CN107166796B - 太阳能耦合土壤源能量交换装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
太阳能耦合土壤源能量交换装置及控制方法，包括太阳能真空管集热单元、太阳能发电单元、吸收式制冷单元、土壤源能量交换单元、热水箱、冷水箱、入户的管道L1、出户的管道L2；太阳能真空管集热单元、太阳能发电单元、吸收式制冷单元、土壤源能量交换单元均至少设置两组；在供热、供冷工作模式下，分别采用五种控制方式控制。本发明可以实现供热和供冷，并且具有多种工作模式，适合实际中的各种复杂情况，充分将太阳能、土壤源能量和电能结合起来，做到最大限度的环保；另外本发明提供了一种完善的可无限扩展的方案，可以应用于大型场所，而且扩展方便，无需重新设计方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能耦合土壤源能量交换装置及控制方法。
背景技术
土壤源能量交换系统具有清洁、高效、节能的优点，但在我国北方地区长期运行过程中，由于季节冷热负荷的不平衡性，会产生低下温度场失衡的问题。太能能具有储量巨大和利用清洁的有点，但也存在着能量密度低，使用过程具有间歇性等缺点。在综合这两种新能源利用技术优缺点的基础上出现了太阳能耦合土壤源能量交换系统。
现有的大多数太阳能耦合土壤源能量交换系统，太阳能参与耦合供热，而不参与耦合供冷，即使目前存在太阳能供冷系统，但是并不能实现供热、供冷随意切换，不能很好地实现多种能量交换工作模式，不能很好把太阳能和土壤源能量的特点很好地结合在一起。
目前随着大型建筑数量的增加和环保意识的提升，对大型建筑内的供热和供冷提出了更高、更环保的要求，而目前的耦合系统大部分只能用于小型建筑供热和供冷，扩展起来不方便，需要重新设计方案。大型建筑具有很广阔的屋顶，有利用太阳能的充分空间，而且建筑面积跨度大，也有很好地利用土壤源能量的条件，但是目前并没有一套可以具备供热、供冷、多工作模式、无限扩展的设计方案。
发明内容
本发明提供一种太阳能耦合土壤源能量交换装置及控制方法，可实现供热、供冷、多工作模式、无限扩展。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：太阳能耦合土壤源能量交换装置，包括太阳能真空管集热单元、太阳能发电单元、吸收式制冷单元、土壤源能量交换单元、热水箱、冷水箱、入户的管道L1、出户的管道L2；入户的管道L1上设置有泵P2后作为管道L1连接节点，管道L1连接节点一路通过设置有电磁阀V1的管道与热水箱连通，管道L1连接节点另一路通过设置有电磁阀V4的管道与冷水箱连通；泵P2和电磁阀V1之间的管道上连通设置有管道L4并作为管道L4连接节点，管道L4连接节点通过设有电磁阀V11和电磁阀V9的管道与热水箱连通；冷水箱通过设有泵P7、电磁阀V13的管道与管道L5连通并作为管道L5连接节点；
出户的管道L2上设置有泵P3后作为管道L2连接节点，管道L2连接节点一路通过设置有电磁阀V10的管道与热水箱连通，管道L2连接节点另一路通过设置有电磁阀V6的管道与冷水箱连通；
热水箱内设有液位传感器LS1和温度传感器TS1，冷水箱内设有液位传感器LS2和温度传感器TS2；
太阳能真空管集热单元包括太阳能真空管集热器，太阳能真空管集热器的下侧进水端通过设有泵P5的管道与热水箱底部连通，太阳能真空管集热器的上侧出水端通过设有电磁阀V8的管道与热水箱顶部连通；太阳能真空管集热单元至少包括两组，多组太阳能真空管集热器排成一排设置，多组太阳能真空管集热单元的太阳能真空管集热器的进水端和出水端分别通过管道对应并联；
太阳能发电单元包括依次连接的太阳能电池板、充电控制器和蓄电池，蓄电池输出端通过电磁开关K与设置在热水箱的电加热装置的供电端电连接；太阳能发电单元至少包括两组，多组太阳能发电单元的太阳能电池板排成一排设置，多组太阳能发电单元的太阳能电池板的输出端通过电线并联；
吸收式制冷单元包括吸收式制冷机，吸收式制冷机包括发生器D1、冷凝器D2、吸收器D3和蒸发器D4，发生器D1入口端通过设置有泵P1和电磁阀V2的管道与热水箱连通，发生器D1出口端通过管道与热水箱连通；泵P1和电磁阀V2之间的管道上连通有管道L3并作为管道L3连接节点；蒸发器D4入口端通过设置有泵P7和电磁阀V12的管道与冷水箱连通，蒸发器D4出口端通过管道与冷水箱连通；吸收式制冷单元至少包括两组，多组吸收式制冷单元的发生器的进、出口端通过管道分别并联，多组吸收式制冷单元的蒸发器的进、出口端通过管道分别并联；
土壤源能量交换单元包括土壤源能量交换机、地埋热交换单元，地埋热交换单元包括多组地埋热交换管A3，土壤源能量交换机包括冷凝器A1和蒸发器A2；冷凝器A1入口连接设有电磁阀A5的管道，然后分为两路，第一路通过管道后作为土壤源能量交换单元的第一输出节点W1与管道L2连接节点连通，第二路通过设有电磁阀A7的管道与蒸发器A2入口端连通；冷凝器A1入口连接设有电磁阀A4的管道，然后分为两路，第一路通过管道作为土壤源能量交换单元的第二输出节点W2与管道L3连接节点连通，第二路通过设有电磁阀A6的管道与蒸发器A2入口端连通；冷凝器A1出口端连接的管道分为两路，第一路通过设有电磁阀A8的管道后作为土壤源能量交换单元的第三输出节点W3与管道L4连接节点连通，第二路通过设有电磁阀A10的管道与地埋热交换单元的入口端连通；蒸发器A2的入口端管道上连接有设置电磁阀A14