地源热泵系统的制作方法

1.本实用新型涉及地源热泵技术领域，更具体地，涉及一种地源热泵系统。


背景技术：

2.常见的换热器类型有地埋管换热器、深孔热干岩换热器、水源井换热器和地表水源换热器。其中水源井换热器和地表水换热器在我国的应用中存在一定的局限性，而地埋管地源热泵最为稳定和可靠，对我国来说研究和应用得也最多。
3.在相关技术中，地埋管包括垂直埋管和水平埋管两种形式。其中，水平埋管占地面积大，垂直埋管钻孔深，两种埋管方式的结构不合理且工程造价都较高。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种地源热泵系统，所述地源热泵系统工程施工难度小、造价低。
5.根据本实用新型实施例的地源热泵系统，包括：至少一个室内末端系统；热泵主机系统，地埋储能换热器，所述热泵主机系统连接于所述地埋储能换热器和所述室内末端系统之间，其中，所述地埋储能换热器包括：储能换热容器，所述储能换热容器具有储能腔；换热管，所述换热管与所述储能腔连通且适于与外界进行换热。
6.根据本实用新型实施例的地源热泵系统，通过设置储能换热容器，换热管与储能换热容器的储能腔连通，使地埋储能换热器能够实现储能和换热，有利于提高制冷、制热效率，且地源热泵系统兼具工程施工难度小、造价低的优点。
7.另外，根据本实用新型上述实施例的地源热泵系统还可以具有如下附加的技术特征：
8.根据本实用新型的一些实施例，所述换热管为管网且包括：主管路；多个支管路，所述支管路的一端与所述主管路连通，且另一端与所述储能腔连通。
9.根据本实用新型的一些实施例，所述支管路折弯延伸且包括第一管段和第二管段，所述第一管段的一端与所述主管路连通，所述第二管段连通所述第一管段的另一端和所述储能腔。
10.根据本实用新型的一些实施例，至少两个所述支管路沿所述主管路的长度方向间隔开分布；和/或，至少两个所述支管路分别位于所述主管路的两侧。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述主管路的至少一部分沿纵向延伸，多个所述支管路于所述主管路的纵向延伸部分对称分布以形成两个支管路组，每个所述支管路组包括沿纵向等间距分布的多个所述支管路。
12.根据本实用新型的一些实施例，所述换热管为多个，所述地埋储能换热器还包括进液管和出液管，其中，至少一个所述换热管连通所述进液管和所述储能腔的进口，至少一个所述换热管连通所述出液管和所述储能腔的出口。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述储能腔具有彼此相对的两个第一侧腔壁和彼
此相对的两个第二侧腔壁，两个所述第一侧腔壁分别设有所述储能腔的进口，两个所述第二侧腔壁分别设有所述储能腔的出口。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述热泵主机系统包括循环连接的第一换热器、压缩机、第二换热器和膨胀阀，所述地埋储能换热器的进口和出口分别与所述第一换热器连接，第二换热器与所述室内末端系统连接。
15.根据本实用新型的一些实施例，所述地源热泵系统还包括：液体循环泵，所述液体循环泵设于所述地埋储能换热器和所述热泵主机系统之间。
16.根据本实用新型的一些实施例，所述室内末端系统包括风机盘管组件，所述地埋储能换热器与所述风机盘管组件相连，以使换热介质在所述地埋储能换热器和所述风机盘管组件之间循环流动。
17.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
18.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1是根据本实用新型实施例的地埋储能换热器的结构示意图；
20.图2是根据本实用新型实施例的地埋储能换热器的主视图；
21.图3是根据本实用新型实施例的地埋储能换热器的左视图；
22.图4是根据本实用新型实施例的地埋储能换热器的俯视图；
23.图5是根据本实用新型实施例的地源热泵系统的地埋储能换热器和热泵主机系统的示意图；
24.图6是根据本实用新型实施例的地源热泵系统的示意图。
25.附图标记：
26.地源热泵系统100；
27.室内末端系统10；
28.热泵主机系统20；压缩机21；膨胀阀22；第一换热器23；第二换热器24；
