应用于恒温游泳池的水源热泵地热利用系统

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应用于恒温游泳池的水源热泵地热利用系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及能源利用技术领域，具体涉及一种应用于应用于恒温游泳池的水源热泵地热利用系统。\n背景技术\n[0002] 随着社会的不断发展，能源消耗越来越大，能源的短缺成为限制社会发展的主要因素，开发可持续的、清洁的地热成为专家学者研究的一个重要课题。地下水源热泵地热利用系统是通过热泵将地下水不可直接利用的低品位热量提取出来变成可以直接利用的高品位能源，应用越来越广泛，水源热泵具有节能环境、运行稳定可靠等优点，但水源热泵对地下水的要求比较高，需要良好的地下水源条件。\n[0003] 在寒冷的冬季，人们为了游泳而不被冻着，建造了室内恒温游泳池。目前传统的恒温游泳池一般都采用锅炉加板式+板式换热器的方式对游泳池水进行加热，能源消耗大，运行成本高，且加热不均匀，游泳池水质差，同时，燃料燃烧会对环境造成污染。\n发明内容\n[0004] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种应用于恒温游泳池的水源热泵地热利用系统，以降低能源消耗，降低运行成本，使游泳池水温均匀，提高游泳池水质，且对环境基本不造成污染。\n[0005] 本发明提供一种应用于恒温游泳池的水源热泵地热利用系统，包括依次串联的地热采集系统、水源热泵和池水加热系统；所述地热采集系统包括地热井、潜水泵、蒸发器外循环盘管和地下水处理器，所述潜水泵、蒸发器外循环盘管和地下水处理器通过管道依次串联，所述地热井设置有抽水井和回灌井，潜水泵浸没在所述抽水井的地下水中，所述水处理器通过管道与所述回灌井连通，蒸发器外循环盘管与地下水处理器之间的管道上和潜水泵与蒸发器外循环盘管之间的管道上均设置有控制阀；所述水源热泵包括冷凝器、压缩机、蒸发器和膨胀阀，所述蒸发器设置有与所述蒸发器外循环盘管耦合的蒸发器内循环盘管，所述冷凝器设置有冷凝器内循环盘管，所述蒸发器内循环盘管、压缩机、冷凝器内循环盘管和膨胀阀通过管道依次串联成循环回路；所述池水加热系统包括冷凝器外循环盘管、供热主管、供热支管、游泳池、集水坑、循环泵、池水处理器，所述冷凝器外循环盘管与所述冷凝器内循环盘管耦合，所述集水坑用于汇集所述游泳池溢流水，所述集水坑、循环泵、池水处理器、冷凝器外循环盘管和供热主管通过管道依次串联，所述供热支管等间距并排布置在游泳池底部，供热支管与所述供热主管连通，供热支管上均匀设置有出水孔，所述池水处理器和冷凝器外循环盘管之间的管道上设置有控制阀，冷凝器外循环盘管和供热主管之间的管道上设置控制阀。\n[0006] 本发明的应用于恒温游泳池的水源热泵地热利用系统主要包括三个部分：地热采集系统、水源热泵和池水加热系统。地热采集系统为能源供应系统，潜水泵将地下水从抽水井中抽出利用，地下水流经蒸发器外循环盘管，通过蒸发器完成热能交换，经热能交换后的地下水温度降低，然后流向地下水处理器，最后经地下水处理器处理后的地下水从回灌井灌回地下，由于地下水经过地下水处理器净化，回灌的水不会对地下水造成污染。水源热泵将低品位热量提取出来变成可以直接利用的高品位能源，低温低压液体经蒸发器蒸发，吸收蒸发器外循环盘管中的地下水热能，变成低温低压蒸汽，低温低压蒸汽经压缩机压缩成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽经冷凝器冷凝，变成低温高压液体，冷凝过程中释放热能，使冷凝器外循环盘管中的水温升高，低温高压液体经膨胀阀，变成低温低压液体，从而完成热能提取的一个循环。