CN107192058A - 一种太阳能和地下水源的联合供能系统 - Google Patents

一种太阳能和地下水源的联合供能系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种太阳能和地下水源的联合供能系统，包括强渗透体、水源支管、水源热泵、太阳能热泵和太阳能板，所述强渗透体设在地面下，所述水源支管埋设在强渗透体内，所述水源热泵的一端分别连接第一进水管和第一出水管，所述第一进水管的前端与水源支管连接，所述第一进水管的末端连接第二进水管，所述第一进水管的中端设有净化筒，所述第一出水管的前端和中端均与水源支管连接，所述第一出水管的前端连接第二出水管，所述第二出水管的末端连接家庭用水管，所述太阳能板上铺设有太阳能热水管，所述太阳能热水管和太阳能热泵通过第三进水管和第三出水管连接，所述第三出水管与第二进水管连接，所述第三进水管与家庭用水管连接。本发明结构简单。

Description

一种太阳能和地下水源的联合供能系统
技术领域
本发明涉及地下水源和太阳能利用技术领域，尤其涉及一种太阳能和地下水源的联合供能系统。
背景技术
地下水源和太阳能可在冬季作为热源向室内供暖，地下水源能够在夏季作为冷源向室内制冷，对于节能减排具有显著的优势。目前大多数的热泵系统都是利用土壤源，利用地下水源的热泵系统并不多见，已有的地下水源热泵系统在运行过程中存在较多的问题，如热交换方面效率低下、热交换水体腐蚀管路、抽灌交换热量不稳定以及传统热交换造成地下热量失衡、地下水恒温带提供能量不稳定。
中国专利201620661589.4公开了一种智能小型户式地源热泵机组，采用双过滤器去除换热水体的杂质，该专利提供的地源热泵机组结构复杂、操作繁琐。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种结构简单、操作方便的太阳能和地下水源的联合供能系统。
本发明提供一种太阳能和地下水源的联合供能系统，包括强渗透体、水源支管、水源热泵、太阳能热泵和太阳能板，所述强渗透体设在地面下，所述水源支管埋设在强渗透体的内部，所述水源热泵的一端分别连接有第一进水管和第一出水管，所述第一进水管的前端与水源支管连接，所述第一进水管的末端连接一第二进水管，所述第一进水管的中端设有净化筒，所述第一出水管的前端和中端均与水源支管连接，所述第一出水管的前端还连接一第二出水管，所述第二出水管的末端连接家庭用水管，所述太阳能板上铺设有太阳能热水管，所述太阳能热水管和太阳能热泵的一端通过第三进水管和第三出水管连接，所述第三出水管还与第二进水管的末端连接，所述第三进水管还与家庭用水管连接，所述水源支管用以与地下水源进行能量交换，所述太阳能板用以将光能转化为热量，所述净化筒用以实现对换热水体的净化，所述强渗透体用以加速地下水源的流动。
进一步地，所述水源热泵的另一端分别设有第一末端进口和第一末端出口，外界的换热介质从所述第一末端进口进入水源热泵，然后在水源热泵内与第一进水管内的换热水体进行能量交换，经能量交换后的换热介质从第一末端出口流出；所述太阳能热泵的另一端分别设有第二末端进口和第二末端出口，外界的换热介质从所述第二末端进口进入太阳能热泵，然后在太阳能热泵内与第三进水管内的换热水体进行能量交换，经能量交换后的换热介质从第二末端出口流出。
进一步地，所述强渗透体由砂砾石铺设而成，所述强渗透体的中部的砂砾石的粒径大于左右两端的砂砾石的粒径，从而使中部的渗透系数大于左右两端的渗透系数。
进一步地，所述强渗透体内设有换热井，将所述水源支管插入换热井内与地下水源进行能量交换，所述换热井的下端开设有透水孔，所述透水孔的孔径小于中部的砂砾石的粒径，所述透水孔用以防止砂砾石进入换热井内。
进一步地，所述净化筒的两端分别设有长接口和短接口，所述长接口和短接口分别与第一进水管螺纹连接，在长接口、短接口与第一进水管的螺纹连接处均设有丝扣，所述丝扣用以固定螺纹连接处，所述净化筒的内部交替填充有沸石、活性炭、火山石和过滤膜。
进一步地，所述水源支管的内部设有扇叶和铜丝网，所述扇叶和铜丝网均固定在水源支管的内壁，所述扇叶和铜丝网的直径与水源支管的内径相同。
进一步地，所述第一进水管上设有第一阀门，所述第一出水管上设有第二阀门，所述第二进水管上设有第三阀门，所述第二出水管上设有第四阀门，所述第三进水管上设有第五阀门和第六阀门，所述第三出水管上设有第七阀门和第八阀门，所述家庭用水管上设有第九阀门和第十阀门。
