本發(fā)明涉及一種協(xié)同利用淺層地?zé)岷吞?yáng)能的熱源熱泵及供暖制冷供生活熱水及跨季節(jié)蓄能聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，屬于能源供熱和空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著科技的進(jìn)步和時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)居住生活條件的要求不斷提高，對(duì)室內(nèi)環(huán)境的舒適性提出了更高的要求。然而與此相悖的是全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)，以化石燃料為主的城市集中供熱系統(tǒng)帶來了建筑能耗和環(huán)境污染等問題。傳統(tǒng)的建筑供冷系統(tǒng)是由小型的單體空調(diào)或中央空調(diào)來實(shí)現(xiàn)。這樣建筑用能每年都消耗掉了大量的化石能源，同時(shí)也加重了大氣污染。因此，要想根治大氣污染及節(jié)約能源，節(jié)能減排，大力推進(jìn)清潔能源、可再生能源以及調(diào)整能源結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵切入點(diǎn)。

一種太陽(yáng)能-土壤源聯(lián)合供能的雙熱源熱泵及跨季節(jié)蓄能系統(tǒng)是當(dāng)前比較合理的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)供暖、供熱水及制冷，合理利用太陽(yáng)能跨季節(jié)供能的用能方式。太陽(yáng)能是一種分布廣泛、綠色無污染的可再生能源，其熱利用技術(shù)已較為成熟。

太陽(yáng)能還是一種季節(jié)性變化與間歇性變化的能源，利用高效的熱轉(zhuǎn)換技術(shù)及跨季節(jié)蓄能技術(shù)來給建筑供能將會(huì)大大提高系統(tǒng)的太陽(yáng)能利用率，經(jīng)濟(jì)性更好。因此在太陽(yáng)能豐富但對(duì)熱需求不高的季節(jié)，可將太陽(yáng)能蓄存于儲(chǔ)熱體中，再在對(duì)熱需求要求高時(shí)進(jìn)行釋能，用于冬季采暖。

熱泵是一種從低溫?zé)嵩次崃坎阉麄鹘o高溫?zé)嵩吹臒崮芷焚|(zhì)提升裝置。由于熱泵屬于節(jié)能技術(shù)，近年來得到社會(huì)的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)如今盡管熱泵技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但其運(yùn)行成本仍然相對(duì)較高，因此我們尋找一條經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行穩(wěn)定的供能系統(tǒng)是非常有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域存在的能耗高、運(yùn)行成本高及環(huán)境污染等問題，本發(fā)明的目的在于，提供太陽(yáng)能-土壤源聯(lián)合供能的雙熱源熱泵及跨季節(jié)蓄能系統(tǒng)及其操作方法，該系統(tǒng)可用于建筑的供熱、供冷、供生活熱水；該系統(tǒng)具有機(jī)組性能系數(shù)高、操作簡(jiǎn)單、獨(dú)立性好等特點(diǎn)

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種太陽(yáng)能與土壤源聯(lián)合供能的雙熱源熱泵及跨季節(jié)蓄能系統(tǒng),包括通過管道依次連接并形成回路的太陽(yáng)能集熱器、集熱水泵、集熱水箱、集熱控制閥；在集熱水箱的出水口通過管道依次連接第一控制閥、第二控制閥、第一水泵、第一換熱器與四通換向閥的a端連接；四通換向閥的c端通過管道穿過第二換熱器、用戶側(cè)水泵后與建筑室內(nèi)末端裝置的進(jìn)水口連接；四通換向閥的b端與c端分別通過管道連接壓縮機(jī)的兩端；建筑室內(nèi)末端裝置的出水口通過管道依次連接用戶側(cè)供能控制閥、第二換熱器、膨脹閥、第一換熱器、第二控制閥、第一控制閥后進(jìn)入集熱水箱的進(jìn)水口；聯(lián)合供能及跨季節(jié)蓄能系統(tǒng)還包括地埋管換熱器，地埋管換熱器的進(jìn)水口通過管道連接地源側(cè)控制閥后與第一控制閥和第二控制閥之間靠近集熱水箱的出水口的管道三通連接，地埋管換熱器的出水口通過管道依次連接地源側(cè)循環(huán)水泵、地源側(cè)控制閥后與第一控制閥和第二控制閥之間靠近集熱水箱的進(jìn)水口的管道三通連接；在地源側(cè)循環(huán)水泵與地源側(cè)控制閥之間的管道設(shè)有支路管道依次連接第三控制閥、第三換熱器后接入第二換熱器與四通換向閥的a端之間的管道，在地埋管換熱器進(jìn)水口與地源側(cè)控制閥之間的管道設(shè)有支路管道依次連接第三控制閥、第三換熱器后接入第二換熱器與膨脹閥之間的管道；聯(lián)合供能及跨季節(jié)蓄能系統(tǒng)還包括風(fēng)冷式冷卻塔，風(fēng)冷式冷卻塔的一端通過管道連接冷卻水循環(huán)控制閥后接入第二控制閥與第一換熱器之間的管道，風(fēng)冷式冷卻塔的另一端通過管道依次連接冷卻水泵、冷卻水循環(huán)控制閥后接入第一水泵與第一換熱器之間的管道。

