一种利用采暖末端免费供冷的地源热泵采暖系统技术方案

一种利用采暖末端免费供冷的地源热泵采暖系统，属于供热空调技术领域。该采暖系统在常规地源热泵系统的基础上增加了免费供冷环路。在冬季采用地源热泵从地下取热，制取热水供给采暖末端；在夏季，利用增设的免费供冷环路将地埋管或者地下换热水井的出水直接送入采暖末端，向室内提供免费的冷量。本实用新型专利技术充分利用现有的采暖末端自然冷源，不仅对建筑提供免费供冷、减少空调负荷，还实现了对地下土壤的补热，缓解了地源热泵长年从地下取热而导致的土壤温度下降以及热泵性能衰减的问题。对于设置了太阳能等补热设备的系统，还能减少补热设备的容量，节省投资。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种地源热泵采暖系统，属于供热空调

技术介绍
我国建筑采暖能耗巨大，在占社会总能耗22°/Γ25%的建筑能耗中，约有40%用于建筑采暖。其中，北方城镇地区采用热网集中供热或小区集中供热的能耗约占建筑采暖总能耗的60%。随着建筑面积的快速增加，采暖需求也会大幅度增长。因此，采暖节能是我国建筑节能的重中之重。北方城镇采暖主要为基于化石燃料燃烧的集中采暖方式，不仅能效低而且污染大。燃煤锅炉的平均效率仅为65%，即使是对于效率在90%以上的燃气锅炉，采暖的一次能源效率也是低于100%的。近年来，地源热泵系统得到了非常广泛的应用，因其被看作是一种可再生能源利用技术。但是，地源热泵系统存在冬季取热和夏季排热的不平衡，长年运行会导致土壤温度的逐年下降；对于仅供热的地源热泵系统，只存在冬季取热，则土壤温度的下降会更加严重。这样就造成机组性能的大幅衰减，甚至根本无法正常运行，供热的可靠性得不到较好的保障。对于吸收式热泵，在相同条件下，由于从土壤的取热量较小，土壤温度的下降量要明显小于电热泵。但是吸收式热泵系统的长年运行也无法彻底解决土壤温度下降和热泵供热性能衰减的问题。目前解决地源热泵系统土壤热不平衡问题常用的解决方案中，加大埋管间距占地面积大且缓解能力有限；锅炉辅助热源能效低；太阳能补热可靠性差。因此，地源热泵系统土壤热不平衡和性能衰减是保障北方地区供热可靠性和节能运行亟待解决的问题。
技术实现思路
本技术的目的是提出了一种利用采暖末端免费供冷的地源热泵采暖系统，该系统充分利用现有的采暖末端和地下自然冷源，给建筑提供免费供冷。对于没设空调的建筑，可以提供额外的冷量；对于设有采暖和空调两套系统的建筑，则可以减小空调系统的冷负荷。并且，采暖末端供冷还能将室内余热蓄存于地下，实现对土壤的补热，从而有效的缓解地温的降低和地源热泵供热系统的性能衰减。对于配有补热设备的系统，则还可以减小补热设备的容量，节省初投资。本技术的技术方案如下一种利用采暖末端免费供冷的地源热泵采暖系统，该系统包括地源热泵机组、用户侧水泵、采暖末端、地源侧水泵和地下换热系统；所述地源热泵机组的用户侧出口通过用户侧水泵与采暖末端的入口相连，地源热泵机组的用户侧入口与采暖末端的出口相连；所述地下换热系统的出口通过地源侧水泵与地源热泵机组的地源侧入口相连，地下换热系统的入口与地源热泵机组的地源侧出口相连；其特征在于在地源侧水泵出口和采暖末端入口之间增加了免费供冷供水管路，在采暖末端的出口与地下换热系统的入口之间增加了免费供冷回水管路，并在免费供冷供水管路上设有第二阀门；所述的地下换热系统、免费供冷供水管路、采暖末端和免费供冷回水管路构成了采暖末端免费供冷环路。所述的一种利用采暖末端免费供冷的地源热泵采暖系统，其特征在于所述采暖末端采用暖气片、辐射板或风机盘管。所述地下换热系统为地埋管换热器或地下水井。所述地源热泵机组为电热泵或吸收式热泵。本技术与现有系统相比，具有以下优点及有益效果①充分利用了现有的采暖末端和地下自然冷源实现免费供冷通过采暖末端的免费供冷实现了对土壤的季节性补热，从而有效的缓解地温的降低和地源热泵供热系统的性能衰减；③对于设有采暖和空调两套系统的建筑，可以减小空调系统的冷负荷；④对于配有补热设备的系统，还可以减小补热设备的容量，减少初投资。总的来说，本技术是一个节能环保的供热系统。特别适用于冬季有供热需求但是夏季对空调要求不高或者不设空调的建筑；对于采暖和空调系统分开的建筑，采暖末端供冷可以用来减小空调系统的冷负荷；对于配有补热设备的系统，则还可以减小补热设备的容量，减少初投资。附图说明图I为本技术公开的一种利用采暖末端免费供冷的地源热泵采暖系统的结构示意图。图2为本技术的冬季供热模式的示意图。