CN106931674A - 一种太阳能与土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能*** - Google Patents

一种太阳能与土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能*** Download PDF

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Abstract

一种太阳能与土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能***,包括通过管道依次连接并形成回路的太阳能集热器、集热水泵、集热水箱、集热控制阀；在集热水箱的出水口通过管道依次连接第一控制阀、第二控制阀、第一水泵、第一换热器与四通换向阀的a端连接；四通换向阀的c端通过管道穿过第二换热器、用户侧水泵后与建筑室内末端装置的进水口连接。四通换向阀的b端与c端分别通过管道连接压缩机的两端；建筑室内末端装置的出水口通过管道依次连接用户侧供能控制阀、第二换热器、膨胀阀、第一换热器、第二控制阀、第一控制阀后进入集热水箱的进水口。优点是，最大限度地降低运行成本，提高能源利用率，节能、稳定地运行。

Description

一种太阳能与土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能 ***
技术领域
本发明涉及一种协同利用浅层地热和太阳能的热源热泵及供暖制冷供生活热水及跨季节蓄能联合运行***，属于能源供热和空调技术领域。
背景技术
随着科技的进步和时代的发展，人们对居住生活条件的要求不断提高，对室内环境的舒适性提出了更高的要求。然而与此相悖的是全球范围内的能源危机，以化石燃料为主的城市集中供热***带来了建筑能耗和环境污染等问题。传统的建筑供冷***是由小型的单体空调或中央空调来实现。这样建筑用能每年都消耗掉了大量的化石能源，同时也加重了大气污染。因此，要想根治大气污染及节约能源，节能减排，大力推进清洁能源、可再生能源以及调整能源结构是关键切入点。
一种太阳能-土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能***是当前比较合理的同时能实现供暖、供热水及制冷，合理利用太阳能跨季节供能的用能方式。太阳能是一种分布广泛、绿色无污染的可再生能源，其热利用技术已较为成熟。
太阳能还是一种季节性变化与间歇性变化的能源，利用高效的热转换技术及跨季节蓄能技术来给建筑供能将会大大提高***的太阳能利用率，经济性更好。因此在太阳能丰富但对热需求不高的季节，可将太阳能蓄存于储热体中，再在对热需求要求高时进行释能，用于冬季采暖。
热泵是一种从低温热源吸取热量并把他传给高温热源的热能品质提升装置。由于热泵属于节能技术，近年来得到社会的广泛关注。现如今尽管热泵技术已经非常成熟，但其运行成本仍然相对较高，因此我们寻找一条经济高效运行稳定的供能***是非常有必要的。
发明内容
为了克服现有技术领域存在的能耗高、运行成本高及环境污染等问题，本发明的目的在于，提供太阳能-土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能***及其操作方法，该***可用于建筑的供热、供冷、供生活热水；该***具有机组性能系数高、操作简单、独立性好等特点
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种太阳能与土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能***,包括通过管道依次连接并形成回路的太阳能集热器、集热水泵、集热水箱、集热控制阀；在集热水箱的出水口通过管道依次连接第一控制阀、第二控制阀、第一水泵、第一换热器与四通换向阀的a端连接；四通换向阀的c端通过管道穿过第二换热器、用户侧水泵后与建筑室内末端装置的进水口连接；四通换向阀的b端与c端分别通过管道连接压缩机的两端；建筑室内末端装置的出水口通过管道依次连接用户侧供能控制阀、第二换热器、膨胀阀、第一换热器、第二控制阀、第一控制阀后进入集热水箱的进水口；联合供能及跨季节蓄能***还包括地埋管换热器，地埋管换热器的进水口通过管道连接地源侧控制阀后与第一控制阀和第二控制阀之间靠近集热水箱的出水口的管道三通连接，地埋管换热器的出水口通过管道依次连接地源侧循环水泵、地源侧控制阀后与第一控制阀和第二控制阀之间靠近集热水箱的进水口的管道三通连接；在地源侧循环水泵与地源侧控制阀之间的管道设有支路管道依次连接第三控制阀、第三换热器后接入第二换热器与四通换向阀的a端之间的管道，在地埋管换热器进水口与地源侧控制阀之间的管道设有支路管道依次连接第三控制阀、第三换热器后接入第二换热器与膨胀阀之间的管道；联合供能及跨季节蓄能***还包括风冷式冷却塔，风冷式冷却塔的一端通过管道连接冷却水循环控制阀后接入第二控制阀与第一换热器之间的管道，风冷式冷却塔的另一端通过管道依次连接冷却水泵、冷却水循环控制阀后接入第一水泵与第一换热器之间的管道。
作为方案一的改进，一种太阳能与土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能***,还包括设在集热水箱中的盘管，盘管的出水口依次连接热水控制阀、热水泵后接入生活用水管。
作为方案一的改进，地埋管换热器通过多个地埋管串联或并联组成。
作为方案一的改进，在地埋管换热器的掩埋土壤上部铺设或覆盖有保温材料。
