CN116294294B - 一种深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统，包括深层地热能循环系统、浅层地热能循环系统、太阳能供暖循环系统、太阳能制冷循环系统和地源热泵管路系统；其中，所述浅层地热能循环系统与所述太阳能制冷循环系统和所述地源热泵管路系统耦合连接形成冷能供应循环管路，利用所述浅层地热能循环系统取冷，并经所述太阳能制冷循环系统补冷以实现供冷；所述深层地热能循环系统与所述浅层地热能循环系统、第一太阳能供暖循环系统和所述地源热泵管路系统耦合连接形成热能供应循环管路，利用所述深层地热能循环系统和所述浅层地热能循环系统联合取热，并经所述第一太阳能供暖循环系统补热以实现供暖。
Description
技术领域
本申请涉及地热能利用技术领域，尤其涉及一种深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统。
背景技术
随着生活水平的提高，人们对生活环境的质量要求也越来越高，随之带来的便是建筑能耗急剧上升。工程实际中，若仅使用浅层地热能资源进行冬天供暖时，占地面积较大，而且会因为长期能量取放量不平衡造成冷热堆积问题，而且抽上来的低品质热能的水源远远不能满足建筑供暖的需要，需要通过地源热泵技术将低品质热能的水加热到更高温度，从而浪费了大量的电能。在冬季使用浅层地热能进行供暖时，既需要占用大量的土地面积进行设备安装、还需要铺设大量的管道进行水源的热交换。
因此，亟需一种能够将深浅层地热能以及太阳能联合起来既可以进行供热又可以进行供冷且低能耗的系统，满足城市建筑的需要。
发明内容
本申请实施例提供了一种深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统，具有可再生能源利用率高、可持续稳定运行、制热制冷效率高、清洁无污染的特点，所述技术方案如下：
本申请提供一种深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统，包括深层地热能循环系统、浅层地热能循环系统、太阳能供暖循环系统、太阳能制冷循环系统和地源热泵管路系统；其中，所述浅层地热能循环系统与所述太阳能制冷循环系统和所述地源热泵管路系统耦合连接形成冷能供应循环管路，利用所述浅层地热能循环系统取冷，并经所述太阳能制冷循环系统补冷以实现供冷；所述深层地热能循环系统与所述浅层地热能循环系统、第一太阳能供暖循环系统和所述地源热泵管路系统耦合连接形成热能供应循环管路，利用所述深层地热能循环系统和所述浅层地热能循环系统联合取热，并经所述第一太阳能供暖循环系统补热以实现供暖。
例如，在一个实施例提供的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统中，所述深层地热能循环系统包括深层取水井和深层回灌井，所述热能供应循环管路还包括第二太阳能供暖循环系统，以在供暖后向所述深层回灌井回灌前通过所述第二太阳能供暖循环系统加热后回灌。
例如，在一个实施例提供的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统中，所述浅层地热能循环系统包括浅层取水井和浅层回灌井，所述冷能供应循环管路还包括第三太阳能供暖循环系统，以在供冷后向所述浅层回灌井回灌前通过所述第三太阳能供暖循环系统加热后回灌。
例如，在一个实施例提供的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统中，太阳能制冷循环系统包括依次串联连接的集热器、冷凝器、储液器和蒸发器。
例如，在一个实施例提供的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统中，在所述集热器内设有吸附器，在所述吸附器内填装有吸附剂，通过所述太阳能制冷循环系统完成吸附剂的解附过程和吸附过程，以实现制冷。
例如，在一个实施例提供的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统中，所述地源热泵管路系统包括浅层抽水管、浅层回灌管、深层抽水管和深层回灌管，所述浅层抽水管与所述浅层取水井连通，所述浅层回灌管与所述浅层回灌井连通，所述深层抽水管与所述深层取水井连通，所述深层回灌管与所述深层回灌井连通。
例如，在一个实施例提供的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统中，所述地源热泵管路系统还包括通过管路连接的沉淀池、换热器、热泵机组和过滤器。
例如，在一个实施例提供的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统中，所述换热器为三级换热器实现三级换热，所述过滤器为三级过滤器实现三级过滤。
本申请一些实施例提供的一种深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统带来的有益效果为：本申请具有可再生能源利用率高、可持续稳定运行、制热制冷效率高、清洁无污染的特点，与传统单一浅层地热能供能系统和单一太阳能供热系统相比：
1、深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统，大大提高了深浅层地热能以及太阳能新能源综合利用率，极大的节约了能源。
2、针对冬季浅层地热能低品质热能远远不能满足建筑供暖的需要，创造性的提出了使用深层地热能与浅层地热能双系统耦合的方法，使用深层地热能系统中的高品质水源进行热交换，从而减少了热泵机的能耗、提高了地热能的利用率。
