一种地源热泵系统地下岩土热量补充装置的制作方法

本实用新型涉及地源热泵系统热量补充技术领域，具体是一种地源热泵系统地下岩土热量补充装置。

背景技术：

地源热泵是以岩土体为冷热源，由热泵机组、地埋管换热器和用能端组成，通过消耗少量的高品位能源实现低品位热能向高品位热能转移的装置。地埋管换热器与岩土体耦合，当用能端制冷时，热泵机组通过地埋管换热器向地下岩土体排入热量；当用能端制热时，热泵机组通过地埋管换热器向地下岩土体吸取热量。岩土体主要发挥低品位热量的存储功能，当热泵机组向岩土体排入和吸取的热量差距在一定范围之内时，通过岩土体之间的传热，也能实现其温度自我恢复，但当热泵机组向岩土体排入和吸取的热量差距超过一定范围时，岩土体的温度将逐步变化，从而影响地源热泵的运行。热泵机组向用户端提取冷量向岩土体排入热量的过程即为岩土体的吸热过程，热泵机组向用户端提取热量向岩土体吸取热量的过程即为地下岩土体的放热过程，吸热过程和放热过程一年内各集中进行一次，并以年为周期进行循环。

现阶段地源热泵使用量广，但部分项目地下岩土体温度逐年降低，对地源热泵的能效造成负面影响，同时当岩土体温度低于一定值时，地源热泵将不能工作。造成岩土体温度降低的主要原因包括：部分项目实际使用中用能端热量需求远大于冷量需求，造成岩土体温度降低；部分项目因地埋管换热器竖井回填不密实、泄漏和深度不足等施工质量问题，造成与地埋管换热器耦合的岩土体体积不足，引起局部岩体温度逐年降低；部分项目设计为仅向用能端提取热量，或冷热量需求不平衡，但未采取合理的设计方法，造成的地下岩土体逐年降低。

为解决地下岩土温度下降的问题现有的方法包括：采用高品位热源补充，主要的形式包括电锅炉、电加热器和天然气锅炉等，该形式效率低、费用高；采用热源塔吸收外界的热量进行热量补充，该方式耗水量大，且需要增加有害物质，不环保；更换地源热泵机组，采用蒸汽补焓增压压缩机的地源热泵机组，该机组可在更低的岩土温度下运行，但需要向地埋管换热器添加防冻液，且岩土体温度仍然会不断降低；通过安装换热器，将地源热泵用能端的热量补充到地埋管换热器，防止热泵机组报警，该方法实则未向岩土体补充额外的热量，且地源热泵效率将降低，岩土体温度也会逐年降低。

为良好地解决运行项目地下岩土体温度降低对地源热泵系统的正常运行的影响，急需要一种运行经济和安装方便的热量补充装置。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的不足和缺陷，本实用新型提供了一种地源热泵系统地下岩土热量补充装置，通过向地埋管换热器补充热量，进而可提高地下岩土温度，或可降低地下岩土向地源热泵机组承担热源量的比例，以保障地源热泵系统正常运行。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种地源热泵系统地下岩土热量补充装置，包括热泵机组、用能端、热量补充系统和地埋管换热器；所述热量补充系统是补充热量的来源，用于向地下岩土补充热量和为热泵机组提供部分低品位热量，所述热量补充系统包括工厂电厂的废热收集管道、太阳能集热板、空气源热泵和深层热井集热管道，所述工厂电厂的废热收集管道、所述太阳能集热板、所述空气源热泵和所述深层热井集热管道串联且均分别与热量补充系统的供热管道和回流管道连通；所述地埋管换热器和所述热量补充系统均与所述热泵机组连接，所述热泵机组的输出端与用能端通过管道连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述热量补充系统的所述供热管道上设有四通钢管，所述四通钢管的前端设有阀门ⅰ，所述回流管道上设有阀门ⅴ。

作为本实用新型的进一步改进，所述四通钢管的另外三个钢管分别连接不同端，左侧钢管通过阀门ⅱ与所述地埋管换热器的输出端连接，下侧钢管通过阀门ⅲ与所述地埋管换热器的输入端连接，右侧钢管通过阀门ⅳ连接到热泵机组，所述热泵机组连接到所述地埋管换热器的输入端。

作为本实用新型的进一步改进，所述阀门ⅴ与所述地埋管换热器的输出端连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述地埋管换热器的输入端和输出端均通过三通钢管与两个方向的管道连接。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：本实用新型一种地源热泵系统地下岩土热量补充装置，运用把废热和环境本身热量进行集中收集，收集后与地埋管换热器和热泵机组相连通，并通过管路和阀门进行循环环路的转换，非常的环保，投资成本低，且可以为地下岩土体进行供热和供冷，保证岩土体温度的稳定，保证了地源热泵系统的稳定正常的运行。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明：

