基于井下换热器和直膨式二氧化碳热泵的地源热泵系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于井下换热器和直膨式二氧化碳热泵的地源热泵系统，本发明专利技术一种基于井下换热器和直膨式二氧化碳热泵的地源热泵系统，包括井下换热器，所述井下换热器包括水井和换热管，所述水井内部充满水且不与地下水发生交换，所述换热管与热泵机组相连且在冬季供热时和夏季供冷时分别为其蒸发器和冷凝器，所述热泵机组为直膨式机组。本发明专利技术通过井下换热器提高了与地下土壤交换热量的效率，避免使用地下水，采用换热效率高、不破坏臭氧层及地下环境的二氧化碳作为热泵机组循环工质，充分发挥地源热泵系统整体节能性和环保性。

Ground source heat pump system based on downhole heat exchanger and direct expansion carbon dioxide heat pump

The present invention discloses a ground source heat pump system based on a downhole heat exchanger and a direct expansion carbon dioxide heat pump, a ground source heat pump system based on a downhole heat exchanger and a direct expansion carbon dioxide heat pump, including a downhole heat exchanger. The downhole heat exchanger includes a water well and a heat exchange tube, which is filled with water and not in place. The heat exchange tube is connected to the heat pump unit and is the evaporator and the condenser respectively during the winter heating and the summer cooling. The heat pump unit is a direct expansion unit. The invention improves the efficiency of exchanging heat with underground soil through a downhole heat exchanger, avoids the use of groundwater, uses carbon dioxide which has high heat exchange efficiency and does not destroy the ozone layer and the underground environment as the circulating refrigerant of the heat pump unit, and gives full play to the overall energy saving and environmental protection of the ground source heat pump system.

