一种严寒地区的空气源与地下冻土源热泵系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种严寒地区的空气源与地下冻土源热泵系统，包括盐塔热泵、盐塔、地下换热系统、板式换热器和盐水箱；盐塔热泵包括蒸发器和冷凝器；盐塔热泵的蒸发器通过循环管路连接盐塔，盐塔热泵蒸发器与盐塔之间连接有地下换热系统，地下换热系统与板式换热器连接，盐塔热泵与地下换热系统、盐塔、板式换热器通过单向阀门的切换，构成双热源热泵系统；所述盐水水箱进水侧与盐塔相连接；述盐塔液位高点与盐水箱连接。本实用新型专利技术结构简单，能耗低，占用空间小，初投资低，运行费用低，环保节能，在严寒地区也能使用，适应性更加广泛，不需要抽取地下水，节省水资源。

A heat pump system of air source and ground permafrost source in severe cold area

【技术实现步骤摘要】
一种严寒地区的空气源与地下冻土源热泵系统
本技术涉及一种适用于严寒地区的采暖制冷系统。
技术介绍
近年来，随着国家节能减排政策的深入贯彻，空气源热泵、地源热泵等清洁能源技术得到了快速发展。最新发布的“十三五”节能减排综合工作方案已明确提出要以提高能源利用率和改善生态环境为目标。在严寒地区采暖与制冷的冷热源通常有以下几种：空气源热泵以空气作为冷热源，安装使用方便，可以充分利用空气中的能源，是一种高效、节能的空调设备；但空气源热泵在室外温度低时容易结霜，甚至不能运行，在严寒地区，空气源热泵机组为应对室外低温，多采用复叠式热泵机组，或使用带经济器的技术手段来保证设备的正常使用，但室外气温较低时，制热效率会有大幅衰减，当室外环境温度低于-10℃时，空气源热泵的一次能源利用效率低于燃煤锅炉；同时，为应对极端低温，机组选型过大，随之带来较大经济投入和运行的不节能。地源热泵系统是将在土壤内打孔，埋换热地埋管的方式，利用地埋管内的低温水来提取储存于地表浅层的地热能，具有高效节能，运行费用低的优点。考虑到我国幅员辽阔，不同区域冷热负荷相差较大，在严寒地区长期使用易导致土壤吸排热不均衡，无法保证使用效果和高效节能。同时，地源热泵由于打孔数量多，需要有较大空间布置地埋孔。故该系统在实际使用中受到一定的限制。水源热泵的使用由于会对地下水资源有一定影响，出于保护地下水资源、保护环境的国家政策，目前使用受到限制。
技术实现思路
本技术的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种严寒地区的空气源与地下冻土源热泵系统，该系统与常用空气源热泵系统相比，结构简单，能耗低，与常用地源热泵相比，占用空间小，初投资低，运行费用低，环保节能，在严寒地区也能使用，适应性更加广泛，不需要抽取地下水，节省水资源。为实现上述目的，本技术的技术方案是：一种严寒地区的空气源与地下冻土源热泵系统，包括盐塔热泵、盐塔、地下换热系统、板式换热器和盐水箱；盐塔热泵包括蒸发器和冷凝器；盐塔的盐水进口由管道通过单向阀门Ⅰ后，一路连接盐塔热泵的蒸发器的盐水出口，另一路通过液体循环泵Ⅰ连接盐水箱的盐水出口，第三路通过单向阀门a后一路通过单向阀门Ⅱ连接盐塔的盐水出口，另一路通过液体循环泵Ⅱ后一路通过单向阀门Ⅲ后连接地下换热系统的盐水进口，另一路通过单向阀门b后一路连接盐塔热泵的蒸发器的盐水进口，另一路通过单向阀门Ⅳ连接在地下换热系统的盐水出口；地下换热系统的盐水出口还连接板式换热器的一次盐水进口，其盐水进口还通过液体循环泵Ⅲ连接板式换热器的一次盐水出口；末端供水一路通过单向阀门Ⅴ连接盐塔热泵的冷凝器的出水口，另一路通过单向阀门Ⅵ连接板式换热器的二次出水口；末端回水通过液体循环泵Ⅴ后一路通过单向阀门Ⅶ连接盐塔热泵的冷凝器的进水口，另一路通过单向阀门Ⅷ连接板式换热器的二次进水口；在盐塔热泵的盐水进口与盐塔的盐水出口的连接管道上安装有盐水密度在线监测仪，盐水密度在线监测仪的控制连接液体循环泵Ⅰ的流量；所述地下换热系统各相邻埋管之间的间距为2—3米。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，所述地下换热系统各相邻埋管之间的间距最佳为2—2.5米。进一步优选地，所述盐塔液位高点由溢流管连接盐水箱的盐水回口；进一步优选地，所述盐塔是盐水为工质的空气能源塔。进一步优选地，所述单向阀门a和b为电动控制阀门，单向阀门a和b处的管道上均设有温度传感器，这些温度传感器分别与单向阀门a和单向阀门b联锁。以使单向阀门a和b根据室外温度变化自动切换启停。本技术通过对严寒地区某区域的全年气象参数进行分析，统计出系统运行切换的气温临界点，气温临界点通常为-10～-15℃，当室外环境温度高于设定值与低于设定值时进行系统切换。