进一步地，所述联合供能系统的制冷过程为：打开第一阀门和第二阀门，启动水源热泵，地下水源的冷量通过第一进水管内的换热水体传输到水源热泵，通过水源热泵内机组的运行将冷量集中，冷量与从第一末端进口输入的换热介质发生能量交换，从第一末端进口输入的换热介质完成能量交换后通过第一末端出口送入室内，达到制冷的目的。
进一步地，所述联合供能系统的制热过程为：启动水源热泵和太阳能热泵，打开第一阀门、第二阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门，地下水源的热量通过第一进水管内的换热水体传输到水源热泵，通过水源热泵内机组的运行将热量集中，热量与从第一末端进口输入的换热介质发生能量交换，从第一末端进口输入的换热介质完成能量交换后通过第一末端出口送入室内，同时，太阳能热水管内的热量通过第三进水管内的换热水体传输到太阳能热泵，通过太阳能热泵内机组的运行将热量集中，热量与从第二末端进口输入的换热介质发生能量交换，从第二末端进口输入的换热介质完成能量交换后通过第二末端出口送入室内，达到太阳能热泵和水源热泵同时制热的目的。
进一步地，打开所述第三阀门、第四阀门、第五阀门、第七阀门和第九阀门，太阳能热水管内的热水依次经第三进水管、家庭用水管、第二出水管、水源支管、第一进水管、第二进水管和第三出水管将热量传递给地下水源，以补充地下水源的热量，确保地下水源的温度恒定。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的太阳能和地下水源的联合供能系统结构简单、操作方便，其通过构造强渗透体提高地下水源在换热井中的流动速率，增加换热井内地下水源与水源支管内换热水体的温差，有效避免热量短路；本发明的水源支管内设有扇叶和铜丝网，能够增加换热水体与水源支管的直接接触水量，提高换热效率；本发明利用净化筒净化换热水体，进而能够减少水源支管的老化，降低系统运行维护成本；本发明利用第二进水管和第二出水管补充地下水源的热量，有效保证了地下水源的恒温温度场。
附图说明
图1是本发明一种太阳能和地下水源的联合供能系统的结构示意图。
图2是本发明一种太阳能和地下水源的联合供能系统中净化筒的结构示意图。
图3是本发明一种太阳能和地下水源的联合供能系统中水源支管的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种太阳能和地下水源的联合供能系统，包括强渗透体1、水源支管2、水源热泵3、太阳能热泵4和太阳能板5，太阳能板5用以将光能转换为热量，强渗透体1设在地面下，水源支管2埋设在强渗透体1的内部，水源热泵3的一端分别连接有第一进水管31和第一出水管32，水源热泵3的另一端分别设有第一末端进口33和第一末端出口34，第一进水管31的前端与水源支管2连接，第一进水管31的末端连接一第二进水管35，第一进水管31的中端设有净化筒6，净化筒6用以实现对换热水体的净化，第一出水管32的前端和中端均与水源支管2连接，第一出水管32的前端还连接一第二出水管36，第二出水管36的末端连接家庭用水管37。
太阳能板5上固定铺设有太阳能热水管51，太阳能热水管51和太阳能热泵4的一端通过第三进水管41和第三出水管42连接，第三出水管42还与第二进水管35的末端连接，第三进水管41还与家庭用水管37连接，太阳能热泵4的另一端分别设有第二末端进口43和第二末端出口44。
外界的换热介质从第一末端进口33进入水源热泵3，然后在水源热泵3内与第一进水管31内的换热水体进行能量交换，经能量交换后的换热介质从第一末端出口34流出，经能量交换后的换热介质可在家庭末端供家庭使用。
外界的换热介质从第二末端进口43进入太阳能热泵4，然后在太阳能热泵4内与第三进水管41内的换热水体进行能量交换，经能量交换后的换热介质从第二末端出口44流出，经能量交换后的换热介质可在家庭末端供家庭使用。
强渗透体1内设有换热井11，水源支管2插入换热井11内与地下水源进行能量交换，强渗透体1由砂砾石铺设而成，强渗透体1的中部的砂砾石的粒径大于左右两端的砂砾石的粒径，从而使中部的渗透系数大于左右两端的渗透系数，强渗透体1用以加速地下水源在换热井11中的流动，换热井11的下端开设有透水孔(图中未示)，透水孔的孔径小于中部的砂砾石的粒径，透水孔用以防止砂砾石进入换热井11内。