池水加热系统为热能的利用终端，低温水在冷凝器外循环盘管中加热成高温水，高温水经供热主管流向设置在游泳池底部的供热支管，然后经设置在供热支管上的出水孔注入游泳池中，与游泳池中的水混合，使游泳池水温升高，由于供热支管均匀分布在游泳池底部，游泳池的水温均匀，供热支管从游泳池底部注入热水，游泳池水位提高，上部的温度较低的水通过游泳池壁上部的溢流口溢流出去，然后汇集到集水坑中，循环泵将集水坑的水抽取，经池水处理器处理后，流向冷凝器外循环盘管再加热，从而完成一个循环，游泳池的水在加热过程中不断循环，经池水处理器不断处理，能提高游泳池水质，保持游泳池水质的干净。本发明利用干净、清洁的地下水热源，对游泳池水进行加热，能源消耗小，运行成本低，且对环境基本不造成影响。\n[0007] 进一步地，所述地热井包括从上至下依次连通的井壁管、过滤器和沉淀管。井壁管主要承受上部土压力，防止井壁坍塌，过滤器设置在地下水层，主要用于过滤地下水中的杂质，沉淀管主要用于沉淀地热井内的泥沙等杂质。\n[0008] 进一步地，所述过滤器包括一级过滤装置和二级过滤装置，所述二级过滤装置设置于所述一级过滤装置内；所述一级过滤装置包括基础管、保护挡筋和包网，所述基础管为圆管，所述基础管管壁上均匀布置有透水孔，所述保护挡筋竖向焊接在基础管外壁上，保护挡筋等间距布置，所述包网包裹在保护挡筋及基础管外壁上，包网竖向包裹的范围大于保护挡筋的范围，包网外用铁丝缠绕固定在保护挡筋及基础管外壁上；所述二级过滤装置包括内管、外管、隔板和滤芯，所述内管和外管均为圆管，内管和外管同轴设置，外管管壁上均匀布置有透水孔，外管顶端设置有吊环，所述隔板一端与内管外壁固定连接，隔板另一端与外管内壁固定连接，隔板将内管与外管之间分割为多个腔室，所述滤芯填充在所述腔室中，腔室上下端为敞口，用于排出经滤芯过滤后的水；所述外管顶端设置有向外突出的环形外管突出体，所述基础管设置有向内突出的环形基础管上突出体和基础管下突出体，所述外管向下穿过所述基础管上突出体内圆，外管突出体压在基础管上突出体上，外管底部压在所述基础管下突出体上，所述基础管上突出体与外管突出体之间垫有胶垫，所述基础管下突出体与外管底部之间垫有胶垫。\n[0009] 本发明的过滤器包括一级过滤装置和二级过滤装置。其中一级过滤装置对泥沙进行粗虑，主要用于过滤掉大颗粒的砂子，基础管管壁上均匀布置有透水孔，包网包裹在管外，地下水要进入地热井中，首先要经过包网及基础管的透水孔两层过滤，过滤掉大颗粒的砂子。二级过滤装置对泥沙进行精虑，主要用于过滤掉细小的泥沙，二级过滤装置包括内管、外管、隔板和滤芯，内管与外面同轴布置，隔板是内管与外管的连接骨架，同时将内管与外管之间的空间隔为多个腔体，腔体内充填滤芯，通过这样的设计，使整个二级过滤装置为一个整体，结构牢固；二级过滤装置主要靠设在外管管壁上的透水孔和腔室中的滤芯两层过滤，内管管壁未设置透水孔，腔室上、下端为敞口，地下水进入腔室后，沿腔室上、下流动，从腔室上、下端排出，通过这样的设计，延长了地下水在滤芯中的流动路径，提高了过滤效果。一级过滤装置滤孔较大，不易堵塞，能过滤掉大颗粒砂子，二级过滤装置滤孔小，容易堵塞，能过滤掉细小泥沙，采用这种分级过滤的方式，既能较彻底地过滤掉砂子，又能减小过滤器堵塞的概率。外管向下穿过基础管上突出体内圆，外管突出体压在基础管上突出体上，外管底部压在基础管下突出体上，使二级过滤装置和一级过滤装置结合在一起，并且它们之间均垫有胶垫，通过二级过滤装置的自重压实胶垫，密封效果好，泥沙不会从缝隙流出。