地温场自修复的地热能与空气能耦合式热泵空调系统技术方案

本发明专利技术涉及一种地温场自修复的地热能与空气能耦合式热泵空调系统，包括能源塔供热系统、地源系统和地温场补热系统；能源塔供热系统包括能源塔和能源塔热泵机组；地源系统包括地源换热系统和地源热泵机组，土壤热源换热系统包括若干地埋式换热管阵列；地温场补热系统包括换热机构，换热机构包括能源塔侧换热管路和地源侧换热管路；能源塔侧换热管路通过与循环管路A并联的循环管路C连接到能源塔上，地源侧换热管路通过与循环管路B并联的循环管路D连接到地源系统上；在能源塔热泵机组上还连接有循环管路E，在地源热泵机组上还连接有循环管路F，循环管路E和循环管路F均通过单向阀机构并联连接到同一个末端处理系统上。

Geothermal Energy and Air Energy Coupled Heat Pump Air-conditioning System with Self-repairing Ground Temperature Field

【技术实现步骤摘要】
地温场自修复的地热能与空气能耦合式热泵空调系统
本专利技术涉及地温场自修复的地热能与空气能耦合式热泵空调系统，属于热泵系统领域。
技术介绍
1.现有地源热泵系统地源热泵系统以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地源换热系统、地源热泵主机系统和室内末端系统。地源热泵系统的室外换热系统需要埋置在地下，土地资源日益紧张，要完全通过地源热泵满足供暖，需要埋置土壤换热器的场地较大，大面积推广存在一定的问题。2.能源塔热泵系统能源塔热泵技术是通过能源塔的热交换和热泵机组作用，实现供暖、制冷以及提供热水的技术。冬天它利用低于冰点载体介质，高效提取冰点以下的湿球水热量，通过能源塔热泵机组输入少量高品位能源，实现冰点以下低温热能向高温热能转移，实现制热；夏天由于能源塔的特殊设计，起到高效冷却塔的作用，将热量排到大气实现制冷。能源塔热泵机组冬季使用的热源,是月波动很小的湿球温度显热能，蒸发压力稳定度和蒸发温度都高于风冷热泵，使得机组比风冷热泵机组有更宽的运行范围；能源塔热泵机组夏季使用的冷源，是汽化蒸发潜热带走空调余热，能源塔在夏季有足够的蒸发面积可承受瞬间高峰空调余热负荷，冷却水温低，效率高。全年运行与风冷热泵比较，机组能耗小，磨损轻，寿命长。能源塔系统的适用范围较广，也在一定程度上能满足集中供热供冷需求，但大面积推广时可能存在局部气候变化明显，运行工况变差，能耗增加问题。3.冷堆积与热堆积根据地源热泵浅层地温能测试的数据，通过对土壤的实时运行温度的监测，由于末端冷热负荷需求的不同，在一个冷热周期内，土壤源系统从土壤中置换的冷量和热量也不尽相等。随着地源热泵系统连续、长期的运行，如果从地下过多地取热，就会导致土壤中冷量过多，造成冷堆积；相反，如果往地下过多地放热，就会导致土壤中热量过多，造成热堆积；土壤中多储存的冷热量，造成土壤的热不平衡问题，温度场得不到有效恢复，使得冬季从地下取热，夏季往地下排热困难，系统运行工况恶化、运行效率降低。
技术实现思路
本专利技术要的技术目的为：本专利技术将地源热泵系统与能源塔热泵系统有机结合，降低初期供能系统中地源热泵占比，提高供热系统稳定性，降低地埋管钻凿场地占用面积；热泵系统配置补热设备，能有效解决土壤源热泵系统中存在的冷堆积和热堆积问题，避免土壤的热不平衡，提高地温场的稳定性，提高系统供能能力，满足能源系统的多能互补要求。