CN201335532Y - 浅层地能组合太阳能大型热水装置 - Google Patents

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Abstract

一种浅层地能组合太阳能大型热水装置,它包括太阳能集热器、高温水箱、地下水源热泵加热机组、自动化控制器、回灌井和抽水井等装置,其引入地下水源热泵制热水技术原理,即以地下水(地表水、地埋管)为热源,热泵将水中的低品位热能通过蒸发器提出,并泵送到冷凝器,通过冷凝器加热自来水,实现为用户提供生活热水或供暖的目的,由于地下水温常年稳定,适宜于热泵的工作条件,使得热泵的能效比(COP)可达到4∶1,并保持长期稳定的工作状态。浅层地能组合太阳能热水系统可有效替换目前的直接电加热辅助太阳能方式。

Description

浅层地能组合太阳能大型热水装置
技术领域
本实用新型涉及一种浅层地能组合太阳能大型热水装置,属于太阳能制热水技术、地下水抽取与回灌技术和水源热泵技术。
背景技术
太阳能热水系统是使用比较成熟的技术,但它存在自身无法克服的供需矛盾,当它制热水量大的时候(夏季),热水需求量最少;当它制热水量小的时候(冬季),热水需求量又最多。我国大部分地区处在太阳北回归线以北地区,在冬季太阳能热水器的制热温度和水量远远不能满足成倍增长的热水需求,用户需要选择与太阳能配套的其它供热水方式来解决这一矛盾,目前使用最普遍的是太阳能加电的方式来解决这一供需问题,但直接用电加热是成本相对较高(与煤、气、油相比),且能源利用效率低的一种方式。
浅层地能指地下水、地表水、土壤(岩)层低品位热能,其能量主要来源于太阳辐射,是太阳能的另一种存在形式。这种低温热能,尤其适用于住宅和办公楼房以及其他公共场所的供热和制冷。浅层地能分布广泛,储量巨大,再生迅速,采集方便,投资和风险较少,开发利用价值非常大。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种浅层地能组合太阳能大型热水装置,其引入地下水源热泵制热水技术原理,即以地下水(地表水、地埋管)为热源,热泵将水中的低品位热能通过蒸发器提出,并泵送到冷凝器,通过冷凝器加热自来水,实现为用户提供生活热水或供暖的目的,由于地下水温常年稳定,适宜于热泵的工作条件,使得热泵的能效比(COP)可达到4: 1,并保持长期稳定的工作状态。
本实用新型的技术方案是: 一种浅层地能组合太阳能大型热水装置,其特征在于:它包括太阳能集热器、高温水箱、地下水源热泵加热机组、自动化控制器、回灌井和抽水井,其中自来水流入太阳能集热器,在电磁阀A的控制下流入高温水箱;地下水源热泵加热机组包括蒸发器、冷凝器、压縮机、膨胀阀,并且按蒸发器-压缩机-冷凝器-膨胀阀-蒸发器循环方式工作;从抽水井抽取的地下水,流入地下水源热泵加热机组的蒸发器,由蒸发器提取热量后进入回灌井至地下含水层中;热水通过电磁阀B、电磁阔C的控制在冷凝器和高温水箱之间循环;太阳能集热器、冷凝器、高温水箱带有温控探头A、 B、 C,高温水箱里还有水位探头,以上探头在自动化控制器中都有相应的温控器或水位控制器。
如上所述的浅层地能组合太阳能大型热水装置,其特征在于:增加低温水箱,自来水流入太阳能集热器,在电磁阀A控制下流向高温水箱,在电磁阀B的控制下流向低温水箱;低温水箱的水流入冷凝器,并在电磁阀C的控制下可流入高温水箱。
本实用新型的工作原理是:太阳能集热器用于加热自来水;高温水箱储存制成的生活热水;低温水箱储存未制成的低温热水,供地下水源热泵加热机组进一步加热成生活热水使用;地下水源热泵加热机组可提高热水的温度,并泵送到高温水箱;抽水井与回灌井用于抽取地下水提取低品位热能;自动化控制器,控制水流和机组运转;末端用户,消费生活热水。
当太阳能加热温度低于储水箱设定温度或制热水量不足时,自动启动地下水源热泵加热机组。