作为方案三的改进，地埋管采用U型PE换热管。
作为方案一的改进，太阳能集热器为管板式平板集热器。
作为方案一的改进，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器采用管式换热器换板式换热器。
本发明具有以下有益效果：本发明根据气候条件随季节的差异而引起的太阳能分布不均匀的特点利用了储热***进行富余热量储热，太阳能不足时进行释热，所以该热泵***的COP会明显高于普通单一热源的供能***。
本发明将太阳能集热***与土壤源热泵***进行了合理的集成，该技术可以用于太阳能单独供暖供热水、太阳能与土壤源热泵联合供能、土壤源单热源热泵供能和太阳能-土壤源双热源热泵联合供能四种模式运行。并利用土壤储热技术对富余太阳能进行跨季节储能，该***最大限度地降低运行成本，提高能源利用率，节能、稳定地运行。
附图说明
图1为本发明的蓄能***的结构原理图。
具体实施方式
实施例
如图1所示，一种太阳能与土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能***,包括通过管道依次连接并形成回路的太阳能集热器1、集热水泵2、集热水箱3、集热控制阀4；在集热水箱3的出水口通过管道依次连接第一控制阀5、第二控制阀6、第一水泵7、第一换热器8与四通换向阀9的a端连接；四通换向阀9的c端通过管道穿过第二换热器10、用户侧水泵27后与建筑室内末端装置11的进水口连接；四通换向阀9的b端与c端分别通过管道连接压缩机12的两端；建筑室内末端装置11的出水口通过管道依次连接用户侧供能控制阀13、第二换热器10、膨胀阀14、第一换热器8、第二控制阀6、第一控制阀5后进入集热水箱3的进水口；联合供能及跨季节蓄能***还包括地埋管换热器15，地埋管换热器15的进水口通过管道连接地源侧控制阀16后与第一控制阀5和第二控制阀6之间靠近集热水箱3的出水口的管道三通连接，地埋管换热器15的出水口通过管道依次连接地源侧循环水泵17、地源侧控制阀16后与第一控制阀5和第二控制阀6之间靠近集热水箱3的进水口的管道三通连接；在地源侧循环水泵17与地源侧控制阀16之间的管道设有支路管道依次连接第三控制阀18、第三换热器19后接入第二换热器10与四通换向阀9的a端之间的管道，在地埋管换热器15进水口与地源侧控制阀16之间的管道设有支路管道依次连接第三控制阀18、第三换热器19后接入第二换热器10与膨胀阀14之间的管道；联合供能及跨季节蓄能***还包括风冷式冷却塔20，风冷式冷却塔20的一端通过管道连接冷却水循环控制阀21后接入第二控制阀6与第一换热器8之间的管道，风冷式冷却塔20的另一端通过管道依次连接冷却水泵22、冷却水循环控制阀21后接入第一水泵7与第一换热器8之间的管道。一种太阳能与土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能***,还包括设在集热水箱3中的盘管23，盘管23的出水口依次连接热水控制阀24、热水泵25后接入生活用水管。地埋管换热器15通过多个地埋管串联或并联组成。在地埋管换热器15的掩埋土壤上部铺设或覆盖有保温材料26。地埋管采用U型PE换热管。太阳能集热器1为管板式平板集热器。所述第一换热器8、第二换热器10、第三换热器19采用管式换热器换板式换热器。
工作原理：
在夏季时，热泵工作流程为，太阳能集热器1用来供应地埋管的储热和生活热水，第一控制阀5及第三控制阀18关闭，将集热水箱3中的水通过地源侧水泵泵入地埋管，使热量储存于土壤中。集热水箱3中的盘管23也可与自来水换热，以供应生活热水的需求。建筑制冷的需求通过通过四通换向阀9的切换a与d相连通，b与c相连通使得工质在第二换热器10制冷剂侧吸热蒸发，第一换热器8制冷剂侧散热冷凝，通过冷却水循环控制阀21的开启，风冷式冷却塔20将热量从第一换热器8带走，从而使***达到制冷的效果。
在冬季供暖时，本发明有有四种运行模式：
1、当太阳能充足时，可直接用太阳能集热器1提供的热量来供应生活热水和热泵对热量需求，且多余的热量可以通过开启地源侧控制阀16来将多余的热量储存于土壤中；
2、当太阳能集热器1所提供的热水温度合适但水量不满足时，关闭地源侧地源侧控制阀16，打开第三控制阀18，启动土壤源热泵补充热量供暖，；
3、当太阳能不能提供任何热量时，关闭第一控制阀5、地源侧控制阀16，地源热泵单一热源进行供暖；
4、当太阳能集热器1所提供的热水温度太低不适合直接供暖时，太阳能集热器1和土壤都作为热泵的热源来供暖。
冬季供暖热泵转换的流程为：供暖热泵采用双热源热泵机组，此时关闭地源侧控制阀16开启第一控制阀5和第二控制阀6，四通换向阀9的a与b相连通，c与d相连通，用能侧换热器作为独立的冷凝器，第一换热器8作为高温蒸发器，第三换热器19作为低温蒸发器，太阳能集热***连接于第一换热器8高温换热器侧，地埋管***连接于第三换热器19低温换热器侧，两热源***并联运行。具体运行控制策略为：
1、当集热水箱3温度大于32℃且水量充足时，关闭地源侧控制阀16，选用太阳能供暖模式，富余热水可通过开启地源侧控制阀16，将热水热量泵入地埋管；
2、当水箱温度大于15℃而小于32℃时，关闭地源侧控制阀16，开启第三控制阀18，两热源并联同时供热，并联运行；
3、当集热水箱3温度小于15℃时，关闭第一控制阀5、第二控制阀6和地源侧控制阀16，开启第三控制阀18，由地埋管***提供热能，第三换热器19单一供应热量。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (7)