【技术实现步骤摘要】
基于井下换热器和直膨式二氧化碳热泵的地源热泵系统
本专利技术属于地源热泵
,具体涉及一种基于井下换热器和直膨式二氧化碳热泵的地源热泵系统。
技术介绍
传统的地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统和地下水源热泵系统。其中，地埋管地源热泵系统采用高密度聚乙烯管作为地下换热管，换热管单位换热量较低，一般只在50W/m左右，系统所需地下换热管数量较多，占地面积较大，不适宜在城市中应用。而地下水源热泵系统通过抽取地下水进行供冷制热，回灌效果较差，难以达到地下水100％回灌，长期使用易诱发地面沉降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足,利用换热效率较高、不抽取地下水的井下换热器作为地下换热媒介，利用不会破坏臭氧层及地下环境且换热效率高的二氧化碳作为热泵机组工质，实现基于井下换热器和直膨式二氧化碳热泵的地源热泵系统。本专利技术一种基于井下换热器和直膨式二氧化碳热泵的地源热泵系统，包括井下换热器，所述井下换热器包括水井和换热管，所述水井内部充满水且不与地下水发生交换，所述换热管与热泵机组相连且在冬季供热时和夏季供冷时分别为其蒸发器和冷凝器，所述热泵机组为直膨式机组。所述换热管采用铜或不锈钢或其他导热系数高的材料制成。所述换热管地下部分全部浸入水井的水中。所述热泵机组采用二氧化碳作为循环工质。所述热泵机组可以冬季供暖并夏季供冷，也可以只在冬季供暖或只在夏季供冷。本专利技术的有益效果：1、本专利技术采用井下换热器作为地下换热媒介，由于换热管内是相变换热，换热效率高，且换热管时和水井内的井水进行换热，由于对流换热效应，换热效率得到进一步提高，可以实现只布置少数井下换热器即可实现大面积供暖制冷。2、本专利技术采用二氧化碳作为热泵机组循环工质，二氧化碳天然存在于自然界中，是一种对环境友好性的物质，具有较好的化学稳定性，不仅可以与各种润滑油相融合，而且适应大多的机械部件材料，并且在高温下不会分解产生有害气体；二氧化碳具有较高的蒸发潜热值，使其单位容积制冷量也很高；二氧化碳跨临界循环的压比较小，使其压缩机的运行效率提高；二氧化碳的黏度很小，提高流速不会带来太大的压降。3、本专利技术不使用地下水，避免了因回灌不完全带来的地下水流失、地面沉降等地质环境问题，且实现节约用水，珍惜水资源的国策目标。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。附图标记：1-水井，2-换热管，3-热泵机组，4-地源侧回水管，5-地源侧供水管，6-负荷侧回水管，7-负荷侧供水管，8-用能建筑。具体实施方式下面通过具体实施例和附图对本专利技术作进一步的说明。本专利技术的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本专利技术，并不对本专利技术作任何的限制。基于井下换热器和直膨式二氧化碳热泵的地源热泵系统，包括水井1，所述水井1内部浸入换热管2，所述换热管2通过地源侧供水管4和地源侧回水管5与热泵机组3相连，所述热泵机组3与用能建筑8间通过负荷侧供水管6和负荷侧回水管7相连。具体实施例：如图1所示，钻取一口水井1，在水井1中充满水，水中浸入换热管2，换热管2采用铜或不锈钢或其他导热系数高的材料制成，铜换热管2通过地源侧供水管4和地源侧回水管5与热泵机组3相连，换热管在冬季供热时作为热泵机组3的蒸发器，从地下吸热并将热量通过地源侧回水管5传递到热泵机组3中；换热管在夏季供冷时作为热泵机组3的冷凝器，向地下放热取冷并将冷量通过地源侧回水管5传递到热泵机组3中，热泵机组3为直膨式机组，热泵机组3采用二氧化碳作为循环工质，热泵机组3与用能建筑8间通过负荷侧供水管6和负荷侧回水管7相连，热泵机组3在接收地下的热量或冷量后，通过热泵循环将更多的热量或冷量通过负荷侧供水管6传递到建筑中，实现建筑供暖或制冷。本实施例地埋管换热强化系统使用在地下三层土壤内，地埋管包括进水管1和出水管2，本专利技术包括分别设置于三层土壤内的三个湿度传感器3，所述湿度传感器3位于出水管2的外壁面处，沿出水管2外壁面纵向等间距设置于土壤各层内；加湿管路7位于进水管1外壁面处，在土壤各层内所述加湿管路7与所述湿度传感器3对应设置，三层土壤层内各设置一根加湿管路7,为了均匀提升各层土壤的含水率达到设定值，所述加湿管路7在各层沿土壤深度方向上均匀设置有孔10；同时为了延长加湿管路的使用寿命，本专利技术加湿管路7由PVC耐腐蚀材料制成，也可采用PE材料制成；冬季为了保证加湿工作持续进行,防止水箱结冰,在水箱6外部设置有保温层，为岩棉，也可为矿棉；控制模块5设置于地面上，本专利技术采用单片机型号为MCS-51型，也可为AT89型；水箱6与所述加湿管路7相连，所述加湿管路7上设置有电磁阀8，所述湿度传感器3通过数据传输线缆4连接所述控制模块5，所述控制模块5通过控制线缆9连接所述加湿管路7上的电磁阀8，为了方便安装和维护，所述数据传输线缆4固定于地埋管出水管2的外壁面，和地埋管一起送入土壤内。本专利技术水箱6也设置于地面上，其上方设置有蓄水装置11。应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本专利技术所附权利要求的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于井下换热器和直膨式二氧化碳热泵的地源热泵系统，其特征在于：包括井下换热器，所述井下换热器包括水井和换热管，所述水井内部充满水且不与地下水发生交换，所述换热管与热泵机组相连且在冬季供热时和夏季供冷时分别为其蒸发器和冷凝器，所述热泵机组为直膨式机组。

【技术特征摘要】
1.基于井下换热器和直膨式二氧化碳热泵的地源热泵系统，其特征在于：包括井下换热器，所述井下换热器包括水井和换热管，所述水井内部充满水且不与地下水发生交换，所述换热管与热泵机组相连且在冬季供热时和夏季供冷时分别为其蒸发器和冷凝器，所述热泵机组为直膨式机组。2.根据权利要求1所述的基于井下换热器和直膨式二氧化碳热泵的地源热泵系统，其特征在于：所述换热管采用铜或不锈钢或其他导热系数高的材料制成。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军，李扬，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12