本實(shí)用新型涉及太陽能地?zé)崮苈?lián)合利用的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用太陽能和地?zé)崮艿膹?fù)合同井取蓄熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國建筑采暖的能耗量占全國總能耗量的比例越來越高，自1995年的10.7％增加到近年來的27.45％，采暖和空調(diào)能耗約占總建筑能耗的55％，占據(jù)了我國建筑能耗結(jié)構(gòu)的主要部分。我國建筑采暖要消耗大量一次能源，硫化物、二氧化碳等有害氣體被大量排放，污染環(huán)境。所以，近年來發(fā)展綠色建筑領(lǐng)域成為學(xué)者專家研究的主要焦點(diǎn)之一，開發(fā)利用太陽能和地?zé)崮艿刃滦颓鍧嵞茉匆沧鳛榻ㄖ膳闹饕獰嵩础?/p>

太陽能—土壤源熱泵聯(lián)動(dòng)供暖存在資源與季節(jié)不匹配的情況，供熱季太陽能輻射小，太陽能資源不足，而供冷季和過渡季太陽能資源卻非常豐富。太陽能的季節(jié)性蓄熱就是將過度季和供冷季豐富的太陽能資源儲(chǔ)存并轉(zhuǎn)移到供暖季使用，以此彌補(bǔ)太陽能資源的季節(jié)性差異，達(dá)到對(duì)全年太陽能資源的高效利用。與晝夜蓄熱等短期性蓄熱形式相比，太陽能的季節(jié)性蓄熱是通常以一年為周期的長期的蓄熱形式。

美國的研究學(xué)者在20世紀(jì)60年代首先提出了太陽能季節(jié)性蓄熱的思想，80年代北歐各國的研究人員也開展了對(duì)土壤季節(jié)性蓄熱的研究工作。最初這項(xiàng)技術(shù)主要被應(yīng)用在大型太陽能區(qū)域供熱系統(tǒng)或者集中供熱系統(tǒng)中。

我國的學(xué)者對(duì)地源熱泵技術(shù)進(jìn)行了大量的理論和實(shí)踐研究，很多工程實(shí)例已經(jīng)投入使用，取得了很多成果。但是國內(nèi)學(xué)者對(duì)土壤源熱泵和太陽能復(fù)合系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的研究工作起步較晚。天津商學(xué)院的研究人員在國內(nèi)首先開展了關(guān)于土壤源熱泵和太陽能聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的研究，在1994年通過一年的時(shí)間運(yùn)行工況測定了土壤源熱泵和太陽能聯(lián)動(dòng)的供熱性能，得到了處于不同供熱工況下的供熱系數(shù)和供熱量。

供暖期前的冬夏過渡季太陽能輻射量大，日照時(shí)間長，太陽能跨季度蓄熱目的在于利用太陽能蓄熱系統(tǒng)將供暖季之前的豐富的太陽能儲(chǔ)存起來，供冬季供暖使用。此外，由于傳統(tǒng)地源熱泵冬季供暖工況下，地埋管吸熱量遠(yuǎn)大于釋熱量的原因，容易出現(xiàn)隨著使用年限的增加，地埋管周圍土壤溫度下降，最終導(dǎo)致地源熱泵系統(tǒng)出現(xiàn)效率降低甚至失效的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的是：提供一種利用太陽能和地?zé)崮艿膹?fù)合同井取蓄熱系統(tǒng)，能讓太陽能系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)更好地協(xié)同運(yùn)行。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種利用太陽能和地?zé)崮艿膹?fù)合同井取蓄熱系統(tǒng)，包括太陽能集熱板、第一水泵、蓄熱水箱、第二水泵、第一通斷閥、第二通斷閥、第三通斷閥、第四通斷閥、第三水泵、中央空調(diào)系統(tǒng)、第一地埋管、第二地埋管；第一地埋管的第一流通口通過管道分別與第二通斷閥和第四通斷閥相接，第一地埋管的第二流通口通過管道分別與第一通斷閥和第三通斷閥相接，蓄熱水箱的冷水區(qū)出口處通過管道與第一水泵的入口相接，第一水泵的出口通過管道與太陽能集熱板相接，太陽能集熱板通過管道與蓄熱水箱的熱水區(qū)入口處相接，蓄熱水箱的熱水區(qū)出口處通過管道與第二水泵的入口相接，第二水泵的出口通過管道與第二通斷閥相接，蓄熱水箱的冷水區(qū)入口處通過管道與第一通斷閥相接，第二地埋管的第一流通口通過管道分別與第四通斷閥和第三水泵的入口相接，第二地埋管的第二流通口通過管道分別與第三通斷閥和中央空調(diào)系統(tǒng)相接，中央空調(diào)系統(tǒng)通過管道與第三水泵的出口相接，第一通斷閥設(shè)置在蓄熱水箱的冷水區(qū)入口處和第一地埋管的第二流通口之間的管道上，第二通斷閥設(shè)置在第二水泵的出口和第一地埋管的第一流通口之間的管道上，第三通斷閥設(shè)置在第一地埋管的第二流通口和第二地埋管的第二流通口之間的管道上，第四通斷閥設(shè)置在第一地埋管的第一流通口和第二地埋管的第一流通口之間的管道上。