作為方案一的改進(jìn)，一種太陽(yáng)能與土壤源聯(lián)合供能的雙熱源熱泵及跨季節(jié)蓄能系統(tǒng),還包括設(shè)在集熱水箱中的盤管，盤管的出水口依次連接熱水控制閥、熱水泵后接入生活用水管。

作為方案一的改進(jìn)，地埋管換熱器通過多個(gè)地埋管串聯(lián)或并聯(lián)組成。

作為方案一的改進(jìn)，在地埋管換熱器的掩埋土壤上部鋪設(shè)或覆蓋有保溫材料。

作為方案三的改進(jìn)，地埋管采用u型pe換熱管。

作為方案一的改進(jìn)，太陽(yáng)能集熱器為管板式平板集熱器。

作為方案一的改進(jìn)，所述第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器采用管式換熱器換板式換熱器。

本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明根據(jù)氣候條件隨季節(jié)的差異而引起的太陽(yáng)能分布不均勻的特點(diǎn)利用了儲(chǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行富余熱量?jī)?chǔ)熱，太陽(yáng)能不足時(shí)進(jìn)行釋熱，所以該熱泵系統(tǒng)的cop會(huì)明顯高于普通單一熱源的供能系統(tǒng)。

本發(fā)明將太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)與土壤源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行了合理的集成，該技術(shù)可以用于太陽(yáng)能單獨(dú)供暖供熱水、太陽(yáng)能與土壤源熱泵聯(lián)合供能、土壤源單熱源熱泵供能和太陽(yáng)能-土壤源雙熱源熱泵聯(lián)合供能四種模式運(yùn)行。并利用土壤儲(chǔ)熱技術(shù)對(duì)富余太陽(yáng)能進(jìn)行跨季節(jié)儲(chǔ)能，該系統(tǒng)最大限度地降低運(yùn)行成本，提高能源利用率，節(jié)能、穩(wěn)定地運(yùn)行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的蓄能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

如圖1所示，一種太陽(yáng)能與土壤源聯(lián)合供能的雙熱源熱泵及跨季節(jié)蓄能系統(tǒng),包括通過管道依次連接并形成回路的太陽(yáng)能集熱器1、集熱水泵2、集熱水箱3、集熱控制閥4；在集熱水箱3的出水口通過管道依次連接第一控制閥5、第二控制閥6、第一水泵7、第一換熱器8與四通換向閥9的a端連接；四通換向閥9的c端通過管道穿過第二換熱器10、用戶側(cè)水泵27后與建筑室內(nèi)末端裝置11的進(jìn)水口連接；四通換向閥9的b端與c端分別通過管道連接壓縮機(jī)12的兩端；建筑室內(nèi)末端裝置11的出水口通過管道依次連接用戶側(cè)供能控制閥13、第二換熱器10、膨脹閥14、第一換熱器8、第二控制閥6、第一控制閥5后進(jìn)入集熱水箱3的進(jìn)水口；聯(lián)合供能及跨季節(jié)蓄能系統(tǒng)還包括地埋管換熱器15，地埋管換熱器15的進(jìn)水口通過管道連接地源側(cè)控制閥16后與第一控制閥5和第二控制閥6之間靠近集熱水箱3的出水口的管道三通連接，地埋管換熱器15的出水口通過管道依次連接地源側(cè)循環(huán)水泵17、地源側(cè)控制閥16后與第一控制閥5和第二控制閥6之間靠近集熱水箱3的進(jìn)水口的管道三通連接；在地源側(cè)循環(huán)水泵17與地源側(cè)控制閥16之間的管道設(shè)有支路管道依次連接第三控制閥18、第三換熱器19后接入第二換熱器10與四通換向閥9的a端之間的管道，在地埋管換熱器15進(jìn)水口與地源側(cè)控制閥16之間的管道設(shè)有支路管道依次連接第三控制閥18、第三換熱器19后接入第二換熱器10與膨脹閥14之間的管道；聯(lián)合供能及跨季節(jié)蓄能系統(tǒng)還包括風(fēng)冷式冷卻塔20，風(fēng)冷式冷卻塔20的一端通過管道連接冷卻水循環(huán)控制閥21后接入第二控制閥6與第一換熱器8之間的管道，風(fēng)冷式冷卻塔20的另一端通過管道依次連接冷卻水泵22、冷卻水循環(huán)控制閥21后接入第一水泵7與第一換熱器8之間的管道。一種太陽(yáng)能與土壤源聯(lián)合供能的雙熱源熱泵及跨季節(jié)蓄能系統(tǒng),還包括設(shè)在集熱水箱3中的盤管23，盤管23的出水口依次連接熱水控制閥24、熱水泵25后接入生活用水管。地埋管換熱器15通過多個(gè)地埋管串聯(lián)或并聯(lián)組成。在地埋管換熱器15的掩埋土壤上部鋪設(shè)或覆蓋有保溫材料26。地埋管采用u型pe換熱管。太陽(yáng)能集熱器1為管板式平板集熱器。所述第一換熱器8、第二換熱器10、第三換熱器19采用管式換熱器換板式換熱器。

