CN107131544A - 一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统 - Google Patents

一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，包括太阳能集热系统、地源热泵系统和控制系统，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器﹑保温水箱﹑集热循环水泵、板式换热器和换热循环水泵；所述地源热泵系统包括地源热泵机组﹑地埋管系统﹑地源侧循环水泵、末端设备和供热循环水泵；所述控制系统包括第一～第九电动阀和温感器。本发明的太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，利用太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行为末端设备供暖，以地源热泵机组为主，太阳能集热系统为辅，优先使用太阳能集热系统供热，提高太阳能的利用率，减低能源消耗。

Description

一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统。
背景技术
地源热泵系统在运行过程中能源消耗大，土壤源温度恢复慢，造成机组COP低的问题。太阳能集热系统存在能流密度低，具有间歇性和不可靠性，而地源热泵系统也本身存在技术性的局限性，通过耦合控制将两者结合起来，可以提高资源利用率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，利用太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行为末端设备供暖，以地源热泵机组为主，太阳能集热系统为辅，优先使用太阳能集热系统供热，提高太阳能的利用率，减低能源消耗。
实现上述目的的技术方案是：一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，包括太阳能集热系统、地源热泵系统和控制系统，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器﹑保温水箱﹑集热循环水泵、板式换热器和换热循环水泵；所述地源热泵系统包括地源热泵机组﹑地埋管系统﹑地源侧循环水泵、末端设备和供热循环水泵；所述控制系统包括第一～第九电动阀和温感器，其中：
所述太阳能集热器通过管道与所述保温水箱循环连通，所述集热循环水泵设置在所述太阳能集热器和保温水箱之间的管道上；
所述板式换热器的第一进口通过第一换热管道与所述保温水箱连通，第一出口通过第二换热管道与所述保温水箱连通，第二进口通过第三换热管道与所述末端设备的出口连通，第二出口通过第四换热管道与所述末端设备的进口连通；
所述换热循环水泵设置在所述第二换热管道上；
所述供热循环水泵设置在所述第三换热管道上；
所述地埋管系统的进口通过地源侧供水管与所述地源热泵机组相连，出口通过地源侧回水管与所述地源热泵机组相连，所述地源侧循环水泵设置在所述地源侧回水管上；
所述地源侧供水管通过第一旁通管与所述第四换热管道连通，所述地源侧回水管通过第二旁通管与所述第三换热管道连通；
所述地源热泵机组的一端分别通过第三旁通管和第四旁通管一一对应地与所述第四换热管道和所述第三换热管道连通，所述地源热泵机组的另一端通过第五旁通管与所述第四换热管道连通；
所述第一电动阀和温感器分别设置在所述第一换热管道上；
所述第二电动阀设置在所述第二换热管道上，且位于所述换热循环水泵和保温水箱之间；
所述第三电动阀设置在所述第一旁通管上；
所述第四电动阀设置在所述第二旁通管上；
所述第五电动阀设置在所述第三旁通管上；
所述第六电动阀设置在所述第四旁通管上；
所述第七电动阀设置在所述第五旁通管上；
所述第八电动阀设置在所述第三换热管道上，且位于所述供热循环水泵和板式换热器之间；
所述第九电动阀设置在所述第四换热管道上；
所述第一～第九电动阀分别与所述温感器电连接。
上述的一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，其中，所述第一旁通管与第四换热管道的连接端位于所述第九电动阀和板式换热器之间；
所述第三旁通管与第四换热管道的连接端位于所述第一旁通管与第四换热管道的连接端和所述第九电动阀之间；
所述第五旁通管与第四换热管道的连接端位于所述第九电动阀和所述末端设备之间；
所述第二旁通管与第三换热管道的连接端位于所述第八电动阀和板式换热器之间，所述第二旁通管与地源侧回水管的连接端位于所述地源侧循环水泵和地源热泵机组之间；
所述第四旁通管与第三换热管道的连接端位于所述第八电动阀和供热循环水泵之间。