本实用新型的有益效果是:(l)提高电的使用效率,实现输出功率与输入功率达到4: 1的效果,随着电的供需矛盾加大和电价的不断上涨,减少用电量并提高电的使用效率,对国家和用户都具有非常重要的意义;(2)实现一年四季稳定提供生活热水,弥补了太阳能热水的缺点,解决了太阳能热水的供需矛盾,充分发挥了太阳能热水的长处,即一次投资,免费使用的特点;(3)在制热水方面,实现太阳能这一可再生能源的最大化利用,以及节省电能和放大电的使用效率的目的;(4)实现太阳能集热器集中安装,比单户安装太阳能更节省,避免浪费,提高了集热器的使用效率。同时也便于统一规划,统一安装,达到国家规定的新建住宅必须预留太阳能安装位置的要求;(5)单栋住宅统一供热水,可在建筑设计或改造时,统一布置热水管线,每家预留接口并安装水表计量,既便于居民使用,也便于计量收费。同时也美化了住宅建筑(与每户从楼顶太阳能水箱接管线相比);(6)自动化控制,占用很少人力,便于物业管理。(7)也克服了空气源热泵组合太阳能制热水的缺点,即空气源热泵在冬季与太阳能同样制热水能力差,甚至更低温度下自动停机。
总之,浅层地能组合太阳能大型热水装置可有效替换目前的直接电加热辅助太阳能方式。
附图说明
图1,本实用新型实施例浅层地能组合太阳能大型热水装置1示意图。图2,本实用新型实施例浅层地能组合太阳能大型热水装置2示意图。图3,图1中自动化控制器原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型浅层地能组合太阳能大型热水装置做详细的说明。
图l中标记的说明:l-电磁阀A, 2-电磁阀B, 3-电磁阔C, 4-温控探头A,5-温控探头B, 6-温控探头C, 7-水位探头,8-电源开关,9-膨胀阀;本实用新型实施例浅层地能组合太阳能大型热水装置1示意图如图1所示,它包括太阳能集热器、高温水箱、地下水源热泵加热机组、自动化控制器、回灌井和抽水井等装置,自来水流入太阳能集热器,并在电磁阀A1的控制下流入高温水箱;地下水源热泵加热机组包括蒸发器、冷凝器、压縮机、膨胀阀9,并且按蒸发器-压縮机-冷凝器-膨胀阀9-蒸发器循环方式工作;从抽水井抽取的地下水,流入地下水源热泵加热机组的蒸发器,由蒸发器提取热量后进入回灌井至地下含水层中;热水可通过电磁阀B2、电磁阀C3的控制在冷凝器和高温水箱之间循环;太阳能集热器、冷凝器、高温水箱里的有温控探头A4、温控探头B5、温控探头C6,高温水箱里还有水位探头7,以上探头都受自动化控制器控制,图3所示的自动化控制器原理图中可见这些探头都有相应的温控器A、温控器B、温控器C或水位控制器。
本实用新型实施例的浅层地能组合太阳能大型热水装置2示意图如图2所示,该装置在浅层地能组合太阳能大型热水装置l的基础上,增加低温水箱,自来水流入太阳能集热器,并可在电磁阀Al、电磁阀B2的控制下分别流向高温水箱、低温水箱;低温水箱的水流入冷凝器,并在电磁阀C3的控制下可流入高温水箱。
本实用新型实施例浅层地能组合太阳能大型热水装置1工作流程如下(参照图1):
(1) 当高温水箱水温低于42t:或储水量不足时,首先启用太阳能加热系统,用自来水给太阳能集热器注水;(2) 设定太阳能热水出口温度^42'C;
(3) 结合用户用水量,设定水在太阳能集热器的循环加热次数,不论水温是否达到^42'C,电磁阀A1打开,热水均流入高温水箱。
(4) 当太阳能集热器正常制热,高温水箱水温^42'C时,电磁阀Al关闭,开始供应用户使用热水。
(5) 当太阳能集热器不能正常制热,高温水箱水温未达到42"C时,电磁阀B2 打开,地下水源热泵加热机组自动启动。
(6) 设定地下水源热泵加热机组中冷凝器的热水出口温度^45'C (或更高),当水温达不到时,水流自动在冷凝器中循环加热;达到要求时,电磁阀C3打开, 热水流入高温水箱。
(7) 地下水源热泵加热机组对高温水箱的热水循环加热,直到高温水箱的水温达到^42'C后,电磁阀A1、电磁阀B2、电磁阀C3及和地下水源热泵加热机组自动关闭。
(8) 高温水箱的生活热水经管路供各楼层用户使用。 本实用新型实施例浅层地能组合太阳能大型热水装置2工作流程如下(参照图2):