\n二级过滤装置为整体式设计，可轻易与基础管上突出体和基础管下突出体分离，可通过设置在外管顶端的吊环将二级过滤装置整体吊出地热井进行清洗、维修或更换，清洗、维修或更换后再将二级过滤装置吊入地热井中，与一级过滤装置组合在一起使用，从而解决了好的虑砂效果与滤孔容易堵塞之间的矛盾。\n[0010] 进一步地，所述滤芯为不锈钢滤芯，所述内管的外壁和隔板上设置有向外突出的固定件，所述固定件用于固定所述不锈钢滤芯。不锈钢滤芯具有良好的过滤性能，过滤后的地下水能满足系统使用要求，其耐蚀性、耐热性、耐压性、耐磨性好，能满足恶劣的地下环境，其芯气孔均匀、精确的过滤精度，单位面积的流量大，能提高精虑的效率，提高过滤效率，其清洗之后可以再使用，免更换，节约资源，降低成本；经粗虑后的地下水从外管的透水孔进入腔室后，沿腔室上、下流动，经腔室敞口排出，滤芯容易发生位移、结团，固定件对不锈钢滤芯起固定作用，过滤时，水的流动不会使滤芯发生位移，滤芯不会结团，从而保证了滤芯的正常工作，提高了过滤效果。\n[0011] 进一步地，所述基础管的内外表面、内管的内外表面、外管的内外表面和透水孔的表面均涂有防腐蚀层。地下的环境一般都比较恶劣，腐蚀性较强，在基础管内外表面、内管的内外表面、外管的内外表面和透水孔的表面这些与地下水或土壤直接接触的部分涂一层防腐蚀层，能减小过滤器部件的腐蚀，延长使用寿命。\n[0012] 进一步地，所述过滤器周围填充有砾石。过滤器周围填充有砾石，能通过砾石对地下水进行一次初步过滤，提高过滤效果，防止过滤器堵塞。\n[0013] 进一步地，为了结构的需要，所述出水孔方向朝上。\n[0014] 进一步地，相邻两排所述供热支管上的出水孔相互错开布置。通过这样的设计，使出水孔分布更加均匀，从而使游泳池水温更加均匀。\n[0015] 本发明的有益效果是：能降低能源消耗，降低运行成本，使游泳池水温均匀，提高游泳池水质，且对环境基本不造成污染。\n附图说明\n[0016] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。\n[0017] 图1为本发明实施例的结构示意图；\n[0018] 图2为本发明实施例的过滤器结构示意图；\n[0019] 图3为图2的A-A剖视图。\n[0020] 附图中，1表示地热采集系统；2表示水源热泵；3表示池水加热系统；\n[0021] 11表示抽水井；111表示井壁管；112表示过滤器；113表示沉淀管；12表示潜水泵；\n13表示蒸发器外循环盘管；14表示地下水处理器；15表示回灌井；21表示蒸发器；211表示蒸发器内循环盘管；22表示压缩机；23表示冷凝器；231表示冷凝器内循环盘管；24膨胀阀；31表示冷凝器外循环盘管；32表示供热主管；33表示供热支管；331表示出水孔；34表示游泳池；35表示集水坑；36表示循环泵；37表示池水处理器；100表示控制阀；\n[0022] 1121表示基础管；11211表示基础管上突出体；11212表示基础管下突出体；1122表示保护挡筋；1123表示包网；1124表示铁丝；1125表示外管；11251表示外管突出体；11252表示吊环；1126表示内管；11261表示固定件；1127表示腔室；1128表示隔板；1129表示透水孔。\n具体实施方式\n[0023] 下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。