的管道，管道的另一端与地埋热交换单元的入口端连通；蒸发器A2的出口端连接管道分为两路，第一路通过设有电磁阀A9的管道后与土壤源能量交换单元的第三输出节点W3连通后，再与管道L4连接节点连通，第二路通过设有电磁阀A11的管道与地埋热交换单元的入口端连通；地埋热交换单元的入口端通过设有电磁阀A12的管道后作为土壤源能量交换单元的第四输出节点W4与管道L2连接节点连通；地埋热交换单元的入口端通过设有电磁阀A15的管道后作为土壤源能量交换单元的第五输出节点W5与管道L5连接节点连通；地埋热交换单元的出口端通过设置有电磁阀A13的管道后作为土壤源能量交换单元的第六输出节点W6输出，然后连接设有温度传感器TS3和泵P4的管道与位于电磁阀V11和电磁阀V9之间的管道连通；土壤源能量交换单元至少包括两组，其他组的连接方式按照上述的土壤源能量交换单元的六个输出节点的连接方式并联连接；
上述涉及的电器配件均与控制器电连接。
还包括补水单元，补水单元包括雨水收集槽、集水箱、过滤装置、反冲洗装置；集水箱底部通过设置有电磁阀V7的管道与热水箱顶部连通，集水箱底部通过设置有电磁阀V3的管道与冷水箱顶部连通；太阳能发电单元的太阳能电池板下沿处设有雨水收集槽，雨水收集槽底部通过过滤装置与集水箱连通；过滤装置包括竖向空心壳体，壳体上端与雨水收集槽出口连通，壳体下端与集水箱连通，壳体内设有滤芯，滤芯下方间隔距离设有电动封门F；冲洗装置包括反冲洗泵P6，反冲洗泵P6的入口设置管道并伸入到集水箱底部设置，滤芯和电动封门之间的壳体上设有反冲洗入口并与反冲洗泵P6的出口连通，滤芯上方的壳体上设有反冲洗出口，反冲洗出口连接的管道上设有电磁阀V12，上述涉及的电器配件均与控制器电连接。
地埋热交换管A3为两端封闭的管状结构，地埋热交换管A3顶部的顶板下方间隔距离平行设置有水平隔板，顶部与水平隔板之间形成上空腔，水平隔板与地埋热交换管A3下端的底板之间的下空腔通过沿长度方向设置的十字形竖隔板平均分成四个空腔，沿逆时针方向分别是第一空腔H1、第二空腔H2、第三空腔H3、第四空腔H4；第一空腔H1和第二空腔H2底部之间的竖隔板上设有下空腔第一连通孔；第三空腔H3和第四空腔H4底部之间的竖隔板上设有下空腔第二连通孔；第二空腔H2和第四空腔H4顶部的水平隔板上设置有与上空腔连通的上空腔连通孔；第一空腔H1顶部的水平隔板上设有进水孔并连接管道伸出顶板设置并作为进水端G1；第三空腔H3顶部的水平隔板上设有出水孔并连接管道伸出顶板设置并作为出水端G2。
热水箱内设有热交换盘管，热交换盘管入口端与自来水连通，热交换盘管出口端与用户的供热水管路连通。
集水箱顶部侧面设有溢流口。
上述太阳能耦合土壤源能量交换装置的控制方法，包括以下控制方法：
以下每种模式的控制方法中，凡未提及的控制部件均为关闭状态；
（1）供热模式及控制方法
第一种供热模式为单一供热模式：太阳能真空管集热单元工作供热；电磁阀V8和泵P5开启，与太阳能真空管集热器、热水箱形成热交换回路；电磁阀V1、泵P2、电磁阀V10、泵P3开启，与热水箱一起形成供热回路；
第二种供热模式为单一供热模式：太阳能发电单元工作供热；
电磁开关K开启接通，太阳能电池板、充电控制器、蓄电池、电加热装置形成回路对热水箱进行加热；电磁阀V1、泵P2、电磁阀V10、泵P3开启，与热水箱一起形成供热回路；
第三种供热模式为单一供热模式：土壤源能量交换单元的土壤源能量交换机和地埋热交换单元配合一起工作供热；
泵P1、电磁阀A6、电磁阀A11、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V9开启，与地埋换热管A3和蒸发器A2一起形成热交换回路；电磁阀A8、泵P2、电磁阀A5、泵P3开启，与冷凝器A1一起形成供热回路；
第四种供热模式为单一供热模式：土壤源能量交换单元的地埋热交换单元工作供热；
与热水箱进行热交换的控制方法：泵P1、电磁阀A6、电磁阀A14、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V9开启，与地埋换热管A3和热水箱一起形成热交换回路；电磁阀V1、泵P2、电磁阀V10、泵P3开启，形成供热回路；
或者，不与热水箱进行热交换而直接供热的控制方法：泵P3、电磁阀A12、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V11、泵P2开启，与地埋换热管A3一起直接形成供热回路；
第五种供热模式为混合供热模式：上述第一、第二、第三种供热模式任意两两组合工作供热或全部工作供热，或者，第一、第二、第四种供热模式任意两两组合工作供热或全部工作供热；
根据选择的组合，按照上述供热模式的控制方法对应开启控制；
（2）供冷模式及控制方法
第一种供冷模式为单一供冷模式：太阳能真空管集热单元和吸收式制冷单元配合工作供冷；
V8和泵P5开启，与太阳能真空管集热器、热水箱形成热交换回路；泵P1、电磁阀V2、泵P7、电磁阀V12开启，与热水箱、吸收式制冷单元、冷水箱2一起形成吸收式制冷回路；泵P2、电磁阀V4、电磁阀V6、泵P3开启，与冷水箱一起形成供冷回路；
第二种供冷模式为单一供冷模式：太阳能发电单元和吸收式制冷单元配合工作供冷；
电磁开关K开启接通，太阳能电池板、充电控制器、蓄电池6、电加热装置10形成回路对热水箱进行加热；泵P1、电磁阀V2、泵P7、电磁阀V12开启，与热水箱、吸收式制冷单元、冷水箱一起形成吸收式制冷回路；泵P2、电磁阀V4、电磁阀V6、泵P3开启，与冷水箱一起形成供冷回路；
