地下水量贫乏区域的地热综合利用系统技术方案

本发明专利技术涉及能源供热和空调技术领域，特别是涉及一种地下水量贫乏区域的地热综合利用系统，包括：热泵系统、室外地源换热系统、室内空调末端系统和太阳能发电系统。供热时，通过室外地源换热系统吸取土壤中的热量，经后，将热能传递到室内空调末端系统，对室内供热；制冷时，热泵系统做功，通过室内空调末端系统吸取室内的热量，并通过室外地源换热系统散热，实现室内制冷的目的；热泵系统做功所需要的电能由太阳能发电系统直接提供。通过本发明专利技术提供的技术方案，能最大化的利用浅层地热能源，满足地下水量贫乏区域对地源热泵系统供热和供冷的稳定需求。

Geothermal comprehensive utilization system of underground water shortage area

The present invention relates to the technical field of energy for heating and air conditioning system, in particular, relates to a comprehensive utilization of geothermal underground water poor area includes outdoor ground source heat pump system, heat system, indoor air terminal system and solar power system. When heating, the outdoor ground source heat exchanger system from the soil of the heat, the heat transfer to the end of the indoor air system for indoor heating; refrigeration, heat pump system work, by the end of the indoor air-conditioning system from the indoor heat, and through the outdoor heat exchanger system ground source heat, achieving the purpose of cooling the indoor heat pump; the system work required electric energy from solar power system directly. Through the technical proposal provided by the invention, the shallow geothermal energy can be maximized, and the stable demand of the ground source heat pump system for heating and cooling of the ground water heat pump system can be satisfied.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能源供热和空调
，特别是涉及一种地下水量贫乏区域的地热综合利用系统。
技术介绍
随着人们环保意识的逐步加深，人们迫切的希望利用一种清洁能源取代燃煤锅炉来满足人们的生活需要。地源热泵空调作为一种清洁、节能、环保新技术很快被人们认识和接受。但因不同地方环境和地貌的差异，地源热泵系统的推广应用中经常会出现一些差强人意的地方，导致系统运行不稳定。尤其是在一些地下水量不足的地方，少量的循环水无法满足高负荷制冷工况下的散热需求，传统的地源热泵系统仅能满足冬季供热的需求，而无法稳定制冷，达不到地源热泵系统稳定供热和制冷的预期效果。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供的地下水量贫乏区域的地热综合利用系统，能最大化的利用浅层地热能源，并以太阳能作为补充，满足地下水量贫乏区域对地源热泵系统供热和供冷的稳定需求。