CN106440397A - 一种季节性地下复合蓄热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种季节性地下复合蓄热系统,该系统将热水蓄热方式和地埋管蓄热方式相结合,组成两种蓄热方式相耦合的季节性地下复合蓄热系统,解决了传统季节性地下蓄热系统热量损失大、初投资成本高、系统效率低下等问题。本发明季节性地下复合蓄热系统具有多种蓄热方式互为补充、互为协调、互为备用、蓄热方式灵活多变、系统效率高、换热效果好等优点,且可以最大限度的节约占地面积,降低建造成本,扩大季节性地下蓄热的地域适用范围。

Description

一种季节性地下复合蓄热系统
技术领域
[0001] 本发明涉及蓄热技术领域,尤其涉及一种季节性地下复合蓄热系统。
背景技术
[0002] 在我国建筑能耗构成中,暖通空调能耗约占总能耗的60%,这部分能源消费结构仍以化石能源为主,加重了我国的大气污染程度。目前,我国已成为世界上大气污染最严重的国家之一,据测算,我国因为空气污染导致呼吸系统疾病发病率的百分比在30%以上,北方城市冬季由于燃煤导致的空气污染指数是世界卫生组织推荐的最高标准的2-5倍。因此,在建筑行业,可再生能源尤其是太阳能、地热能等已被我国政府高度关注并广泛应用。然而,我国北方暖通空调供需存在显著的季节性特点,夏季太阳能和余热资源丰富,但往往不能被有效利用,冬季则相反,太阳能和余热资源匮乏,难以满足人们对热能的大量需求。因此,当太阳能等可再生能源和余热资源直接利用受到限制时,具有长期蓄能特点的季节性蓄热技术则具有广阔的应用前景。季节性蓄热技术可以将太阳能、工业余热等热量由夏季或过渡季向冬季转移,克服了短期蓄热不稳定的缺点,扩大了可再生能源利用的深度与广度,提高了可再生能源利用率。
[0003] 地球作为一个庞大的蓄能体,具有实现能量大规模长期存储的潜力。地下季节性蓄热系统主要分为以下几种形式:含水层蓄热、地埋管蓄热、热水蓄热和砾石-水蓄热四种蓄热方式,其中,含水层蓄热对地理条件要求高,存在回灌难题和破坏地下水质危险;砾石-水蓄热方式因热容小、占用体积大和成本较高等缺点没有得到广泛应用。事实上,虽然热水蓄热具有单位体积热容量大、流动性好和存释热量快捷等优点,但其初投资大,散热损失大、水箱保温、成本高是限制其大范围应用的难点;地埋管蓄热方式采用土壤作蓄热体,相对于含水层蓄热,其不存在回灌难题,不破坏地下水质,因此被认为是季节性蓄热最有发展前途的蓄热方式之一。然而,土壤导热系数低、蓄热速率慢,当负荷较大时需要较大的换热和占地面积等问题也一直制约着其快速发展。
发明内容
[0004] 针对上述问题,本发明提供了一种季节性地下复合蓄热系统。该系统将热水蓄热方式和地埋管蓄热方式相结合,组成两种蓄热方式相耦合的季节性地下复合蓄热系统,具有多种蓄热方式互为补充、互为协调、互为备用、蓄热方式灵活多变、系统效率高、换热效果好等优点,且可以最大限度的节约占地面积,降低建造成本,扩大季节性地下蓄热的地域适用范围。
[0005] 为达到上述目的,本发明的技术解决方案是:
[0006] —种季节性地下复合蓄热系统,包括热源单元、储热单元和释热单元,其特征在于,
[0007] 一所述热源单元包括集热器和热交换器,所述太阳能集热器通过管路与所述热交换器的热侧通路形成回路;
[0008] 所述集热器用以收集太阳能热、和/或工业余热和废热;
[0009]—所述储热单元包括地埋管换热器和地下储热水箱,其中,所述地埋管换热器和地下储热水箱的进口均通过一三通换向阀I与所述热交换器的冷侧通路的出口连通,所述地埋管换热器和地下储热水箱的出口均通过一三通换向阀π与所述热交换器的冷侧通路的进口连通;
[0010] 所述三通换向阀I包括端口 a、端口 b和端口 c,所述三通换向阀Π包括端口 d、端口 e和端口f,其中,所述地埋管换热器和地下储热水箱的进口均与三通换向阀I的端口b连通,所述热交换器的冷侧通路的出口与三通换向阀I的端口 a连通,所述地埋管换热器和地下储热水箱的出口均与三通换向阀Π的端口 e连通,所述热交换器的冷侧通路的进口与三通换向阀Π的端口d连通;
