CN103900287A - 太阳能与地热能联合运行的热交换*** - Google Patents

太阳能与地热能联合运行的热交换*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能与地热能联合运行的热交换***，包括太阳能集热器、地埋管换热器、热泵机组、吸收式制冷机组、用户端，以及若干热水箱、水泵、联接管路和阀门，太阳能集热器与第一热水箱连通，第一热水箱通过第二水泵分别与第二水箱及辅助加热器连接构成循环回路；地埋管换热器与热泵机组连通，所述热泵机组通过第三水泵与地埋管换热器及第一热水箱构成循环回路；用户端通过第四水泵与热泵机组、吸收式制冷***构成循环回路。本发明有效解决了土壤热失衡问题；在高效利用太阳能与地热能的基础上，实现了建筑物夏季供冷、冬季供暖及全年提供生活热水，***运行调节灵活，功能多样化。

Description

太阳能与地热能联合运行的热交换***
技术领域
本发明涉及供热***，尤其是一种太阳能与地热能联合运行的热交换***。
背景技术
现有太阳能与地源热泵联合运行***多为夏季采用地源热泵***制冷，冬季采用太阳能热泵与地源热泵联合供热。
但是，在一些地区，例如在我国南方，建筑物夏季所需冷负荷要远大于冬季所需热负荷，单独应用地源热泵制冷时存在土壤失衡（全年冬季埋管从土壤中的吸热量小于夏季放热量）的不利情况，而热泵机组又往往都是制热量大于制冷量。
在机组选择时，如果按夏季冷负荷标准选择机组，会导致机组的制热能力大大超出建筑物的热负荷需求，若按照冬季热负荷标准选择，则会出现夏季制冷量不够。
故需要一种新技术来解决上述问题。
发明内容
发明目的：提供一种太阳能与地热能联合运行的热交换***，以解决现有技术的部分问题。
技术方案：一种太阳能与地热能联合运行的热交换***，包括太阳能集热器、地埋管换热器、热泵机组、吸收式制冷机组、用户端，以及若干热水箱、水泵、联接管路和阀门， 
所述太阳能集热器与第一热水箱连通，第一热水箱通过第二水泵分别与第二水箱及辅助加热器连接构成循环回路，回路间设有阀门；
所述地埋管换热器与热泵机组连通，所述热泵机组通过第三水泵与地埋管换热器及第一热水箱构成循环回路，回路中设有阀门；
用户端通过第四水泵与热泵机组、吸收式制冷***构成循环回路，回路中设有阀门。
所述太阳能集热器与第一热水箱之间的管路上设置第一水泵，所述太阳能集热器的入口与第一水泵的出口连接，太阳能集热器的出口及第一水泵的进口与第一热水箱连接。
所述热泵机组包含第一冷凝器和第一蒸发器；所述吸收式制冷机组包含发生器、吸收器、第二冷凝器、第二蒸发器和换热器。
进一步地，还包括若干集水器和分水器；其中，第二水泵的进口与第一蓄热水箱连接，第二水泵的出口与第一集水器的进口、辅助加热器与第二热水箱连接；第一集水器的进口与地埋管换热器的出口连接，第一集水器的出口与第三水泵的进口连接；第三水泵的出口与第一冷凝器、第一蒸发器的进口连接；
第一分水器的出口与第一热水箱及地埋管换热器进口连接，第一分水器的进口与第一冷凝器及第一蒸发器出口连接，第二集水器进口与第二蒸发器出口及第一冷凝器与第一蒸发器出口连接；
第二集水器出口与用户末端进口连接，第二分水器出口与第二蒸发器进口及第一冷凝器及第一蒸发器进口连接；第二分水器进口与第四水泵出口连接。
所述第四水泵进口与用户端出口连接，第五水泵进口与吸收器连接，第五水泵出口与换热器连接。
在温度较高时，例如在夏季，太阳能集热器的热量一部分用于提供生活热水，另一部分作为吸收式制冷***的驱动热源，热量不够时开启辅助加热器，地埋管换热器2作为热泵机组冷源运行制冷工况。
在温度较低时，例如在冬季，太阳能集热器的热量一部分用于提供生活热水，另一部分与地埋管换热器共同作为热泵机组热源运行制热工况，吸收式制冷***停开。
有益效果：通过集成太阳能热利用技术、太阳能吸收式制冷技术与地源热泵供冷供热技术，本发明有效解决了温暖地区因单独使用地源热泵造成土壤热失衡问题；并且在综合高效利用太阳能与地热能的基础上，实现了建筑物夏季供冷、冬季供暖及全年提供生活热水。本发明***运行调节灵活，功能多样化。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的夏季工况结构示意图。
图3是本发明的冬季工况结构示意图。
附图中：太阳能集热器 1，地埋管换热器 2，热泵机组 3，第一、第二冷凝器 4-1、4-2，第一、第二蒸发器 5-1、5-2，发生器 6，吸收器7，吸收式制冷机组8，第一、第二热水箱9-1、9-2，第一至第五水泵10-1~10-5，辅助加热器11，第一、第二集水器12-1、12-2，第一、第二分水器13-1、13-2，用户端14，若干阀门15-1~15-9，换热器16，冷凝水入口17-1、17-2。
