CN110701667B - 一种复合太阳能与土壤源热泵的供能系统及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合太阳能与土壤源热泵的供能系统，包括太阳能集热单元、太阳能跨季节土壤蓄热单元、太阳能供热水单元、土壤源热泵供暖单元与高温供能单元；太阳能集热单元连接太阳能跨季节土壤蓄热单元、土壤源热泵供暖单元、太阳能供热水单元与高温供能单元；太阳能跨季节土壤蓄热单元连接土壤源热泵供暖单元；土壤源热泵供暖单元连接高温供能单元与太阳能供热水单元；基于土壤源热泵技术和蓄热技术构建新型供能系统，充分利用太阳能、浅层地热等清洁可再生能源，满足生活和生产中多温度水平与/或变负荷大小的供能需求。

Description

一种复合太阳能与土壤源热泵的供能系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及太阳能、浅层地热能等可再生能源清洁应用工程领域，尤其是涉及一种复合太阳能与土壤源热泵的供能系统及其运行方法。
背景技术
由于传统的燃煤供暖会带来严重的环境污染问题，清洁供暖技术备受重视。常见的清洁供暖方式主要有燃气供暖、电加热直接供暖、热泵供暖，以及太阳能等可再生能源供暖。其中，燃气供暖，具有清洁环保、使用方便等优点，但存在供暖成本高、供暖季气源紧张等问题有待解决；电加热直接供暖具有初投资小的优点，但存在电网负荷大，高品位电能利用效率低等局限；热泵供暖目前有空气源热泵、水源热泵和土壤源热泵，通过热泵可以极大降低用电负荷，但单一的热泵供能均存在一些不足有待改进，例如：空气源热泵在低环温下的供能可靠性和高效性有待技术突破，水源热泵对生态环境的影响有待科学预测评估，土壤源热泵长周期运行需克服冷热负荷不平衡导致的地温失衡问题。此外，因地制宜利用太阳能进行供暖，具有成本低、一次能源消耗少等优点，但因太阳辐照强度具有周期性和随机性，导致供能保障率低下，且需配置辅助供热系统，且存在夏季太阳能过剩未得到充分利用等问题。不难看出，单一的清洁供暖方式难免存在一些问题和不足，难以在能效、环保、经济以及稳定性等方面具达到最佳效果。故此，多能源互补、多种技术协同供暖供暖的技术及方案被提出。其中，土壤源热泵由于自身复合了热泵技术和浅层地热能利用技术，具有能效高、供能稳定的显著优点，故以土壤源热泵供暖为核心、复合其他能源或供暖技术的方案，极具开发潜力。
例如：专利(ZL201811374031.8)提出一种太阳能-增强型地源热泵联合供能系统及其运行方法，通过设置抽-灌井，使地下水强制渗流，在满足“采灌平衡”的环保要求的同时，可进一步提高系统能效水平。
随着社会发展和人们生活水平提高，对供能系统的稳定性和节能水平提出更高要求的同时，在供能需求方面，呈现供能温度水平多样性与供能负荷大小多样性。专利(ZL201610703421.X)提出一种太阳能-地源热泵耦合供能系统及其运行方法，将地源热泵的地源侧两个地埋管群联合起来作为机组的热源，解决了不同负荷大小机组高效协同运行的问题，使得系统在不同大小用能负荷下均可保持高能效水平，并同时满足供暖和供给生活热水。然而，当前基于土壤源能热泵的供能技术尚未满足90℃及100℃以上高温供能需求，例如利用高温热水或蒸汽进行供暖、蒸煮、杀菌、烘干等等。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合太阳能与土壤源热泵的供能系统及其运行方法，基于土壤源热泵技术和蓄热技术构建新型供能系统，充分利用太阳能、浅层地热等清洁可再生能源，满足生活和生产中多温度水平与/或变负荷大小的供能需求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种复合太阳能与土壤源热泵的供能系统，包括太阳能集热单元、太阳能跨季节土壤蓄热单元、太阳能供热水单元、土壤源热泵供暖单元与高温供能单元；太阳能集热单元连接太阳能跨季节土壤蓄热单元、土壤源热泵供暖单元、太阳能供热水单元与高温供能单元；太阳能跨季节土壤蓄热单元连接土壤源热泵供暖单元；土壤源热泵供暖单元连接高温供能单元与太阳能供热水单元；
所述的高温供能单元包括十二号热泵换热器E12、十四号热泵换热器E14、十五号热泵压缩机E15、十三热泵节流阀E13、六号水泵P6与十六号末端换热器E16；
所述的十二号热泵换热器E12、十三热泵节流阀E13、十四号热泵换热器E14与十五号热泵压缩机E15串联成环状高温热泵机组；
所述的十二号热泵换热器E12出口通过第十二阀门V12连接所述的土壤源热泵供暖单元的供热回流进口；所述的土壤源热泵供暖单元的供热出口通过第十一阀门V11连接十二号热泵换热器E12进口；