工作原理：

在夏季時(shí)，熱泵工作流程為，太陽(yáng)能集熱器1用來供應(yīng)地埋管的儲(chǔ)熱和生活熱水，第一控制閥5及第三控制閥18關(guān)閉，將集熱水箱3中的水通過地源側(cè)水泵泵入地埋管，使熱量?jī)?chǔ)存于土壤中。集熱水箱3中的盤管23也可與自來水換熱，以供應(yīng)生活熱水的需求。建筑制冷的需求通過通過四通換向閥9的切換a與d相連通，b與c相連通使得工質(zhì)在第二換熱器10制冷劑側(cè)吸熱蒸發(fā)，第一換熱器8制冷劑側(cè)散熱冷凝，通過冷卻水循環(huán)控制閥21的開啟，風(fēng)冷式冷卻塔20將熱量從第一換熱器8帶走，從而使系統(tǒng)達(dá)到制冷的效果。

在冬季供暖時(shí)，本發(fā)明有有四種運(yùn)行模式：

1、當(dāng)太陽(yáng)能充足時(shí)，可直接用太陽(yáng)能集熱器1提供的熱量來供應(yīng)生活熱水和熱泵對(duì)熱量需求，且多余的熱量可以通過開啟地源側(cè)控制閥16來將多余的熱量?jī)?chǔ)存于土壤中；

2、當(dāng)太陽(yáng)能集熱器1所提供的熱水溫度合適但水量不滿足時(shí)，關(guān)閉地源側(cè)地源側(cè)控制閥16，打開第三控制閥18，啟動(dòng)土壤源熱泵補(bǔ)充熱量供暖，；

3、當(dāng)太陽(yáng)能不能提供任何熱量時(shí)，關(guān)閉第一控制閥5、地源側(cè)控制閥16，地源熱泵單一熱源進(jìn)行供暖；

4、當(dāng)太陽(yáng)能集熱器1所提供的熱水溫度太低不適合直接供暖時(shí)，太陽(yáng)能集熱器1和土壤都作為熱泵的熱源來供暖。

冬季供暖熱泵轉(zhuǎn)換的流程為：供暖熱泵采用雙熱源熱泵機(jī)組，此時(shí)關(guān)閉地源側(cè)控制閥16開啟第一控制閥5和第二控制閥6，四通換向閥9的a與b相連通，c與d相連通，用能側(cè)換熱器作為獨(dú)立的冷凝器，第一換熱器8作為高溫蒸發(fā)器，第三換熱器19作為低溫蒸發(fā)器，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)連接于第一換熱器8高溫?fù)Q熱器側(cè)，地埋管系統(tǒng)連接于第三換熱器19低溫?fù)Q熱器側(cè)，兩熱源系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行。具體運(yùn)行控制策略為：

1、當(dāng)集熱水箱3溫度大于32℃且水量充足時(shí)，關(guān)閉地源側(cè)控制閥16，選用太陽(yáng)能供暖模式，富余熱水可通過開啟地源側(cè)控制閥16，將熱水熱量泵入地埋管；

2、當(dāng)水箱溫度大于15℃而小于32℃時(shí)，關(guān)閉地源側(cè)控制閥16，開啟第三控制閥18，兩熱源并聯(lián)同時(shí)供熱，并聯(lián)運(yùn)行；

3、當(dāng)集熱水箱3溫度小于15℃時(shí)，關(guān)閉第一控制閥5、第二控制閥6和地源側(cè)控制閥16，開啟第三控制閥18，由地埋管系統(tǒng)提供熱能，第三換熱器19單一供應(yīng)熱量。

上列詳細(xì)說明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。