具体实施方式
结合图1描述本发明的结构及工作原理。本发明太阳能与地热能联合运行***主要包括太阳能集热器、蓄热水箱、生活热水箱、地埋管换热器、热泵机组、吸收式制冷机组、用户端、水泵、分水器和集水器。
上述装置组成三个***：第一热水箱9-1通过第二水泵10-2与第二水箱9-2及辅助加热器11连接构成循环回路，回路间设有第八阀门15-8及第九阀门15-9实现开关和（或）切换；热泵机组3通过第三水泵10-3与地埋管换热器2及第一热水箱9-1构成循环回路，回路中设有第一阀门15-1实现开关；用户末端14通过第四水泵10-4与热泵机组3及吸收式制冷***8构成循环回路，回路中设有第二阀门15-2实现开关。
具体地，热泵机组3包含第一冷凝器4-1和第一蒸发器5-1。吸收式制冷机组8包含发生器6、吸收器7、第二冷凝器4-2、第二蒸发器5-2和换热器16。
太阳能集热器1入口与第一水泵10-1出口连接，太阳能集热器1出口及第一水泵10-1进口与第一热水箱9-1连接，第二水泵10-2进口与第一热水箱9-1连接，第二水泵10-2出口与第一集水器12-1进口及辅助加热器11与第二水箱9-2连接，第一集水器12-1进口与第二水泵10-2及地埋管换热器2出口连接，第一集水器12-1出口与第三水泵10-3进口连接，第三水泵10-3出口与第一冷凝器4-1及第一蒸发器5-1进口连接，第一分水器13-1出口与第一热水箱9-1及地埋管换热器2进口连接，第一分水器13-1进口与第一冷凝器4-1及第一蒸发器5-1出口连接，第二集水器12-2进口与第二蒸发器5-2出口及第一冷凝器4-1与第一蒸发器5-1出口连接，第二集水器12-2出口与用户端14进口连接，第二分水器13-2出口与第二蒸发器5-2进口及第一冷凝器4-1及第一蒸发器5-1进口连接，第二分水器13-2进口与第四水泵10-4出口连接，第四水泵10-4进口与用户端14出口连接，第五水泵10-5进口与吸收器7连接，第五水泵10-5出口与换热器16连接。
如图2所示，在夏季，***功能包括太阳能加热生活热水、太阳能驱动吸收式制冷***及地源热泵制冷空调，包括太阳能集热循环、生活热水加热循环、驱动吸收式制冷***循环及地源热泵制冷循环。
晴天白天，第一水泵10-1开启，进行太阳能集热循环，将热量储存在第一热水箱9-1。此热量一部分通过生活热水循环满足生活热水加热需要，另一部分配合辅助加热器11作为吸收式制冷***8驱动热源。
具体为：生活热水加热循环时，第二水泵10-2、吸收式制冷***8开启，第九阀门15-9开启、第一阀门15-1、第八阀门15-8关闭；驱动吸收式制冷***循环时，开启第二水泵10-2、第四水泵10-4及第五水泵10-5，第二阀门15-2及第八阀门15-8、第二集水器12-2、第二分水器13-2开启，第一阀门15-1及第九阀门15-9关闭，辅助加热器11开启；地源热泵制冷循环时，第三水泵10-3及第四水泵10-4、热泵机组3开启，第四阀门15-4及第七阀门15-7、第一集水器12-1和第二集水器12-2、第一分水器13-1和第二分水器13-2开启，第一阀门15-1、第五阀门15-5和第六阀门15-6关闭。
如图3所示，在冬季，***主要用于满足用户供暖和生活热水要求，包括太阳能加热生活热水循环，太阳能辅助加热地源热泵供暖循环。太阳能加热生活热水循环同上。太阳能辅助加热地源热泵供暖循环时，第二水泵10-2、第三水泵10-3和第四水泵10-4开启，热泵机组3开启，第五水泵10-5、吸收式制冷***8关闭，第一阀门15-1、第五阀门15-5、第六阀门15-6、第一集水器12-1和第二集水器12-2、第一分水器13-1和第二分水器13-2开启，第二阀门15-2、第四阀门15-4、第七阀门15-7、第八阀门15-8和第九阀门15-9关闭。
针对温暖地区夏天制冷量大大高于冬季的制热量，在这样的地区单独使用地源热泵时，将会造成土壤热失衡的情况。本发明太阳能与地热能联合运行***通过将太阳能热利用技术及太阳能吸收式制冷技术与地源热泵供冷供热技术有机集成，能够有效解决因单独使用地源热泵造成的土壤热失衡问题，并且在综合高效利用太阳能与地热能的基础上，实现了建筑物夏季供冷、冬季供暖及全年提供生活热水。
地源热泵可按照冬季热负荷进行选择，夏季冷负荷不足部分以太阳能吸收式制冷作补充。这样不仅可以大大地降低地埋管换热器的初投资，而且还可以使地埋管换热器间歇运行，土壤温度场的到及时恢复。通过太阳能与地热能利用技术相互结合，本发明提高了太阳能与地热能的综合利用效率，对于缓解能源与环境问题具有重要意义。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。文中出现的第一、第二等词语仅是为了方便描述相关结构，而非指出限定其顺序或重要性。