\n[0024] 参照图1，本发明实施例提供的应用于恒温游泳池的水源热泵地热利用系统，包括依次串联的地热采集系统1、水源热泵2和池水加热系统3；地热采集系统1包括地热井、潜水泵12、蒸发器外循环盘管13和水处理器14，潜水泵12、蒸发器外循环盘管13和水处理器14通过管道依次串联，地热井包括从上至下依次连通的井壁管111、过滤器112和沉淀管113，过滤器112周围填充有砾石，地热井设置有抽水井11和回灌井15，潜水泵12浸没在抽水井11的地下水中，地下水处理器14通过管道与回灌井15连通，蒸发器外循环盘管13与地下水处理器14之间的管道上和潜水泵12与蒸发器外循环盘管13之间的管道上均设置有控制阀100；\n水源热泵2包括冷凝器23、压缩机22、蒸发器21和膨胀阀24，蒸发器21设置有与蒸发器外循环盘管13耦合的蒸发器内循环盘管211，冷凝器23设置有冷凝器内循环盘管231，蒸发器内循环盘管211、压缩机22、冷凝器内循环盘管231和膨胀阀24通过管道依次串联成循环回路；\n池水加热系统3包括冷凝器外循环盘管31、供热主管32、供热支管33、游泳池34、集水坑35、循环泵36、池水处理器37，冷凝器外循环盘管31与冷凝器内循环盘管231耦合，集水坑35用于汇集游泳池34溢流水，集水坑35、循环泵36、池水处理器37、冷凝器外循环盘管31和供热主管32通过管道依次串联，供热支管33等间距并排布置在游泳池34底部，供热支管33与供热主管32连通，供热支管33上均匀设置有出水孔331，相邻两排所述供热支管33上的出水孔\n331相互错开布置，出水孔331方向朝上。水处理器14和冷凝器外循环盘管31之间的管道上设置有控制阀100，冷凝器外循环盘管31和供热主管32之间的管道上设置控制阀100。\n[0025] 参照图2至图3，本发明实施例的过滤器112，包括一级过滤装置和二级过滤装置，二级过滤装置设置于一级过滤装置内；一级过滤装置包括圆形的基础管1121、保护挡筋\n1122和包网1123，基础管1121管壁上均匀布置有透水孔1129，透水孔1129为条形孔，上、下相邻两排相互错开，保护挡筋1122采用直径为4mm的防锈圆钢，竖向焊接在基础管1121外壁上，其间距为20mm，包网1123为尼龙丝包网1123，包裹在保护挡筋1122及基础管1121外壁上，包网1123竖向包裹的范围大于保护挡筋1122的范围，包网1123外用镀锌铁丝1124以\n10mm间距缠绕固定在保护挡筋1122及基础管1121外壁上；二级过滤装置包括内管1126、外管1125、隔板1128和滤芯，内管1126和外管1125均为圆管，内管1126和外管1125同轴设置，外管1125管壁上均匀布置有透水孔1129，透水孔1129为圆形孔，左、右两列相互错开，基础管的透水孔1129的过水面积大于外管的透水孔1129的过水面积，外管1125顶端设置有四个吊环11252，隔板1128一端与内管1126外壁固定连接，隔板1128另一端与外管1125内壁固定连接，隔板1128将内管1126与外管1125之间分割为多个横截面积相等的腔室1127，滤芯采用不锈钢滤芯，填充在腔室1127中，腔室1127上下端为敞口，用于排出经滤芯过滤后的水，内管1126的外壁和隔板1128上设置有向外突出的固定件11261，固定件11261用于固定不锈钢滤芯，基础管1121的内外表面、内管1126的内外表面、外管1125的内外表面和透水孔1129的表面均涂有防腐蚀层；外管1125顶端设置有向外突出的环形外管突出体11251，基础管\n1121设置有向内突出的环形基础管上突出体11211和基础管下突出体11212，外管1125向下穿过基础管上突出体11211内圆，外管突出体11251压在基础管上突出体11211上，外管1125底部压在基础管下突出体11212上，基础管上突出体11211与外管突出体11251之间垫有胶垫，基础管下突出体11212与外管1125底部之间垫有胶垫。