所述的十四号热泵换热器E14出口连接设于高温用能末端容器E18中的十六号末端换热器E16进口；十六号末端换热器E16出口通过六号水泵P6连接十四号热泵换热器E14进口；通过在高温用能末端容器E18中换热供高温热水。
所述的高温供能单元连接太阳能集热单元；包括第十三阀门V13、第十四阀门V14与五号水泵P5；太阳能集热单元的供热出口依次通过五号水泵P5与第十三阀门V13连接十二号热泵换热器E12进口的第十一阀门V11进口，所述的十二号热泵换热器E12出口的第十二阀门V12出口通过第十四阀门V14连接太阳能集热单元的回流进口。
所述的太阳能集热单元包括太阳能集热器E1、太阳能集热水箱E2、集热盘管E3和一号水泵P1；所述的太阳能集热器E1出口连接设于太阳能集热水箱E2中的集热盘管E3的进口，与太阳能集热水箱E2中的水换热后，集热盘管E3的出口通过一号水泵P1连接太阳能集热器E1进口；太阳能集热水箱E2有供热出口与回流进口。
所述的太阳能跨季节土壤蓄热单元包括土壤蓄热区E5与地埋管换热器E6；所述的二号水泵P2进口连接太阳能集热水箱E2的供热出口，二号水泵P2出口依次通过第二阀门V2与第四阀门V4连接设于土壤蓄热区E5中的地埋管换热器E6进口，与土壤蓄热区E5换热后，地埋管换热器E6出口依次通过第三阀门V3与第一阀门V1连接太阳能集热水箱E2的回流进口，将高温水的热量在土壤蓄热区E5进行换热储存。
所述的太阳能热水单元包括太阳能水箱换热器E4和低温用能末端容器E17，低温度自来水连接太阳能水箱换热器E4，太阳能水箱换热器E4设于太阳能集热水箱E2中吸收热量，太阳能水箱换热器E4出口连接低温用能末端容器E17，供生活热水；低温用能末端容器E17中设有十一号末端换热器E11，十一号末端换热器E11连接土壤源热泵供暖单元。
所述的土壤源热泵供暖单元包括七号热泵换热器E7、九号热泵换热器E9、十号热泵压缩机E10与八号热泵节流阀E8；
所述的七号热泵换热器E7、十号热泵压缩机E10、九号热泵换热器E9与八号热泵节流阀E8串联成环状土壤源热泵机组；
所述的七号热泵换热器E7出口依次通过三号水泵P3与第六阀门V6连接太阳能跨季节土壤蓄热单元的地埋管换热器E6的进口的第四阀门V4与第二阀门V2之间；地埋管换热器E6的出口的第三阀门V3与第一阀门V1之间分支路通过第五阀门V5连接七号热泵换热器E7进口；
所述的九号热泵换热器E9出口依次通过第七阀门V7与第九阀门V9连接设于所述的太阳能热水单元中的末端容器E17中的低温换热器进口，所述的低温换热器出口依次通过第十阀门V10、第八阀门V8与供暖水泵P4连接九号热泵换热器E9进口，构成土壤源热泵供暖回路；
同时，所述的第七阀门V7与第九阀门V9间分支路连接于第十三阀门V13与第十一阀门V11间；所述的第十阀门V10与第八阀门V8间分支路连接于第十二阀门V12与第十四阀门V14间；连通高温回路。
一种复合太阳能与土壤源热泵的供能系统的运行方法，包括土壤源热泵高温供能模式；所述的土壤源热泵高温供能模式为：
切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断高温供能单元与太阳能集热单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；
连通太阳能跨季节土壤蓄热单元、土壤源热泵供暖单元与高温供能单元之间的连接，启动太阳能跨季节土壤蓄热单元与土壤源热泵供暖单元间的连接，打开第十一阀门V11与第十二阀门V12，启动六号水泵P6，运行环状高温热泵机组；将储存在土壤中的热能用提取出来，用于高温供能。
所述的复合太阳能与土壤源热泵的供能系统的运行方法，还包括太阳能高温供能模式，所述的太阳能高温供能模式为：
切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元之间的连接，
连通高温供能单元与太阳能集热单元的连接；打开第十一阀门V11与第十二阀门V12，启动六号水泵P6，运行环状高温热泵机组；将太阳能热量的热能用提取出来，用于高温供能。
所述的复合太阳能与土壤源热泵的供能系统的运行方法，还包括太阳能跨季节土壤蓄模式、太阳能直接供暖模式、太阳能热泵供暖模式、土壤源热泵供暖模式与太阳能热水模式；
所述的太阳能跨季节土壤蓄模式，切断高温供能单元与太阳能集热单元的连接；切断太阳能跨季节土壤蓄热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，切断太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元之间的连接；连通太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，将太阳能热量储存到土壤中；