進(jìn)一步的是：所述的第一地埋管和第二地埋管為U型管。

進(jìn)一步的是：所述的第一地埋管和第二地埋管的數(shù)量有多根。

總的說來，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型將太陽能系統(tǒng)的地埋管和地源熱泵系統(tǒng)的地埋管設(shè)置在同一井內(nèi)，在供熱工況下，太陽能系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)協(xié)同工作，在取熱的同時(shí)對(duì)土壤進(jìn)行蓄熱，從而起到調(diào)節(jié)土壤溫度的作用，避免地源熱泵系統(tǒng)因長期工作使土壤溫度持續(xù)下降而導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降。本實(shí)用新型將太陽能蓄熱系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)結(jié)合起來，可以讓兩者相互利用各自的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)各自的不足。一方面土壤具有良好的穩(wěn)定性和蓄熱性，在太陽能不充足時(shí)候可作為熱源，解決了太陽能本身不穩(wěn)定性和間歇性的問題；另一方面，加入太陽能的輔助作用后，初冬季節(jié)建筑熱負(fù)荷較小時(shí)，可以同時(shí)主動(dòng)蓄熱從而恢復(fù)土壤溫度，提高整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)的效率。這種第一地埋管(釋熱管)、第二地埋管(取熱管)同井的組合方式，將使得太陽能系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)擁有自愈的能力，供熱方式也將更加靈活。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的原理示意圖。

圖2是第一地埋管和第二地埋管置于土壤中的平面示意圖。

其中，1為太陽能集熱板，2為蓄熱水箱，3為第一地埋管，4為第二地埋管，5為中央空調(diào)系統(tǒng)，6為第一水泵，7為第二水泵，8為第三水泵，9為第一通斷閥，10為第二通斷閥，11為第三通斷閥，12為第四通斷閥，2-1為蓄熱水箱的熱水區(qū)入口處，2-2為蓄熱水箱的熱水區(qū)出口處，2-3為蓄熱水箱的冷水區(qū)入口處，2-4為蓄熱水箱的冷水區(qū)出口處，3-1為第一地埋管的第一流通口，3-2為第一地埋管的第二流通口，4-1為第二地埋管的第一流通口，4-2為第二地埋管的第二流通口，6-1為第一水泵的入口，6-2為第一水泵的出口，7-1為第二水泵的入口，7-2為第二水泵的出口，8-1為第三水泵的入口，8-2為第三水泵的出口。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

一種利用太陽能和地?zé)崮艿膹?fù)合同井取蓄熱系統(tǒng)，包括太陽能集熱板、第一水泵、蓄熱水箱、第二水泵、第一通斷閥、第二通斷閥、第三通斷閥、第四通斷閥、第三水泵、中央空調(diào)系統(tǒng)、第一地埋管、第二地埋管；蓄熱水箱內(nèi)設(shè)有冷水區(qū)和熱水區(qū)，冷水區(qū)和熱水區(qū)均有相應(yīng)的入口和出口；第一水泵、第二水泵、第三水泵也均有相應(yīng)的入口和出口；第一地埋管和第二地埋管為U型管，第一地埋管有兩個(gè)流通口，分別稱為第一流通口和第二流通口；第二地埋管也有兩個(gè)流通口，分別稱為第一流通口和第二流通口。通斷閥打開時(shí)，管道處于流通狀態(tài)，通斷閥關(guān)閉時(shí)，管道處于不流通狀態(tài)。太陽能集熱板內(nèi)設(shè)有相應(yīng)的水管，水流過太陽能集熱板后，水的溫度升高，由冷水變?yōu)闊崴?，太陽能集熱板屬于現(xiàn)有的成熟的技術(shù)；蓄熱水箱和中央空調(diào)系統(tǒng)也屬于現(xiàn)有的成熟的技術(shù)；將第一地埋管和第二地埋管設(shè)置在土壤里，這種技術(shù)也屬于現(xiàn)有的技術(shù)。

