CN101907370A - 使用太阳能和地热的制热、制冷*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种使用太阳能和地热的制热、制冷***，该***包括：集热装置、储热装置、地埋换热装置、热转换装置、集热循环泵、热源循环泵；其中，集热循环泵、集热装置、储热装置、热源循环泵、热转换装置通过导通器件依次串接成第一循环通路；集热循环泵、集热装置、储热装置、热源循环泵、地埋换热装置、热转换装置通过导通器件依次串接成第二循环通路；第一循环通路和第二循环通路之间装有控制其间连通状态的多个阀门和导通器件；***内部通过液态物质传递能量。借助于本发明的技术方案，能够提高集热效率、提高太阳能贡献率，能够持续、稳定地对热转换装置提供热能，能够有效地进行热能回排。

Description

使用太阳能和地热的制热、制冷***

技术领域

本发明涉及使用太阳能和地热的制热、制冷***。

背景技术

目前，在相关技术中，综合利用太阳能和地热可以进行建筑物采暖、制冷，能够达到减少常规能源消耗、减少环境污染的目的。

但是，相关技术存在以下四个方面的问题。

第一，仅将太阳能***和地热***组合在一个***中，在具体应用中对太阳能和地热的利用是分离的，例如：在白天使用太阳能***进行采暖，在夜晚使用地热***进行采暖，或者是在冬季使用太阳能***进行采暖，在夏季使用地热***进行制冷，在这样的技术方案中并没有对太阳能和地热进行综合利用，无法有效、综合地利用太阳能和地热。

第二，储热效能低。例如，在有的技术方案中，将采集到的太阳能储存到置于地下的蓄热器中，蓄热器也同时吸收地热热能，热转换装置依靠蓄热器中存储的热能进行供暖，这样的技术方案储热效能低，只适合于昼夜温差大的地区使用，而在其它地区使用时，当采集到的太阳能热能大、温度高，而土壤温度低时，太阳能热能将散失到土壤中，无法实现有效地储热功能，从而降低了储热效能，可见这种技术方案储热效能低、地域针对性强、不具备应用的广泛性。此外，在有的技术方案中，不设置储热器或蓄热器，对采集到的热能直接进行热转换，这样由于太阳能的不稳定性，在太阳能充足时会浪费一部分太阳能热能，而在太阳能不足时又无法完全利用太阳能，这样将导致***工作不稳定。

第三，集热效率低、太阳能贡献率低。如果采用单独的太阳能采暖，则需要将采暖热水加热到45度以上才能具备采暖的条件，又由于在同等的环境条件下太阳能集热效率与产水温度成反比，当集热器出口温度为45℃以上时，相对于20℃的出水温度，集热器的集热效率低，***得热量小，当无法综合有效低利用地热热能时，将导致***无法有效、稳定工作。此外，当***的储热效能低时，也无法为热转换装置提供有效的热源，从而无法保证***稳定、有效地工作。

第四，地热的采集与回排不平衡。例如，在有的技术方案中，只是对地热进行采集，而不进行热量的回排，或者采集到的热量和回排的热量不平衡，当采集到的地下热量大于回排的热量时，将导致地下温度场失去平衡、采集到的地热逐渐减少，长久以往将导致***无法持续工作、造成浪费。

目前，尚未提出有效的技术方案解决上述问题。

发明内容

针对相关技术中存在的上述四个方面的问题，本发明提供了一种使用太阳能和地热的制热、制冷***，用以解决相关技术中的上述问题至少之一。

根据本发明的一个方面，提供了一种使用太阳能和地热的制热、制冷***。

根据本发明的使用太阳能和地热的制热、制冷***包括：集热装置、储热装置、地埋换热装置、热转换装置、集热循环泵、热源循环泵；其中，集热循环泵、集热装置、储热装置、热源循环泵、热转换装置通过导通器件依次串接成第一循环通路；集热循环泵、集热装置、储热装置、热源循环泵、地埋换热装置、热转换装置通过导通器件依次串接成第二循环通路；第一循环通路和第二循环通路之间装有控制其间连通状态的多个阀门和导通器件；***内部通过液态物质传递能量。