3、针对冬季浅层地热能低品质热能远远不能满足建筑供暖的需要，而且在冬季使用浅层地热能进行供暖时，既需要占用大量的土地面积进行设备安装、还需要铺设大量的管道进行水源的热交换，创造性的提出了在地上地源热泵系统周围建立与之相匹配的第一太阳能供暖循环系统，使用太阳能将低品质水源转换为高品质水源，从而减少了热泵机的能耗，提高了地热能的利用率。
4、深浅井下换热均从土壤中取热(冷)，实现取热不取水，地埋管合理布置，能够有效平衡高温热泵供暖系统之间的热量交换，巧妙利用太阳能制冷循环系统和太阳能供暖循环系统辅助制冷制热，避免土壤热堆积，保证了浅层土壤热储温度平衡。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1是本申请的冷能供应循环管路图；
图2是本申请的热能供应循环管路；
图3是本申请的太阳能制冷循环系统图；
图4是本申请的供冷情况下地源热泵管路系统图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
本申请提供一种深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统，如图1-2所示，包括深层地热能循环系统10、浅层地热能循环系统20、太阳能供暖循环系统30、太阳能制冷循环系统40和地源热泵管路系统50；其中，所述浅层地热能循环系统20与所述太阳能制冷循环系统40和所述地源热泵管路系统50耦合连接形成冷能供应循环管路，利用所述浅层地热能循环系统20取冷，并经所述太阳能制冷循环系统40补冷以实现供冷；所述深层地热能循环系统10与所述浅层地热能循环系统20、第一太阳能供暖循环系统31和所述地源热泵管路系统50耦合连接形成热能供应循环管路，利用所述深层地热能循环系统10和所述浅层地热能循环系统20联合取热，并经所述第一太阳能供暖循环系统31补热以实现供暖。
根据上述实施例，本申请利用浅层地下土壤全年一般低于25℃，为低品质热能，深层地下岩层全年一般在50℃以上，为高品质热能，且温度随季节变化小、常年稳定的特性，当需要供冷时，采用浅层地热能与太阳能制冷循环系统40补冷的方式进行供冷，比采用空调制冷节省40﹪～50﹪能耗；当需要供暖时，采用浅层地热能与深层地热能联合供热，以及浅层地热能与第一太阳能供暖循环系统31耦合补热进行供暖，提高低品质热能的水的温度，从而减小热泵机的能耗，比传统锅炉节省20﹪～30﹪能耗，提高新能源的利用率。
本申请的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统，利用深层地热能、浅层地热能和太阳能三大能源各自的优势，对于深层地热及浅层地层土壤中的热能进行提取利用，与地源热泵系统智能调配，利用太阳能制冷循环系统辅助补冷、太阳能供暖循环系统辅助补热，既解决了冬天利用浅层地热能制热时水温达不到所需温度的问题，还解决了夏天深层地热能不能制冷、浅层地热能制冷不足的问题，充分利用地下浅层土壤常年温度较为稳定的特性，在冬天浅层土壤中的热负荷转移到地上进行供暖，在夏天还可以把浅层土壤中的冷负荷转移到地上进行制冷，彻底解决了传统浅层地热能与太阳能耦合系统的能量取放量不平衡造成的冷热堆积问题，从而最大化的利用可再生能源进行供能的同时还可以降低能耗，节约运行成本。
例如，在一个实施例提供的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统中，如图1-2所示，所述深层地热能循环系统10包括深层取水井11和深层回灌井12，所述热能供应循环管路还包括第二太阳能供暖循环系统32，以在供暖后向所述深层回灌井12回灌前通过所述第二太阳能供暖循环系统32加热后回灌。
例如，在一个实施例提供的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统中，如图1-2所示，所述浅层地热能循环系统20包括浅层取水井21和浅层回灌井22，所述冷能供应循环管路还包括第三太阳能供暖循环系统33，以在供冷后向所述浅层回灌井22回灌前通过所述第三太阳能供暖循环系统33加热后回灌。
根据上述实施例，通过在向深层回灌井12和浅层回灌井22回灌前对完成热交换之后的水进行补热，以分别达到深层地热能和浅层地热能的温度，从而缩小温差，避免回灌井冷热刺激缩短使用寿命。
例如，在一个实施例提供的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统中，如图3所示，所述太阳能制冷循环系统40包括依次串联连接的集热器41、冷凝器42、储液器43和蒸发器44。
例如，在一个实施例提供的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统中，在所述集热器41内设有吸附器，在所述吸附器内填装有吸附剂，通过所述太阳能制冷循环系统40完成吸附剂的解附过程和吸附过程，以实现制冷。
具体地，解附过程为：当光照充足时，集热器41尽可能吸收和利用太阳辐射的热量，导致吸附在集热器41里的制冷剂开始解附，进而导致集热器内压力升高使制冷剂进入冷凝器42，经过冷却介质(水或者空气)冷却后结为液态，进入储液器43；吸附过程为：当光照不足时，温度降低，位于储液器43里的制冷剂回到集热器41,同时集热器42里也开始吸附制冷剂,同时蒸发器44内制冷剂蒸发，使温度下降，从而实现制冷。
例如，在一个实施例提供的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统中，如图1-2、图4所示，所述地源热泵管路系统50包括浅层抽水管51、浅层回灌管52、深层抽水管53和深层回灌管54，所述浅层抽水管51与所述浅层取水井21连通，所述浅层回灌管52与所述浅层回灌井22连通，所述深层抽水管53与所述深层取水井11连通，所述深层回灌管54与所述深层回灌井12连通。