上述的一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，其中，当所述温感器感应到太阳能集系统中的热水温度大于50°时，所述温感器发出信号到所述第一～第九电动阀，所述第一电动阀﹑第二电动阀﹑第八电动阀和第九电动阀同时打开，所述第三电动阀﹑第四电动阀﹑第五电动阀﹑第六电动阀和第七电动阀同时关闭，所述地源热泵系统不参与传热，所述太阳能集热器吸热后，通过水循环将热量传递到所述保温水箱，提高所述保温水箱内的热水温度，再经过所述板式换热器进行换热，直接为所述末端设备进行采暖供热。
上述的一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，其中，当所述温感器感应到太阳能集系统中的热水温度在40°～50°时，所述温感器发出信号到所述第一～第九电动阀，所述第一电动阀﹑第二电动阀﹑第五电动阀﹑第七电动阀和第八电动阀同时打开，第三电动阀﹑第四电动阀﹑第六电动阀和第九电动阀同时关闭，所述太阳能集热系统和地源热泵系统串联运行，所述太阳能集热器吸热后，通过水循环将热量传递到所述保温水箱，提高所述保温水箱内的热水温度，再经过所述板式换热器进行换热，然后热水经过所述地源热泵机组加热后，将热量传递到所述末端设备。
上述的一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，其中，当所述温感器感应到太阳能集系统中的热水温度在20°～40°时，所述温感器发出信号到所述第一～第九电动阀，所述第一电动阀﹑第二电动阀﹑第三电动阀﹑第四电动阀﹑第六电动阀和第七电动阀同时打开，所述第五电动阀﹑第八电动阀和第九电动阀同时关闭，所述太阳能集热器吸热后，通过水循环将热量传递到所述保温水箱，提高所述保温水箱内的热水温度，再经过所述板式换热器进行换热，将热水直接接入所述地埋管系统，提升土壤的温度。
上述的一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，其中，当所述温感器感应到太阳能集系统中的热水温度小于20°时，所述温感器发出信号到所述第一～第九电动阀,所述第六电动阀和第七电动阀同时打开，所述第一电动阀﹑第二电动阀﹑第三电动阀﹑第四电动阀﹑第五电动阀﹑第八电动阀和第九电动阀同时关闭，所述太阳集热器仅与所述保温水箱进行水循环，维持所述保温水箱内的热水温度，所述太阳能集热系统不参与所述地源热泵系统的末端供热。
本发明的太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，利用太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行为末端设备供暖，以地源热泵机组为主，太阳能集热系统为辅，优先使用太阳能集热系统供热，提高太阳能的利用率，减低能源消耗。
附图说明
图1为本发明的太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：
请参阅图1，本发明的最佳实施例，一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，包括太阳能集热系统、地源热泵系统和控制系统，太阳能集热系统包括太阳能集热器1﹑保温水箱2﹑集热循环水泵3、板式换热器4和换热循环水泵5；地源热泵系统包括地源热泵机组6﹑地埋管系统7﹑地源侧循环水泵8、末端设备9和供热循环水泵10；控制系统包括第一～第九电动阀M1～M9和温感器20。
太阳能集热器1通过管道与保温水箱2循环连通，集热循环水泵3设置在太阳能集热器1和保温水箱2之间的管道上；板式换热器4的第一进口通过第一换热管道41与保温水箱2连通，第一出口通过第二换热管道42与保温水箱2连通，第二进口通过第三换热管道43与末端设备9的出口连通，第二出口通过第四换热管道44与末端设备9的进口连通；换热循环水泵5设置在第二换热管道42上；供热循环水泵10设置在第三换热管道43上；地埋管系统7的进口通过地源侧供水管71与地源热泵机组6相连，出口通过地源侧回水管72与地源热泵机组6相连，地源侧循环水泵8设置在地源侧回水管72上。
地源侧供水管71通过第一旁通管61与第四换热管道44连通，地源侧回水管72通过第二旁通管62与第三换热管道43连通；地源热泵机组6的一端分别通过第三旁通管63和第四旁通管64一一对应地与第四换热管道44和第三换热管道43连通，地源热泵机组6的另一端通过第五旁通管65与第四换热管道44连通。
第一电动阀M1和温感器20分别设置在第一换热管道41上；第二电动阀M2设置在第二换热管道42上，且位于换热循环水泵5和保温水箱2之间；第三电动阀M3设置在第一旁通管61上；第四电动阀M4设置在第二旁通管62上；第五电动阀M5设置在第三旁通管63上；第六电动阀M5设置在第四旁通管64上；第七电动阀M7设置在第五旁通管65上；第八电动阀M8设置在第三换热管道43上，且位于供热循环水泵10和板式换热器4之间；第九电动阀M9设置在第四换热管道44上；第一～第九电动阀M1～M9分别与温感器20电连接。