結(jié)合圖1和圖2所示，圖1中的實(shí)心點(diǎn)表示該點(diǎn)所連接的管道是相通的。第一地埋管的第一流通口通過管道分別與第二通斷閥和第四通斷閥相接(即如圖1，第一地埋管的第一流通口通過管道與第二通斷閥的右側(cè)相接，同時(shí)也通過管道與第四通斷閥的左側(cè)相接)；第一地埋管的第二流通口通過管道分別與第一通斷閥和第三通斷閥相接(即如圖1，第一地埋管的第二流通口通過管道與第一通斷閥的右側(cè)相接，同時(shí)也通過管道與第三通斷閥的左側(cè)相接)。蓄熱水箱的冷水區(qū)出口處通過管道與第一水泵的入口相接，第一水泵的出口通過管道與太陽能集熱板相接，太陽能集熱板通過管道與蓄熱水箱的熱水區(qū)入口處相接，蓄熱水箱的熱水區(qū)出口處通過管道與第二水泵的入口相接，第二水泵的出口通過管道與第二通斷閥(第二通斷閥的左側(cè))相接，蓄熱水箱的冷水區(qū)入口處通過管道與第一通斷閥(第一通斷閥的左側(cè))相接。第二地埋管的第一流通口通過管道分別與第四通斷閥和第三水泵的入口相接(即如圖1，第二地埋管的第一流通口通過管道與第四通斷閥的右側(cè)相接，同時(shí)也通過管道與第三水泵的入口相接)；第二地埋管的第二流通口通過管道分別與第三通斷閥和中央空調(diào)系統(tǒng)相接(即第二地埋管的第二流通口通過管道與第三通斷閥的右側(cè)相接，同時(shí)也通過管道與中央空調(diào)系統(tǒng)相接)。中央空調(diào)系統(tǒng)通過管道與第三水泵的出口相接。第一通斷閥設(shè)置在蓄熱水箱的冷水區(qū)入口處和第一地埋管的第二流通口之間的管道上，第二通斷閥設(shè)置在第二水泵的出口和第一地埋管的第一流通口之間的管道上，第三通斷閥設(shè)置在第一地埋管的第二流通口和第二地埋管的第二流通口之間的管道上，第四通斷閥設(shè)置在第一地埋管的第一流通口和第二地埋管的第一流通口之間的管道上。第一地埋管和第二地埋管的數(shù)量有多根，根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)置。

下面以某辦公樓為例，對(duì)該取蓄熱系統(tǒng)的使用做進(jìn)一步介紹，采用現(xiàn)有技術(shù)將第一地埋管和第二地埋管設(shè)置在同一井中。

在供熱期前的蓄熱期(10月至11月左右)，建筑物處于供熱期之前，無需向中央空調(diào)系統(tǒng)供熱，此時(shí)，第一通斷閥和第二通斷閥開啟，第三通斷閥和第四通斷閥關(guān)閉，中央空調(diào)系統(tǒng)處于不工作的狀態(tài)，第一水泵工作，從蓄熱水箱的冷水區(qū)抽出冷水，冷水通過管道流過第一水泵，再流過太陽能集熱板，冷水流過太陽能集熱板后，水溫上升，變?yōu)闊崴?，熱水再流入蓄熱水箱的熱水區(qū)，熱水再從蓄熱水箱的熱水區(qū)出口處流入管道，再依次流過第二水泵和第二通斷閥，然后再流入第一地埋管中，使得土壤的溫度上升，從而達(dá)到將太陽能儲(chǔ)存于土壤中的目的，熱水再從第一地埋管流出，水溫下降，變?yōu)槔渌?，冷水再流向第一通斷閥，再流入蓄熱水箱的冷水區(qū)，從而達(dá)到水循環(huán)，實(shí)現(xiàn)將太陽能儲(chǔ)存于土壤中的目的，即將太陽能變?yōu)榈責(zé)崮?。太陽能系統(tǒng)包括太陽能集熱板、蓄熱水箱、第一水泵、第二水泵、第一通斷閥、第二通斷閥、第一地埋管及其相應(yīng)的管道；太陽能轉(zhuǎn)化為地?zé)崮苁峭ㄟ^太陽能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。