优选地，上述第一循环通路的连接方式包括：集热循环泵连接至集热装置的进水口，集热装置的出水口连接至储热装置的循环进水口，储热装置的供热出水口连接至热源循环泵，热源循环泵连接至热转换装置的循环进水口，热转换装置的循环出水口连接至储热装置的供热进水口，储热装置的循环出水口连接至集热循环泵；第二循环通路的连接方式包括：集热循环泵连接至集热装置的进水口，集热装置的出水口连接至储热装置的循环进水口，储热装置的供热出水口连接至热源循环泵，热源循环泵连接至热转换装置的循环进水口，热转换装置的循环出水口连接至地埋换热装置的进水口，地埋换热装置的出水口连接至储热装置的供热进水口，储热装置的循环出水口连接至集热循环泵。

优选地，上述多个阀门包括：第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门；其中，第二阀门串连在热转换装置的循环出水口和地埋换热装置的进水口之间，第三阀门串接在热源循环泵和热转换装置的循环进水口之间，第四阀门通过导通器件并接在第三阀门和热转换装置的循环出水口的两端，第一阀门通过导通器件并接在第二阀门和地埋换热装置的出水口的两端；第一阀门和第三阀门打开，第二阀门、第四阀门关闭时，第一循环通路连通、第二循环通路关闭；第二阀门和第三阀门打开，第一阀门、第四阀门关闭时，第一循环通路关闭、第二循环通路连通。

优选地，***还包括：电动三通阀，电动三通阀三个端口中的第一端口通过导通器件连接至储热装置的供热出水口和热源循环泵之间、第二端口连接至热转换装置的循环出水口、第三端口连接至第二阀门。

优选地，***还包括：室内循环泵、室内端；室内循环泵连接至热泵的室内出水口；室内端连接至室内循环泵。

优选地，***还包括：室内热水供应装置；室内热水供应装置并接在蓄热器的循环进水口和蓄热器的循环出水口的两端；和/或室内热水供应装置并接在热泵的室内出水口和热泵的室内进水口的两端。

优选地，热转换装置包括热泵。

优选地，液态物质包括以下之一：水、防冻液。

借助于本发明提供的技术方案，通过第一循环通路和第二循环通路能够实现对太阳能热能和地热热能的综合利用，从而能够提高集热效率、提高太阳能贡献率，通过储热装置能够对太阳能热能和地热热能进行储存，从而能够持续、稳定地对热转换装置提供热能，通过第二循环通路以及其中的地埋换热装置，能够有效地进行热能回排，从而能够达到地热热能采集和回排的基本平衡，进而能够解决相关技术中没有综合利用太阳能和地热、集热效率低、太阳能贡献率低、储热效能低、以及对地热的采集与回排不平衡的问题。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的使用太阳能和地热的制热、制冷***的结构示意图。

具体实施方式

考虑到相关技术中，在使用太阳能、地热进行采暖、制冷的***中存在集热效率低、太阳能得热量低、储热效能低、地热的采集与回排不平衡、以及没有综合利用太阳能和地热的问题，本发明通过集热装置采集太阳能热能、地下换热装置采集地热热能，并对采集到的太阳能热能和地热热能进行储存，用以提高储热效能，并以综合存储的热能为热转换装置提供持续的热能，以及对所提供的热能的温度进行调控，以使热转换装置能够稳定工作，从而能够提高***的集热效率、提高太阳能贡献率；本发明还通过地下换热装置进行持续稳定的热能回排，以维持地下热能环境、保持土壤的持续供热能力。

以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了根据本发明的使用太阳能和地热的制热、制冷***的结构，如图1所示，根据本发明的使用太阳能和地热的制热、制冷***包括：集热装置1、储热装置2、热转换装置3、地埋换热装置4、热源循环泵5、集热循环泵6，在该***中通过液态物质传递能量，例如：水(或称为介质水)或防冻液。具体地，集热装置1可以是平板式集热器或真空管式集热器，储热装置2可以是普通水箱、或者是具有特定保温结构的水箱、还可以是配备有使用常规能源(例如电力)以进行保温的装置，热转换装置3可以是热泵或者是配备蒸发器和冷凝器的其它热转换装置，地埋换热装置4可以是普通的地埋换热器。