第一旁通管61与第四换热管道44的连接端C1位于第九电动阀M9和板式换热器4之间；第三旁通管63与第四换热管道44的连接端C2位于第一旁通管与第四换热管道的连接端C1和第九电动阀M9之间；第五旁通管65与第四换热管道44的连接端C3位于第九电动阀M9和末端设备9之间。
第二旁通管62与第三换热管道43的连接端D1位于第八电动阀M8和板式换热器4之间，第二旁通管62与地源侧回水管72的连接端E位于地源侧循环水泵8和地源热泵机组6之间；第四旁通管64与第三换热管道43的连接端D2位于第八电动阀M8和供热循环水泵10之间。
本发明的太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，工作原理为：
(1)当温感器20感应到太阳能集系统中的热水温度大于50°时，温感器20发出信号到第一～第九电动阀M1～M9，第一电动阀M1﹑第二电动阀M2﹑第八电动阀M8和第九电动阀M9同时打开，第三电动阀M3﹑第四电动阀M4﹑第五电动阀M5﹑第六电动阀M6和第七电动阀M7同时关闭，地源热泵系统不参与传热，太阳能集热器1吸热后，通过水循环将热量传递到保温水箱2，提高保温水箱2内的热水温度，再经过板式换热器4进行换热，直接为末端设备9进行采暖供热；
(2)当温感器20感应到太阳能集系统中的热水温度在40°～50°时，温感器20发出信号到第一～第九电动阀M1～M9，第一电动阀M1﹑第二电动阀M2﹑第五电动阀M5﹑第七电动阀M7和第八电动阀M8同时打开，第三电动阀M3﹑第四电动阀M4﹑第六电动阀M6和第九电动阀M9同时关闭，太阳能集热系统和地源热泵系统串联运行，太阳能集热器1吸热后，通过水循环将热量传递到保温水箱2，提高保温水箱2内的热水温度，再经过板式换热器4进行换热，然后热水经过地源热泵机组6加热后，将热量传递到末端设备9，充分提高地源热泵系统的能效比；
(3)当温感器20感应到太阳能集系统中的热水温度在20°～40°时，温感器20发出信号到所述第一～第九电动阀M1～M9，第一电动阀M1﹑第二电动阀M2﹑第三电动阀M3﹑第四电动阀M4﹑第六电动阀M6和第七电动阀M7同时打开，第五电动阀M5﹑第八电动阀M8和第九电动阀M9同时关闭，太阳能集热器1吸热后，通过水循环将热量传递到保温水箱2，提高保温水箱2内的热水温度，再经过板式换热器4进行换热，将热水直接接入地埋管系统，提升土壤的温度，也进一步提高地源热泵机组6的运行效率；
(4)当温感器20感应到太阳能集系统中的热水温度小于20°时，温感器20发出信号到第一～第九电动阀M1～M9,第六电动阀M6和第七电动阀M7同时打开，第一电动阀M1﹑第二电动阀M2﹑第三电动阀M3﹑第四电动阀M4﹑第五电动阀M5﹑第八电动阀M8和第九电动阀M9同时关闭，太阳集热器1仅与保温水箱2进行水循环，维持保温水箱2内的热水温度，太阳能集热系统不参与地源热泵系统的末端供热。
综上所述，本发明的太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，采用太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行，当太阳能热水温度T>50°时，太阳能集热系统直接为末端设备供暖；当太阳能热水温度40°<T<50°时，太阳能集热系统与地源热泵机组以串联的方式为末端设备供暖；当太阳能热水温度20°<T<40时，太阳能集热系统接入地埋管系统，有助于提升土壤温度；当太阳能热水温度T<20°，太阳能集热系统仅参与维持保温水箱的热水温度。
本发明的太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，根据温感器感应到的热水温度变化，反馈信号到各个电动阀，切换其开启或关闭，通过优化控制提高系统能效比，确保系统冬季供暖的稳定运行，根据不同热水温度适时地调整运行模式，最大限度的利用太阳能和可再生资源的使用率，以达到系统最佳的运行节能模式，为末端设备进行供热。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (6)

1.一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，其特征在于，包括太阳能集热系统、地源热泵系统和控制系统，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器﹑保温水箱﹑集热循环水泵、板式换热器和换热循环水泵；所述地源热泵系统包括地源热泵机组﹑地埋管系统﹑地源侧循环水泵、末端设备和供热循环水泵；所述控制系统包括第一～第九电动阀和温感器，其中：
所述太阳能集热器通过管道与所述保温水箱循环连通，所述集热循环水泵设置在所述太阳能集热器和保温水箱之间的管道上；