所述的太阳能直接供暖模式，切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元的连接，切断太阳能集热单元与高温供能单元的连接；切断太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接；连通太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接；将太阳能的热量直接用于用户取暖；
所述的太阳能热泵供暖模式，切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断太阳能集热单元与高温供能单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与土壤源热泵供暖单元的连接；连通太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，连通土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；太阳能的热量经热泵提升后用于用户供暖；
所述的土壤源热泵供暖模式，切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断太阳能集热单元与高温供能单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元的连接；切断太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接；连通太阳能跨季节土壤蓄热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，连通土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；将土壤中储存的热量提取出来为用户供暖；
所述的太阳能热水模式，切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断太阳能集热单元与高温供能单元的连接；切断太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元的连接；切断太阳能跨季节土壤蓄热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；将自来水通入太阳能集热单元的入口，太阳能集热单元供热出口连接太阳能供热水单元，用于生活热水使用。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种复合太阳能与土壤源热泵的供能系统及其运行方法，包括七种运行模式，在夏季，有太阳能跨季节土壤蓄热模式、太阳能热水模式、太阳能高温供能模式、土壤源热泵高温供能模式；在冬季，有太阳能直接供暖模式、太阳能热泵供暖模式、土壤源热泵供暖模式。基于土壤源热泵技术和蓄热技术构建新型供能系统，充分利用太阳能、浅层地热等清洁可再生能源，满足生活和生产中多温度水平与/或变负荷大小的供能需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的复合太阳能与土壤源热泵的供能系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。
实施例一
如图1所示，一种复合太阳能与土壤源热泵的供能系统，旨在实现宽温区、多负荷、稳定高效环保经济供能，该系统可用于建筑、农业/工业生产的供暖、供生活热水、供高温热水或蒸汽。其中，在供暖季节，利用太阳能直供和土壤源热泵联合供暖。即当蓄热水箱中温度满足冬季供暖要求时，先利用蓄热水箱中的热水进行供暖；当太阳能集热水箱中热水不满足供暖要求时，但满足太阳能热泵要求时，启动太阳能热泵模式；当集热水箱温度不满足太阳能热泵要求时，启动土壤源热泵进行供暖，解决太阳能辐射的不连续性。在非供暖季节，将太阳能集热器将收集到的太阳能储存在集热水箱中，当温度达到设定温度时，蓄热水泵启动，将集热水箱中的热水注入地埋管换热器，利用地埋管将夏季富余的太阳能热储存于土壤中，补偿土壤温度避免地温失衡。与此同时，基于太阳能集热或土壤源热泵增温，实现全天候供生活热水。此外，通过复叠高温热泵进一步提升供能温度水平，根据需求供应更高温度的热水或蒸汽，以满足不同的负荷类型需求。