参考图2，净化筒6的两端分别设有长接口61和短接口62，长接口61和短接口62分别与第一进水管31螺纹连接，在长接口61、短接口62与第一进水管31的螺纹连接处均设有丝扣63，丝扣63用以固定螺纹连接处，净化筒6的内部交替填充有沸石65、活性炭66、火山石67和过滤膜64，净化筒6的直径是第一进水管31的直径的两倍，净化筒6与第一进水管31的连接方式选择并联分布式或串联分布式，一实施例中，长接口61和短接口62的内壁均设有内凹开螺纹，螺纹的深度和间距均为1cm，第一进水管31上与长接口61、短接口62的螺纹连接处均设有外螺纹，长接口61和短接口62的内径与第一进水管31的外径相同。
参考图3，水源支管2的内部设有扇叶21和铜丝网22，扇叶21和铜丝网22均固定在水源支管2的内壁，扇叶21和铜丝网22的直径与水源支管2的内径相同，水体在水源支管2内流动经过扇叶21时，水体发生扰动形成紊流状态，打破了水体边缘层在水源支管2产生的热量阻隔层，同时铜丝网22对水体进行梳理，再次使水体形成层流状态进行换热，以提高水源支管2的换热效率。
第一进水管31上设有第一阀门311，第一出水管32上设有第二阀门321，第二进水管35上设有第三阀门351，第二出水管36上设有第四阀门361，第三进水管41上设有第五阀门411和第六阀门412，第三出水管42上设有第七阀门421和第八阀门422，家庭用水管37上设有第九阀门371和第十阀门372。
该太阳能和地下水源的联合供能系统的工作过程为：
夏季时，地面以上的温度较高，地下水源作为冷源，打开第一阀门311和第二阀门321，启动水源热泵3，地下水源的冷量通过第一进水管31内的换热水体传输到水源热泵3，通过水源热泵3内机组的运行将冷量集中，冷量与从第一末端进口33输入的换热介质发生能量交换，从第一末端进口33输入的换热介质完成能量交换后通过第一末端出口34送入室内，达到制冷的目的；同时当打开第五阀门411、第九阀门371和第十阀门372时，可以将太阳能热水管51内的热水输入家庭使用；
冬季时，地面以上的温度较低，地下水源作为热源，启动水源热泵3和太阳能热泵4，打开第一阀门311、第二阀门321、第五阀门411、第六阀门412、第七阀门421和第八阀门422，地下水源的热量通过第一进水管31内的换热水体传输到水源热泵3，通过水源热泵3内机组的运行将热量集中,热量与从第一末端进口33输入的换热介质发生能量交换，从第一末端进口33输入的换热介质完成能量交换后通过第一末端出口34送入室内，同时，太阳能热水管51内的热量通过第三进水管41内的换热水体传输到太阳能热泵4，通过太阳能热泵4内机组的运行将热量集中，热量与从第二末端进口43输入的换热介质发生能量交换，从第二末端进口43输入的换热介质完成能量交换后通过第二末端出口44送入室内，达到太阳能热泵4和水源热泵3同时制热的目的；
秋季时，打开第三阀门351、第四阀门361、第五阀门411、第七阀门421和第九阀门371，太阳能热水管51内的热水依次经第三进水管41、家庭用水管37、第二出水管36、水源支管2、第一进水管31、第二进水管35和第三出水管42将热量传递给地下水源，以补充地下水源的热量，确保地下水源的温度恒定。
本发明提供的太阳能和地下水源的联合供能系统结构简单、操作方便，其通过构造强渗透体1提高地下水源在换热井11中的流动速率，增加换热井11内地下水源与水源支管2内换热水体的温差，有效避免热量短路；本发明的水源支管2内设有扇叶21和铜丝网22，能够增加换热水体与水源支管2的直接接触水量，提高换热效率；本发明利用净化筒6净化换热水体，进而能够减少水源支管2的老化，降低系统运行维护成本；本发明利用第二进水管35和第二出水管36补充地下水源的热量，有效保证了地下水源的恒温温度场。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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)