29.液体循环泵30；
30.地埋储能换热器40；
31.储能换热容器50；第一侧腔壁51；第二侧腔壁52；
32.换热管60；主管路61；纵向延伸部分611；支管路62；第一管段621；第二管段622；支管路组63；
33.进液管70；出液管80；
34.第一管路91；第二管路92；第三管路93；第四管路94。
具体实施方式
35.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的
限制。
36.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
37.在本实用新型的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征，“多个”的含义是两个或两个以上，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
38.地源热泵技术是利用浅层地热的一种先进的技术，具有高效、节能、环保的优点，有利于可持续发展。地源热泵技术利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，通过消耗电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到供热或制冷的目的。地源热泵不需要人工的冷热源，可以替代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。
39.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。对于别墅类建筑负荷具有一定的特点，冷、热负荷不大，同时可长时间停止室内的正常供冷和供暖。在此种情况下，对于长期来说，地下的冷、热负荷易于平衡。因此地埋管地源热泵系统更加适用于别墅项目。
40.下面参考附图描述根据本实用新型实施例的地埋储能换热器40和地埋热泵系统。
41.参照图1
‑
图4所示，根据本实用新型实施例的地埋储能换热器40可以包括：储能换热容器50和换热管60。参照图5和图6所示，根据本实用新型实施例的地源热泵系统100包括地埋储能换热器40，还可以包括热泵主机系统20和室内末端系统10。
42.具体而言，储能换热容器50具有储能腔，换热管60与储能腔连通，且换热管60能够与外界(例如土壤)进行换热，换热管60内经过换热的换热介质(包括但不限于水)流入储能腔，以使储能腔内温度基本与外界温度保持一致，实现换热和储能功能的结合。
43.此外，在一些实施例中，储能换热器也可以直接与外界(例如土壤)进行换热，以进一步提高换热效率以及维持储能腔内温度与外界温度一致性的效果。例如，在一些具体实施例中，储能换热容器50可以为碳钢材质，比如中空的碳钢水箱以限定出储能腔，储能腔内的换热介质能够通过碳钢板与外界进行换热，造价低且热传导性能好。
44.浅层地表温度基本不受季节影响，是良好的冷热源。在冬天，地埋储能换热器40能够吸收和储存土壤的热量，以便于在需要供暖时及时、稳定地输出热量，实现低位热源中热量的转移。在夏天，土壤温度低于室内温度，对室内进行降温后的换热介质进入储能换热容器50和换热管60，以与土壤进行换热冷却，实现将室内的余热转移到低位热源中。
45.由于地埋储能换热器40具有储能腔，在热泵主机系统20未开机的工况下，地埋储能换热器40能够吸收并储存热量；在热泵主机系统20开机的工况下，储能腔内就有大量的与土壤进行过热交换的换热介质供给热泵主机系统20，使得系统高效运行。由此，提高制
冷、制热效率。
46.因此，与相关技术中垂直地埋管相比，地埋储能换热器40所需占用纵向空间更小，与相关技术中水平地埋管相比，地埋储能换热器40所需占用横向空间更小。由此，在安装地埋储能换热器40时，挖掘面积与挖掘深度的施工难度低，工程造价相对于相关技术中的地埋管更低。
47.根据本实用新型实施例的地埋储能换热器40，通过设置储能换热容器50，换热管60与储能换热容器50的储能腔连通，使地埋储能换热器40能够实现储能和换热，有利于提高制冷、制热效率，且结构合理，兼具工程施工难度小、造价低的优点。