第三种供冷模式为单一供冷模式：土壤源能量交换单元的土壤源能量交换机和地埋热交换单元配合一起工作供冷；
泵P1、电磁阀A4、电磁阀A10、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V9开启，与冷凝器A1和热水箱一起形成热交换回路；泵P3、电磁阀A7、电磁阀A9、泵P2开启，与蒸发器A2一起形成供冷回路；
第四种供冷模式为单一供冷模式：土壤源能量交换单元的地埋热交换单元工作供冷；
与冷水箱进行热交换的控制方法：泵P7、电磁阀V13、电磁阀A15、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V5开启，与地埋换热管A3和冷水箱一起形成热交换回路；电磁阀V4、泵P2、电磁阀V6、泵P3开启，形成供冷回路；
或者，不与冷水箱进行热交换而直接供热的控制方法：泵P3、电磁阀A12、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V11、泵P2开启，与地埋换热管A3一起直接形成供冷回路；
第五种供热模式为混合供冷模式：上述第一、第二、第三种供冷模式任意两两组合工作供冷或全部工作供冷，或者，第一、第二、第四种供冷模式任意两两组合工作供冷或全部工作供冷；
根据选择的组合，按照上述供冷模式的控制方法对应开启控制；
（3）补水控制方法
当热水箱1的液位传感器LS1和冷水箱的液位传感器LS2检测到液位下降需要补水时，对应开启电磁阀V7、电磁阀V3进行补水；
（4）滤芯反冲洗控制方法
冲洗装置为定时冲洗装置，冲洗装置按照定时设定，并且当热水箱的液位传感器LS1和冷水箱的液位传感器LS2检测到液位均无需补水时，开启电动封门F、泵P6、电磁阀V12，对滤芯进行预设时间的反冲洗操作。
供热工作模式下，控制方法的优先级顺序为：供热工作模式第一种控制方法>供热工作模式第二种控制方法>供热工作模式第四种控制方法>供热工作模式第三种控制方法；供冷工作模式下，控制方法的优先级顺序为：供冷工作模式第四种控制方法>供冷工作模式第一种控制方法>供冷工作模式第二种控制方法>供冷工作模式第三种控制方法。
用户端控制显示屏上显示有温度传感器TS1、温度传感器TS2、温度传感器TS3所测得温度T1、T2、T3，和设定温度T；其中温度T1、T2为实时测得的温度；其中温度T3为土壤源能量交换单元或地埋热交换单元工作时，实时测得的温度；若土壤源能量交换单元或地埋热交换单元均未工作时，此时温度T3显示为待测状态，此时若用户请求测量温度T3时，则系统按照供热模式第四种控制方法的不与热水箱进行热交换而直接供热的控制方法，或者是在供冷模式第四种控制方法的不与冷水箱进行热交换而直接供热的控制方法，启动工作后即可测得；
系统的自动模式：
在供热工作模式下，测得温度T1、T3和用户设置的温度T进行比较；当T1≥T、T3≥T时，按照供热工作模式下控制方法的优先级顺序启动；当T1≥T、T3<T时，供热工作模式的第四种控制方法关闭，其它按照供热工作模式下控制方法的优先级顺序启动；当T1<T、T3<T时，仅按照供热工作模式的第三种控制方法启动；当T1<T、T3≥T时，仅按照供热工作模式的第四种控制方法和第三种控制方法，并按照启动供热模式下控制方法的优先级顺序启动；
在供冷工作模式下，测得温度T2、T3和用户设置的温度T进行比较；当T2≤T、T3≤T时，按照供冷工作模式下控制方法的优先级顺序启动；当T2≤T、T3>T时，供冷工作模式的第四种控制方法关闭，其它按照供冷工作模式下控制方法的优先级顺序启动；当T2>T、T3>T时，仅按照供冷工作模式的第三种控制方法启动；当T2>T、T3≤T时，仅按照供冷工作模式的第四种控制方法和第三种控制方法，并按照启动供冷模式下控制方法的优先级顺序启动。
本发明可以实现供热和供冷，并且具有多种工作模式，适合实际中的各种复杂情况，充分将太阳能、土壤源能量和电能结合起来，做到最大限度的环保；另外本发明提供了一种完善的可无限扩展的方案，可以应用于大型场所，而且扩展方便，无需重新设计方案。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为地埋热交换单元的主视图；
图3为地埋热交换单元的右视图；
图4为图2的Y-Y剖视图；
图5为补水单元的结构示意图。
具体实施方式
如图1-5所示，太阳能耦合土壤源能量交换装置，包括太阳能真空管集热单元、太阳能发电单元、吸收式制冷单元、土壤源能量交换单元、热水箱1、冷水箱2、入户的管道L1、出户的管道L2；入户的管道L1上设置有泵P2后作为管道L1连接节点，管道L1连接节点一路通过设置有电磁阀V1的管道与热水箱1连通，管道L1连接节点另一路通过设置有电磁阀V4的管道与冷水箱2连通；泵P2和电磁阀V1之间的管道上连通设置有管道L4并作为管道L4连接节点，管道L4连接节点通过设有电磁阀V11、电磁阀V9的管道与热水箱1连通；冷水箱2通过设有泵P7、电磁阀V13的管道与管道L5连通并作为管道L5连接节点；
出户的管道L2上设置有泵P3后作为管道L2连接节点，管道L2连接节点一路通过设置有电磁阀V10的管道与热水箱1连通，管道L2连接节点另一路通过设置有电磁阀V6的管道与冷水箱2连通；
热水箱1内设有液位传感器LS1和温度传感器TS1，冷水箱2内设有液位传感器LS2和温度传感器TS2；