本专利技术提供的地下水量贫乏区域的地热综合利用系统，包括：热泵系统、室外地源换热系统、室内空调末端系统和太阳能发电系统；所述热泵系统包括：压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器、入口四通换向阀和出口四通换向阀，压缩机、蒸发器、膨胀阀和冷凝器依次相连形成回路；所述室外地源换热系统包括：换热器和地热循环泵，换热器的出口与地热循环泵的入口通过管道连接；所述室内空调末端系统包括：风机盘管和风机循环泵，风机盘管的出口与风机循环泵的入口通过管道连接；蒸发器的入口与入口四通换向阀的两个端口连接后，分别与地热循环泵的出口和风机循环泵的出口连接；冷凝器的入口与入口四通换向阀的另两个端口连接后，分别与地热循环泵的出口和风机循环泵的出口连接；蒸发器的出口与出口四通换向阀的两个端口连接后，分别与换热器入口和风机盘管的入口连接；冷凝器的出口与出口四通换向阀的另两个端口连接后，分别与换热器入口和风机盘管的入口连接；所述太阳能发电系统包括：太阳能电池组、汇流箱、蓄电池和逆变器，太阳能电池组产生的直流电经汇流箱汇流后先进入蓄电池储存，再通过逆变器将蓄电池的直流电逆变成供所述热泵机组直接使用的正弦交流电。本专利技术通过所述室外地源换热系统吸收土壤中的热量为所述热泵系统供能，再通过输入所述太阳能发电系统提供的少量电能，实现低温位热能向高温位转移。水体分别作为冬季热泵供暖的热媒和夏季制冷的冷媒，通过所述室内空调末端系统实现与室内的冷热交换，达到室内冬暖夏凉的效果；供热和制冷工况的切换，通过所述热泵系统入口四通换向阀和出口四通换向阀控制循环水的流向来实现。在供热工况下，室外地源换热系统中的室外循环水通过所述换热器在地埋孔内吸取土壤热量后，由所述地热循环泵送入所述热泵系统；所述热泵系统通过入口四通换向阀和出口四通换向阀控制循环水的流向，使室外循环水先进入所述蒸发器放热，将热量传递给热媒，降温后返回地埋孔再次吸热，形成室外循环。所述热泵系统通过所述压缩机做功，将在所述蒸发器吸收完热量的热媒传递给所述冷凝器，并在所述冷凝器中完成热媒与室内空调末端系统中的室内循环水的热交换；传热降温后的热媒通过所述膨胀阀减压后，重新流入所述蒸发器再次吸热，形成热泵供热循环。室内循环水吸取所述冷凝器的热量达到供暖温度后，通过所述风机循环泵输送到所述风机盘管，完成室内放热，降温后返回冷凝器再次吸热，形成室内循环。室内空气吸收风机盘管带来的热量，达到供暖效果。在制冷工况下，室外地源换热系统中的室外循环水通过所述换热器在地埋孔内将热量释放给土壤，后由所述地热循环泵送入所述热泵系统的冷凝器，吸收冷媒中的热量，而后返回地埋孔再次释放热量，形成室外循环。所述热泵系统做功，将在所述冷凝器中完成放热的冷媒传递给所述蒸发器，并在所述蒸发器中吸收室内空调末端系统中室内循环水的热量；吸热升温后的冷媒重新流入所述冷凝器再次放热，形成热泵制冷循环。经所述蒸发器放热降温的室内循环水，通过所述风机循环泵输送到所述风机盘管吸取室内热量，而后返回所述蒸发器再次放热，完成室内循环，实现室内降温的目的。同时，利用热泵系统做功的卡诺循环原理：Q2＝Q1+W(Q2为用户利用的能、Q1为系统提取的地热能、W为系统使用的电能)，在水量不足，制冷负荷较大时，必需加大电能的功率来提高热泵系统做功效率和水循环的速度，才能满足制冷需求。其中增加的电能由系统中的太阳能发电系统提供。进一步地，上述换热器为圆柱形，换热器的上端面设有换热器入口和换热器出口，换热器入口与换热器内部设置的螺旋状的进流道上端相连，换热器出口与换热器中心设置的出流道的上端相连，进流道和出流道的另一端在换热器内部靠近底端的位置相连。通过螺旋状的进流道，加大室外循环水与土壤之间的热交换面积，提高单位循环水的换热效率，在循环水量较少的情况下，保证单次循环的热交换量。进一步地，上述换热器材质为铜合金，导热系数高，增大单次循环中循环水的热交换量。进一步地，上述地热循环泵为螺杆泵；螺杆泵电能驱动型热泵，可提取更多热量。进一步地，上述冷凝器的出口处设置有流量控制阀，通过该流量控制阀调节循环水流量，实现调节热泵系统对单次循环水做功时间的目的，达到控制室内温度的效果。进一步地，上述流量控制阀为温度控制阀，且该流量控制阀的温度传感器设置在冷凝器上。温度传感器内的感温液体体积随着冷凝器中的温度变化相应的膨胀或收缩。冷凝器中温度高于设定值时，感温液体膨胀，推动上述流量控制阀的阀芯向下调小阀门，减少循环水的流量，以增加冷凝时间，降低冷媒或热媒的温度；冷凝器中温度低于设定值时，感温液体收缩，复位弹簧推动上述流量控制阀的阀芯调大阀门，增加循环水的流量，以减少冷凝时间，提高冷媒或热媒的温度；通过对冷媒和热媒的温度控制，实现室内温度的自动控制。进一步地，上述太阳能发电系统还包括一个控制器，该控制器与上述温度传感器相连，按系统需要自动控制太阳能电池组的功率，提高太阳能电池组的使用寿命。