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一种太阳能地源热泵系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能地源热泵系统，包括太阳能集热器和地埋管，还包括第一水箱、第二水箱和混合水箱，太阳能集热器与第一水箱之间设置有第一换热器，第一换热器上安装有第一水泵，地埋管与第二水箱之间设置有第二换热器，第二换热器上安装有第二水泵，第一水箱和混合水箱之间通过第一双向齿轮泵连通，第二水箱和混合水箱之间通过第二双向齿轮泵连通，太阳能集热器和地埋管之间通过第三双向齿轮泵连通，第三双向齿轮泵两侧分别设置有一个泄压阀。本发明能够改进现有技术的不足，有效降低系统运行压力波动。

Description

一种太阳能地源热泵系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及可再生能源技术领域，尤其是一种太阳能地源热泵系统及其控制方法。
背景技术
随着化石能源的使用对于环境的污染，人们越来越重视清洁环保的可再生资源。其中，太阳能和地热能是两种相对便于利用的可再生资源。现有技术中有很多使用太阳能和地热能作为能源的热泵系统，这类热泵系统在运行时由于存在两套能源供给通道，容易导致运行压力的波动，导致热量传输控制不精确。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种太阳能地源热泵系统及其控制方法，能够解决现有技术的不足，有效降低系统运行压力波动。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种太阳能地源热泵系统，包括太阳能集热器和地埋管，还包括第一水箱、第二水箱和混合水箱，太阳能集热器与第一水箱之间设置有第一换热器，第一换热器上安装有第一水泵，地埋管与第二水箱之间设置有第二换热器，第二换热器上安装有第二水泵，第一水箱和混合水箱之间通过第一双向齿轮泵连通，第二水箱和混合水箱之间通过第二双向齿轮泵连通，太阳能集热器和地埋管之间通过第三双向齿轮泵连通，第三双向齿轮泵两侧分别设置有一个泄压阀。
作为优选，所述泄压阀包括阀体，阀体内固定有环形隔板，环形隔板内侧插接有阀芯，阀芯上固定有与环形隔板选择性接触的密封垫，阀体顶部设置有顶盖，顶盖连接有压缩空气管，压缩空气管上安装有调压阀，环形隔板上设置有缺口，阀体侧壁通过弹簧体连接有侧板，侧板内侧壁固定有插销，插销活动插接在缺口内，侧板内侧壁固定有楔形块，楔形块位于插销的上方，密封垫与楔形块滑动接触，阀体侧壁设置有泄压孔。
作为优选，所述缺口两侧设置有滑槽，插销两侧设置有与滑槽相互插接配合的侧翼。
一种上述的太阳能地源热泵系统的控制方法，包括以下步骤：
A、太阳能单独供热，
打开第一水泵，第一双向齿轮泵将热水从第一水箱向混合水箱输送；当第二水箱的水温与地埋管的水温差值大于5℃时，打开第二水泵，当第二水箱的水温与地埋管的水温差值降至3℃以内时，关闭第二水泵；
B、地源单独供热或供冷，
打开第二水泵，第二双向齿轮泵将热水或冷水从第二水箱向混合水箱输送；
C、太阳能-地源联合供热，
同时打开第一水泵和第二水泵，第一双向齿轮泵和第二双向齿轮泵分别将热水从第一水箱和第二水箱向混合水箱输送；第三双向齿轮泵将热水从高压侧向低压侧输送；
D、太阳能补偿地源热能，
打开第一水泵，第一双向齿轮泵将热水从第一水箱向混合水箱输送，打开第二水泵，第二双向齿轮泵将热水从混合水箱向第二水箱输送；第三双向齿轮泵将热水从地埋管向太阳能集热器输送。
