一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种地源热泵系统，特别是一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统。


背景技术：

2.地热能属于清洁可再生能源的一种，其一般是通过地源热泵技术来实现。地源热泵技术是指自一系列低水平热源材料(如地下水、地表水以及岩土体等在内)中获取能量，并在地源热泵机组、建筑内部系统以及地热能交换系统的作用下转换为可供暖通空调系统所使用的一种能源提取与转换系统。相较于传统空调系统，地源热泵空调系统在减排、节能和制热性能上具有显著优势。
3.作为地源热泵系统重要组成部分的地埋管换热器在系统中有至关重要的作用，其布置方式直接影响到整个系统的安全性、经济性和节能性。然而，随着城镇化发展不断推进，城市用地日趋紧张，建筑在规划时缺乏足够的周边用地可用于地源热泵的埋管，适用范围较窄。基于用地紧张，个别项目在结构大底板下直接埋管，由此存在施工顺序、施工水平、施工管理的差异经常性出现管线损毁，地下渗水，使用效果不佳等问题。另外即使周边有足够绿地可供埋管，但由于地质复杂施工困难初投资高而作罢。因此，现有的技术存在着施工不便以及初始投资高的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于，提供一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统。本实用新型具有施工简单方便、能够有效节省初始投资以及改善使用效果的特点。
5.本实用新型的技术方案：一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统，包括地源热泵机组，地源热泵机组连接有一级冷却水供回水单元，一级冷却水供回水单元连接有二级冷却水供回水单元，二级冷却水供回水单元连接有水平地埋管，水平地埋管固定于结构底板上方，水平地埋管上方设有填充层。
6.前述的一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统中，所述一级冷却水供回水单元包括与地源热泵机组相连的一级冷却水供水主管和一级冷却水回水主管，一级冷却水供水主管进水口设有一级集水器，一级冷却水回水主管出水口设有一级分水器；
7.所述一级冷却水供水主管上设有冷却水泵、第一温度传感器及流量开关，一级冷却水回水主管上设有第二温度传感器。
8.前述的一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统中，所述二级冷却水供回水单元包括与一级集水器相连的二级冷却水供水主管、与一级分水器相连的二级冷却水回水主管；
9.所述二级冷却水供水主管依次连接有二级集水器和二级冷却水供水支管；
10.二级冷却水回水主管依次连接有二级分水器、二级冷却水回水支管；
11.二级冷却水供水支管与二级冷却水回水支管之间通过水平地埋管相连。
12.前述的一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统中，所述二级冷却水供水主管上设有电动二通阀及第四温度传感器。
13.前述的一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统中，所述地源热泵机组的另一端还设有冷冻水供水主管和冷冻水回水主管。
14.前述的一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统中，所述填充层上方还依次设有找平层和装饰面层；所述填充层内还设有伸缩缝。
15.前述的一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统中，所述结构底板内还设有第三温度传感器。
16.前述的一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统中，水平地埋管呈蛇形或回字形水平敷设在结构底板上。
17.与现有技术相比，本实用新型通过在地源热泵机组上设置一级冷却水供回水单元和二级冷却水供回水单元，二级冷却水供回水单元连接有水平地埋管，将水平地埋管安装在结构底板上，并在水平地埋管上方铺设填充层；利用一级冷却水供回水单元和二级冷却水供回水单元把地源热泵机组的余热通过水平地埋管释放到结构底板，进而通过结构底板作为蓄热体释放到土壤及空气中。本实用新型与传统竖向地埋管地源热泵系统相比不仅施工安装简便，大大节省初投资，而且结构底板在地下室受室外气候影响有限，结构底板是一个由钢筋混凝土组成的大型蓄热体，蓄热放热稳定，使用效果良好。地埋管由于不存在竖向路由，走管路由更短，节省了冷却水泵运行能耗。综上所述，本实用新型具有施工简单方便以及能够有效节省初始投资的特点。
附图说明
18.图1是本实用新型的结构示意图；
19.图2是图1的局部放大图；
20.图3是水平地埋管在结构底板上的铺设视图。
21.附图中的标记为：l1-一级冷却水供水主管，l2-一级冷却水回水主管，l3-二级冷却水供水主管，l4-二级冷却水回水主管，l5-二级冷却水供水支管，l6-二级冷却水回水支管，l7-冷冻水供水主管，l8-冷冻水回水主管，m1-一级集水器，m2-一级分水器，m3-二级集水器,m4-二级分水器，e1-地源热泵机组，p1-冷却水泵，d1-土壤，d2-结构底板，d3-水平地埋管，d4-填充层，d5-找平层，d6-装饰面层，d7-伸缩缝，a1-第一温度传感器，a2-第二温度传感器，a3-第三温度传感器，a4-第四温度传感器，a5-流量开关，v1-电动二通阀，c1-冷却水系统控制箱。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。