Claims (5)

1.一种太阳能与地热能联合运行的热交换***，包括太阳能集热器（1）、地埋管换热器（2）、热泵机组（3）、吸收式制冷机组（8）、用户端（14），以及若干热水箱、水泵、联接管路和阀门，其特征在于：
所述太阳能集热器（1）与第一热水箱（9-1）连通，第一热水箱（9-1）通过第二水泵（10-2）分别与第二水箱（9-2）及辅助加热器（11）连接构成循环回路，回路间设有阀门；
所述地埋管换热器（2）与热泵机组（3）连通，所述热泵机组（3）通过第三水泵（10-3）与地埋管换热器（2）及第一热水箱（9-1）构成循环回路，回路中设有阀门；
用户端（14）通过第四水泵（10-4）与热泵机组（3）、吸收式制冷***（8）构成循环回路，回路中设有阀门。
2.如权利要求1所述的太阳能与地热能联合运行的热交换***，其特征在于，所述太阳能集热器（1）与第一热水箱（9-1）之间的管路上设置第一水泵（10-1），所述太阳能集热器（1）的入口与第一水泵（10-1）的出口连接，太阳能集热器（1）的出口及第一水泵（10-1）的进口与第一热水箱（9-1）连接。
3.如权利要求1或2所述的太阳能与地热能联合运行的热交换***，其特征在于，所述热泵机组（3）包含第一冷凝器（4-1）和第一蒸发器（5-1）；所述吸收式制冷机组（8）包含发生器（6）、吸收器（7）、第二冷凝器（4-2）、第二蒸发器（5-2）和换热器（16）。
4.如权利要求3所述的太阳能与地热能联合运行的热交换***，其特征在于，还包括若干集水器和分水器；
其中，第二水泵（10-2）的进口与第一蓄热水箱（9-1）连接，第二水泵（10-2）的出口与第一集水器（12-1）的进口、辅助加热器（11）与第二热水箱（9-2）连接；第一集水器（12-1）的进口与地埋管换热器（2）的出口连接，第一集水器（12-1）的出口与第三水泵（10-3）的进口连接；第三水泵（10-3）的出口与第一冷凝器（4-1）、第一蒸发器（5-1）的进口连接；
第一分水器（13-1）的出口与第一热水箱（9-1）及地埋管换热器（2）进口连接，第一分水器（13-1）的进口与第一冷凝器（4-1）及第一蒸发器（5-1）出口连接，第二集水器（12-2）进口与第二蒸发器（5-2）出口及第一冷凝器（4-1）与第一蒸发器（5-1）出口连接；
第二集水器（12-2）出口与用户末端（14）进口连接，第二分水器（13-2）出口与第二蒸发器（5-2）进口及第一冷凝器（4-1）及第一蒸发器（5-1）进口连接；
第二分水器（13-2）进口与第四水泵（10-4）出口连接。
5.如权利要求4所述的太阳能与地热能联合运行的热交换***，其特征在于，所述第四水泵（10-4）进口与用户端（14）出口连接，第五水泵（10-5）进口与吸收器（7）连接，第五水泵（10-5）出口与换热器（16）连接。
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