作为优选，步骤C中，在正常状态下采用PID控制策略调节第三双向齿轮泵的流量，当太阳能集热器和地埋管内的水压差小于下限阈值时，关闭第三双向齿轮泵，当太阳能集热器和地埋管内的水压差大于上限阈值时，取消PID控制策略中的微分和积分环节，使第三双向齿轮泵的流量与压力差的平方成正比调节。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过设计压力平衡通道，利用对第三双向齿轮泵转速的控制，实现对于系统内压力的调整。泄压阀用来对系统内的压力波动进行缓冲。泄压阀的泄压压力通过压缩空气的气压进行控制，随着阀芯的上移，阀芯推动侧板向外侧移动，从而使插销与缺口相互分离，从而实现泄压通道面积随着系统压力增加而增加的目的，起到快速、稳定泄压的效果。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的结构图。
图2是本发明一个具体实施方式中泄压阀的结构图。
图3是本发明一个具体实施方式中缺口与插销相互配合的结构图。
图中：1、太阳能集热器；2、地埋管；3、第一水箱；4、第二水箱；5、混合水箱；6、第一换热器；7、第一水泵；8、第二换热器；9、第二水泵；10、第一双向齿轮泵；11、第二双向齿轮泵；12、第三双向齿轮泵；13、泄压阀；14、阀体；15、环形隔板；16、阀芯；17、密封垫；18、顶盖；19、压缩空气管；20、调压阀；21、缺口；22、弹簧体；23、侧板；24、插销；25、楔形块；26、泄压孔；27、滑槽；28、侧翼；29、内螺纹；30、螺栓；31、海绵层。
具体实施方式
参照图1-3，本发明一个具体实施方式包括太阳能集热器1和地埋管2，还包括第一水箱3、第二水箱4和混合水箱5，太阳能集热器1与第一水箱3之间设置有第一换热器6，第一换热器6上安装有第一水泵7，地埋管2与第二水箱4之间设置有第二换热器8，第二换热器8上安装有第二水泵9，第一水箱3和混合水箱5之间通过第一双向齿轮泵10连通，第二水箱4和混合水箱5之间通过第二双向齿轮泵11连通，太阳能集热器1和地埋管2之间通过第三双向齿轮泵12连通，第三双向齿轮泵12两侧分别设置有一个泄压阀13。泄压阀13包括阀体14，阀体14内固定有环形隔板15，环形隔板15内侧插接有阀芯16，阀芯16上固定有与环形隔板15选择性接触的密封垫17，阀体14顶部设置有顶盖18，顶盖18连接有压缩空气管19，压缩空气管19上安装有调压阀20，环形隔板15上设置有缺口21，阀体14侧壁通过弹簧体22连接有侧板23，侧板23内侧壁固定有插销24，插销24活动插接在缺口21内，侧板23内侧壁固定有楔形块25，楔形块25位于插销24的上方，密封垫17与楔形块25滑动接触，阀体14侧壁设置有泄压孔26。缺口21两侧设置有滑槽27，插销24两侧设置有与滑槽27相互插接配合的侧翼28。
另外，在泄压孔26内壁设置有内螺纹29，螺栓30与内螺纹29螺纹连接，螺栓30顶部设置有与泄压孔26顶部相互压接的海绵层31。通过手动旋转螺栓30，可以控制泄压流速，从而实现对于泄压的两级可控调整。
一种上述的太阳能地源热泵系统的控制方法，包括以下步骤：
A、太阳能单独供热，
打开第一水泵7，第一双向齿轮泵10将热水从第一水箱3向混合水箱5输送；当第二水箱4的水温与地埋管2的水温差值大于5℃时，打开第二水泵9，当第二水箱4的水温与地埋管2的水温差值降至3℃以内时，关闭第二水泵9；
B、地源单独供热或供冷，
打开第二水泵9，第二双向齿轮泵11将热水或冷水从第二水箱4向混合水箱5输送；
C、太阳能-地源联合供热，
同时打开第一水泵7和第二水泵9，第一双向齿轮泵10和第二双向齿轮泵11分别将热水从第一水箱3和第二水箱4向混合水箱5输送；第三双向齿轮泵12将热水从高压侧向低压侧输送；
D、太阳能补偿地源热能，
打开第一水泵7，第一双向齿轮泵10将热水从第一水箱3向混合水箱5输送，打开第二水泵9，第二双向齿轮泵11将热水从混合水箱5向第二水箱4输送；第三双向齿轮泵12将热水从地埋管2向太阳能集热器1输送。
步骤C中，在正常状态下采用PID控制策略调节第三双向齿轮泵12的流量，当太阳能集热器1和地埋管2内的水压差小于下限阈值时，关闭第三双向齿轮泵12，当太阳能集热器1和地埋管2内的水压差大于上限阈值时，取消PID控制策略中的微分和积分环节，使第三双向齿轮泵12的流量与压力差的平方成正比调节。