太阳能真空管集热单元包括太阳能真空管集热器，太阳能真空管集热器的下侧进水端通过设有泵P5的管道与热水箱1底部连通，太阳能真空管集热器的上侧出水端通过设有电磁阀V8的管道与热水箱1顶部连通；太阳能真空管集热单元至少包括两组，多组太阳能真空管集热器排成一排设置，多组太阳能真空管集热单元的太阳能真空管集热器的进水端和出水端分别通过管道对应并联；本实施中，设置了两组太阳能真空管集热单元，太阳能真空管集热器S1和太阳能真空管集热器S2的进水端和出水端分别通过管道对应并联
太阳能发电单元包括依次连接的太阳能电池板、充电控制器和蓄电池6，蓄电池输出端通过电磁开关K与设置在热水箱1的电加热装置的供电端电连接；太阳能发电单元至少包括两组，多组太阳能发电单元的太阳能电池板排成一排设置，多组太阳能发电单元的太阳能电池板的输出端通过电线并联；本实施例中，太阳能发电单元设置两组，太阳能发电单元的太阳能电池板S3和太阳能电池板S4排成一排设置。
吸收式制冷单元包括吸收式制冷机，吸收式制冷机包括发生器D1、冷凝器D2、吸收器D3和蒸发器D4，发生器D1入口端通过设置有泵P1和电磁阀V2的管道与热水箱1连通，发生器D1出口端通过管道与热水箱1连通；泵P1和电磁阀V2之间的管道上连通有管道L3并作为管道L3连接节点；蒸发器D4入口端通过设置有泵P7和电磁阀V12的管道与冷水箱2连通，蒸发器D4出口端通过管道与冷水箱2连通；吸收式制冷单元至少包括两组，多组吸收式制冷单元的发生器的进、出口端通过管道分别并联，多组吸收式制冷单元的蒸发器的进、出口端通过管道分别并联；本实施例中，吸收式制冷单元设置两组，分别是吸收式制冷单元D和吸收式制冷单元E，吸收式制冷单元D的吸收式制冷机包括发生器D1、冷凝器D2、吸收器D3和蒸发器D4，吸收式制冷单元E的吸收式制冷机包括发生器E1、冷凝器E2、吸收器E3和蒸发器E4，两组吸收式制冷单元的发生器和蒸发器的进、出口端通过管道分别对应并联。
土壤源能量交换单元A包括土壤源能量交换机、地埋热交换单元，地埋热交换单元包括多组地埋热交换管A3，土壤源能量交换机包括冷凝器A1和蒸发器A2；冷凝器A1入口连接设有电磁阀A5的管道，然后分为两路，第一路通过管道后作为土壤源能量交换单元的第一输出节点W1与管道L2连接节点连通，第二路通过设有电磁阀A7的管道与蒸发器A2入口端连通；冷凝器A1入口连接设有电磁阀A4的管道，然后分为两路，第一路通过管道作为土壤源能量交换单元的第二输出节点W2与管道L3连接节点连通，第二路通过设有电磁阀A6的管道与蒸发器A2入口端连通；冷凝器A1出口端连接的管道分为两路，第一路通过设有电磁阀A8的管道后作为土壤源能量交换单元的第三输出节点W3与管道L4连接节点连通，第二路通过设有电磁阀A10的管道与地埋热交换单元的入口端连通；蒸发器A2的入口端管道上连接有设置电磁阀A14的管道，管道的另一端与地埋热交换单元的入口端连通；蒸发器A2的出口端连接管道分为两路，第一路通过设有电磁阀A9的管道后与土壤源能量交换单元的第三输出节点W3连通后，再与管道L4连接节点连通，第二路通过设有电磁阀A11的管道与地埋热交换单元的入口端连通；地埋热交换单元的入口端通过设有电磁阀A12的管道后作为土壤源能量交换单元的第四输出节点W4与管道L2连接节点连通；地埋热交换单元的入口端通过设有电磁阀A15的管道后作为土壤源能量交换单元的第五输出节点W5与管道L5连接节点连通；地埋热交换单元的出口端通过设置有电磁阀A13的管道后作为土壤源能量交换单元的第六输出节点W6输出，然后连接设有温度传感器TS3和泵P4的管道与位于电磁阀V11和电磁阀V9之间的管道连通；土壤源能量交换单元至少包括两组，其他组的连接方式按照上述的土壤源能量交换单元的六个输出节点的连接方式并联连接；
本实施例中，土壤源能量交换单元设置三组，分别是：土壤源能量交换单元A、土壤源能量交换单元B、土壤源能量交换单元C；
其中，土壤源能量交换单元A包括冷凝器A1、蒸发器A2、地埋热交换管A3、电磁阀A4、电磁阀A5、电磁阀A6、电磁阀A7、电磁阀A8、电磁阀A9、电磁阀A10、电磁阀A11、电磁阀A12、电磁阀A13、电磁阀A14、电磁阀A15；
其中，土壤源能量交换单元B包括冷凝器B1、蒸发器B2、地埋热交换管B3、电磁阀B4、电磁阀B5、电磁阀B6、电磁阀B7、电磁阀B8、电磁阀B9、电磁阀B10、电磁阀B11、电磁阀B12、电磁阀B13、电磁阀B14、电磁阀B15；
其中，土壤源能量交换单元C包括冷凝器C1、蒸发器C2、地埋热交换管C3、电磁阀C4、电磁阀C5、电磁阀C6、电磁阀C7、电磁阀C8、电磁阀C9、电磁阀C10、电磁阀C11、电磁阀C12、电磁阀C13、电磁阀C14、电磁阀C15；
三组土壤源能量交换单元的六个土壤源能量交换单元的输出节点对应并联。
上述涉及的电器配件均与控制器电连接。
本发明还包括补水单元，补水单元包括雨水收集槽8、集水箱3、过滤装置、反冲洗装置；集水箱3底部通过设置有电磁阀V7的管道与热水箱1顶部连通，集水箱3底部通过设置有电磁阀V3的管道与冷水箱2顶部连通；太阳能发电单元的太阳能电池板下沿处设有雨水收集槽8，雨水收集槽8底部通过过滤装置与集水箱3连通；过滤装置包括竖向空心壳体，壳体上端与雨水收集槽8出口连通，壳体下端与集水箱3连通，壳体内设有滤芯7，滤芯7下方间隔距离设有电动封门F；冲洗装置包括反冲洗泵P6，反冲洗泵P6的入口设置管道并伸入到集水箱3底部设置，滤芯7和电动封门F之间的壳体上设有反冲洗入口并与反冲洗泵P6的出口连通，滤芯上方的壳体上设有反冲洗出口，反冲洗出口连接的管道上设有电磁阀V12，上述涉及的电器配件均与控制器电连接。