[0011]-所述释热单元包括用热部件,所述用热部件的供水口与所述三通换向阀Π的端口 f连通,所述用热部件的回水口与所述三通换向阀I的端口 c连通;
[0012] —所述季节性地下复合蓄热系统储热过程在春季、夏季或秋季启用;释热过程在用热高峰的冬季启用。
[0013] 优选地,所述热交换器为一水箱及浸没于于所述水箱中的换热盘管I和换热盘管Π,其中,所述集热器的出口与换热盘管I的进口相连接,换热盘管I的出口与集热器的进口相连通。
[0014] 优选地,所述换热盘管I的出口通过水栗与集热器的进口相连接。
[0015] 优选地,所述热交换器的冷侧通路的进口与三通换向阀Π的端口 d之间的管路上设置有水栗连通。
[0016] 优选地,所述储热单元包括地埋管换热器1、地埋管换热器Π和地下储热水箱,所述地下储热水箱中设置有换热盘管m,所述地埋管换热器I和地埋管换热器π设置于地下土壤中,其中,地埋管换热器I的进口、地下储热水箱中换热盘管m的进口、地埋管换热器π的进口分别通过阀门1、阀门π、阀门m与三通换向阀I的端口 b相连接,地埋管换热器I的出口、地下储热水箱中换热盘管m的出口、地埋管换热器π的出口与三通换向阀π的端口 e相连接。
[0017] 优选地,所述用热部件包括一热栗和一散热器,所述热栗的吸热侧进水口与所述三通换向阀Π的端口f相连接,所述热栗的吸热侧回水口与所述三通换向阀I的端口c相连接,所述热栗的放热侧与所述散热器构成循环回路;或,所述用热部件包括一散热器,所述散热器进水口与所述三通换向阀Π的端口 f相连接,所述散热器回水口与所述三通换向阀I的端口 c相连接。
[0018] 优选地,所述用热部件包括一生活热水水箱及置于所述生活热水水箱中的换热盘管IV,所述换热盘管IV的进水口与所述三通换向阀的端口 f相连接,所述换热盘管IV的回水口与所述三通换向阀I的端口 c相连接。
[0019] 优选地,三通换向阀Π的端口f与所述用热部件的进水口之间的管路上设置有控制阀门。
[0020] 优选地,三通换向阀I的端口 c与所述用热部件的回水口之间的管路上设置有回水栗O
[0021] 优选地,所述地下储热水箱四周布置地埋管换热器,起到热屏的作用,抑制地下储热水箱热量向周围土壤扩散。
[0022] 优选地,所述地下储热水箱可以不采取保温措施,或可以大幅度减少地下储热水箱保温层厚度。
[0023] 优选地,所述地下储热水箱加热了埋管换热器周围的土壤,增强了埋管换热器的取热能力。
[0024] 优选地,所述地埋管换热器和所述地下储热水箱形成地下复合蓄热系统,两种蓄热方式互为补充、互为协调、互为备用。
[0025] 优选地,所述地埋管换热器和地下储热水箱进口设置有阀门,可调节地埋管换热器和地下储热水箱间的负荷协调配置模式,以及储热、释热运行模式。
[0026] 优选地,所述地下复合蓄热系统储热时,三通换向阀I的端口 a与端口 b连通,三通换向阀Π的端口 d与端口 e连通,端口a与端口 c关闭,端口 e与端口 f关闭;所述三通换向阀的端口 b、端口 e与地埋管换热器和地下储热水箱的进口之间的阀门打开;所述水箱中的热量被换热盘管吸收后进入到所述地下储热水箱和地下土壤中储存。
[0027] 优选地,所述地下复合蓄热系统释热时,三通换向阀的端口 a与端口 b关闭,端口 d与端口 e关闭,端口 c与端口b连通,端口 e与端口f连通;所述三通换向阀的端口b、端口 e与地埋管换热器和地下储热水箱的进口之间的阀门打开;所述地下储热水箱和地下土壤中的热量在水栗的驱动下经过热栗和生活热水水箱提供给建筑物。
[0028] 优选地,所述蓄存单元温度较高,可以直接满足供暖需求时,直接进入散热器进行散热。
[0029] 本发明的季节性地下复合蓄热系统,其相对于现有技术的优点在于:将热水蓄热方式和地埋管蓄热方式相结合,组成两种蓄热方式相耦合的季节性地下复合蓄热系统,解决了传统季节性地下蓄热系统热量损失大、初投资成本高、系统效率低下等问题,具有多种蓄热方式互为补充、互为协调、互为备用、蓄热方式灵活多变、系统效率高、换热效果好等优点,且可以最大限度的节约占地面积,降低建造成本,扩大季节性地下蓄热的地域适用范围。