48.由于根据本实用新型实施例的地埋储能换热器40具有上述有益的技术效果，因此根据本实用新型实施例的地埋热泵系统，通过设置储能换热容器50，换热管60与储能换热容器50的储能腔连通，使地埋储能换热器40能够实现储能和换热，有利于提高制冷、制热效率，且结构合理，兼具工程施工难度小、造价低的优点。
49.下面结合附图描述根据本实用新型一些实施例的地埋储能换热器40的换热管60的具体结构。
50.如图1
‑
图4所示，根据本实用新型的一些实施例，换热管60为管网，且换热管60包括：主管路61和多个支管路62。其中，支管路62的一端与主管路61连通，且支管路62的另一端与储能腔连通，以使管网形成类似叶脉的结构，该结构能够增大与外界土壤化热面积，同时管网与储能腔连通的位置更多，更有利于储能腔内部换热介质循环换热，充分发挥地埋储能换热器40的储能功能，使换热效率更高。
51.在本实用新型的一些实施例中，如图1和图4所示，支管路62折弯延伸且包括第一管段621和第二管段622，其中第一管段621的一端与主管路61连通，第二管段622连通第一管段621的另一端和储能腔。支管路62的延伸长度更长，换热面积更大，有利于提高换热效率。且第一管段621与储能换热容器50间隔开一定距离，不仅便于支管路62与储能换热容器50连接以及地埋储能换热器40填埋，且结构合理而有利于增大储能换热容器50与土壤的接触面积，提高换热效率。
52.需要说明的是，图1和图4中，第一管段621和第二管段622垂直延伸且通过弧形弯过渡连接仅用于示例说明的目的。在一些实施例中，第一管段621和第二管段622还可以通过直角弯垂直连接；在一些实施例中，第一管段621和第二管段622的夹角可以为锐角或钝角，这都在本实用新型的保护范围之内。
53.此外，如图1
‑
图3所示，在一些实施例中，至少两个支管路62沿主管路61的长度方向间隔开分布。在一些实施例中，至少两个支管路62分别位于主管路61的两侧。由此，增大换热管60在多维方向的延伸范围，以增大与土壤的换热面积。
54.例如，在一些具体实施例中，图1
‑
图3所示，主管路61的至少一部分沿纵向延伸，多个支管路62于主管路61的纵向延伸部分611对称分布以形成两个支管路组63，以使两个支管路组63分别位于主管路61的纵向延伸部分611的两侧；每个支管路组63包括沿纵向等间距分布的多个支管路62，以使每个支管路组63中多个支管路62沿主管路61的纵向延伸部分611的长度方向间隔开分布。不仅增大了与土壤的换热面积，而且换热管60的结构更合理，易于生产和安装，且便于地埋储能换热器40的填埋。
55.需要说明的是，在本实用新型的实施例中，换热管60的数量可以根据实际情况灵
活设置。
56.如图1和图4所示，地埋储能换热器40可以包括进液管70和出液管80，以便于换热介质的循环流动换热。
57.在一些实施例中，换热管60可以为一个，该换热管60可以连通进液管70和储能腔的进口，或者可以连通出液管80和储能腔的出口。
58.在另一些实施例中，如图1
‑
图4所示，换热管60可以为多个，且至少一个换热管60连通进液管70和储能腔的进口，至少一个换热管60连通出液管80和储能腔的出口，以在储能腔的上游侧和下游侧均能与土壤进行高效换热，换热介质进出地埋储能换热器40的速率接近，且有利于换热介质在地埋储能换热器40内的循环。
59.例如，如图1
‑
图4所示，储能腔具有两个第一侧腔壁51和两个第二侧腔壁52，两个第一侧腔壁51彼此相对，两个第二侧腔壁52彼此相对，且两个第一侧腔壁51分别设有储能腔的进口，两个第二侧腔壁52分别设有储能腔的出口。对应的，换热管60为四个，其中两个换热管60均与进液管70相连且分别与两个第一侧腔壁51上的储能腔的进口连通，其中另两个换热管60均与出液管80相连且分别与两个第二侧腔壁52上的储能腔的出口连通。通过设置上述结构，使储能腔内的换热介质充分混合，充分发挥储能功能，且提高换热效率。
60.进一步地，如图1所示，储能腔为方体腔，具体可以为长方体腔，两个第一侧腔壁51和两个第二侧腔壁52沿储能腔的周向相间设置，储能换热容器50的结构更简单，有利于降低成本，且换热管60与储能腔的连通范围相对更大，储能腔内的换热介质混合流动更充分。
61.下面结合附图描述根据本实用新型实施例的地源热泵系统100。