具体的，包括太阳能集热单元、太阳能跨季节土壤蓄热单元、太阳能供热水单元、土壤源热泵供暖单元与高温供能单元；太阳能集热单元连接太阳能跨季节土壤蓄热单元、土壤源热泵供暖单元、太阳能供热水单元与高温供能单元；太阳能跨季节土壤蓄热单元连接土壤源热泵供暖单元；土壤源热泵供暖单元连接高温供能单元与太阳能供热水单元；
所述的高温供能单元包括十二号热泵换热器E12、十四号热泵换热器E14、十五号热泵压缩机E15、十三热泵节流阀E13、六号水泵P6与十六号末端换热器E16；所述的十二号热泵换热器E12、十三热泵节流阀E13、十四号热泵换热器E14与十五号热泵压缩机E15串联成环状高温热泵机组；所述的十二号热泵换热器E12出口通过第十二阀门V12连接所述的土壤源热泵供暖单元的供热回流进口；具体的连接第八阀门V8，再通过第八阀门V8与供暖水泵P4连接九号热泵换热器E9进口，热泵换热器E9进口也就是土壤源热泵供暖单元的供热回流进口。所述的土壤源热泵供暖单元的供热出口通过第十一阀门V11连接十二号热泵换热器E12进口；具体的所述的土壤源热泵供暖单元的供热出口即九号热泵换热器E9出口，九号热泵换热器E9出口经第七阀门V7连接第十一阀门V11，再通过第十一阀门V11连接十二号热泵换热器E12进口；所述的十四号热泵换热器E14出口连接设于高温用能末端容器E18中的十六号末端换热器E16进口；十六号末端换热器E16出口通过六号水泵P6连接十四号热泵换热器E14进口；通过在高温用能末端容器E18中换热供高温热水。高温热水的高温一般是90℃及100℃以上高温热水，可以满足供暖、蒸煮、杀菌、烘干等等。
所述的高温供能单元与太阳能集热单元的连接还包括第十三阀门V13、第十四阀门V14、五号水泵P5；太阳能集热单元的供热出口依次通过五号水泵P5与第十三阀门V13连接十二号热泵换热器E12进口的第十一阀门V11进口，太阳能集热单元的供热出口也就是太阳能集热水箱E2的供热出口；所述的十二号热泵换热器E12出口的第十二阀门V12出口通过第十四阀门V14连接太阳能集热单元的回流进口，太阳能集热单元的回流进口也就是太阳能集热水箱E2的回流进口。
所述的太阳能集热单元包括太阳能集热器E1、太阳能集热水箱E2、集热盘管E3和一号水泵P1；所述的太阳能集热器E1出口连接设于太阳能集热水箱E2中的集热盘管E3的进口，与太阳能集热水箱E2中的水换热后，集热盘管E3的出口通过一号水泵P1连接太阳能集热器E1进口；太阳能集热水箱E2有供热出口与回流进口。
太阳能集热水箱E2内置太阳能集热盘管E3，与太阳能集热器E1相连。如此将太阳能集热工质与水箱中的水分隔开，太阳能集热工质采用乙二醇溶液作为防冻液，解决冬季结冰问题。负荷侧采用开式管路，没有盘管，减小了传热温差，降低了不可逆损失。所述太阳能集热单元和蓄热单元的具体控制逻辑为：由集热水箱和太阳能集热器之间的温差控制集热水泵的启动和停止；在冬季由集热水箱温度高低决定供热是采用太阳能直接供暖模式还是太阳能热泵模式，抑或土壤源热泵供暖模式，当太阳能集热水箱温度高于供暖温度时，系统优先采用太阳能直接供暖模式，当太阳能集热水箱不满足供暖温度时，但满足太阳能热泵模式温度时，则采用与太阳能热泵模式，当以上两种都不满足时，系统采用土壤源热泵供暖模式。
所述的太阳能跨季节土壤蓄热单元包括土壤蓄热区E5与地埋管换热器E6；所述的二号水泵P2进口连接太阳能集热水箱E2的供热出口，二号水泵P2出口依次通过第二阀门V2与第四阀门V4连接设于土壤蓄热区E5中的地埋管换热器E6进口，与土壤蓄热区E5换热后，地埋管换热器E6出口依次通过第三阀门V3与第一阀门V1连接太阳能集热水箱E2的回流进口，将高温水的热量在土壤蓄热区E5进行换热储存。
所述的太阳能热水单元包括太阳能水箱换热器E4和低温用能末端容器E17，低温度自来水连接太阳能水箱换热器E4，太阳能水箱换热器E4设于太阳能集热水箱E2中吸收热量，太阳能水箱换热器E4出口连接低温用能末端容器E17，供生活热水；低温用能末端容器E17中设有十一号末端换热器E11，十一号末端换热器E11连接土壤源热泵供暖单元。低温生活热水的低温一般在50℃及70℃以下，日常的洗漱可以使用。
所述的土壤源热泵供暖单元包括七号热泵换热器E7、九号热泵换热器E9、十号热泵压缩机E10与八号热泵节流阀E8；
所述的七号热泵换热器E7、十号热泵压缩机E10、九号热泵换热器E9与八号热泵节流阀E8串联成环状土壤源热泵机组；
所述的七号热泵换热器E7出口依次通过三号水泵P3与第六阀门V6连接太阳能跨季节土壤蓄热单元的地埋管换热器E6的进口的第四阀门V4与第二阀门V2之间；地埋管换热器E6的出口的第三阀门V3与第一阀门V1之间分支路通过第五阀门V5连接七号热泵换热器E7进口；