附图说明
[0030]图1为本发明的季节性地下复合蓄热系统实施例1的结构示意图。
[0031]图2为本发明的季节性地下复合蓄热系统实施例2的结构示意图。
具体实施方式
[0032] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述,以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围,任何本技术领域的技术人员所想到的变化或替代,都涵盖在本发明的保护范围之内。
[0033] 实施例1
[0034]如图1所示,本发明的一种季节性地下复合蓄热系统,其包括:太阳能1、太阳能集热器2、水箱3、地埋管换热器4和6、地下储热水箱5、热栗7、散热器8、生活热水水箱9、喷头10、换热盘管11、12、13和14、三通换向阀15和16、水栗17、18、19和47、阀门20、21、22、23、24、25和26、管线27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43和44、建筑物45、地下土壤46。
[0035]具体的,本发明的季节性地下复合蓄热系统包括太阳能1、太阳能集热器2、水箱3、换热盘管11和水栗17,其中,太阳能集热器2的A出口与水箱3中换热盘管11的进口相连,换热盘管11的出口通过水栗17与太阳能集热器B进口相连。
[0036] 水栗18的出口与换热盘管12的进口相连,换热盘管12的出口与三通换向阀15的端口 a相连,三通换向阀15的端口 b通过阀门20、21、22分别与地埋管换热器4的进口 C、地下储热水箱5中换热盘管13的进口 E、地埋管换热器6的进口 H相连,地埋管换热器4的出口 D、地下储热水箱5中换热盘管13的出口F、地埋管换热器6的出口G与三通换向阀16的端口e相连,三通换向阀16的端口 d与水栗18的进口相连接。三通换向阀16的端口 f分别通过阀门23和25与热栗7和生活热水水箱9相连接,生活热水水箱9通过阀门26与喷头10相连接,散热器8通过阀门24和水栗47与热栗7相连接,三通换向阀15的端口 c通过水栗19与生活热水水箱9中换热盘管14的出口和热栗7相连接。
[0037] 春、夏或秋季储热时,水栗18、阀门20、21、22开启,三通换向阀15的端口 a、端口 b和三通换向阀16的端口 d、端口 e处于通路状态。此时,水栗18驱动将低温流体介质送入水箱3中的换热盘管12,吸收水箱3中的热量后高温流体介质经管线29、三通换向阀15的端口 a、端口b、管线30、阀门20、21、22和管线31、32、33进入地埋管换热器4、6以及地下储热水箱5,将热量储存在地下储热水箱5和地下土壤46中,从地埋管换热器4、6以及地下储热水箱5出来的低温流体介质流经管线34、35、36、37、三通换向阀16的端口 e、端口 d和管线44后进入水栗18再次循环。
[0038] 冬季释热时,水栗19和47,阀门20、21、22、23、24、25开启,三通换向阀15的端口 c、b和三通换向阀16的端口 e、f处于通路状态。此时,水栗19驱动低温流体介质流经三通换向阀15的端口 c、端口 b、阀门20、21、22和管线31、32、33,吸收地下储热水箱5和地下土壤46中的热量后,经管线34、35和36、三通换向阀16的端口e、端口f、以及阀门23、25后进入热栗7和生活热水水箱9中,经过换热后的低温流体介质分别流经管线43和38后进入水栗19。生活热水水箱9中的高温流体介质流经管线42、阀门26后进入喷头10,从热栗出来的高温流体介质流经阀门24后进入散热器8,换热后的低温流体介质经水栗47和管线40重新进入热栗7循环。
[0039] 实施例2