23.实施例。一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统，构成如图1-3所示，包括与地源热泵机组e1相连的一级冷却水供回水单元，一级冷却水供回水单元连接有二级冷却水供回水单元，二级冷却水供回水单元通过水平地埋管相连。
24.所述一级冷却水供回水单元包括与地源热泵机组e1相连的一级冷却水供水主管
l1、一级冷却水回水主管l2、一级集水器m1、一级分水器m2，一级冷却水供水主管l1上设有冷却水泵p1、第一温度传感器a1及流量开关a5，一级冷却水回水主管l2上设有第二温度传感器a2。
25.所述二级冷却水供回水单元包括与一级集水器m1相连的二级冷却水供水主管l3，一级分水器m2相连的二级冷却水回水主管l4；在二级冷却水供水主管l3上设有电动二通阀v1及第四温度传感器a4，二级冷却水供水主管l3与二级冷却水供水支管l5通过二级集水器m3相连，二级冷却水回水主管l4与二级冷却水回水支管l6通过二级分水器m4相连，二级冷却水供水支管l5与二级冷却水回水支管l6通过水平地埋管d3相连。
26.所述水平地埋管d3利用填充层d4固定在结构底板d2上。
27.所述地源热泵机组e1的另一端还设有冷冻水供水主管l7和冷冻水回水主管l8。
28.通过设置一级集水器m1，将地源热泵系统分为一级冷却水供回水单元及二级冷却水供回水单元；在一级集水器m1上方为一级冷却水供水模块，在一级冷却水供水主管l1上设置冷却水泵p1；在一级分水器m2上方为一级冷却水回水模块；在一级集水器m1下方为二级冷却水供水模块，二级冷却水供水模块由二级冷却水供水主管l3、二级集水器m3、二级冷却水供水支管l5组成；在一级分水器m2下方为二级冷却水回水模块，二级冷却水回水系统由二级冷却水回水主管l4、二级分水器m4、二级冷却水回水支管l6组成；通过水平地埋管d3把二级冷却水供水模块和二级冷却水回水模块相连。
29.水平地埋管d3采用pe管，管径为de25，水平成蛇形或回字形水平敷设在结构底板d2上，在水平地埋管d3上浇筑填充层d4，填充层d4采用c15细石混凝土，填充层d4作用主要为保护水平地埋管d3,避免管道受到其他的破坏，另外作为一个蓄热体均衡地将能量传到地面及结构底板d2；为避免水平地埋管对填充层d4热胀冷缩影响，需在填充层d4间隔一定距离设置伸缩缝d7；在填充层d4上铺设找平层d5，有利于在其上面铺设装饰面层d6；另外，为便于探测结构底板d2内部温度分布，在适当位置设置第三温度传感器a3。
30.另一方面地源热泵机组e1运行后通过冷热处理后的冷冻水通过冷冻水供水主管l7送入室内供用户制冷制热，然后冷冻水在冷热处理室内空气后通过冷冻水回水主管l8回到地源热泵机组e1内，如此往复循环实现室内温度平衡。
31.上述水平地埋管地源热泵系统控制策略如下：空调季当用户启动地源热泵机组e1后，收到开启信号后冷却水泵p1首先启动，流量开关a5检测到水流信号，第一温度传感器a1检测到冷却水供水温度参数，当水流量及供水温度满足要求时，启动地源热泵机组e1。冷却水通过地源热泵机组e1进行热交换后把热量传递给冷却水，使得冷却水温度升高。高温冷却水沿着一级冷却水回水主管l2，一级分水器m2，二级冷却水回水主管l4，二级分水器m4，二级冷却水回水支管l6进入水平地埋管d3。高温冷却水通过水平地埋管d3把热量传递到填充层d4，填充层d4接受高温冷却水换热后蓄热升温，一部分热量向上及向侧面传递到地面、墙面与柱体等土建体，地面、墙面与柱体与室内空气热交换，一方面把热量释放到空气中，另一方面地表面温度及空气温度升高后，避免由于地下室潮湿空气引起设备管线及墙地面结露，改善了地下室室内环境。填充层d4蓄热升温后一部分热量向下传递到结构底板d2，结构底板d2内含钢筋，钢筋是热的良导体，能快速将热量均匀释放到结构底板d2，使得结构底板d2成为超大型蓄热体，结构底板d2蓄热升温后将热量释放到土壤d1。如此形成高温冷却水与水平地埋管之间的热量传递，高温冷却水经换热降温后形成了低温冷却水，低温冷却
水经二级冷却水供水支管l5，二级集水器m3，二级冷却水供水主管l3，二级集水器m4回到冷却水泵p1，经冷却水泵p1提升扬程后送入地源热泵机组e1，冷却水如此循环换热为地源热泵机组e1提供持续的冷冻水。
32.作为改进，根据地下室平面合理布置水平地埋管d3，使得水平地埋管d3管长基本一致且阻力接近，有利于每根水平地埋管d3流量及换热稳定，便于平衡及控制。在地源热泵机组e1中增加冷却水泵p1、电动二通阀v1与地源热泵机组e1联合控制模式的冷却水系统控制箱c1。当处于空调运行初期及末期时，用户整体负荷偏低，此时可以间隔关闭部分设置在二级冷却水供水主管l3上的电动二通阀v1，让高温冷却水在水平地埋管d3中间隔换热，并通过监测第一温度传感器及第二温度传感器的温度计算进出地源热泵机组e1的冷却水温差，在地源热泵机组e1允许的温差范围及流量范围内调整冷却水泵p1频率，使得冷却水泵p1在小流量大温差中允许，大大节省水泵运行能耗；当处于空调运行高负荷期时，监测位于二级冷却水供水主管l3上的第四温度传感器及对应的结构底板d2上第三温度传感器a3，当第四温度传感器温度接近于第三温度传感器且远高于一级冷却水供水主管l1上的第一温度传感器时，则此时该路二级冷却水供水主管l3的供水温度偏高导致一级冷却水供水主管l1的供水温度偏高进而影响地源热泵机组e1的能效也增加了冷却水泵p1的能耗，此时关闭电动二通阀v1可以切断有影响的水平地埋管d3。