\n[0026] 本发明实施例主要包括地热采集系统1、水源热泵2和池水加热系统3三个部分，其工作原理如下：地热采集系统1为能源供应系统，潜水泵12将地下水从抽水井11中抽出利用，地下水流经蒸发器外循环盘管13，通过蒸发器21完成热能交换，经热能交换后的地下水温度降低，然后流向地下水处理器14，最后经地下水处理器14处理后的地下水从回灌井15灌回地下，由于地下水经过地下水处理器14净化，回灌的水不会对地下水造成污染。水源热泵2将低品位热量提取出来变成可以直接利用的高品位能源，低温低压液体经蒸发器21蒸发，吸收蒸发器外循环盘管13中的地下水热能，变成低温低压蒸汽，低温低压蒸汽经压缩机\n22压缩成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽经冷凝器23冷凝，变成低温高压液体，冷凝过程中释放热能，使冷凝器外循环盘管31中的水温升高，低温高压液体经膨胀阀24，变成低温低压液体，从而完成热能提取的一个循环。池水加热系统3为热能的利用终端，低温水在冷凝器外循环盘管31中加热成高温水，高温水经供热主管32流向设置在游泳池34底部的供热支管\n33，然后经设置在供热支管33上的出水孔331注入游泳池34中，与游泳池34中的水混合，使游泳池34水温升高，由于供热支管33均匀分布在游泳池34底部，游泳池34的水温均匀，供热支管33从游泳池34底部注入热水，游泳池34水位提高，上部的温度较低的水通过游泳池壁上部的溢流口溢流出去，然后汇集到集水坑35中，循环泵36将集水坑35的水抽取，经池水处理器37处理后，流向冷凝器外循环盘管31再加热，从而完成一个循环，游泳池34的水在加热过程中不断循环，经池水处理器37不断处理，能提高游泳池的水质，保持游泳池水质的干净。本发明利用干净、清洁的地下水热源，对游泳池34水进行加热，能源消耗小，运行成本低，且对环境基本不造成影响。\n[0027] 本发明用于地热井的过滤器112包括一级过滤装置和二级过滤装置。其中一级过滤装置对泥沙进行粗虑，主要用于过滤掉大颗粒的砂子；基础管1121管壁上均匀布置有条形透水孔1129，上、下相邻两排相互错开，使透水孔1129分布更均匀，过滤进入基础管1121的地下水也更均匀，尼龙丝包网1123通过保护挡筋1122垫衬，包裹在管外，用镀锌铁丝1124固定，地下水要进入地热井中，首先要经过尼龙丝包网1123及基础管的透水孔1129两层过滤，过滤掉大颗粒的砂子。二级过滤装置对泥沙进行精虑，主要用于过滤掉细小的泥沙，二级过滤装置包括内管1126、外管1125、隔板1128和滤芯，内管1126与外管1125同轴布置，隔板1128是内管1126与外管1125的连接骨架，同时将内管1126与外管1125之间的空间隔为多个横截面积相等的腔室1127，通过这样的分割过滤，各腔室1127水量均匀，能提升过滤的效果和效率，腔室1127内填充不锈钢滤芯，通过这样的设计，使整个二级过滤装置为一个整体，结构牢固；同时，不锈钢滤芯具有良好的过滤性能，过滤后的地下水能满足系统使用要求，其耐蚀性、耐热性、耐压性、耐磨性好，能满足恶劣的地下环境，其芯气孔均匀、精确的过滤精度，单位面积的流量大，能提高精虑的效率，满足系统用水需求，其清洗之后可以再使用，免更换，节约资源，降低成本；二级过滤装置主要靠设在外管1125管壁上的透水孔1129和腔室1127中的滤芯