[0040]如图2所示,本发明的实施例2其主体结构与实施例1相同,去掉了热栗7、阀门23、水栗47和管线40。其中,释热时,当流经地埋管换热器4、6以及地下储热水箱5后的流体介质温度较高,可以直接满足供暖需求时,让其通过阀门24直接进入散热器8,换热后的低温流体介质经管线38、水栗19、三通换向阀15的端口 c、b、阀门20、21、22以及管线31、32和33后进入地埋管换热器4、6以及地下储热水箱5中继续取热。
[0041]以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是,以上所述仅为本发明的较佳实施方式,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种季节性地下复合蓄热系统,包括热源单元、储热单元和释热单元,其特征在于, --所述热源单元包括集热器和热交换器,所述太阳能集热器通过管路与所述热交换器的热侧通路形成回路; 所述集热器用以收集太阳能热、和/或工业余热和废热; --所述储热单元包括地埋管换热器和地下储热水箱,其中,所述地埋管换热器和地下储热水箱的进口均通过一三通换向阀I与所述热交换器的冷侧通路的出口连通,所述地埋管换热器和地下储热水箱的出口均通过一三通换向阀Π与所述热交换器的冷侧通路的进口连通; 所述三通换向阀I包括端口 a、端口 b和端口 c,所述三通换向阀Π包括端口 d、端口 e和端口f,其中,所述地埋管换热器和地下储热水箱的进口均与三通换向阀I的端口b连通,所述热交换器的冷侧通路的出口与三通换向阀I的端口 a连通,所述地埋管换热器和地下储热水箱的出口均与三通换向阀Π的端口 e连通,所述热交换器的冷侧通路的进口与三通换向阀Π的端口 d连通; --所述释热单元包括用热部件,所述用热部件的供水口与所述三通换向阀Π的端口 f连通,所述用热部件的回水口与所述三通换向阀I的端口 c连通; -所述季节性地下复合蓄热系统储热过程在春季、夏季或秋季启用;释热过程在用热高峰的冬季启用。
2.根据权利要求1所述的季节性地下复合蓄热系统,其特征在于:所述地埋管换热器和地下储热水箱进口设置有阀门,可调节地埋管换热器和地下储热水箱间的负荷协调配置模式,以及储热、释热运行模式。
3.根据权利要求2所述的季节性地下复合蓄热系统,其特征在于:所述地下复合蓄热系统储热时,三通换向阀I和三通换向阀Π中的端口 a与端口 b连通,端口 d与端口 e连通,端口 a与端口 c关闭,端口 e与端口 f关闭;所述三通换向阀的端口b、端口 e与地埋管换热器和地下储热水箱的进口之间的阀门打开。
4.根据权利要求2所述的季节性地下复合蓄热系统,其特征在于:所述地下复合蓄热系统释热时,三通换向阀I和三通换向阀Π中的端口 a与端口 b关闭,端口 d与端口 e关闭,端口 c与端口 b连通,端口 e与端口 f连通,端口 b、端口 e与地埋管换热器和地下储热水箱的进口之间的阀门打开。
5.根据权利要求1所述的季节性地下复合蓄热系统,其特征在于:所述热交换器为一水箱及浸没于于所述水箱中的换热盘管I和换热盘管Π,其中,所述集热器的出口与换热盘管I的进口相连接,换热盘管I的出口与集热器的进口相连通。
6.根据权利要求1所述的季节性地下复合蓄热系统,其特征在于:所述换热盘管I的出口通过水栗与集热器的进口相连接。
7.根据权利要求1所述的季节性地下复合蓄热系统,其特征在于:所述地埋管换热器布置在所述地下储热水箱的四周,以抑制所述地下储热水箱热量向周围土壤扩散,起到热屏的作用。
8.根据权利要求7所述的季节性地下复合蓄热系统,其特征在于:所述地下储热水箱可以不采取保温措施,或可以大幅度减少地下储热水箱保温层厚度。
9.根据权利要求7所述的季节性地下复合蓄热系统,其特征在于:所述地下储热水箱加热了所述地埋管换热器周围的土壤,增强了地埋管换热器的取热能力。
10.根据权利要求1所述的季节性地下复合蓄热系统,其特征在于:所述地埋管换热器和所述地下储热水箱形成地下复合蓄热系统,两种蓄热方式互为补充、互为协调、互为备用。
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