(1) 当高温水箱水温低于42"或储水量不足时,首先启用太阳能加热系统,用自来水给太阳能集热器注水;(2) 设定太阳能热水出口温度^42'C;
(3) 结合用户用水量,设定水在太阳能集热器的循环加热次数,在设定循环次数内水温达到^42'C,电磁阀A1打开,热水流入高温水箱,在设定循环次数内水温达不到42。C,电磁阀B2打开,未制成热水流入低温水箱。
(4) 电磁阀B2打开的同时,地下水源热泵加热机组自动启动。
(5) 设定地下水源热泵加热机组中冷凝器的热水出口温度^45'C (或更高),当水温达不到时,水流自动在冷凝器中循环加热;达到要求时,电磁阀C3打开,6
热水流入高温水箱。
(6) 当高温水箱装满热水后,自动化控制器中的水位控制器自动指令关闭电磁阀A1,或关闭地下水源热泵加热机组。
(7) 高温水箱的生活热水经管路供各楼层用户使用。 自动化控制器工作流程如下-① 启动制热水控制:高温水箱储热水量不足或低于42'C时,自动化控制器首先启动太阳能集热器,开始制热水。
② 太阳能集热器正常制热水控制:电磁阀A1处于打开状态,电磁阔B2关闭状态;当高温水箱装满热水^42'C后,温控器C和水位控制器自动指令关闭电磁阀 Al,完成制热水任务。
③ 启动地下水源热泵加热机组制热水控制(太阳能不能正常制热水工况):电磁阀B2和电磁阀C3处于打开状态,电磁阀Al打开(装置1)状态或关闭(装置2) 状态;当高温水箱装满^42'C热水后,温控器A、温控器B、温控器C和水位控制器自动指令关闭地下水源热泵加热机组及电磁阔A1 (装置l)、电磁阀B2、电磁阀C3,完成制热水任务。
本实用新型实施例的效益测算如下-(O现有技术太阳能热水加电使用成本测算:初投资成本测算:初投资(维护费)摊到每天的成本。如以单户计,太阳能热水器使用寿命为8-15年,初投资(加维护费)为3000元。以10年,每年按 300天计算,使用成本为:l元/天。
用电成本测算:用电的费用摊到每天的成本。据调查测算,单个家庭用电辅助太阳能制热水10年费用一般为3500元G50元/年)。同上计算,使用成本为: 1.17元/天。
以上两项合计为:2.17元/天。
(2) 本实用新型实施例浅层地能组合太阳能热水系统成本测算:该装置(使用寿命15年以上)制10吨热水可供125户(每户按80升)使用, 投资(正常情况下)、管理费和运行费用分摊到每户为:1.43-1.56元/天(按10 年,每年300天计算)。
(3) 节能效果测算:
与单户太阳能加电方式相比,节能28.1%〜35%。与燃气、燃油、电锅炉供热水节能50%以上,它既很好地解决了太阳能热水系统的供需矛盾,又成功地降低了 (比分户安装)初投资和运行费用,是目前燃煤、燃油、气及电锅炉热水的很好替代系统。

Claims (2)

1. 一种浅层地能组合太阳能大型热水装置,其特征在于:它包括太阳能集 热器、高温水箱、地下水源热泵加热机组、自动化控制器、回灌井和抽水井,其 中自来水流入太阳能集热器,在电磁阀A的控制下流入高温水箱;地下水源热 泵加热机组包括蒸发器、冷凝器、压縮机、膨胀阀,并且按蒸发器-压縮机-冷凝 器-膨胀阀-蒸发器循环方式工作;从抽水井抽取的地下水,流入地下水源热泵加 热机组的蒸发器,由蒸发器提取热量后进入回灌井至地下含水层中;热水通过电 磁阀B和电磁阀C的控制在冷凝器和高温水箱之间循环;太阳能集热器、冷凝 器和高温水箱带有温控探头A、 B和C,高温水箱里还有水位探头,以上探头在 自动化控制器中都有相应的温控器或水位控制器。
2. 根据权利要求1所述的浅层地能组合太阳能大型热水装置,其特征在于: 增加低温水箱,自来水流入太阳能集热器,在电磁阀A控制下流向高温水箱, 在电磁阀B的控制下流向低温水箱;低温水箱的水流入冷凝器,并在电磁阀C 的控制下流入高温水箱。
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