技术特征：
1.一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统，其特征在于：包括地源热泵机组(e1)，地源热泵机组(e1)连接有一级冷却水供回水单元，一级冷却水供回水单元连接有二级冷却水供回水单元，二级冷却水供回水单元连接有水平地埋管(d3)，水平地埋管(d3)固定于结构底板(d2)上方，水平地埋管(d3)上方设有填充层(d4)。2.根据权利要求1所述的一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统，其特征在于：所述一级冷却水供回水单元包括与地源热泵机组(e1)相连的一级冷却水供水主管(l1)和一级冷却水回水主管(l2)，一级冷却水供水主管(l1)进水口设有一级集水器(m1)，一级冷却水回水主管(l2)出水口设有一级分水器(m2)；所述一级冷却水供水主管(l1)上设有冷却水泵(p1)、第一温度传感器(a1)及流量开关(a5)，一级冷却水回水主管(l2)上设有第二温度传感器(a2)。3.根据权利要求2所述的一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统，其特征在于：所述二级冷却水供回水单元包括与一级集水器(m1)相连的二级冷却水供水主管(l3)、与一级分水器(m2)相连的二级冷却水回水主管(l4)；所述二级冷却水供水主管(l3)依次连接有二级集水器(m3)和二级冷却水供水支管(l5)；二级冷却水回水主管(l4)依次连接有二级分水器(m4)、二级冷却水回水支管(l6)；二级冷却水供水支管(l5)与二级冷却水回水支管(l6)之间通过水平地埋管(d3)相连。4.根据权利要求3所述的一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统，其特征在于：所述二级冷却水供水主管(l3)上设有电动二通阀(v1)及第四温度传感器(a4)。5.根据权利要求1所述的一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统，其特征在于：所述地源热泵机组(e1)的另一端还设有冷冻水供水主管(l7)和冷冻水回水主管(l8)。6.根据权利要求1所述的一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统，其特征在于：所述填充层(d4)上方还依次设有找平层(d5)和装饰面层(d6)；所述填充层(d4)内还设有伸缩缝(d7)。7.根据权利要求6所述的一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统，其特征在于：所述结构底板(d2)内还设有第三温度传感器(a3)。8.根据权利要求1所述的一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统，其特征在于：水平地埋管(d3)呈蛇形或回字形水平敷设在结构底板(d2)上。

技术总结
本实用新型公开了一种水平地埋管利用结构底板换热的地源热泵系统，包括地源热泵机组(E1)，地源热泵机组(E1)连接有一级冷却水供回水单元，一级冷却水供回水单元连接有二级冷却水供回水单元，二级冷却水供回水单元连接有水平地埋管(D3)，水平地埋管(D3)固定于结构底板(D2)上方，水平地埋管(D3)上方设有填充层(D4)。本实用新型具有施工简单方便以及能够有效节省初始投资的特点。效节省初始投资的特点。效节省初始投资的特点。


技术研发人员：姚国财 张言军 李金牛 周优友 崔大梁
受保护的技术使用者：浙江绿城建筑设计有限公司
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/7/17