所述板式换热器的第一进口通过第一换热管道与所述保温水箱连通，第一出口通过第二换热管道与所述保温水箱连通，第二进口通过第三换热管道与所述末端设备的出口连通，第二出口通过第四换热管道与所述末端设备的进口连通；
所述换热循环水泵设置在所述第二换热管道上；
所述供热循环水泵设置在所述第三换热管道上；
所述地埋管系统的进口通过地源侧供水管与所述地源热泵机组相连，出口通过地源侧回水管与所述地源热泵机组相连，所述地源侧循环水泵设置在所述地源侧回水管上；
所述地源侧供水管通过第一旁通管与所述第四换热管道连通，所述地源侧回水管通过第二旁通管与所述第三换热管道连通；
所述地源热泵机组的一端分别通过第三旁通管和第四旁通管一一对应地与所述第四换热管道和所述第三换热管道连通，所述地源热泵机组的另一端通过第五旁通管与所述第四换热管道连通；
所述第一电动阀和温感器分别设置在所述第一换热管道上；
所述第二电动阀设置在所述第二换热管道上，且位于所述换热循环水泵和保温水箱之间；
所述第三电动阀设置在所述第一旁通管上；
所述第四电动阀设置在所述第二旁通管上；
所述第五电动阀设置在所述第三旁通管上；
所述第六电动阀设置在所述第四旁通管上；
所述第七电动阀设置在所述第五旁通管上；
所述第八电动阀设置在所述第三换热管道上，且位于所述供热循环水泵和板式换热器之间；
所述第九电动阀设置在所述第四换热管道上；
所述第一～第九电动阀分别与所述温感器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，其特征在于，所述第一旁通管与第四换热管道的连接端位于所述第九电动阀和板式换热器之间；
所述第三旁通管与第四换热管道的连接端位于所述第一旁通管与第四换热管道的连接端和所述第九电动阀之间；
所述第五旁通管与第四换热管道的连接端位于所述第九电动阀和所述末端设备之间；
所述第二旁通管与第三换热管道的连接端位于所述第八电动阀和板式换热器之间，所述第二旁通管与地源侧回水管的连接端位于所述地源侧循环水泵和地源热泵机组之间；
所述第四旁通管与第三换热管道的连接端位于所述第八电动阀和供热循环水泵之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，其特征在于，当所述温感器感应到太阳能集系统中的热水温度大于50°时，所述温感器发出信号到所述第一～第九电动阀，所述第一电动阀﹑第二电动阀﹑第八电动阀和第九电动阀同时打开，所述第三电动阀﹑第四电动阀﹑第五电动阀﹑第六电动阀和第七电动阀同时关闭，所述地源热泵系统不参与传热，所述太阳能集热器吸热后，通过水循环将热量传递到所述保温水箱，提高所述保温水箱内的热水温度，再经过所述板式换热器进行换热，直接为所述末端设备进行采暖供热。
4.根据权利要求1或2所述的一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，其特征在于，当所述温感器感应到太阳能集系统中的热水温度在40°～50°时，所述温感器发出信号到所述第一～第九电动阀，所述第一电动阀﹑第二电动阀﹑第五电动阀﹑第七电动阀和第八电动阀同时打开，第三电动阀﹑第四电动阀﹑第六电动阀和第九电动阀同时关闭，所述太阳能集热系统和地源热泵系统串联运行，所述太阳能集热器吸热后，通过水循环将热量传递到所述保温水箱，提高所述保温水箱内的热水温度，再经过所述板式换热器进行换热，然后热水经过所述地源热泵机组加热后，将热量传递到所述末端设备。
5.根据权利要求1或2所述的一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，其特征在于，当所述温感器感应到太阳能集系统中的热水温度在20°～40°时，所述温感器发出信号到所述第一～第九电动阀，所述第一电动阀﹑第二电动阀﹑第三电动阀﹑第四电动阀﹑第六电动阀和第七电动阀同时打开，所述第五电动阀﹑第八电动阀和第九电动阀同时关闭，所述太阳能集热器吸热后，通过水循环将热量传递到所述保温水箱，提高所述保温水箱内的热水温度，再经过所述板式换热器进行换热，将热水直接接入所述地埋管系统，提升土壤的温度。
6.根据权利要求1或2所述的一种太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行的供暖系统，其特征在于，当所述温感器感应到太阳能集系统中的热水温度小于20°时，所述温感器发出信号到所述第一～第九电动阀,所述第六电动阀和第七电动阀同时打开，所述第一电动阀﹑第二电动阀﹑第三电动阀﹑第四电动阀﹑第五电动阀﹑第八电动阀和第九电动阀同时关闭，所述太阳集热器仅与所述保温水箱进行水循环，维持所述保温水箱内的热水温度，所述太阳能集热系统不参与所述地源热泵系统的末端供热。
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