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：地温场自修复的地热能与空气能耦合式热泵空调系统，包括能源塔供热系统、地源系统和地温场补热系统；其中所述能源塔供热系统包括能源塔和能源塔热泵机组；地源系统包括地源换热系统和地源热泵机组，其中土壤热源换热系统包括若干地埋式换热管阵列；其中能源塔通过循环管路A为能源塔热泵机组循环供能，地源系统通过循环管路B为地源热泵机组循环供能；所述地温场补热系统包括换热机构，换热机构包括能源塔侧换热管路和地源侧换热管路，能源塔侧换热管路和地源侧换热管路之间间壁换热连接；其中能源塔侧换热管路通过与循环管路A并联的循环管路C连接到能源塔上，通过能源塔为能源塔侧换热管路供能，地源侧换热管路通过与循环管路B并联的循环管路D连接到地源系统上；在能源塔热泵机组上还连接有循环管路E，在地源热泵机组上还连接有循环管路F，循环管路E和循环管路F均通过单向阀机构并联连接到同一个末端处理系统上。作为本专利技术的进一步改进，其中循环管路A包括一个能源塔出水管路和一个能源塔回水管路，其中在能源塔出水管路上并联连接有一个能源塔出水支路，能源塔出水支路连接到能源塔侧换热管路的进水口上，能源塔出水管路连接到能源塔热泵机组的低位进水口上；能源塔回水管路上并联连接有一个能源塔回水支路，能源塔回水支路连接到能源塔侧换热管路的出水口上，能源塔回水管路连接到能源塔热泵机组的低位出水口上。作为本专利技术的进一步改进，所述能源塔回水管路上连接有能源塔循环主泵，所述能源塔回水支路上还连接有能源塔循环分泵。作为本专利技术的进一步改进，其中循环管路B包括一个地源出水管路和一个地源回水管路，其中在地源出水管路上并联连接有一个地源出水支路，地源出水支路连接到地源侧换热管路的进水口上，地源出水管路连接到地源热泵机组的低位进水口上；地源回水管路上并联连接有一个地源回水支路，地源回水支路连接到地源侧换热管路的出水口上，地源回水管路连接到地源热泵机组的低位出水口上。作为本专利技术的进一步改进，所述地源回水管路上连接有冷却水循环主泵，所述述地源回水支路上还连接有述冷却水循环分泵。作为本专利技术的进一步改进，末端处理系统的循环管路F包括一个末端进水管路和一个末端回水管路，末端处理系统的循环管路E包括一个末端进水支路和一个末端回水支路，其中末端进水支路并联连接到末端进水管路上，末端回水支路并联连接到末端回水管路上，其中末端回水支路和末端进水支路分别连接到能源塔热泵机组的高位换热进水口和出水口上；末端回水管路和末端进水管路分别连接到地源热泵机组的高位换热进水口和出水口上。作为本专利技术的进一步改进，其中在末端回水管路上连接有冷冻水循环泵和冷冻水循环分泵，冷冻水循环泵和冷冻水循环分泵互相并联连接。作为本专利技术的进一步改进，所述地温场补热系统包括一个板式换热器，板式换热器包括两组互相导热连接的管路，分别为能源塔侧换热管路和地源侧换热管路。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术补热式地源热泵和能源塔热泵结合的系统可以得到以下收益：2、实现根据末端的需求，开启不同的供能系统，做到按需供能；3、机组运行更加高效：不同的供能状态，不同的负荷需求，调整不同机组的工作状态及匹配模式，机组运行效率大大提高；4、提升地温场的稳定性：合理控制地源热泵的运行时间，在非供暖期通过板式换热器向土壤进行补热，提升地温场的温度，缓解土壤的热不平衡问题，有利于地温场的恢复；5、提高系统可靠性：两种供能系统有机结合，利用土壤源和空气源两种热源，降低单一供能系统故障，不能正常供能的风险。6、减少土壤换热孔的钻凿数量，降低换热孔的占地面积，降低能源站的一次性投资。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的系统原理图。