所述的九号热泵换热器E9出口依次通过第七阀门V7与第九阀门V9连接设于所述的太阳能热水单元中的末端容器E17中的低温换热器的进口，也就是十一号末端换热器E11的进口，所述的低温换热器的出口，也就是十一号末端换热器E11出口依次通过第十阀门V10、第八阀门V8与供暖水泵P4连接九号热泵换热器E9进口，构成土壤源热泵供暖回路；
同时，所述的第七阀门V7与第九阀门V9间分支路连接于第十三阀门V13与第十一阀门V11间；所述的第十阀门V10与第八阀门V8间分支路连接于第十二阀门V12与第十四阀门V14间；连通高温回路。
实施例二
如图1所示，一种复合太阳能与土壤源热泵的供能系统的运行方法，基于实施例一的系统，包括土壤源热泵高温供能模式；所述的土壤源热泵高温供能模式为：
切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断高温供能单元与太阳能集热单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；连通太阳能跨季节土壤蓄热单元、土壤源热泵供暖单元与高温供能单元之间的连接。
具体的关闭第一阀门V1、第二阀门V2、第九阀门V9、第十阀门V10、第十三阀门V13与第十四阀门V14、；打开第三阀门V3、第四阀门V4、第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第十一阀门V11与第十二阀门V12；启动三号水泵P3、供暖水泵P4与六号水泵P6，启动太阳能跨季节土壤蓄热单元与土壤源热泵供暖单元间的连接，启动土壤源热泵供暖单元与高温供能单元之间的连接；运行环状土壤源热泵机组与环状高温热泵机组；将储存在土壤中的热能用热泵提取出来，在经过高温热泵的进一步升温用于高温供能。
本例，还包括太阳能高温供能模式，所述的太阳能高温供能模式为：
切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元之间的连接，连通高温供能单元与太阳能集热单元的连接。
具体的关闭第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第九阀门V9与第十阀门V10；打开第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13与第十四阀门V14；启动五号水泵P5与六号水泵P6，运行环状高温热泵机组；将收集得到的太阳能热量进一步提升用于高温供能。
另外，还包括太阳能跨季节土壤蓄模式、太阳能直接供暖模式、太阳能热泵供暖模式、土壤源热泵供暖模式与太阳能热水模式；
所述的太阳能跨季节土壤蓄模式，切断高温供能单元与太阳能集热单元的连接；切断太阳能跨季节土壤蓄热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，切断太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元之间的连接；连通太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，将太阳能热量储存到土壤中。
具体的关闭第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第九阀门V9、第十阀门V10、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13与第十四阀门V14；打开第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4；启动二号水泵P2，启动太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，通过收集太阳能的热量使集热水箱中的水温度升高，集热水箱中储存的太阳能热量通过二号水泵P2输送到地埋管中与土壤换热，将热量储存到土壤中。
所述的太阳能直接供暖模式，切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元的连接，切断太阳能集热单元与高温供能单元的连接；切断太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接；连通太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接；将太阳能的热量直接用于用户取暖。
