一种清洁能源供热系统 |
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| 申请号 | CN201710741224.1 | 申请日 | 2017-08-25 | 公开(公告)号 | CN107490041A | 公开(公告)日 | 2017-12-19 |
| 申请人 | 河北建筑工程学院; | 发明人 | 师涌江; 王倩; 孔婵; 李双燕; 田亚男; | ||||
| 摘要 | 本 发明 适用于供热技术领域，提供了一种清洁 能源 供热系统，该系统中 太阳能 集热器与蓄热 水 箱连接，蓄热水箱与换热器连接，换热器居中与地埋管系统和 土壤 源 热 泵 机组分别连接，土壤源热泵机组与采暖单元连接。该系统土壤源热泵机组只在冬季运行，太阳能作为辅助热源，不直接参与供热，在春夏秋冬四季向地下土壤补热，在保证冬天土壤源热泵机组从地下吸收热量的同时又维持了地下土壤 温度 场温度的平衡。本发明优越处在于克服了土壤源热泵造成的地下温度场 不平衡 问题和太阳能不能连续稳定的提供 能量 问题，使得太阳能能够合理利用，保证土壤地下温度场的温度平衡，保持系统长期稳定运行。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种清洁能源供热系统，其特征在于，包括：太阳能集热器、蓄热水箱、第一循环水泵、第二循环水泵、第三循环水泵、第四循环水泵、换热器、土壤源热泵机组、采暖单元、地源侧分水器、地下埋管换热器和地源侧集水器；所述太阳能集热器的一端与蓄热水箱第一端连接，蓄热水箱的第二端与第一循环水泵的一端连接，第一循环水泵的另一端与太阳能集热器的另一端连接，所述蓄热水箱的第三端与第二循环水泵的一端连接，第二循环水泵的另一端与换热器的第一端连接，换热器的第二端与蓄热水箱的第四端连接，所述换热器的第三端与地源侧分水器的一端连接，换热器的第四端与土壤源热泵机组第一端连接；所述地源侧分水器的另一端与地下埋管换热器的一端连接，地下埋管换热器的另一端与地源侧集水器的一端连接，地源侧集水器的另一端与第四循环水泵的一端连接，第四循环水泵的另一端与土壤源热泵机组第二端连接；所述土壤源热泵机组第三端与第三循环水泵的一端连接，第三循环水泵的另一端与采暖单元的一端连接，采暖单元的另一端与土壤源热泵机组第四端连接。 |
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| 说明书全文 | 一种清洁能源供热系统技术领域[0001] 本发明属于供热技术领域，具体涉及一种清洁能源供热系统。 背景技术[0002] 土壤源热泵是一种以土壤作为低温热源的空调技术，但会受到土壤性质的限制，土壤导热系数小会导致工质和土壤间的换热强度减小。利用土壤源热泵供热长时间使用会导致土壤温度逐年下降，造成土壤温度场温度不平衡的问题，最终将导致系统不能正常运行。 [0003] 太阳能是一种非常清洁的能源，是现今世界上可以开发利用的最大能源，免费、安全、无需开发和运输、对环境无任何污染。虽然太阳能具有诸多优势，但太阳辐射能的能流密度低，到达地球表面的太阳能辐射功率很小；太阳能受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等条件的限制，以及晴、阴、雨、云等因素的影响，不能连续、稳定的提供建筑所需能量。这给太阳能的大规模应用增加了难度。 发明内容[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种清洁能源供热系统，将太阳能与土壤源热泵耦合。该系统利用土壤源热泵供热，太阳能作为辅助热源向地下补充热量，保持了土壤温度场温度的平衡，有利于系统长期稳定运行。 [0005] 为实现上述目的，本发明的技术方案是，提供一种清洁能源供热系统，包括：太阳能集热器、蓄热水箱、第一循环水泵、第二循环水泵、第三循环水泵、第四循环水泵、换热器、土壤源热泵机组、采暖单元、地源侧分水器、地下埋管换热器和地源侧集水器；所述太阳能集热器的一端与蓄热水箱第一端连接，蓄热水箱的第二端与第一循环水泵的一端连接，第一循环水泵的另一端与太阳能集热器的另一端连接，所述蓄热水箱的第三端与第二循环水泵的一端连接，第二循环水泵的另一端与换热器的第一端连接，换热器的第二端与蓄热水箱的第四端连接，所述换热器的第三端与地源侧分水器的一端连接，换热器的第四端与土壤源热泵机组第一端连接；所述地源侧分水器的另一端与地下埋管换热器的一端连接，地下埋管换热器的另一端与地源侧集水器的一端连接，地源侧集水器的另一端与第四循环水泵的一端连接，第四循环水泵的另一端与土壤源热泵机组第二端连接；所述土壤源热泵机组第三端与第三循环水泵的一端连接，第三循环水泵的另一端与采暖单元的一端连接，采暖单元的另一端与土壤源热泵机组第四端连接。 [0006] 进一步地，所述清洁能源供热系统还包括第一阀门和第二阀门，所述第一阀门的一端与换热器的第三端连接，所述第一阀门的另一端与地源侧分水器的一端连接，所述第二阀门的一端与换热器的第四端连接，所述第二阀门的另一端与土壤源热泵机组第一端连接。 [0007] 进一步地，所述清洁能源供热系统还包括第三阀门，所述第一阀门的另一端分别与地源侧分水器的一端和第三阀门的一端连接，所述第二阀门的另一端分别与土壤源热泵机组第一端和第三阀门的另一端连接。 [0008] 进一步地，所述清洁能源供热系统还包括第四阀门，所述土壤源热泵机组的第一端分别与第二阀门的另一端和第四阀门的一端连接，所述土壤源热泵机组的第二端分别与第四循环水泵的一端和第四阀门的另一端连接。 [0009] 进一步地，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门均为电动阀。 [0010] 进一步地，所述第一循环水泵、第二循环水泵、第三循环水泵和第四循环水泵均为流速可控的可调式水泵。 [0011] 进一步地，所述蓄热水箱为开放式水箱。 [0012] 进一步地，所述土壤源热泵机组为高温型热泵机组。 [0013] 进一步地，所述采暖单元包括散热器、地板辐射单元。 [0014] 进一步地，所述地下埋管换热器为竖直埋管换热器，水平连接采用同程式。 [0015] 与现有技术相比，本发明利用太阳能作辅助热源土壤源热泵供暖时，有利于均衡取热量，保证土壤温度场得到恢复，克服土壤源热泵造成的土壤温度场温度不平衡问题，有利于系统长期稳定运行。同时太阳能集热器作为辅助热源，可使机组的蒸发温度得到提高，从而降低热泵压缩耗电量，节约运行费用。附图说明 [0016] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0017] 图1是本发明一个实施例提供的清洁能源供热系统的结构示意图；图2是本发明另一个实施例提供的清洁能源供热系统的结构示意图； 图3是本发明实施例提供的清洁能源供热系统春夏秋季工作示意图； 图4是本发明实施例提供的清洁能源供热系统冬季晴朗天气工作示意图； 图5是本发明实施例提供的清洁能源供热系统冬季阴雪天气工作示意图。 [0018] 图中：1、太阳能集热器；2、第一循环水泵；3、蓄热水箱；4、第二循环水泵； 5、换热器；6、土壤源热泵机组；7、第三循环水泵；8、采暖单元；9、第四循环水泵；10、地源侧分水器；11、地源侧集水器；12、地下埋管换热器；13、控制器；F1、第一阀门；F2、第二阀门；F3、第三阀门；F4、第四阀门。 具体实施方式[0019] 为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0020] 请参阅图 1 所示，本发明一个实施例提供的清洁能源供热系统的结构示意图，包括太阳能集热器1、蓄热水箱3、第一循环水泵2、第二循环水泵4、第三循环水泵7、第四循环水泵9、换热器5、土壤源热泵机组6、采暖单元8、地源侧分水器10、地下埋管换热器12和地源侧集水器11；所述太阳能集热器1的一端与蓄热水箱3第一端连接，蓄热水箱3的第二端与第一循环水泵2的一端连接，第一循环水泵2的另一端与太阳能集热器1的另一端连接，所述蓄热水箱3的第三端与第二循环水泵4的一端连接，第二循环水泵4的另一端与换热器5的第一端连接，换热器5的第二端与蓄热水箱3的第四端连接，所述换热器5的第三端与地源侧分水器10的一端连接，换热器5的第四端与土壤源热泵机组6第一端连接；所述地源侧分水器10的另一端与地下埋管换热器12的一端连接，地下埋管换热器12的另一端与地源侧集水器11的一端连接，地源侧集水器11的另一端与第四循环水泵9的一端连接，第四循环水泵9的另一端与土壤源热泵机组6第二端连接；所述土壤源热泵机组6第三端与第三循环水泵7的一端连接，第三循环水泵7的另一端与采暖单元8的一端连接，采暖单元8的另一端与土壤源热泵机组6第四端连接。 [0021] 本发明提供的清洁能源供热系统，利用太阳能作辅助热源土壤源热泵供暖时，有利于均衡取热量，保证土壤温度场得到恢复，克服土壤源热泵造成的土壤温度场温度不平衡问题，有利于系统长期稳定运行。同时太阳能集热器作为辅助热源，可使机组的蒸发温度得到提高，从而降低热泵压缩耗电量，节约运行费用。 [0022] 进一步地，上述清洁能源供热系统还包括第一阀门F1和第二阀门F2，所述第一阀门F1的一端与换热器5的第三端连接，所述第一阀门F1的另一端与地源侧分水器10的一端连接，所述第二阀门F2的一端与换热器5的第四端连接，所述第二阀门F2的另一端与土壤源热泵机组6第一端连接。 [0023] 进一步地，上述清洁能源供热系统还包括第三阀门F3，所述第一阀门F1的另一端分别与地源侧分水器的一端10和第三阀门F3的一端连接，所述第二阀门F2的另一端分别与土壤源热泵机组6第一端和第三阀门F3的另一端连接。 [0024] 进一步地，上述清洁能源供热系统还包括第四阀门F4，所述土壤源热泵机组6的第一端分别与第二阀门F2的另一端和第四阀门F4的一端连接，所述土壤源热泵机组6的第二端分别与第四循环水泵9的一端和第四阀门F4的另一端连接。 [0025] 进一步地，请参阅图2，图2是本发明另一个实施例提供的清洁能源供热系统的结构示意图,包括：太阳能集热器1、蓄热水箱3、第一循环水泵2、第二循环水泵4、第三循环水泵7、第四循环水泵9、换热器5、土壤源热泵机组6、采暖单元8、地源侧分水器10、地下埋管换热器12、地源侧集水器11、控制器13、第一阀门F1、第二阀门F2、第三阀门F3和第四阀门F4；所述太阳能集热器1的一端与蓄热水箱3第一端连接，所述蓄热水箱3的第二端与第一循环水泵2的一端连接，所述第一循环水泵2的另一端与太阳能集热器1的另一端连接，所述蓄热水箱3的第三端与第二循环水泵4的一端连接，所述第二循环水泵4的另一端与换热器5的第一端连接，所述换热器5的第二端与蓄热水箱3的第四端连接，所述换热器5的第三端与第一阀门F1的一端连接，所述换热器5的第四端与第二阀门F2的一端连接，所述第一阀门F1的另一端与地源侧分水器10和第三阀门F3的一端连接；所述地源侧分水器10的另一端与地下埋管换热器12的一端连接，所述地下埋管换热器12的另一端与地源侧集水器11的一端连接，所述地源侧集水器11的另一端与第四循环水泵9的一端连接，所述第四循环水泵9的另一端连接与土壤源热泵机组6第二端和第四阀门F4的一端连接，所述土壤源热泵机组6第一端与第二阀门F2的另一端、第三阀门F3的另一端和第四阀门F4的另一端连接，所述土壤源热泵机组6第三端与第三循环水泵7的一端连接，所述第三循环水泵7的另一端与采暖单元8的一端连接，采暖单元8的另一端与土壤源热泵机组6第四端连接。 [0026] 进一步地，所述第一阀门F1、第二阀门F2、第三阀门F3、第四阀门F4均为电动阀。 [0027] 进一步地，所述第一循环水泵2、第二循环水泵4、第三循环水泵7、第四循环水泵9均为流速可控的可调式水泵。 [0028] 进一步地，所述蓄热水箱3为开放式水箱。 [0029] 进一步地，所述土壤源热泵机组6为高温型热泵机组。 [0030] 进一步地，所述采暖单元8为散热器或地板辐射单元。 [0031] 进一步地，所述地下埋管换热器12为竖直埋管换热器，水平连接采用同程式。 [0032] 进一步地，上述清洁能源供热系统还包括控制器13，所述控制器13连接在所述用户单元8，通过电信号控制所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第一循环水泵、第二循环水泵、第三循环水泵和第四循环水泵。 [0033] 进一步地，作为本发明提供的清洁能源供热系统的一种具体实施方法，工作原理如下：土壤源热泵机组只在冬季运行，太阳能作为辅助热源，不直接参与供热，在春夏秋冬四季向地下土壤补热，在保证冬天土壤源热泵机组从地下吸收热量的同时又维持了地下土壤温度场温度的平衡。 [0034] 进一步地，图3是本发明实施例提供的清洁能源供热系统春夏秋季工作示意图，依照图2本发明另一个实施例提供的清洁能源供热系统的结构示意图，上述清洁能源供热系统在春夏秋三季时，土壤源热泵机组停止运行，第一阀门F1、第二阀门F2、第四阀门F4开启，第三阀门F3关闭；地源侧分水器10、地下埋管换热器12、地源侧集水器11、第三循环水泵9、第四阀门F4、第二阀门F2、换热器5、第一阀门F1通过连接管路形成串联回路。太阳能集热系统连续向地下补充热量。 [0035] 进一步地，图4是本发明实施例提供的清洁能源供热系统冬季晴朗天气工作示意图，依照图2本发明另一个实施例提供的清洁能源供热系统的结构示意图，上述清洁能源供热系统在冬季晴朗天气采暖时第四阀门F4关闭，天气晴朗时，第一阀门F1、第二阀门F2开启，第三阀门F3关闭；地源侧分水器10、地下埋管换热器12、地源侧集水器11、第三循环水泵9、土壤源热机组6、第二阀门F2、换热器5、第一阀门F1通过连接管路形成串联回路。太阳能集热系统辅助向地下补充热量；地下土壤源热泵机向采暖单元供热。 [0036] 进一步地，图5是本发明实施例提供的清洁能源供热系统冬季阴雪天气工作示意图，依照图2本发明另一个实施例提供的清洁能源供热系统的结构示意图，上述清洁能源供热系统在冬季阴雪天气采暖时第四阀门F4关闭，阴雪天气时，第一阀门F1、第二阀门F2关闭，第三阀门F3开启，地源侧分水器10、地下埋管换热器12、地源侧集水器11、第三循环水泵9、土壤源热机组6、第三阀门F3通过连接管路形成串联回路。太阳能集热系统被隔断，防止地热逆流向外界耗散；地下土壤源热泵机独自向采暖单元供热。 |
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