图中：1-能源塔热泵机组，2-地源热泵机组，3-能源塔，4-板式换热器，5-土壤源换热系统，6-能源塔侧循环泵，7-冷却水循环泵，8-冷冻水循环泵；L1-能源塔出水管路，L2-能源塔出水支路，L3-能源塔回水管路，L4-能源塔回水支路，L5-地源出水管路，L6-地源出水支路，L7-地源回水管路，L8-地源回水支路，L9-末端进水管路，L10-末端进水支路，L11-末端回水管路；L12-末端回水支路；P1-能源塔侧循环分泵，P2-能源塔侧循环主泵，P3-冷却水循环主泵，P4-冷却水循环分泵，P5-冷冻水循环主泵，P6-冷冻水循环分泵。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。地温场自修复的地热能与空气能耦合式热泵空调系统，包括能源塔供热系统、地源系统和地温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.地温场自修复的地热能与空气能耦合式热泵空调系统，其特征是：包括能源塔供热系统、地源系统和地温场补热系统；其中所述能源塔供热系统包括能源塔和能源塔热泵机组；地源系统包括地源换热系统和地源热泵机组，其中土壤热源换热系统包括若干地埋式换热管阵列；其中能源塔通过循环管路A为能源塔热泵机组循环供能，地源系统通过循环管路B为地源热泵机组循环供能；所述地温场补热系统包括换热机构，换热机构包括能源塔侧换热管路和地源侧换热管路，能源塔侧换热管路和地源侧换热管路之间间壁换热连接；其中能源塔侧换热管路通过与循环管路A并联的循环管路C连接到能源塔上，通过能源塔为能源塔侧换热管路供能，地源侧换热管路通过与循环管路B并联的循环管路D连接到地源系统上；在能源塔热泵机组上还连接有循环管路E，在地源热泵机组上还连接有循环管路F，循环管路E和循环管路F均通过单向阀机构并联连接到同一个末端处理系统上。

【技术特征摘要】
2019.04.19 CN 20192054653611.地温场自修复的地热能与空气能耦合式热泵空调系统，其特征是：包括能源塔供热系统、地源系统和地温场补热系统；其中所述能源塔供热系统包括能源塔和能源塔热泵机组；地源系统包括地源换热系统和地源热泵机组，其中土壤热源换热系统包括若干地埋式换热管阵列；其中能源塔通过循环管路A为能源塔热泵机组循环供能，地源系统通过循环管路B为地源热泵机组循环供能；所述地温场补热系统包括换热机构，换热机构包括能源塔侧换热管路和地源侧换热管路，能源塔侧换热管路和地源侧换热管路之间间壁换热连接；其中能源塔侧换热管路通过与循环管路A并联的循环管路C连接到能源塔上，通过能源塔为能源塔侧换热管路供能，地源侧换热管路通过与循环管路B并联的循环管路D连接到地源系统上；在能源塔热泵机组上还连接有循环管路E，在地源热泵机组上还连接有循环管路F，循环管路E和循环管路F均通过单向阀机构并联连接到同一个末端处理系统上。2.如权利要求1所述的地温场自修复的地热能与空气能耦合式热泵空调系统，其特征是：其中循环管路A包括一个能源塔出水管路和一个能源塔回水管路，其中在能源塔出水管路上并联连接有一个能源塔出水支路，能源塔出水支路连接到能源塔侧换热管路的进水口上，能源塔出水管路连接到能源塔热泵机组的低位进水口上；能源塔回水管路上并联连接有一个能源塔回水支路，能源塔回水支路连接到能源塔侧换热管路的出水口上，能源塔回水管路连接到能源塔热泵机组的低位出水口上。3.如权利要求2所述的地温场自修复的地热能与空气能耦合式热泵空调系统，其特征是：所述能源塔回水管路上连接有能源塔循环主...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，刘伟，
申请(专利权)人：华清安泰北京科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11