具体的关闭第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第十一阀门V11与第十二阀门V12；打开第九阀门V9、第十阀门V10、第十三阀门V13与第十四阀门V14；启动五号水泵P5，启动太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，当集热水箱中的温度达到供暖要求时，将太阳能集热水箱中的热量直接用于用户取暖。
所述的太阳能热泵供暖模式，切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断太阳能集热单元与高温供能单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与土壤源热泵供暖单元的连接；连通太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，连通土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；太阳能的热量经热泵提升后用于用户供暖。
具体的关闭第三阀门V3、第四阀门V4、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13与第十四阀门V14；打开第一阀门V1、第二阀门V2、第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第九阀门V9与第十阀门V10；启动二号水泵P3、三号水泵P3与供暖水泵P4与，启动太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，启动土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接，运行环状土壤源热泵机组，集热水箱中的温度达到供暖要求时，将太阳能集热水箱中的热量直接用于用户取暖。
所述的土壤源热泵供暖模式，切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断太阳能集热单元与高温供能单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元的连接；切断太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接；连通太阳能跨季节土壤蓄热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，连通土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；将土壤中储存的热量提取出来为用户供暖。
具体的关闭第一阀门V1、第二阀门V2、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13与第十四阀门V14；打开第三阀门V3、第四阀门V4、第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第九阀门V9与第十阀门V10；启动三号水泵P3与供暖水泵P4与，启动太阳能跨季节土壤蓄热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，启动土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接，运行环状土壤源热泵机组，当集热水箱中的温度不满足供热要求时，供能系统切换至土壤源热泵供能模式，将土壤中储存的太阳能热量提取出来为用户供暖。
所述的太阳能热水模式，切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断太阳能集热单元与高温供能单元的连接；切断太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元的连接；切断太阳能跨季节土壤蓄热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；
具体的关闭第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第九阀门V9、第十阀门V10、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13与第十四阀门V14。将自来水通入太阳能集热单元的入口，太阳能集热单元供热出口连接太阳能供热水单元，用于生活热水使用。