当室外气温高于设定值-10～-15℃时，关闭单向阀门a、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ和Ⅷ，打开单向阀门b、Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ和Ⅴ，通过盐塔热泵蒸发器侧与盐塔循环，蒸发器侧蒸发吸热，盐塔热泵冷凝器侧冷凝放热，制出热水，供用户使用。当室外气温低于设定值-10～-15℃时，关闭单向阀门b、Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ和Ⅴ，打开单向阀门a、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ和Ⅷ，通过盐塔热泵蒸发器侧与地下换热系统循环，蒸发器侧蒸发吸热，盐塔热泵冷凝器侧冷凝放热，制出热水，供用户使用。夏季空调季时，优先使用地下换热系统冬季所储存的土壤显热和冻土凝固热，作为自然冷源系统通过与板式换热器换热，为末端用户供冷；待土壤显热和冻土凝固热使用殆尽时，关闭单向阀门a、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ和Ⅷ，打开单向阀门b、Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ和Ⅴ，由盐塔热泵作为冷源，盐塔做为高效冷却塔，为末端用户供冷。本技术的地下换热系统埋管内的循环液体为盐水，盐水的凝固点低，冬天在0℃以下仍可循环，只要保持进入地下换热系统的盐水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。与现有技术比，本技术室外地下换热系统占用空间小，适应性更加广泛，初投资低。系统不需要抽取地下水，节省宝贵的水资源。运行时，通过盐塔，利用较高品位空气能及土壤显热和凝固热作为热源，使双源热泵机组制热系数保持在2.5以上，系统一直处于高效运行状态。夏季供冷时，通过地下换热系统，利用免费的自然冷源进行供冷，费用和能耗都可大幅降低。由于地下换热系统能吸收土壤显热和凝固热，地下换热系统的钻孔数量和孔间距均小于地源热泵系统，埋孔占地面积约为土壤源热泵占地面积的20%～25%。本技术在严寒地区也能使用，环保节能，运行费用低。附图说明图1为本技术的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术做进一步说明。如图1所示，本实施例包括盐塔热泵1、盐塔2、地下换热系统3、板式换热器4和盐水箱18。盐塔热泵1包括蒸发器21和冷凝器20。盐塔2的盐水进口由管道通过单向阀门Ⅰ17后，一路连接盐塔热泵1的蒸发器21的盐水出口，另一路通过液体循环泵Ⅰ5连接盐水箱18的盐水出口，第三路通过单向阀门a9后一路通过单向阀门Ⅱ22连接盐塔2的盐水出口，另一路通过液体循环泵Ⅱ6后一路通过单向阀门Ⅲ11后连接地下换热系统3的盐水进口，另一路通过单向阀门b10后一路连接盐塔热泵1的蒸发器21的盐水进口，另一路通过单向阀门Ⅳ12连接在地下换热系统3的盐水出口。地下换热系统3的盐水出口还连接板式换热器4的一次盐水进口，其盐水进口还通过液体循环泵Ⅲ7连接板式换热器4的一次盐水出口。末端供水一路通过单向阀门Ⅴ14连接盐塔热泵1的冷凝器20的出水口，另一路通过单向阀门Ⅵ15连接板式换热器4的二次出水口。末端回水通过液体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种严寒地区的空气源与地下冻土源热泵系统，其特征在于，包括盐塔热泵、盐塔、地下换热系统、板式换热器和盐水箱；盐塔热泵包括蒸发器和冷凝器；盐塔的盐水进口由管道通过单向阀门Ⅰ后，一路连接盐塔热泵的蒸发器的盐水出口，另一路通过液体循环泵Ⅰ连接盐水箱的盐水出口，第三路通过单向阀门a后一路通过单向阀门Ⅱ连接盐塔的盐水出口，另一路通过液体循环泵Ⅱ后一路通过单向阀门Ⅲ后连接地下换热系统的盐水进口，另一路通过单向阀门b后一路连接盐塔热泵的蒸发器的盐水进口，另一路通过单向阀门Ⅳ连接在地下换热系统的盐水出口；地下换热系统的盐水出口还连接板式换热器的一次盐水进口，其盐水进口还通过液体循环泵Ⅲ连接板式换热器的一次盐水出口；末端供水一路通过单向阀门Ⅴ连接盐塔热泵的冷凝器的出水口，另一路通过单向阀门Ⅵ连接板式换热器的二次出水口；末端回水通过液体循环泵Ⅴ后一路通过单向阀门Ⅶ连接盐塔热泵的冷凝器的进水口，另一路通过单向阀门Ⅷ连接板式换热器的二次进水口；在盐塔热泵的盐水进口与盐塔的盐水出口的连接管道上安装有盐水密度在线监测仪，盐水密度在线监测仪的控制连接液体循环泵Ⅰ的流量；所述地下换热系统各相邻埋管之间的间距为2—3米。/n...