例如，在一个实施例提供的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统中，如图4所示，所述地源热泵管路系统50还包括通过管路连接的沉淀池55、换热器56、热泵机组57和过滤器58。
例如，在一个实施例提供的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统中，所述换热器为三级换热器实现三级换热，所述过滤器为三级过滤器实现三级过滤。
具体地，采用本申请的热能供应循环管路进行供暖的方法为：地源热泵管路循环系统50利用深层地热能循环系统10与浅层地热能循环系统20联合供热，以及第一太阳能供暖循环系统31辅助补热的耦合系统，由浅层取水井21抽出来自浅层地热的低品质的温水先经过沉淀池55进行沉淀过滤再经过第一太阳能供暖循环系统31补热，并与由深层取水井11抽出来自深层地热的高品质的热水经过沉淀池55进行沉淀过滤后的热水混合经过三级换热器56与水泵59流经建筑末端60的循环水交换热量，进行建筑末端60内循环，其中三级换热器56与热泵机组57相连，利用制冷剂彻底交换完地下循环水的热量，然后经过三级过滤器58过滤后经过第二太阳能供暖循环系统32补热后，回灌至深层回灌井12和浅层回灌井22，实现供暖。
采用本申请的冷能供应循环管路进行供冷的方法为：地源热泵管路循环系统50利用浅层地热能循环系统20与太阳能制冷循环系统40联合供冷，以及第三太阳能供暖循环系统33辅助补热的耦合系统，由浅层取水井21抽出来自浅层地热的低品质的温水先经过沉淀池55进行沉淀过滤再经过太阳能制冷循环系统40补冷，经过三级换热器56与水泵59流经建筑末端60的循环水交换热量，进行建筑末端60内循环，其中三级换热器56与热泵机组57相连，利用制冷剂彻底交换完地下循环水的热量，然后经过三级过滤器58过滤后经过第三太阳能供暖循环系统33补热后，回灌至浅层回灌井22，实现供冷。
本申请的深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统，大大提高了深浅层地热能以及太阳能新能源综合利用率，极大的节约了能源，采用深层地热能与浅层地热能双系统耦合、以及浅层地热能与第一太阳能供暖循环系统耦合的方式，解决了冬季浅层地热能低品质热能远远不能满足建筑供暖需要的问题，从而最大化的利用可再生能源进行供能的同时还可以降低能耗，节约运行成本。
尽管本申请的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本申请的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本申请并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.一种深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统，其特征在于，包括深层地热能循环系统、浅层地热能循环系统、太阳能供暖循环系统、太阳能制冷循环系统和地源热泵管路系统；
其中，所述浅层地热能循环系统与所述太阳能制冷循环系统和所述地源热泵管路系统耦合连接形成冷能供应循环管路，利用所述浅层地热能循环系统取冷，并经所述太阳能制冷循环系统补冷以实现供冷；所述深层地热能循环系统与所述浅层地热能循环系统、第一太阳能供暖循环系统和所述地源热泵管路系统耦合连接形成热能供应循环管路，利用所述深层地热能循环系统和所述浅层地热能循环系统联合取热，并经所述第一太阳能供暖循环系统补热以实现供暖；
所述深层地热能循环系统包括深层取水井和深层回灌井，所述热能供应循环管路还包括第二太阳能供暖循环系统，以在供暖后向所述深层回灌井回灌前通过所述第二太阳能供暖循环系统加热后回灌；
所述浅层地热能循环系统包括浅层取水井和浅层回灌井，所述冷能供应循环管路还包括第三太阳能供暖循环系统，以在供冷后向所述浅层回灌井回灌前通过所述第三太阳能供暖循环系统加热后回灌。
2.根据权利要求1所述深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统，其特征在于，太阳能制冷循环系统包括依次串联连接的集热器、冷凝器、储液器和蒸发器。
3.根据权利要求2所述深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统，其特征在于，在所述集热器内设有吸附器，在所述吸附器内填装有吸附剂，通过所述太阳能制冷循环系统完成吸附剂的解附过程和吸附过程，以实现制冷。
4.根据权利要求1所述深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统，其特征在于，所述地源热泵管路系统包括浅层抽水管、浅层回灌管、深层抽水管和深层回灌管，所述浅层抽水管与所述浅层取水井连通，所述浅层回灌管与所述浅层回灌井连通，所述深层抽水管与所述深层取水井连通，所述深层回灌管与所述深层回灌井连通。
5.根据权利要求4所述深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统，其特征在于，所述地源热泵管路系统还包括通过管路连接的沉淀池、换热器、热泵机组和过滤器。
6.根据权利要求5所述深浅层地热能与太阳能耦合的联合供能系统，其特征在于，所述换热器为三级换热器实现三级换热，所述过滤器为三级过滤器实现三级过滤。
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