[实用新型]一种地埋管式高温热泵机组

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种地埋管式高温热泵机组。

背景技术

现阶段北方的雾霾日益严重，而雾霾的“元凶”之一采暖或生活热水用化石燃料锅炉尤其是燃煤锅炉的替代，现在处于越来越紧迫的阶段。热泵是替代化石燃料锅炉进行采暖或热水制备的一种有效应用手段。对于一个适合集中供热热源改造应用的高温热泵机组，必须满足以下几项条件：

A.合适的热源选择，现有的热泵热源无外乎空气源、地下水、土壤源、江河水、污水源。由于北方严寒气候，使用空气源作为集中供热热源是不可取的；地下水在北方发展了一定阶段后，由于回灌困难，对地下水资源破坏严重，现在也处于严格的管控阶段；污水源是一个很好的热源，但存在不稳定及不可推广性等缺点，因此也不能作为集中供热热源改造的主要方法。而土壤源只要有相当的埋管面积就能稳定的提供低位热量；同样的只要改造项目离江河近，江河水也是一个很好的热源。

B.较高的COP，虽然化石燃料锅炉尤其是煤锅炉的效率较低，但由于煤的成本较低，在使用热泵替代煤锅炉应用时，必须有较好的能效，才能降低用电成本，接近或比燃煤锅炉的成本更低，才能有较好的经济价值。以一公斤煤成本0.7元计算，一公斤煤的热值为5000kcal，通过锅炉燃烧可得到5000*0.6＝3000kcal的有用热量，而使用热泵得到相同热量3000/860＝3.5kw必须不耗费等价0.7元的电量即0.7/0.6＝1.17kw，此时热泵的COP为2.99。

C.相当的可靠性，由于集中供热不能长时间停，长时间停会带来用户暖气片冻裂危险。因此对使用热泵替代锅炉的设备要求可靠性高，故障率低。

D.相当的安全性，由于集中供热主要为民用建筑服务，而民用建筑的特点是人口密度大，安全防范措施差。因此热泵设备应具有极高的安全性。

E.相当的经济性，适用于集中供热用热泵主机的造价不能太高，否则将影响投资回收期。

无论是土壤源还是江河源，都有一个共同的特点就是低位热源的温度很低，大多数都在0℃附近，而集中供热暖气片的水温又很高，大多在70℃左右。现阶段完全符合上述论述的作为一种集中供热应用的具有使用侧的高温特点和热源侧的低温特点的热泵，还没有一个完全可推广的并具有经济价值的替代方案，现有的热泵技术要么虽然对热源温度要求不高，但要求使用侧温度不能太高，要么虽然能满足较高的使用侧温度要求，但对热源侧的温度要求很高，即使有同时能满足较低热源温度和较高热源温度的热泵技术也掌握在少数西方发达国家，设备价格昂贵，经济性不高。

1.现有的常规水地源热泵的技术特点：局限在空调应用，技术比较成熟，设备成本不高，维修简便；但其热泵系统不适合集中供暖的高水温特点，即使能超范围应用，也存在制热量衰减严重、COP低，压缩机寿命减小等问题。

2.现有的高温水源热泵的技术特点：使用专利调配的混合制冷剂，具有较高临界温度，较低工作压力等特点，适合在常规压缩机上使用。虽然使用侧水温能够满足集中供暖的水温要求，但对热源的温度要求很高，以GBT25861-2010水源高温热泵的工况要求为例，在使用侧70℃出水的条件下，热源温度在28℃～48℃变化。显然这种热源温度不适合以地埋管为工况条件的热泵系统。

3.现有的双级压缩式热泵技术特点：使用双级压缩技术，能够满足较低的热源温度，很高的使用侧水温的地埋管式地源热泵的技术要求；但现有的双级热泵应用压缩机价格昂贵，并且制热量较小，机组成本较高。

4.现有的喷气增焓热泵技术特点：类似于螺杆压缩机的经济器系统，在较低热源温度时，通过提高系统过冷度来加大热泵制热量，提升热泵效率。但由于压缩机制冷剂流量有一部分分给了过冷器使用，使蒸发器的制冷剂流量降低，因此热泵制热量提升能力受限。同时受限于热泵压缩机的规格容量和运行范围，虽然使用侧能有较高的水温，但还是达不到集中供暖的水温要求。

5.现有的复叠式热泵技术特点：适用于低温空气源热泵热水技术，极低的蒸发温度和极高的冷凝温度，使得系统压比极高，排气温度也很高；因此利用复迭式热泵技术能很好的解决这一问题；但地埋管工况条件下的高温热泵应用的额定工况点在地埋管出水零度、即蒸发器回水温度0℃下的应用，此时的蒸发温度在-8℃，单级压缩的能效大于复迭系统的能效；因此复叠式系统对于在地埋管工况条件下的高温地源热泵并不适合。