图3为本技术的采夏季免费供冷模式的示意图。图中1_地源热泵机组；2_用户侧水泵；3_采暖末端；4_第一阀门；5_地源侧水泵；6_地下换热系统；7_第二阀门；8_免费供冷供水管路；9_免费供冷回水管路。具体实施方式以下结合附图对本技术的结构、原理和工作过程做进一步的说明。图I为本技术公开的一种利用采暖末端免费供冷的地源热泵采暖系统的结构示意图，该系统包括地源热泵机组I、用户侧水泵2、采暖末端3、地源侧水泵5和地下换热系统6 ;所述地源热泵机组I的用户侧出口通过用户侧水泵2与采暖末端3的入口相连，地源热泵机组I的用户侧入口与采暖末端3的出口相连；所述地下换热系统6的出口通过地源侧水泵5与地源热泵机组I的地源侧入口相连，地下换热系统6的入口与地源热泵机组I的地源侧出口相连。在地源侧水泵5出口和采暖末端3入口之间增加了免费供冷供水管路8，在采暖末端3的出口与地下换热系统6的入口之间增加了免费供冷回水管路9，并在免费供冷供水管路8上设有第二阀门7 ;所述的地下换热系统6、免费供冷供水管路8、采暖末端3.和免费供冷回水管路9构成了采暖末端免费供冷环路。在夏季，将地下换热系统的出水通过地源侧水泵5直接送入建筑的采暖末端3，实现免费供冷，并通过调节地源侧水泵5的流量或第二阀门7的开度控制进入采暖末端3的水温。所述采暖末端3可以采用暖气片、各种辐射板或风机盘管。所述地下换热系统6采用地埋管换热器或地下水井。所述地源热泵机组I为电热泵或吸收式热泵。图2为本技术的冬季供热模式的示意图。在采暖期，关闭第二阀门7，地下换热系统6出口的载冷剂在地源热泵机组I的蒸发器中被吸热降温后返回到地下换热系统6，地源热泵机组I提取载冷剂中的热量后制取供热热水通过用户侧水泵2进入到采暖末端3中给用户供热。图3为本技术的采夏季免费供冷模式的示意图。对于没有设置空调系统或者设置了单独的空调系统的建筑，在夏季，地源侧水泵5将地下换热系统6出口的冷水经过免费供冷供水管路8直接送入采暖末端3，为建筑免费供冷，在采暖末端3中吸热升温后回到地下换热系统6中排热降温，形成免费供冷循环，同时也对土壤进行了补热。当地下换热系统6的出口冷水温度较低而使得采暖末端3有结露的可能时，可以调节地源侧水泵5的流量或第二阀门7的开度，适当提高冷水温度。当调节流量或开度还无法避免采暖末端3结露时，则可以适当停止免费供冷。对于风机盘管采暖末端，则不需要考虑结露的危险。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用采暖末端免费供冷的地源热泵采暖系统，包括地源热泵机组（1）、用户侧水泵（2）、采暖末端（3）、地源侧水泵（5）和地下换热系统（6）；所述地源热泵机组（1）的用户侧出口通过用户侧水泵（2）与采暖末端（3）的入口相连，地源热泵机组（1）的用户侧入口与采暖末端（3）的出口相连；所述地下换热系统（6）的出口通过地源侧水泵（5）与地源热泵机组（1）的地源侧入口相连，地下换热系统（6）的入口与地源热泵机组（1）的地源侧出口相连；其特征在于：在地源侧水泵（5）出口和采暖末端（3）入口之间增加了免费供冷供水管路（8），在采暖末端（3）的出口与地下换热系统（6）的入口之间增加了免费供冷回水管路（9），并在免费供冷供水管路（8）上设有第二阀门（7）；所述的地下换热系统（6）、免费供冷供水管路（8）、采暖末端（3）.和免费供冷回水管路（9）构成了采暖末端免费供冷环路。

【技术特征摘要】
1.一种利用采暖末端免费供冷的地源热泵采暖系统，包括地源热泵机组(I)、用户侧水泵(2)、采暖末端(3)、地源侧水泵(5)和地下换热系统(6);所述地源热泵机组(I)的用户侧出口通过用户侧水泵(2)与采暖末端(3)的入口相连，地源热泵机组(I)的用户侧入口与采暖末端(3)的出口相连；所述地下换热系统(6)的出口通过地源侧水泵(5)与地源热泵机组(I)的地源侧入口相连，地下换热系统(6)的入口与地源热泵机组(I)的地源侧出口相连；其特征在于在地源侧水泵(5)出口和采暖末端(3)入口之间增加了免费供冷供水管路(8),在采暖末端(3)的出口与地下换热系统(6)的入口之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：李先庭，吴伟，王宝龙，石文星，游田，张晓灵，李炳田，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：实用新型
国别省市：