为了对建筑物进行供暖和供冷，图1所示的***还包括：室内循环泵7、室内端8、室内热水供应装置9、阀门g；室内循环泵7连接至热转换装置3的室内出水口33；室内端8连接至室内循环泵7；室内热水供应装置9包括水箱91和水箱91中的内置盘管92，室内热水供应装置9并接在储热装置2的循环进水口21和储热装置2的循环出水口24的两端，或者室内热水供应装置9并接在热转换装置3的室内出水口33和热转换装置3的室内进水口34的两端，优选地，室内热水供应装置9与储热装置2及热转换装置3连接的通路上可以安装相应的阀门以控制水流，阀门g串接在室内热水供应装置9的进水口93或出水口94上，进水口93和出水口94连接至热泵3的室内出水口33和进水口34的通路上连接有控制水流的阀门901、902，进水口93和出水口94连接至储热器2的循环进水口21和循环出水口24的通路上连接有控制水流的阀门903、904。

在图1所示的***中包括两个循环通路，即第一循环通路和第二循环通路，下面详细描述这两个循环通路的连接方式。

(一)第一循环通路

集热循环泵6、集热装置1、储热装置2、热源循环泵5、热转换装置3通过导通器件依次串接成第一循环通路。

具体地，第一循环通路的连接方式包括：集热循环泵6连接至集热装置1的进水口11，集热装置1的出水口12连接至储热装置2的循环进水口21，储热装置2的供热出水口22连接至热源循环泵5，热源循环泵5连接至热转换装置3的循环进水口31，热转换装置3的循环出水口32连接至储热装置2的供热进水口23，储热装置2的循环出水口24连接至集热循环泵6。

(二)第二循环通路

集热循环泵6、集热装置1、储热装置2、地埋换热装置4、热源循环泵5、热转换装置3通过导通器件依次串接成第二循环通路。

具体地，第二循环通路的连接方式包括：集热循环泵6连接至集热装置1的进水口11，集热装置的出水口12连接至储热装置2的循环进水口21，储热装置2的供热出水口22连接至热源循环泵5，热源循环泵5连接至热转换装置3的循环进水口31，热转换装置3的循环出水口32连接至地埋换热装置4的进水口41，地埋换热装置4的出水口42连接至储热装置2的供热进水口23，储热装置2的循环出水口24连接至集热循环泵6。

第一循环通路和第二循环通路之间还装有控制其间连通状态的多个阀门和导通器件，具体地，如图1所示，可以包括：阀门a、阀门b、阀门c、阀门d；其中，阀门b串连在热转换装置3的循环出水口32和地埋换热装置4的进水口41之间，阀门c串接在热源循环泵5和热转换装置3的循环进水口31之间，阀门d通过导通器件并接在阀门c和热转换装置3的循环出水口32的两端，阀门a通过导通器件并接在阀门b和地埋换热装置4的出水口42的两端。当阀门a和阀门c打开、阀门b和阀门d关闭时，第一循环通路连通、第二循环通路关闭；当阀门b和阀门c打开、阀门a和阀门d关闭时，第一循环通路关闭、第二循环通路连通。

在具体实施的过程中，图1所示的***还可以包括：电动三通阀f，电动三通阀f三个端口中的第一端口f1通过导通器件连接至储热装置2的供热出水口21和热源循环泵5之间、第二端口f2连接至热转换装置3的循环出水口32、第三端口f3连接至阀门b。

图1所示的***的热转换装置3的热源测的工作温度在5℃-30℃之间，产水温度在20℃-30℃之间，工作方式具有冬季工况和夏季工况两种方式，下面对这两种方式进行详细说明。

(一)冬季工况

图1所示的***能够在冬季进行采暖、提供生活热水。

1、图1所示***实现采暖的工作方式如下：

(1)当储热装置2中的介质水的温度适中(例如10℃-20℃)时，阀门a和阀门c打开、阀门b、阀门d关闭、电动三通阀f的端口f2、f3打开、端口f1关闭(此时第一循环通路连通，第二循环通路关闭)，通过集热循环泵6的运转将集热装置1中的介质水循环到储热装置2中，介质水同时将集热装置1采集到的太阳能热能带到储热装置2中，通过热源循环泵5的运转，将介质水循环到热转换装置3，热转换装置3利用介质水的热能进行制热，并通过室内端8向建筑物提供热能。