地埋热交换管A3为两端封闭的管状结构，地埋热交换管A3顶部的顶板下方间隔距离平行设置有水平隔板，顶部与水平隔板之间形成上空腔9，水平隔板与地埋热交换管A3下端的底板之间的下空腔通过沿长度方向设置的十字形竖隔板平均分成四个空腔，沿逆时针方向分别是第一空腔H1、第二空腔H2、第三空腔H3、第四空腔H4；第一空腔H1和第二空腔H2底部之间的竖隔板上设有下空腔第一连通孔；第三空腔H3和第四空腔H4底部之间的竖隔板上设有下空腔第二连通孔；第二空腔H2和第四空腔H4顶部的水平隔板上设置有与上空腔连通的上空腔连通孔；第一空腔H1顶部的水平隔板上设有进水孔并连接管道伸出顶板设置并作为进水端G1；第三空腔H3顶部的水平隔板上设有出水孔并连接管道伸出顶板设置并作为出水端G2。
热水箱1内设有热交换盘管，热交换盘管入口端与自来水连通，热交换盘管出口端与用户的供热水管路连通。
集水箱顶部侧面设有溢流口。
上述太阳能耦合土壤源能量交换装置的控制方法，包括以下控制方法：
以下每种模式的控制方法中，凡未提及的控制部件均为关闭状态；
（1）供热模式及控制方法
第一种供热模式为单一供热模式：太阳能真空管集热单元工作供热；电磁阀V8和泵P5开启，与太阳能真空管集热器、热水箱1形成热交换回路；电磁阀V1、泵P2、电磁阀V10、泵P3开启，与热水箱1一起形成供热回路；
第二种供热模式为单一供热模式：太阳能发电单元工作供热；
电磁开关K开启接通，太阳能电池板、充电控制器、蓄电池6、电加热装置10形成回路对热水箱1进行加热；电磁阀V1、泵P2、电磁阀V10、泵P3开启，与热水箱1一起形成供热回路；
第三种供热模式为单一供热模式：土壤源能量交换单元的土壤源能量交换机和地埋热交换单元配合一起工作供热；
泵P1、电磁阀A6、电磁阀A11、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V9开启，与地埋换热管A3和蒸发器A2一起形成热交换回路；电磁阀A8、泵P2、电磁阀A5、泵P3开启，与冷凝器A1一起形成供热回路；
第四种供热模式为单一供热模式：土壤源能量交换单元的地埋热交换单元工作供热；
与热水箱1进行热交换的控制方法：泵P1、电磁阀A6、电磁阀A14、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V9开启，与地埋换热管A3和热水箱1一起形成热交换回路；电磁阀V1、泵P2、电磁阀V10、泵P3开启，形成供热回路；
或者，不与热水箱1进行热交换而直接供热的控制方法：泵P3、电磁阀A12、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V11、泵P2开启，与地埋换热管A3一起直接形成供热回路；
第五种供热模式为混合供热模式：上述第一、第二、第三种供热模式任意两两组合工作供热或全部工作供热，或者，第一、第二、第四种供热模式任意两两组合工作供热或全部工作供热；
根据选择的组合，按照上述供热模式的控制方法对应开启控制；
（2）供冷模式及控制方法
第一种供冷模式为单一供冷模式：太阳能真空管集热单元和吸收式制冷单元配合工作供冷；
V8和泵P5开启，与太阳能真空管集热器、热水箱1形成热交换回路；泵P1、电磁阀V2、泵P7、电磁阀V12开启，与热水箱1、吸收式制冷单元、冷水箱2一起形成吸收式制冷回路；泵P2、电磁阀V4、电磁阀V6、泵P3开启，与冷水箱2一起形成供冷回路；
第二种供冷模式为单一供冷模式：太阳能发电单元和吸收式制冷单元配合工作供冷；
电磁开关K开启接通，太阳能电池板、充电控制器、蓄电池、电加热装置形成回路对热水箱1进行加热；泵P1、电磁阀V2、泵P7、电磁阀V12开启，与热水箱1、吸收式制冷单元、冷水箱2一起形成吸收式制冷回路；泵P2、电磁阀V4、电磁阀V6、泵P3开启，与冷水箱2一起形成供冷回路；
第三种供冷模式为单一供冷模式：土壤源能量交换单元的土壤源能量交换机和地埋热交换单元配合一起工作供冷；
泵P1、电磁阀A4、电磁阀A10、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V9开启，与冷凝器A1和热水箱1一起形成热交换回路；泵P3、电磁阀A7、电磁阀A9、泵P2开启，与蒸发器A2一起形成供冷回路；
第四种供冷模式为单一供冷模式：土壤源能量交换单元的地埋热交换单元工作供冷；
与冷水箱2进行热交换的控制方法：泵P7、电磁阀V13、电磁阀A15、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V5开启，与地埋换热管A3和冷水箱2一起形成热交换回路；电磁阀V4、泵P2、电磁阀V6、泵P3开启，形成供冷回路；
或者，不与冷水箱2进行热交换而直接供热的控制方法：泵P3、电磁阀A12、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V11、泵P2开启，与地埋换热管A3一起直接形成供冷回路；
第五种供热模式为混合供冷模式：上述第一、第二、第三种供冷模式任意两两组合工作供冷或全部工作供冷，或者，第一、第二、第四种供冷模式任意两两组合工作供冷或全部工作供冷；