【技术特征摘要】
1.一种严寒地区的空气源与地下冻土源热泵系统，其特征在于，包括盐塔热泵、盐塔、地下换热系统、板式换热器和盐水箱；盐塔热泵包括蒸发器和冷凝器；盐塔的盐水进口由管道通过单向阀门Ⅰ后，一路连接盐塔热泵的蒸发器的盐水出口，另一路通过液体循环泵Ⅰ连接盐水箱的盐水出口，第三路通过单向阀门a后一路通过单向阀门Ⅱ连接盐塔的盐水出口，另一路通过液体循环泵Ⅱ后一路通过单向阀门Ⅲ后连接地下换热系统的盐水进口，另一路通过单向阀门b后一路连接盐塔热泵的蒸发器的盐水进口，另一路通过单向阀门Ⅳ连接在地下换热系统的盐水出口；地下换热系统的盐水出口还连接板式换热器的一次盐水进口，其盐水进口还通过液体循环泵Ⅲ连接板式换热器的一次盐水出口；末端供水一路通过单向阀门Ⅴ连接盐塔热泵的冷凝器的出水口，另一路通过单向阀门Ⅵ连接板式换热器的二次出水口；末端回水通过液体循环泵Ⅴ后一路通过单向阀门Ⅶ连接盐塔热泵的冷凝器的进水口，另一路通过单向阀门Ⅷ连接板式换热器的二次进水口；在盐塔热泵的盐水进口与盐塔的盐水出口的连接管道上安装有盐水密度在线监测仪，盐水密度在线监测仪的控制连接液体循环泵Ⅰ的流量；所述地下换热系统各相邻埋管之间的间距为2—3米。


2.根据权利要求1所述的严寒地区的空气源与地下冻土源热泵系统，其特征在于，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。


3.根据权利要求1或2所述的严寒地区的空气源与地下冻土源热泵系统，其特征在于，所述地下换热系统各...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯永胜，李丽，李艳敏，
申请(专利权)人：保定开源制冷设备安装工程有限公司，
类型：新型
国别省市：河北;13