图1所示的***通过储热装置2能够对集热装置1采集到的太阳能热能进行存储，从而能够持续、稳定地为热转换装置3提供热能，使得图1所示的***能够充分地利用太阳能热能进行采暖。并且，当太阳能采集到的热能的温度适中时，通过第一循环通路可以完全依靠太阳能进行采暖，能够充分利用太阳能热能。

(2)当储热装置2中的介质水的温度过低(例如小于10℃)时，阀门b和阀门c打开、阀门a和阀门d关闭、电动三通阀f的端口f2、f3打开、端口f1关闭时(此时第一循环通路关闭，第二循环通路打开)，通过循环泵5的运转，将会把地热热能通过介质水带到储热装置2中，这样，地热热能将弥补太阳能热能的不足，使储热装置2中存储的介质水保持在较为适中的温度范围内；并且，通过循环泵5的运转，将储热装置2中的热能通过介质水传递到热转换装置3中，热转换装置3利用介质水的热能进行制热。

当第二循环通路连通时，也即当太阳能热能不足、无法完全依赖太阳能采暖时，能够同时采集太阳能热能和地热热能、为热转换装置提供稳定的热能，这样使得图1所示的***能够综合利用太阳能和地热。

(3)当储热装置2中的介质水的温度过高(例如大于20℃)时，电动三通阀f的端口f1将被打开，热转换装置3的循环出水口32排出的冷水将被分流一部分至流入热转换装置3的循环进水口31的热水中，从而能够起到调节水温的作用，使热转换装置3的进水温度保持在较为适中的范围内，也即能够在冬季采集到太阳能热能温度较高时，向热转换装置提供相对“低温”的热源，从而保证热转换装置3维持稳定的工作状态。

根据以上的描述可见，通过设置储热装置2、第一循环通路和第二循环通路的切换、以及电动三通阀的打开和关闭，能够综合利用太阳能和地热，能够提高***的集热效率、提高太阳能的贡献率，从而使得图1所示的***能够持续、高效地进行供暖。

此外，在图1所示的***中，一方面，由于提高了热转换装置3热源侧的温度(即提高了进入循环进水口31的介质水的温度)，这样在热转换装置3提供的采暖温度一定时，能够扩大热转换装置3的温差，这样根据换热量固定时温差与换热面积成反比的关系，可知图1所示的***的热转换装置3能够减小其中的换热器的蒸发面积，从而能够节约图1所示***的成本。另一方面，由于图1所示***提高了集热效率，这样就能减少热转换装置3中所灌注的制冷剂，还能起到环保的作用。

2、图1所示***提供生活热水的工作方式如下：热泵3通过室内出水口33将热水排至水箱91和内置盘管92中，用水时有自来水直接压至用水点，并且热水回流至热泵3的室内进水口34；水箱91中水的温度达到设定值(例如15℃)后电磁阀g关闭。

(二)夏季工况

图1所示的***能够在夏季进行制冷、提供生活热水。

1、图1所示***实现制冷的工作方式如下：阀门b和阀门c打开、阀门a和阀门d关闭、电动三通阀f的端口f2、f3打开、端口f1关闭时(此时第一循环通路关闭，第二循环通路打开)，通过循环泵5的运转，将储热装置2中的热能通过介质水带到热转换装置3中，热转换装置3利用介质水的热能进行制冷，通过室内端8向建筑物提供冷能，并将制冷后的热水通过循环出水口32排放到地埋换热装置4中，向土壤回排热量；在热转换装置3不启动的时段，如果储热装置2的中介质水的温度高于预定温度(例如30℃)，则阀门c关闭、阀门d打开，通过热源循环泵5使储热装置2与地埋换热装置4之间进行介质水的循环，以降低储热装置2的温度、并向土壤回排热能。