1.一种太阳能和地下水源的联合供能系统，其特征在于，包括强渗透体、水源支管、水源热泵、太阳能热泵和太阳能板，所述强渗透体设在地面下，所述水源支管埋设在强渗透体的内部，所述水源热泵的一端分别连接有第一进水管和第一出水管，所述第一进水管的前端与水源支管连接，所述第一进水管的末端连接一第二进水管，所述第一进水管的中端设有净化筒，所述第一出水管的前端和中端均与水源支管连接，所述第一出水管的前端还连接一第二出水管，所述第二出水管的末端连接家庭用水管，所述太阳能板上铺设有太阳能热水管，所述太阳能热水管和太阳能热泵的一端通过第三进水管和第三出水管连接，所述第三出水管还与第二进水管的末端连接，所述第三进水管还与家庭用水管连接，所述水源支管用以与地下水源进行能量交换，所述太阳能板用以将光能转化为热量，所述净化筒用以实现对换热水体的净化，所述强渗透体用以加速地下水源的流动。
2.如权利要求1所述的太阳能和地下水源的联合供能系统，其特征在于，所述水源热泵的另一端分别设有第一末端进口和第一末端出口，外界的换热介质从所述第一末端进口进入水源热泵，然后在水源热泵内与第一进水管内的换热水体进行能量交换，经能量交换后的换热介质从第一末端出口流出；所述太阳能热泵的另一端分别设有第二末端进口和第二末端出口，外界的换热介质从所述第二末端进口进入太阳能热泵，然后在太阳能热泵内与第三进水管内的换热水体进行能量交换，经能量交换后的换热介质从第二末端出口流出。
3.如权利要求1所述的太阳能和地下水源的联合供能系统，其特征在于，所述强渗透体由砂砾石铺设而成，所述强渗透体的中部的砂砾石的粒径大于左右两端的砂砾石的粒径，从而使中部的渗透系数大于左右两端的渗透系数。
4.如权利要求3所述的太阳能和地下水源的联合供能系统，其特征在于，所述强渗透体内设有换热井，将所述水源支管插入换热井内与地下水源进行能量交换，所述换热井的下端开设有透水孔，所述透水孔的孔径小于中部的砂砾石的粒径，所述透水孔用以防止砂砾石进入换热井内。
5.如权利要求1所述的太阳能和地下水源的联合供能系统，其特征在于，所述净化筒的两端分别设有长接口和短接口，所述长接口和短接口分别与第一进水管螺纹连接，在长接口、短接口与第一进水管的螺纹连接处均设有丝扣，所述丝扣用以固定螺纹连接处，所述净化筒的内部交替填充有沸石、活性炭、火山石和过滤膜。
6.如权利要求1所述的太阳能和地下水源的联合供能系统，其特征在于，所述水源支管的内部设有扇叶和铜丝网，所述扇叶和铜丝网均固定在水源支管的内壁，所述扇叶和铜丝网的直径与水源支管的内径相同。
7.如权利要求2所述的太阳能和地下水源的联合供能系统，其特征在于，所述第一进水管上设有第一阀门，所述第一出水管上设有第二阀门，所述第二进水管上设有第三阀门，所述第二出水管上设有第四阀门，所述第三进水管上设有第五阀门和第六阀门，所述第三出水管上设有第七阀门和第八阀门，所述家庭用水管上设有第九阀门和第十阀门。
8.如权利要求7所述的太阳能和地下水源的联合供能系统，其特征在于，所述联合供能系统的制冷过程为：打开第一阀门和第二阀门，启动水源热泵，地下水源的冷量通过第一进水管内的换热水体传输到水源热泵，通过水源热泵内机组的运行将冷量集中，冷量与从第一末端进口输入的换热介质发生能量交换，从第一末端进口输入的换热介质完成能量交换后通过第一末端出口送入室内，达到制冷的目的。
9.如权利要求7所述的太阳能和地下水源的联合供能系统，其特征在于，所述联合供能系统的制热过程为：启动水源热泵和太阳能热泵，打开第一阀门、第二阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门，地下水源的热量通过第一进水管内的换热水体传输到水源热泵，通过水源热泵内机组的运行将热量集中，热量与从第一末端进口输入的换热介质发生能量交换，从第一末端进口输入的换热介质完成能量交换后通过第一末端出口送入室内，同时，太阳能热水管内的热量通过第三进水管内的换热水体传输到太阳能热泵，通过太阳能热泵内机组的运行将热量集中，热量与从第二末端进口输入的换热介质发生能量交换，从第二末端进口输入的换热介质完成能量交换后通过第二末端出口送入室内，达到太阳能热泵和水源热泵同时制热的目的。
10.如权利要求7所述的太阳能和地下水源的联合供能系统，其特征在于，打开所述第三阀门、第四阀门、第五阀门、第七阀门和第九阀门，太阳能热水管内的热水依次经第三进水管、家庭用水管、第二出水管、水源支管、第一进水管、第二进水管和第三出水管将热量传递给地下水源，以补充地下水源的热量，确保地下水源的温度恒定。
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