本发明可用于建筑、农业/工业生产的供暖、供生活热水、供高温热水或蒸汽，以满足不同的负荷类型需求，实现宽温区、多负荷、稳定高效环保经济供能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种复合太阳能与土壤源热泵的供能系统，其特征在于：包括太阳能集热单元、太阳能跨季节土壤蓄热单元、太阳能供热水单元、土壤源热泵供暖单元与高温供能单元；太阳能集热单元连接太阳能跨季节土壤蓄热单元、土壤源热泵供暖单元、太阳能供热水单元与高温供能单元；太阳能跨季节土壤蓄热单元连接土壤源热泵供暖单元；土壤源热泵供暖单元连接高温供能单元与太阳能供热水单元；
所述的高温供能单元包括十二号热泵换热器(E12)、十四号热泵换热器(E14)、十五号热泵压缩机(E15)、十三热泵节流阀(E13)、六号水泵(P6)与十六号末端换热器(E16)；
所述的十二号热泵换热器(E12)、十三热泵节流阀(E13)、十四号热泵换热器(E14)与十五号热泵压缩机(E15)串联成环状高温热泵机组；
所述的十二号热泵换热器(E12)出口通过第十二阀门(V12)连接所述的土壤源热泵供暖单元的供热回流进口；所述的土壤源热泵供暖单元的供热出口通过第十一阀门(V11)连接十二号热泵换热器(E12)进口；
所述的十四号热泵换热器(E14)出口连接设于高温用能末端容器(E18)中的十六号末端换热器(E16)进口；十六号末端换热器(E16)出口通过六号水泵(P6)连接十四号热泵换热器(E14)进口；通过在高温用能末端容器(E18)中换热供高温热水；
所述的高温供能单元连接太阳能集热单元；包括第十三阀门(V13)、第十四阀门(V14)与五号水泵(P5)；太阳能集热单元的供热出口依次通过五号水泵(P5)与第十三阀门(V13)连接十二号热泵换热器(E12)进口的第十一阀门(V11)进口，所述的十二号热泵换热器(E12)出口的第十二阀门(V12)出口通过第十四阀门(V14)连接太阳能集热单元的回流进口；
所述的太阳能集热单元包括太阳能集热器(E1)、太阳能集热水箱(E2)、集热盘管(E3)和一号水泵(P1)；所述的太阳能集热器(E1)出口连接设于太阳能集热水箱(E2)中的集热盘管(E3)的进口，与太阳能集热水箱(E2)中的水换热后，集热盘管(E3)的出口通过一号水泵(P1)连接太阳能集热器(E1)进口；太阳能集热水箱(E2)有供热出口与回流进口；
所述的太阳能跨季节土壤蓄热单元包括土壤蓄热区(E5)与地埋管换热器(E6)；所述的二号水泵P2进口连接太阳能集热水箱(E2)的供热出口，二号水泵(P2)出口依次通过第二阀门(V2)与第四阀门(V4)连接设于土壤蓄热区(E5)中的地埋管换热器(E6)进口，与土壤蓄热区(E5)换热后，地埋管换热器(E6)出口依次通过第三阀门(V3)与第一阀门(V1)连接太阳能集热水箱(E2)的回流进口，将高温水的热量在土壤蓄热区(E5)进行换热储存；
所述的太阳能热水单元包括太阳能水箱换热器(E4)和低温用能末端容器(E17)，低温度自来水连接太阳能水箱换热器(E4)，太阳能水箱换热器(E4)设于太阳能集热水箱(E2)中吸收热量，太阳能水箱换热器(E4)出口连接低温用能末端容器(E17)，供生活热水；低温用能末端容器(E17)中设有十一号末端换热器(E11)，十一号末端换热器(E11)连接土壤源热泵供暖单元；
所述的土壤源热泵供暖单元包括七号热泵换热器(E7)、九号热泵换热器(E9)、十号热泵压缩机(E10)与八号热泵节流阀(E8)；
所述的七号热泵换热器(E7)、十号热泵压缩机(E10)、九号热泵换热器(E9)与八号热泵节流阀(E8)串联成环状土壤源热泵机组；
所述的七号热泵换热器(E7)出口依次通过三号水泵(P3)与第六阀门(V6)连接太阳能跨季节土壤蓄热单元的地埋管换热器(E6)的进口的第四阀门(V4)与第二阀门(V2)之间；地埋管换热器(E6)的出口的第三阀门(V3)与第一阀门(V1)之间分支路通过第五阀门(V5)连接七号热泵换热器(E7)进口；
所述的九号热泵换热器(E9)出口依次通过第七阀门(V7)与第九阀门(V9)连接设于所述的太阳能热水单元中的末端容器(E17)中的低温换热器进口，所述的低温换热器出口依次通过第十阀门(V10)、第八阀门(V8)与供暖水泵(P4)连接九号热泵换热器(E9)进口，构成土壤源热泵供暖回路；
同时，所述的第七阀门(V7)与第九阀门(V9)间分支路连接于第十三阀门(V13)与第十一阀门(V11)间；所述的第十阀门(V10)与第八阀门(V8)间分支路连接于第十二阀门(V12)与第十四阀门(V14)间；连通高温回路。