图1所示***在制冷的同时，通过地埋换热装置4进行热能回排，能够补充土壤被采集的热量，使从土壤中采集的热能和回排的热量大致平衡，从而保护地下土壤的热能环境。

2、图1所示***提供生活热水的工作方式如下：热泵3通过室内出水口33将热水排至水箱91和内置盘管92中，用水时有自来水直接压至用水点，并且热水回流至热泵3的室内进水口34；水箱91中水的温度达到设定值(例如15℃)后电磁阀g关闭。

综上所述，本发明通过集热装置采集太阳能热能、地下换热装置采集地热热能，并对采集到的太阳能热能和地热热能进行储存，用以提高储热效能，并以综合存储的热能为热转换装置提供持续的热能，以及对所提供的热能的温度进行调控，以使热转换装置能够稳定工作，从而能够提高***的集热效率、提高太阳能的得热率；本发明还通过地下换热装置进行持续稳定的热能回排，以维持地下热能环境、保持土壤的持续供热能力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种使用太阳能和地热的制热、制冷***，其特征在于，包括：

集热装置、储热装置、地埋换热装置、热转换装置、集热循环泵、热源循环泵；

其中，所述集热循环泵、所述集热装置、所述储热装置、所述热源循环泵、所述热转换装置通过导通器件依次串接成第一循环通路；

所述集热循环泵、所述集热装置、所述储热装置、所述热源循环泵、所述地埋换热装置、所述热转换装置通过导通器件依次串接成第二循环通路；

所述第一循环通路和所述第二循环通路之间装有控制其间连通状态的多个阀门和导通器件；

所述***内部通过液态物质传递能量。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，

所述第一循环通路的连接方式包括：

所述集热循环泵连接至所述集热装置的进水口，所述集热装置的出水口连接至所述储热装置的循环进水口，所述储热装置的供热出水口连接至所述热源循环泵，所述热源循环泵连接至所述热转换装置的循环进水口，所述热转换装置的循环出水口连接至所述储热装置的供热进水口，所述储热装置的循环出水口连接至所述集热循环泵；

所述第二循环通路的连接方式包括：

所述集热循环泵连接至所述集热装置的进水口，所述集热装置的出水口连接至所述储热装置的循环进水口，所述储热装置的供热出水口连接至所述热源循环泵，所述热源循环泵连接至所述热转换装置的循环进水口，所述热转换装置的循环出水口连接至所述地埋换热装置的进水口，所述地埋换热装置的出水口连接至所述储热装置的供热进水口，所述储热装置的循环出水口连接至所述集热循环泵。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述多个阀门包括：

第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门；

其中，所述第二阀门串连在所述热转换装置的循环出水口和所述地埋换热装置的进水口之间，所述第三阀门串接在所述热源循环泵和所述热转换装置的循环进水口之间，所述第四阀门通过导通器件并接在所述第三阀门和所述热转换装置的循环出水口的两端，所述第一阀门通过导通器件并接在所述第二阀门和所述地埋换热装置的出水口的两端；

所述第一阀门和所述第三阀门打开，所述第二阀门、所述第四阀门关闭时，所述第一循环通路连通、所述第二循环通路关闭；

所述第二阀门和所述第三阀门打开，所述第一阀门、所述第四阀门关闭时，所述第一循环通路关闭、所述第二循环通路连通。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述***还包括：

电动三通阀，所述电动三通阀三个端口中的第一端口通过导通器件连接至所述储热装置的供热出水口和所述热源循环泵之间、第二端口连接至所述热转换装置的循环出水口、第三端口连接至所述第二阀门。

5.根据权利要求1或4中任一项所述的***，其特征在于，所述***还包括：

室内循环泵、室内端；

所述室内循环泵连接至所述热泵的室内出水口；

所述室内端连接至所述室内循环泵。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的***，其特征在于，所述***还包括：

室内热水供应装置；

所述室内热水供应装置并接在所述蓄热器的循环进水口和所述蓄热器的循环出水口的两端；和/或

所述室内热水供应装置并接在所述热泵的室内出水口和所述热泵的室内进水口的两端。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的***，其特征在于，所述热转换装置包括热泵。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的***，其特征在于，所述液态物质包括以下之一：

水、防冻液。

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