在熱負(fù)荷較小的供熱早期(12月和次年3月左右)，初冬和初春時(shí)節(jié)，建筑物熱負(fù)荷較小，中央空調(diào)系統(tǒng)處于部分負(fù)荷運(yùn)行，此時(shí)，第一通斷閥和第二通斷閥開啟，第三通斷閥和第四通斷閥關(guān)閉，中央空調(diào)系統(tǒng)處于部分工作的狀態(tài)，太陽能系統(tǒng)工作，實(shí)現(xiàn)將太陽能儲(chǔ)存于土壤中(詳細(xì)過程見上段描述)。由于土壤經(jīng)過蓄熱期的蓄熱，土壤的溫度比較高，第三水泵工作，從第二地埋管的第一流通口抽取熱水，熱水流過第三水泵，再流向中央空調(diào)系統(tǒng)，從而熱水對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)供熱，熱水流過中央空調(diào)系統(tǒng)后，溫度降低，熱水變成冷水，冷水再通過第二地埋管的第二流通口流入第二地埋管內(nèi)，從而達(dá)到水循環(huán)，實(shí)現(xiàn)利用地?zé)崮芟蛑醒肟照{(diào)系統(tǒng)供熱的目的。地源熱泵系統(tǒng)包括第三水泵、第二地埋管及其相應(yīng)的管道。

在熱負(fù)荷較大的供熱中期(1月至2月左右)，深冬時(shí)節(jié)，建筑物熱負(fù)荷較大，地源熱泵系統(tǒng)處于滿負(fù)荷的工作狀態(tài)，此時(shí)，第一通斷閥和第二通斷閥關(guān)閉，第三通斷閥和第四通斷閥開啟，中央空調(diào)系統(tǒng)基本處于滿負(fù)荷的工作狀態(tài)，太陽能系統(tǒng)不向土壤中蓄熱，第三水泵工作，第三水泵通過第一地埋管的第一流通口和第二地埋管的第一流通口向第一地埋管和第二地埋管抽取熱水，熱水流過第三水泵，再流向中央空調(diào)系統(tǒng)，從而熱水對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)供熱，熱水流過中央空調(diào)系統(tǒng)后，溫度降低，熱水變成冷水，冷水再通過第一地埋管的第二流通口和第二地埋管的第二流通口流入第一地埋管和第二地埋管內(nèi)。在地源熱泵系統(tǒng)為中央空調(diào)系統(tǒng)供熱的同時(shí)，太陽能集熱板也可以吸收太陽能，將太陽能儲(chǔ)存在蓄熱水箱中。

對(duì)于辦公樓來說，周一到周五是工作日，需要供暖，周末雙休日往往是不需要供暖的?？梢岳弥苣╇p休的空閑時(shí)間，第一通斷閥和第二通斷閥開啟，第三通斷閥和第四通斷閥關(guān)閉，使用太陽能系統(tǒng)向土壤中回灌熱量，恢復(fù)土壤溫度，對(duì)工作日取熱帶來的土壤溫度下降，起到調(diào)節(jié)和補(bǔ)充的作用。

本實(shí)用新型通過太陽能系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)聯(lián)合起來，根據(jù)實(shí)際情況和時(shí)間一起協(xié)同工作，一方面可以利用過渡季將太陽能儲(chǔ)存在土壤中為土壤蓄熱以供冬季使用；另一方面，可以在冬季供熱過程中同時(shí)為土壤蓄熱，恢復(fù)土壤溫度，改善由于地埋管釋熱量小于取熱量帶來的土壤溫度持續(xù)下降、地源熱泵系統(tǒng)失效的情況。

本實(shí)用新型在傳統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出供熱工況下的取蓄熱同井，即將太陽能系統(tǒng)的地埋管和地源熱泵系統(tǒng)的地埋管設(shè)置在同一井內(nèi)，在供熱工況下，太陽能系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)協(xié)同工作，在取熱的同時(shí)對(duì)土壤進(jìn)行蓄熱，從而起到調(diào)節(jié)土壤溫度的作用，避免地源熱泵系統(tǒng)因長期工作使土壤溫度持續(xù)下降而導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降。

本實(shí)用新型將太陽能蓄熱系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)結(jié)合起來，可以讓兩者相互利用各自的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)各自的不足。一方面土壤具有良好的穩(wěn)定性和蓄熱性，在太陽能不充足時(shí)候可作為熱源，解決了太陽能本身不穩(wěn)定性和間歇性的問題；另一方面，加入太陽能的輔助作用后，初冬季節(jié)建筑熱負(fù)荷較小時(shí)，可以同時(shí)主動(dòng)蓄熱從而恢復(fù)土壤溫度，提高整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)的效率。這種第一地埋管(釋熱管)、第二地埋管(取熱管)同井的組合方式，將使得太陽能系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)擁有自愈的能力，供熱方式也將更加靈活。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。