2.一种权利要求1所述的复合太阳能与土壤源热泵的供能系统的运行方法，其特征在于，包括土壤源热泵高温供能模式；所述的土壤源热泵高温供能模式为：
切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断高温供能单元与太阳能集热单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；
连通太阳能跨季节土壤蓄热单元、土壤源热泵供暖单元与高温供能单元之间的连接，启动太阳能跨季节土壤蓄热单元与土壤源热泵供暖单元间的连接，打开第十一阀门(V11)与第十二阀门(V12)，启动六号水泵(P6)，运行环状高温热泵机组；将储存在土壤中的热能用提取出来，用于高温供能。
3.根据权利要求2所述的复合太阳能与土壤源热泵的供能系统的运行方法，其特征在于，还包括太阳能高温供能模式，所述的太阳能高温供能模式为：
切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元之间的连接，
连通高温供能单元与太阳能集热单元的连接；打开第十一阀门(V11)与第十二阀门(V12)，启动六号水泵(P6)，运行环状高温热泵机组；将太阳能热量的热能用提取出来，用于高温供能。
4.根据权利要求2或3所述的复合太阳能与土壤源热泵的供能系统的运行方法，其特征在于，还包括太阳能跨季节土壤蓄模式、太阳能直接供暖模式、太阳能热泵供暖模式、土壤源热泵供暖模式与太阳能热水模式；
所述的太阳能跨季节土壤蓄模式，切断高温供能单元与太阳能集热单元的连接；切断太阳能跨季节土壤蓄热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，切断太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元之间的连接；连通太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，将太阳能热量储存到土壤中；
所述的太阳能直接供暖模式，切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元的连接，切断太阳能集热单元与高温供能单元的连接；切断太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接；连通太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接；将太阳能的热量直接用于用户取暖；
所述的太阳能热泵供暖模式，切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断太阳能集热单元与高温供能单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与土壤源热泵供暖单元的连接；连通太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，连通土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；太阳能的热量经热泵提升后用于用户供暖；
所述的土壤源热泵供暖模式，切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断太阳能集热单元与高温供能单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元的连接；切断太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接；连通太阳能跨季节土壤蓄热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，连通土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；将土壤中储存的热量提取出来为用户供暖；
所述的太阳能热水模式，切断太阳能集热单元与太阳能跨季节土壤蓄热单元的连接，切断太阳能集热单元与太阳能供热水单元的连接，切断太阳能集热单元与高温供能单元的连接；切断太阳能集热单元与土壤源热泵供暖单元的连接；切断土壤源热泵供暖单元与高温供能单元的连接；切断太阳能跨季节土壤蓄热单元与土壤源热泵供暖单元的连接，切断土壤源热泵供暖单元与太阳能供热水单元的连接；将自来水通入太阳能集热单元的入口，太阳能集热单元供热出口连接太阳能供热水单元，用于生活热水使用。
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