1.一种太阳能与土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能***,其特征在于，包括通过管道依次连接并形成回路的太阳能集热器、集热水泵、集热水箱、集热控制阀；在集热水箱的出水口通过管道依次连接第一控制阀、第二控制阀、第一水泵、第一换热器与四通换向阀的a端连接；所述的四通换向阀的c端通过管道穿过第二换热器、用户侧水泵后与建筑室内末端装置的进水口连接；所述的四通换向阀的b端与c端分别通过管道连接压缩机的两端；所述的建筑室内末端装置的出水口通过管道依次连接用户侧供能控制阀、第二换热器、膨胀阀、第一换热器、第二控制阀、第一控制阀后进入集热水箱的进水口；所述的联合供能及跨季节蓄能***还包括地埋管换热器，所述的地埋管换热器的进水口通过管道连接地源侧控制阀后与所述的第一控制阀和第二控制阀之间靠近所述的集热水箱的出水口的管道三通连接，所述的地埋管换热器的出水口通过管道依次连接地源侧循环水泵、地源侧控制阀后与所述的第一控制阀和第二控制阀之间靠近所述的集热水箱的进水口的管道三通连接；在地源侧循环水泵与地源侧控制阀之间的管道设有支路管道依次连接第三控制阀、第三换热器后接入所述的第二换热器与四通换向阀的a端之间的管道，在地埋管换热器进水口与地源侧控制阀之间的管道设有支路管道依次连接第三控制阀、第三换热器后接入所述的第二换热器与膨胀阀之间的管道；所述的联合供能及跨季节蓄能***还包括风冷式冷却塔，所述的风冷式冷却塔的一端通过管道连接冷却水循环控制阀后接入所述的第二控制阀与第一换热器之间的管道，所述的风冷式冷却塔的另一端通过管道依次连接冷却水泵、冷却水循环控制阀后接入所述的第一水泵与第一换热器之间的管道。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能与土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能***,其特征在于，还包括设在所述的集热水箱中的盘管，所述的盘管的出水口依次连接热水控制阀、热水泵后接入生活用水管。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能与土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能***,其特征在于，所述的地埋管换热器通过多个地埋管串联或并联组成。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能与土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能***,其特征在于，在所述的地埋管换热器的掩埋土壤上部铺设或覆盖有保温材料。
5.根据权利要求3所述的一种太阳能与土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能***,其特征在于，所述的地埋管采用U型PE换热管。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能与土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能***,其特征在于，所述的太阳能集热器为管板式平板集热器。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能与土壤源联合供能的双热源热泵及跨季节蓄能***,其特征在于，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器采用管式换热器换板式换热器。
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