步骤D中，第一双向齿轮泵10与第二双向齿轮泵11的流量相等，第三双向齿轮泵12的流量与第一双向齿轮泵10的流量关系为：
F1＝kF2+ΔF
其中，F1为第三双向齿轮泵12的流量，F2为第一双向齿轮泵10的流量，k为比例常数，ΔF为修正增量。通过第三双向齿轮泵12的反向输送调节，可以有效降低系统内的压力差。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种太阳能地源热泵系统，包括太阳能集热器(1)和地埋管(2)，其特征在于：还包括第一水箱(3)、第二水箱(4)和混合水箱(5)，太阳能集热器(1)与第一水箱(3)之间设置有第一换热器(6)，第一换热器(6)上安装有第一水泵(7)，地埋管(2)与第二水箱(4)之间设置有第二换热器(8)，第二换热器(8)上安装有第二水泵(9)，第一水箱(3)和混合水箱(5)之间通过第一双向齿轮泵(10)连通，第二水箱(4)和混合水箱(5)之间通过第二双向齿轮泵(11)连通，太阳能集热器(1)和地埋管(2)之间通过第三双向齿轮泵(12)连通，第三双向齿轮泵(12)两侧分别设置有一个泄压阀(13)。
2.根据权利要求1所述的太阳能地源热泵系统，其特征在于：所述泄压阀(13)包括阀体(14)，阀体(14)内固定有环形隔板(15)，环形隔板(15)内侧插接有阀芯(16)，阀芯(16)上固定有与环形隔板(15)选择性接触的密封垫(17)，阀体(14)顶部设置有顶盖(18)，顶盖(18)连接有压缩空气管(19)，压缩空气管(19)上安装有调压阀(20)，环形隔板(15)上设置有缺口(21)，阀体(14)侧壁通过弹簧体(22)连接有侧板(23)，侧板(23)内侧壁固定有插销(24)，插销(24)活动插接在缺口(21)内，侧板(23)内侧壁固定有楔形块(25)，楔形块(25)位于插销(24)的上方，密封垫(17)与楔形块(25)滑动接触，阀体(14)侧壁设置有泄压孔(26)。
3.根据权利要求2所述的太阳能地源热泵系统，其特征在于：所述缺口(21)两侧设置有滑槽(27)，插销(24)两侧设置有与滑槽(27)相互插接配合的侧翼(28)。
4.一种权利要求1-3任意一项所述的太阳能地源热泵系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
A、太阳能单独供热，
打开第一水泵(7)，第一双向齿轮泵(10)将热水从第一水箱(3)向混合水箱(5)输送；当第二水箱(4)的水温与地埋管(2)的水温差值大于5℃时，打开第二水泵(9)，当第二水箱(4)的水温与地埋管(2)的水温差值降至3℃以内时，关闭第二水泵(9)；
B、地源单独供热或供冷，
打开第二水泵(9)，第二双向齿轮泵(11)将热水或冷水从第二水箱(4)向混合水箱(5)输送；
C、太阳能-地源联合供热，
同时打开第一水泵(7)和第二水泵(9)，第一双向齿轮泵(10)和第二双向齿轮泵(11)分别将热水从第一水箱(3)和第二水箱(4)向混合水箱(5)输送；第三双向齿轮泵(12)将热水从高压侧向低压侧输送；
D、太阳能补偿地源热能，
打开第一水泵(7)，第一双向齿轮泵(10)将热水从第一水箱(3)向混合水箱(5)输送，打开第二水泵(9)，第二双向齿轮泵(11)将热水从混合水箱(5)向第二水箱(4)输送；第三双向齿轮泵(12)将热水从地埋管(2)向太阳能集热器(1)输送。
5.根据权利要求4所述的太阳能地源热泵系统的控制方法，其特征在于：步骤C中，在正常状态下采用PID控制策略调节第三双向齿轮泵(12)的流量，当太阳能集热器(1)和地埋管(2)内的水压差小于下限阈值时，关闭第三双向齿轮泵(12)，当太阳能集热器(1)和地埋管(2)内的水压差大于上限阈值时，取消PID控制策略中的微分和积分环节，使第三双向齿轮泵(12)的流量与压力差的平方成正比调节。
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