进一步地，上述室外地源换热系统还包括一个冷却塔，该冷却塔与上述换热器通过管道并联。在机组制冷工况时，若检测到地热孔中的土壤温度过高，则通过上述冷却塔辅助降温，达到冷却水温的标准。进一步地，上述冷却塔靠近出口四通换向阀一端的连接管道上设置有冷却塔阀门，上述换热器靠近出口四通换向阀一端的连接管道上设置有换热器阀门；通过上述冷却塔阀门和换热器阀门的组合，可选择的控制冷却塔和换热器的同时开启，或单一开启，弥补水量较小时循环水散热效率的不足，满足同制冷负荷下的散热需求，实现夏季稳定制冷。进一步地，上述地热循环泵的出口和换热器的入口之间设置有压力平衡阀，用以平衡室外循环系统的循环水压力，避免因压力不均导致的地热循环泵损坏或功率不稳。采用以上技术方案，本专利技术实现了在地下水量贫乏区域，利用地热系统对室内稳定供热和供冷的目的。附图说明图1为本专利技术的结构原理示意图；图2为本专利技术换热器的结构示意图；图3为本专利技术太阳能发电系统的结构示意图；图4为本专利技术供热工况结构原理示意图；图5为本专利技术制冷工况结构原理示意图；图6为本专利技术含冷却塔的制冷工况结构原理示意图。附图标记：1-热泵系统；11-冷凝器；12-膨胀阀；13-蒸发器；14-压缩机；15-入口四通换向阀；151～154-入口四通换向阀端口；16-出口四通换向阀；161～164-出口四通换向阀端口；17-流量控制阀；18-温度传感器；2-室外地源换热系统；21-换热器；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地下水量贫乏区域的地热综合利用系统，其特征在于，包括：热泵系统、室外地源换热系统、室内空调末端系统和太阳能发电系统；所述热泵系统包括：压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器、入口四通换向阀和出口四通换向阀，压缩机、蒸发器、膨胀阀和冷凝器依次相连形成回路；所述室外地源换热系统包括：换热器和地热循环泵，换热器的出口与地热循环泵的入口通过管道连接；所述室内空调末端系统包括：风机盘管和风机循环泵，风机盘管的出口与风机循环泵的入口通过管道连接；蒸发器的入口与入口四通换向阀的两个端口连接后，分别与地热循环泵的出口和风机循环泵的出口连接；冷凝器的入口与入口四通换向阀的另两个端口连接后，分别与地热循环泵的出口和风机循环泵的出口连接；蒸发器的出口与出口四通换向阀的两个端口连接后，分别与换热器入口和风机盘管的入口连接；冷凝器的出口与出口四通换向阀的另两个端口连接后，分别与换热器入口和风机盘管的入口连接；所述太阳能发电系统包括：太阳能电池组、汇流箱、蓄电池和逆变器，太阳能电池组产生的直流电经汇流箱汇流后先进入蓄电池储存，再通过逆变器将蓄电池的直流电逆变成供所述热泵机组直接使用的正弦交流电。

【技术特征摘要】
1.一种地下水量贫乏区域的地热综合利用系统，其特征在于，包括：热泵系统、室外地源换热系统、室内空调末端系统和太阳能发电系统；所述热泵系统包括：压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器、入口四通换向阀和出口四通换向阀，压缩机、蒸发器、膨胀阀和冷凝器依次相连形成回路；所述室外地源换热系统包括：换热器和地热循环泵，换热器的出口与地热循环泵的入口通过管道连接；所述室内空调末端系统包括：风机盘管和风机循环泵，风机盘管的出口与风机循环泵的入口通过管道连接；蒸发器的入口与入口四通换向阀的两个端口连接后，分别与地热循环泵的出口和风机循环泵的出口连接；冷凝器的入口与入口四通换向阀的另两个端口连接后，分别与地热循环泵的出口和风机循环泵的出口连接；蒸发器的出口与出口四通换向阀的两个端口连接后，分别与换热器入口和风机盘管的入口连接；冷凝器的出口与出口四通换向阀的另两个端口连接后，分别与换热器入口和风机盘管的入口连接；所述太阳能发电系统包括：太阳能电池组、汇流箱、蓄电池和逆变器，太阳能电池组产生的直流电经汇流箱汇流后先进入蓄电池储存，再通过逆变器将蓄电池的直流电逆变成供所述热泵机组直接使用的正弦交流电。2.根据权利要求1所述的地下水量贫乏区域的地热综合利用系统，其特征在于，所述换热器为圆柱形，换热器的上端面设有换热器入口和换热器出口，换热器入口与换热器内部设置的螺旋状的进流道上端相连，换热...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艺辉，
申请(专利权)人：湖南中大经纬地热开发科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43