根据选择的组合，按照上述供冷模式的控制方法对应开启控制；
（3）补水控制方法
当热水箱1的液位传感器LS1和冷水箱2的液位传感器LS2检测到液位下降需要补水时，对应开启电磁阀V7或/和开启电磁阀V3进行补水；
（4）滤芯反冲洗控制方法
冲洗装置为定时冲洗装置，冲洗装置按照定时设定，并且当热水箱1的液位传感器LS1和冷水箱2的液位传感器LS2检测到液位均无需补水时，开启电动封门F、泵P6、电磁阀V12，对滤芯进行预设时间的反冲洗操作。
供热工作模式下，控制方法的优先级顺序为：供热工作模式第一种控制方法>供热工作模式第二种控制方法>供热工作模式第四种控制方法>供热工作模式第三种控制方法；供冷工作模式下，控制方法的优先级顺序为：供冷工作模式第四种控制方法>供冷工作模式第一种控制方法>供冷工作模式第二种控制方法>供冷工作模式第三种控制方法。
用户端控制显示屏上显示有温度传感器TS1、温度传感器TS2、温度传感器TS3所测得温度T1、T2、T3，和设定温度T。其中温度T1、T2为实时测得的温度。其中温度T3为土壤源能量交换单元或地埋热交换单元工作时，实时测得的温度；若土壤源能量交换单元或地埋热交换单元均未工作时，此时温度T3显示为待测状态，此时若用户请求测量温度T3时，则系统按照供热模式第四种控制方法的不与热水箱1进行热交换而直接供热的控制方法，或者是在供冷模式第四种控制方法的不与冷水箱2进行热交换而直接供热的控制方法，启动工作很短一段时间后即可测得。
用户设置好所需温度T后，各种工作模式可以按照用户的需求设置为手动切换模式，也可以按照系统的设定选择系统自动模式。
系统自动模式下，在供热工作模式下，控制器根据温度传感器TS1、温度传感器TS3所测得温度T1、T3和用户设置的温度T进行比较；当T1≥T、T3≥T时，按照供热工作模式下控制方法的优先级顺序启动；当T1≥T、T3<T时，供热工作模式的第四种控制方法关闭，其它按照供热工作模式下控制方法的优先级顺序启动；当T1<T、T3<T时，仅按照供热工作模式的第三种控制方法启动；当T1<T、T3≥T时，仅按照供热工作模式的第四种控制方法和第三种控制方法，并按照启动供热模式下控制方法的优先级顺序启动；
系统自动模式下，在供冷工作模式下，控制器根据温度传感器TS2、温度传感器TS3所测得温度T2、T3和用户设置的温度T进行比较；当T2≤T、T3≤T时，按照供冷工作模式下控制方法的优先级顺序启动；当T2≤T、T3>T时，供冷工作模式的第四种控制方法关闭，其它按照供冷工作模式下控制方法的优先级顺序启动；当T2>T、T3>T时，仅按照供冷工作模式的第三种控制方法启动；当T2>T、T3≤T时，仅按照供冷工作模式的第四种控制方法和第三种控制方法，并按照启动供冷模式下控制方法的优先级顺序启动。
当然，本发明可以实现如下功能，采用供热工作模式第四种控制方式的与热水箱1进行热交换的控制方法，将热水箱1富余的热量通过地埋换热管A3储存到土壤中；虽然也可以将冷水箱2富余的冷量通过地埋换热管A3储存到土壤中，但是不建议这样做，因为吸收式制冷单元是耗电的，地埋换热管A3工作靠泵P4也是耗电的，这样做不够环保、节能。
另外，在单元扩展时，若扩展数量较多，热水箱1和冷水箱2不能满足要求时，可以通过增大热水箱1和冷水箱2容积或者增加热水箱1和冷水箱2数量且并联，来满足系统对热水箱1和冷水箱2的要求。
Claims (6)
1.太阳能耦合土壤源能量交换装置的控制方法，
所述太阳能耦合土壤源能量交换装置，包括太阳能真空管集热单元、太阳能发电单元、吸收式制冷单元、土壤源能量交换单元、热水箱、冷水箱、入户的管道L1、出户的管道L2；入户的管道L1上设置有泵P2后作为管道L1连接节点，管道L1连接节点一路通过设置有电磁阀V1的管道与热水箱连通，管道L1连接节点另一路通过设置有电磁阀V4的管道与冷水箱连通；泵P2和电磁阀V1之间的管道上连通设置有管道L4并作为管道L4连接节点，管道L4连接节点通过设有电磁阀V11和电磁阀V9的管道与热水箱连通；冷水箱通过设有泵P7、电磁阀V13的管道与管道L5连通并作为管道L5连接节点；
出户的管道L2上设置有泵P3后作为管道L2连接节点，管道L2连接节点一路通过设置有电磁阀V10的管道与热水箱连通，管道L2连接节点另一路通过设置有电磁阀V6的管道与冷水箱连通；
热水箱内设有液位传感器LS1和温度传感器TS1，冷水箱内设有液位传感器LS2和温度传感器TS2；
太阳能真空管集热单元包括太阳能真空管集热器，太阳能真空管集热器的下侧进水端通过设有泵P5的管道与热水箱底部连通，太阳能真空管集热器的上侧出水端通过设有电磁阀V8的管道与热水箱顶部连通；太阳能真空管集热单元至少包括两组，多组太阳能真空管集热器排成一排设置，多组太阳能真空管集热单元的太阳能真空管集热器的进水端和出水端分别通过管道对应并联；
太阳能发电单元包括依次连接的太阳能电池板、充电控制器和蓄电池，蓄电池输出端通过电磁开关K与设置在热水箱的电加热装置的供电端电连接；太阳能发电单元至少包括两组，多组太阳能发电单元的太阳能电池板排成一排设置，多组太阳能发电单元的太阳能电池板的输出端通过电线并联；
吸收式制冷单元包括吸收式制冷机，吸收式制冷机包括发生器D1、冷凝器D2、吸收器D3和蒸发器D4，发生器D1入口端通过设置有泵P1和电磁阀V2的管道与热水箱连通，发生器D1出口端通过管道与热水箱连通；泵P1和电磁阀V2之间的管道上连通有管道L3并作为管道L3连接节点；蒸发器D4入口端通过设置有泵P7和电磁阀V12的管道与冷水箱连通，蒸发器D4出口端通过管道与冷水箱连通；吸收式制冷单元至少包括两组，多组吸收式制冷单元的发生器的进、出口端通过管道分别并联，多组吸收式制冷单元的蒸发器的进、出口端通过管道分别并联；