两层过滤，透水孔1129上、下相邻两列相互错开，使透水孔1129分布更均匀，进入腔室1127的地下水也更均匀；基础管的透水孔1129的过水面积大于外管的透水孔1129的过水面积,能保证粗虑为精虑提供足够的水量，提升过滤效率；内管1126未设置透水孔1129，腔室1127上、下端开口，地下水进入腔室1127后，向腔室1127两端流动，从腔室\n1127上、下端排出，通过这样的设计，延长了地下水在滤芯中的流动路径，提高了过滤效果，由于过滤过程中，滤芯容易发生位移、结团，固定件11261对不锈钢滤芯起固定作用，过滤时，水的流动不会使滤芯发生位移，滤芯不会结团，从而保证了滤芯的正常工作，提高了过滤效果；地下的环境一般都比较恶劣，腐蚀性较强，在基础管1121内外表面、内管1126的内外表面、外管1125的内外表面和透水孔1129的表面这些与地下水或土壤直接接触的部分涂一层防腐蚀层，能减小过滤器112部件的腐蚀，延长使用寿命。一级过滤装置滤孔较大，不易堵塞，能过滤掉大颗粒砂子，二级过滤装置滤孔小，容易堵塞，能过滤掉细小泥沙，采用这种分级过滤的方式，既能较彻底地过滤掉砂子，又能减小过滤器112堵塞的概率。外管1125向下穿过基础管上突出体11211内圆，外管突出体11251压在基础管上突出体11211上，外管\n1125底部压在基础管下突出体11212上，通过这种可拆卸的方式将二级过滤装置和一级过滤装置结合在一起，同时结合位置之间均垫有胶垫，通过二级过滤装置的自重压实胶垫，密封效果好，泥沙不会从缝隙流出；二级过滤装置和一级过滤装置可拆卸分离，可以通过外管\n1125顶端设置的吊环11252将二级过滤装置整体吊起来清洗、维修或更换，清洗、维修或更换后再将二级过滤装置吊入地热井中，与一级过滤装置组合在一起使用，从而解决了好的虑砂效果与滤孔容易堵塞之间的矛盾。\n[0028] 本发明实施例的地热井设置有抽水井11和回灌井15，抽水井11和回灌井15定期交换使用。作为抽水井11使用时，需要一级过滤装置和二级过滤装置共同作用，将二级保护装置吊入地热井中，外管1125向下穿过基础管上突出体11211内圆，外管突出体11251压在基础管上突出体11211上，与一级过滤装置组装在一起，含有泥沙的地下水流过尼龙丝包网\n1123，经基础管1121上的条形透水孔1129进入地热井中，在井外经过尼龙丝包网1123和条形透水孔1129的过滤完成泥沙的一级过滤；经过粗虑后的地下水经外管1125上的圆形透水孔进入腔室1127，经不锈钢滤芯的精虑，从腔室1127上、下敞口排出，完成泥沙的二级过滤，从而得到满足生产需求的地下水源。作为回灌井15时，为了减小回灌的阻力，需要将二级过滤装置整体吊出井外，回灌水经基础管1121上的条形透水孔1129流出，然后透过尼龙丝包网1123流回到地下，与抽水过滤时的水流流向相反，对一级过滤装置有清洗的作用，防止虑孔堵塞，同时，二级过滤装置吊出后，可对其进行清洗、维修或保养。\n[0029] 整个系统在运行时，需要要对游泳池的水质和水温进行实时监测，若水质变差，说明池水处理器37未工作或损坏，需对池水处理器37进行检查、维修；根据外部环境的变化，通过调整水源热泵2的输出功率将恒温游泳池的水温控制在26-28℃的范围内，若水温低于\n26℃，需加大水源热泵2输出功率，以提高注入游泳池34的热水温度，需要说明的是热水的水温不宜超过35℃，若水温高于28℃，需减小水源热泵2输出功率，以降低注入游泳池34的热水水温。\n[0030] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。