ⅳ18、ⅲ19、ⅹ14和ⅺ15，地下换热系统的循环液体吸收高含水率土壤的显热和凝固热，传送给地源热泵机组的蒸发器的制冷剂，使制冷剂升温，高温的制冷剂回到地源热泵机组的冷凝器内冷却，放出的热量被冷凝器内的循环液体吸收，升温后供给用户的暖气片供热和用热水设备制取高温水；同时地下换热系统实现蓄冷，使其周围土壤形成冻土。在夏季，关闭单向阀门ⅰ16、ⅱ17、ⅷ11、ⅵ12和ⅸ13，打开单向阀门ⅴ9、ⅶ10、ⅳ18、ⅲ19、ⅹ14和ⅺ15，地下换热系统的循环液体被周围冻土冷却形成低温的循环液体输送给板式换热器的一次端循环，板式换热器中的二次端的液体被冷却形成较低温度的液体输送给地源热泵机组的蒸发器内的液体，再被蒸发器内的制冷剂制冷后供给用户的蒸发器制冷；而被升温的蒸发器内的制冷剂循环到冷凝器内，将冷凝器另一端的液体加温后循环到冷却塔后降温后再送还回冷凝器内，使冷凝器内的制冷剂降温；同时地下换热系统的土壤吸收热量后逐渐回温，实现土壤全年的热平衡。

本实用新型的地下换热系统埋管内的循环液体为防冻液，防冻液的凝固点低，冬天在0℃以下仍可循环，只要保持进入地下换热系统的防冻液低于周围的土壤的温度，就能继续吸收土壤内的温度，可以既吸收土壤的显热，又能吸收土壤中由于土壤中的水变成冰而使土壤变成冻土而释放出的凝固热，所以可使各相邻埋管之间的间距变小，增加了地下换热系统的换热效率和单位面积的换热量，在相同换热量的情况下，可大大降低地下换热系统所占的空间体积，使容积率较高的项目也能实现，适应性更加广泛，且地下换热系统相对体积变小，所以初投资变低。夏季，可以利用冻土释放出的冷量为建筑室内降温，且由于地下换热系统冬天从土壤中吸收的热量少于夏天从土壤中散发的热量，所以，地源热泵机组夏天由于制冷所散发的热量不能被土壤全部吸收，需要冷却塔辅助散热，以保持土壤全年的热平衡。本实用新型冬季吸收土壤的显热和潜热，夏季通过自由冷却将热量补偿释放回土壤中，实现能源的循环利用，不需要抽取地下水，节省宝贵的水资源，整个系统无任何污染物排放，真正实现零污染。总之，本实用新型环保节能，运行费用低，室外地下换热系统占用空间小，适应性更加广泛，初投资低，不需要抽取地下水，节省水资源。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实施例包括地下换热系统3、地源热泵机组1、冷却塔2、板式换热器4、多个液体循环泵和多个单向阀门。地源热泵机组1的蒸发器20的循环液进口由管道通过单向阀门ⅰ16和液体循环泵ⅰ6连接地下换热系统3的循环液出口，其蒸发器20的循环液出口由管道通过单向阀门ⅱ17连接地下换热系统3的循环液出口。地下换热系统3的循环液出口还由管道通过单向阀门ⅲ19连接板式换热器4的一次循环液进口，其循环液进口还由管道通过单向阀门ⅳ18和液体循环泵ⅱ7连接板式换热器4的一次循环液出口。地源热泵机组1的蒸发器20的出液口和冷凝器21的出液口分别由管道通过单向阀门ⅴ9和ⅵ12连接末端供液端，其蒸发器20的回液口和冷凝器21的回液口分别由管道通过单向阀门ⅶ10和ⅷ11连接板式换热器4的二次出液口，板式换热器4的二次进液口由管道通过液体循环泵ⅲ8连接末端回液端，板式换热器4的二次进液口由管道通过单向阀门ⅸ13连接其二次出液口。末端供液端和末端回液端连接用户的暖气片、蒸发器或/和用热水设备。地源热泵机组1的冷凝器21的另一出液口通过液体循环泵ⅳ5和单向阀门ⅹ14连接冷却塔2进液口，冷却塔2出液口通过单向阀门ⅺ15连接地源热泵机组1的冷凝器21的另一进液口。所述地下换热系统3各相邻埋管之间的间距为2—3米，最佳为2—2.5米。所述地下换热系统3和地源热泵机组1的蒸发器20内的循环液体为防冻液，最佳为乙二醇。优选地，所述地下换热系统3的埋管与土壤之间的缝隙内添加有回填土，回填土内添加有水。优选地，所述末端供液端、末端回液端和地源热泵机组的蒸发器之间循环的液体为水；所述冷却塔和地源热泵机组的蒸发器之间循环的液体为水。

上述实施例仅是优选的和示例性的，本领域技术人员可以根据本专利的描述进行等同技术的改进，其都在本专利的保护范围内。