土壤源能量交换单元包括土壤源能量交换机、地埋热交换单元，地埋热交换单元包括多组地埋热交换管A3，土壤源能量交换机包括冷凝器A1和蒸发器A2；冷凝器A1入口连接设有电磁阀A5的管道，然后分为两路，第一路通过管道后作为土壤源能量交换单元的第一输出节点W1与管道L2连接节点连通，第二路通过设有电磁阀A7的管道与蒸发器A2入口端连通；冷凝器A1入口连接设有电磁阀A4的管道，然后分为两路，第一路通过管道作为土壤源能量交换单元的第二输出节点W2与管道L3连接节点连通，第二路通过设有电磁阀A6的管道与蒸发器A2入口端连通；冷凝器A1出口端连接的管道分为两路，第一路通过设有电磁阀A8的管道后作为土壤源能量交换单元的第三输出节点W3与管道L4连接节点连通，第二路通过设有电磁阀A10的管道与地埋热交换单元的入口端连通；蒸发器A2的入口端管道上连接有设置电磁阀A14的管道，管道的另一端与地埋热交换单元的入口端连通；蒸发器A2的出口端连接管道分为两路，第一路通过设有电磁阀A9的管道后与土壤源能量交换单元的第三输出节点W3连通后，再与管道L4连接节点连通，第二路通过设有电磁阀A11的管道与地埋热交换单元的入口端连通；地埋热交换单元的入口端通过设有电磁阀A12的管道后作为土壤源能量交换单元的第四输出节点W4与管道L2连接节点连通；地埋热交换单元的入口端通过设有电磁阀A15的管道后作为土壤源能量交换单元的第五输出节点W5与管道L5连接节点连通；地埋热交换单元的出口端通过设置有电磁阀A13的管道后作为土壤源能量交换单元的第六输出节点W6输出，然后连接设有温度传感器TS3和泵P4的管道与位于电磁阀V11和电磁阀V9之间的管道连通；土壤源能量交换单元至少包括两组，其他组的连接方式按照上述的土壤源能量交换单元的六个输出节点的连接方式并联连接；上述涉及的电磁阀均与控制器电连接；
还包括补水单元，补水单元包括雨水收集槽、集水箱、过滤装置、反冲洗装置；集水箱底部通过设置有电磁阀V7的管道与热水箱顶部连通，集水箱底部通过设置有电磁阀V3的管道与冷水箱顶部连通；太阳能发电单元的太阳能电池板下沿处设有雨水收集槽，雨水收集槽底部通过过滤装置与集水箱连通；过滤装置包括竖向空心壳体，壳体上端与雨水收集槽出口连通，壳体下端与集水箱连通，壳体内设有滤芯，滤芯下方间隔距离设有电动封门F；冲洗装置包括反冲洗泵P6，反冲洗泵P6的入口设置管道并伸入到集水箱底部设置，滤芯和电动封门之间的壳体上设有反冲洗入口并与反冲洗泵P6的出口连通，滤芯上方的壳体上设有反冲洗出口，反冲洗出口连接的管道上设有电磁阀V12，上述涉及的电磁阀均与控制器电连接；
控制方法：
以下每种模式的控制方法中，凡未提及的控制部件均为关闭状态；
（1）供热模式及控制方法
第一种供热模式为单一供热模式：太阳能真空管集热单元工作供热；电磁阀V8和泵P5开启，与太阳能真空管集热器、热水箱形成热交换回路；电磁阀V1、泵P2、电磁阀V10、泵P3开启，与热水箱一起形成供热回路；
第二种供热模式为单一供热模式：太阳能发电单元工作供热；
电磁开关K开启接通，太阳能电池板、充电控制器、蓄电池、电加热装置形成回路对热水箱进行加热；电磁阀V1、泵P2、电磁阀V10、泵P3开启，与热水箱一起形成供热回路；
第三种供热模式为单一供热模式：土壤源能量交换单元的土壤源能量交换机和地埋热交换单元配合一起工作供热；
泵P1、电磁阀A6、电磁阀A11、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V9开启，与地埋换热管A3和蒸发器A2一起形成热交换回路；电磁阀A8、泵P2、电磁阀A5、泵P3开启，与冷凝器A1一起形成供热回路；
第四种供热模式为单一供热模式：土壤源能量交换单元的地埋热交换单元工作供热；
与热水箱进行热交换的控制方法：泵P1、电磁阀A6、电磁阀A14、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V9开启，与地埋换热管A3和热水箱一起形成热交换回路；电磁阀V1、泵P2、电磁阀V10、泵P3开启，形成供热回路；
或者，不与热水箱进行热交换而直接供热的控制方法：泵P3、电磁阀A12、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V11、泵P2开启，与地埋换热管A3一起直接形成供热回路；
第五种供热模式为混合供热模式：上述第一、第二、第三种供热模式任意两两组合工作供热或全部工作供热，或者，第一、第二、第四种供热模式任意两两组合工作供热或全部工作供热；
根据选择的组合，按照上述供热模式的控制方法对应开启控制；
（2）供冷模式及控制方法
第一种供冷模式为单一供冷模式：太阳能真空管集热单元和吸收式制冷单元配合工作供冷；
V8和泵P5开启，与太阳能真空管集热器、热水箱形成热交换回路；泵P1、电磁阀V2、泵P7、电磁阀V12开启，与热水箱、吸收式制冷单元、冷水箱2一起形成吸收式制冷回路；泵P2、电磁阀V4、电磁阀V6、泵P3开启，与冷水箱一起形成供冷回路；
第二种供冷模式为单一供冷模式：太阳能发电单元和吸收式制冷单元配合工作供冷；