62.根据本实用新型实施例的地源热泵系统100，如图5和图6所示，热泵主机系统20连接于地埋储能换热器40和室内末端系统10之间，热泵主机系统20可以设置在室外或者设备间，以通过热泵主机系统20将地埋储能换热器40内换热介质的冷量或热量传递至室内末端系统10，传递效率更高，在地源冷量或热量不足的情况下也能保证制冷和制热效果。
63.在本实用新型的实施例中，地源热泵系统100包括至少一个室内末端系统10。其中，室内末端系统10为多个的实施例中，如图6所示，可以通过地埋储能换热器40和热泵主机系统20实现多个室内末端系统10的制冷和制热，提高能源利用率，且更实用。
64.根据本实用新型的一些实施例，如图5所示，热泵主机系统20可以包括循环连接的第一换热器23、压缩机21、第二换热器24和膨胀阀22，地埋储能换热器40的进口和出口分别与第一换热器23连接，第二换热器24与室内末端系统10连接。地埋储能换热器40内的换热介质能够通过出液管80输送至第一换热器23，使热泵主机系统20能够利用地埋储能换热器40内换热介质的热量或冷量对室内末端系统10输送至第二换热器24的换热介质进行制热或制冷，制热或制冷后的换热介质再重新输送至室内末端系统10，同时被降温或升温的换热介质再回到地埋储能换热器40。
65.例如，地埋储能换热器40的换热介质循环为：储能腔
→
与出液管80相连的换热管60
→
出液管80
→
第一换热器23
→
进液管70
→
与进液管70相连的换热管60
→
储能腔；热泵主机系统20的换热介质制热循环为：第一换热器23
→
压缩机21
→
第二换热器24
→
膨胀阀22
→
第一换热器23，热泵主机系统20的换热介质制冷循环为：第二换热器24
→
压缩机21
→
第一换热器23
→
膨胀阀22
→
第二换热器24；室内末端系统10的换热介质循环为：室内末端系统10
→
第二换热器24
→
室内末端系统10。
66.在本实用新型的一些实施例中，如图6所示，室内末端系统10可以包括风机盘管组件，地埋储能换热器40可以与风机盘管组件相连，以使换热介质能够在地埋储能换热器40和风机盘管组件之间循环流动，从而在热泵主机系统20未开机的情况下也能达到制冷或制热的效果，同时节省电费，用户手动或者地源热泵系统100自动根据实际情况灵活选择热泵主机系统20的工作状态。
67.例如，如图6所示，在夏天间歇制冷运行的情况下，热泵主机系统20可以不开机，地埋储能换热器40里的低温换热介质可以通过第三管路93直接供给到室内末端系统10的风机盘管组件，以对室内进行制冷降温，然后可以通过第四管路94直接流回地埋储能换热器40里以与土壤进行热交换。在夏天连续制冷运行或长时间制冷运行的情况下，热泵主机系统20可以开机运行，地埋储能换热器40里的低温换热介质通过第一管路91进入热泵主机系统20进行换热，以便于通过热泵主机系统20将冷量传递至室内末端系统10，实现对室内的制冷降温，然后经过换热的换热介质可以通过第二管路92流回地埋储能换热器40里以与土壤进行热交换。
68.在一些实施例中，第一管路91、第二管路92、第三管路93和第四管路94可以分别设有控制阀，以控制各管路的通断，从而满足热泵主机系统20开机和不开机工况下的管路切换。
69.根据本实用新型的一些实施例，如图5所示，热泵主机系统20还可以包括液体循环泵30，液体循环泵30设于地埋储能换热器40和热泵主机系统20之间，以驱动地埋储能换热器40与热泵主机系统20之间换热介质的循环流动，保证正常高效制冷和制热。而在地埋储能换热器40与风机盘管组件相连的实施例中，液体循环泵30还可以用于驱动换热介质在地埋储能换热器40与风机盘管组件之间循环流动。
70.根据本实用新型实施例的地源热泵系统100和地埋储能换热器40的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
71.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
72.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“具体实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
73.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。