图1为本实用新型实施例的系统结构原理图。

图中：1.热量补充系统，101.工厂电厂的废热收集管道，102.太阳能集热板，103.空气源热泵，104.深层热井集热管道，105.供热管道，106.回流管道，2.地埋管换热器，3.热泵机组，4.用能端，5.地下岩土，6.四通钢管，7.阀门组，701.阀门ⅰ，702.阀门ⅱ，703.阀门ⅲ，704.阀门ⅳ，705.阀门ⅴ，8.三通钢管。

值得注意的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

具体实施方式

为了本实用新型的技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用于理解本实用新型，并不用于限定本实用新型，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种地源热泵系统地下岩土热量补充装置，包括热泵机组3、用能端4、热量补充系统1和地埋管换热器2；

热量补充系统1是补充热量的来源，用于向地下岩土5补充热量和为热泵机组3提供部分低品位热量，热量补充系统1包括工厂电厂的废热收集管道101、太阳能集热板102、空气源热泵103和深层热井集热管道104，工厂电厂的废热收集管道101、太阳能集热板102、空气源热泵103和深层热井集热管道104串联且均分别与热量补充系统1的供热管道105和回流管道106连通；

地埋管换热器2和热量补充系统1均与热泵机组3连接，热泵机组3的输出端与用能端4通过管道连接。

热量补充系统1的供热管道105上设有四通钢管6，四通钢管6的前端设有阀门ⅰ701，回流管道106上设有阀门ⅴ705。四通钢管6的另外三个钢管分别连接不同端，左侧钢管通过阀门ⅱ702与地埋管换热器2的输出端连接，下侧钢管通过阀门ⅲ703与地埋管换热器2的输入端连接，右侧钢管通过阀门ⅳ704连接到热泵机组3，热泵机组3连接到地埋管换热器2的输入端。阀门ⅴ705与地埋管换热器2的输出端连接。地埋管换热器2的输入端和输出端均通过三通钢管8与两个方向的管道连接。

上述提到的管路及各个阀门实现循环环路的转换功能，管道内部循环介质为水，循环动力来自于水泵；用能端4承担调节室内温度和提供生活热水等功能；热泵机组3承担从地埋管换热器2向用能端4提取冷热量的作用；热量补充系统1是补充热量的来源，用于向地下岩土5补充热量或为热泵机组3提供部分低品位热量；地埋管换热器2承担将获得的热量传递到地下岩土5中或为热泵机组3提供热源的作用。

地埋管换热器2由竖井和水平管组成，竖井由竖向孔、u型换热管和孔与管之间的回填材料组成。

热量补充系统1可以是工厂电厂的废热收集管道101、太阳能集热板102、空气源热泵103和深层地热井集热管道104等的一种或几种组合，也可以由其它低品位热源或废热组成。其中深层地热井集热管道104的热量是地球本身放射性元素衰变产生的热能，具有稳定、连续、利用效率高等优势，是一种清洁可持续利用的能源。

本实用新型的各个阀门可以组成三种不同的工作状态：

（1）.阀门ⅰ701、阀门ⅴ705和阀门ⅲ703关闭，阀门ⅱ702和阀门ⅳ704打开，此时热量补充系统1处于暂停状态，热泵机组3工作，地埋管换热器2与热泵机组3管路相通，用以承担热泵机组3的热源；

（2）.阀门ⅰ701、阀门ⅴ705和阀门ⅳ704打开，阀门ⅱ702和阀门ⅲ703关闭，此时热量补充系统1工作，热泵机组3工作，地埋管换热器2、热量补充系统1和热泵机组3通过阀门ⅰ701、阀门ⅴ705和阀门ⅳ704及管路接通，地埋管换热器2和热量补充系统1联合承担热泵机组3的热源；

（3）.阀门ⅰ701、阀门ⅴ705和阀门ⅲ703打开，阀门ⅱ702和阀门ⅳ704关闭，此时，热量补充系统1工作，热泵机组3不工作，热量补充系统1为地埋管换热器2提供冷热源，从而为地下岩土5进行冷热量补充。

本实用新型一种地源热泵系统地下岩土热量补充装置，运用把废热和环境本身热量进行集中收集，收集后与地埋管换热器和热泵机组相连通，并通过管路和阀门进行循环环路的转换，非常的环保，投资成本低，且可以为地下岩土体进行供热和供冷，保证岩土体温度的稳定，保证了地源热泵系统的稳定正常的运行。