电磁开关K开启接通，太阳能电池板、充电控制器、蓄电池6、电加热装置10形成回路对热水箱进行加热；泵P1、电磁阀V2、泵P7、电磁阀V12开启，与热水箱、吸收式制冷单元、冷水箱一起形成吸收式制冷回路；泵P2、电磁阀V4、电磁阀V6、泵P3开启，与冷水箱一起形成供冷回路；
第三种供冷模式为单一供冷模式：土壤源能量交换单元的土壤源能量交换机和地埋热交换单元配合一起工作供冷；
泵P1、电磁阀A4、电磁阀A10、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V9开启，与冷凝器A1和热水箱一起形成热交换回路；泵P3、电磁阀A7、电磁阀A9、泵P2开启，与蒸发器A2一起形成供冷回路；
第四种供冷模式为单一供冷模式：土壤源能量交换单元的地埋热交换单元工作供冷；
与冷水箱进行热交换的控制方法：泵P7、电磁阀V13、电磁阀A15、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V5开启，与地埋换热管A3和冷水箱一起形成热交换回路；电磁阀V4、泵P2、电磁阀V6、泵P3开启，形成供冷回路；
或者，不与冷水箱进行热交换而直接供热的控制方法：泵P3、电磁阀A12、电磁阀A13、泵P4、电磁阀V11、泵P2开启，与地埋换热管A3一起直接形成供冷回路；
第五种供热模式为混合供冷模式：上述第一、第二、第三种供冷模式任意两两组合工作供冷或全部工作供冷，或者，第一、第二、第四种供冷模式任意两两组合工作供冷或全部工作供冷；
根据选择的组合，按照上述供冷模式的控制方法对应开启控制；
（3）补水控制方法
当热水箱1的液位传感器LS1和冷水箱的液位传感器LS2检测到液位下降需要补水时，对应开启电磁阀V7、电磁阀V3进行补水；
（4）滤芯反冲洗控制方法
冲洗装置为定时冲洗装置，冲洗装置按照定时设定，并且当热水箱的液位传感器LS1和冷水箱的液位传感器LS2检测到液位均无需补水时，开启电动封门F、泵P6、电磁阀V12，对滤芯进行预设时间的反冲洗操作。
2.如权利要求1所述的太阳能耦合土壤源能量交换装置的控制方法，其特征在于：供热工作模式下，控制方法的优先级顺序为：供热工作模式第一种控制方法>供热工作模式第二种控制方法>供热工作模式第四种控制方法>供热工作模式第三种控制方法；供冷工作模式下，控制方法的优先级顺序为：供冷工作模式第四种控制方法>供冷工作模式第一种控制方法>供冷工作模式第二种控制方法>供冷工作模式第三种控制方法。
3.如权利要求2所述的太阳能耦合土壤源能量交换装置的控制方法，其特征在于：用户端控制显示屏上显示有温度传感器TS1、温度传感器TS2、温度传感器TS3所测得温度T1、T2、T3，和设定温度T；其中温度T1、T2为实时测得的温度；其中温度T3为土壤源能量交换单元或地埋热交换单元工作时，实时测得的温度；若土壤源能量交换单元或地埋热交换单元均未工作时，此时温度T3显示为待测状态，此时若用户请求测量温度T3时，则系统按照供热模式第四种控制方法的不与热水箱进行热交换而直接供热的控制方法，或者是在供冷模式第四种控制方法的不与冷水箱进行热交换而直接供热的控制方法，启动工作后即可测得；
系统的自动模式：
在供热工作模式下，测得温度T1、T3和用户设置的温度T进行比较；当T1≥T、T3≥T时，按照供热工作模式下控制方法的优先级顺序启动；当T1≥T、T3<T时，供热工作模式的第四种控制方法关闭，其它按照供热工作模式下控制方法的优先级顺序启动；当T1<T、T3<T时，仅按照供热工作模式的第三种控制方法启动；当T1<T、T3≥T时，仅按照供热工作模式的第四种控制方法和第三种控制方法，并按照启动供热模式下控制方法的优先级顺序启动；
在供冷工作模式下，测得温度T2、T3和用户设置的温度T进行比较；当T2≤T、T3≤T时，按照供冷工作模式下控制方法的优先级顺序启动；当T2≤T、T3>T时，供冷工作模式的第四种控制方法关闭，其它按照供冷工作模式下控制方法的优先级顺序启动；当T2>T、T3>T时，仅按照供冷工作模式的第三种控制方法启动；当T2>T、T3≤T时，仅按照供冷工作模式的第四种控制方法和第三种控制方法，并按照启动供冷模式下控制方法的优先级顺序启动。
4.如权利要求1所述的太阳能耦合土壤源能量交换装置的控制方法，其特征在于：地埋热交换管A3为两端封闭的管状结构，地埋热交换管A3顶部的顶板下方间隔距离平行设置有水平隔板，顶部与水平隔板之间形成上空腔，水平隔板与地埋热交换管A3下端的底板之间的下空腔通过沿长度方向设置的十字形竖隔板平均分成四个空腔，沿逆时针方向分别是第一空腔H1、第二空腔H2、第三空腔H3、第四空腔H4；第一空腔H1和第二空腔H2底部之间的竖隔板上设有下空腔第一连通孔；第三空腔H3和第四空腔H4底部之间的竖隔板上设有下空腔第二连通孔；第二空腔H2和第四空腔H4顶部的水平隔板上设置有与上空腔连通的上空腔连通孔；第一空腔H1顶部的水平隔板上设有进水孔并连接管道伸出顶板设置并作为进水端G1；第三空腔H3顶部的水平隔板上设有出水孔并连接管道伸出顶板设置并作为出水端G2。
5.如权利要求1所述的太阳能耦合土壤源能量交换装置的控制方法，其特征在于：热水箱内设有热交换盘管，热交换盘管入口端与自来水连通，热交换盘管出口端与用户的供热水管路连通。
6.如权利要求1所述的太阳能耦合土壤源能量交换装置的控制方法，其特征在于：集水箱顶部侧面设有溢流口。
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