CN202350164U - 一种太阳能光热与地源热泵结合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能光热与地源热泵结合系统，其用于对室内采暖和向地下补充热量，其包括地源热泵主系统、太阳能光热辅助系统、室内采暖系统以及控制装置，所述太阳能光热辅助系统采用并联或串联的方式与所述地源热泵主系统连接，所述控制装置包括若干阀门以及用于自动控制所述若干阀门的控制单元，所述若干阀门设置在所述地源热泵主系统与所述太阳能光热辅助系统中。所述太阳能光热与地源热泵结合系统，将太阳能与地源热泵结合在一起能够“取长补短，合理补给”，保障地下温度场的热平衡，从而保障地源热泵系统能够持续高效运行。

Description

一种太阳能光热与地源热泵结合系统

技术领域

本实用新型涉及一种能源利用系统，尤其涉及一种太阳能光热与地源热泵结合系统。 

背景技术

建筑能耗在能源消耗结构中占有相当大的份额，而建筑使用的空调和热水耗能又是建筑使用能耗的主要组成部分，因此，设法减小这两部分能耗对建筑节能有着重要的现实意义。 

地源热泵系统是以地表以下200m范围内的岩土作为热泵系统的冷热源，利用地下岩土层全年温度基本恒定的特点及其巨大的蓄热容量，实现对建筑物全年的供热和制冷，同时可以供应生活热水。在推广应用地源热泵空调系统也存在一些技术障碍，由于建筑物空调全年使用冬季热负荷和夏季冷负荷不平衡就会造成地下温度不平衡，即存在土壤温度场恢复问题。这就要求在年度运行周期中必须有一种合适的能源可以根据需要对地埋管换热器进行能源补充或调节，使地源热泵系统能够运行更加平稳和高效。对于冬季空调热负荷比夏季空调冷负荷大很多的项目，可以利用太阳能热利用系统收集热量往土壤源里散热，保持地下土壤温度场平衡。由于太阳能热利用系统由于受阴雨天气、昼夜和季节影响具有间歇性和不稳定的特性。因此，上述能源利用系统均存在诸多缺陷。 

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种太阳能光热与地源热泵结合系统，其旨在将太阳能与地源热泵结合在一起能够“取长补短，合理补给”，保障地下温度场的热平衡，从而保障地源热泵系统能够持续高效运行。 

本实用新型是这样实现的，一种太阳能光热与地源热泵结合系统，其用于对室内采暖系统提供能源，其包括地源热泵主系统、太阳能光热辅助系统、室内采暖系统以及控制装置，所述太阳能光热辅助系统采用并联或串联的方式与所述地源热泵主系统连接，所述控制装置包括若干阀门以及用于自动控制所述若干阀门的控制单元，所述若干阀门设置在所述地源热泵主系统与所述太阳能光热辅助系统中。 

作为上述方案的进一步改进，所述地源热泵主系统包括地埋管换热器、地源热泵以及水泵（B1），所述地埋管换热器埋于地下，水路（L1）包括所述地埋管换热器、所述地源热泵与所述水泵（B1），所述若干阀门中的一个阀门（K1）设置在所述水路（L1）中。 

作为上述方案的进一步改进，所述地源热泵主系统还包括水泵（B2），水路（L2）包括所述室内采暖系统、所述地源热泵与所述水泵（B2），所述若干阀门中的一个阀门（K2）设置在所述水路（L2）中。 

作为上述方案的进一步改进，所述太阳能光热辅助系统包括集热器、水泵（B3）、水箱、水泵（B4）以及换热器，水路（L3）包括所述集热器、所述水泵（B3）与所述水箱，水路（L4）包括所述水箱与所述换热器。

作为上述方案的进一步改进，水路（L5）包括所述换热器与所述地埋管换热器，所述若干阀门中的两个阀门（K3、K4）设置在所述水路（L5）中，所述阀门（K1）与所述阀门（K3）连接并一同位于所述换热器与所述地源热泵之间，所述阀门（K1）还与所述阀门（K4）连接并一同位于所述地埋管换热器与所述地源热泵之间。 

作为上述方案的进一步改进，水路（L6）包括所述换热器与所述室内采暖系统，所述若干阀门中的两个阀门（K5、K6）设置在所述水路（L6）中，所述阀门（K2）与所述阀门（K6）连接并一同位于所述换热器与所述地源热泵之间，所述阀门（K5）位于所述换热器与所述室内采暖系统之间。 

作为上述方案的进一步改进，所述阀门（K5）与所述换热器之间设置有温度测量仪（Tg），所述阀门（K6）与所述水泵（B2）之间设置有温度测量仪（Th），所述温度测量仪（Tg）与所述温度测量仪（Th）均与所述控制单元电性连接。 

作为上述方案的进一步改进，所述地源热泵主系统包括地埋管换热器、地源热泵、换热器、水泵（B11）、水泵（B12），所述地埋管换热器埋于地下，水路（L11）包括所述地埋管换热器、所述地源热泵、所述换热器与所述水泵（B11），水路（L12）包括所述地源热泵、所述室内采暖系统与所述水泵（B12）。 

作为上述方案的进一步改进，所述太阳能光热辅助系统包括集热器、水泵（B13）、水箱、水泵（B14），水路（L13）包括所述集热器、所述水箱与所述水泵（B13），水路（L14）包括所述换热器、所述水箱与所述水泵（B13）。 

作为上述方案的进一步改进，所述太阳能光热辅助系统还包括两个电动阀（M1、M2），所述电动阀（M1）安装在所述两个水泵（B13、B14）之间，所述电动阀（M2）安装在所述水箱与换热器之间，所述两个电动阀（M1、M2）均与所述控制单元电性连接。 

与传统的能源利用系统相比，本实用新型提供的太阳能光热与地源热泵结合系统具有如下优点：经济效益，地源热泵中央空调和传统意义上的空调相比，其主要初投资差别在地埋管换热器上，地源热泵结合太阳能系统的初投资成本仅比风冷热泵系统高20%，但是其运行费用却要低40%，综合计算，该系统可以在2年的运行过程中将高出的初投资收回；环境评价，太阳能光热和地源热泵空调结合系统不仅具有两种系统共有的减少污染物排放和环保节能优点，还保障了地下温度场的平衡，使整套系统可以长期高效运行，长期经济效益更好。 

附图说明

图1为本实用新型第一实施方式提供的太阳能光热与地源热泵结合系统的结构示意图。 

图2为本实用新型第二实施方式提供的太阳能光热与地源热泵结合系统的结构示意图。 

符号说明

太阳能光热与地源热泵结合系统	100、200
		室内采暖系统	300
地源热泵主系统	10、20
		太阳能光热辅助系统	12、22
风机盘管	301
		散热器	303
地板辐射	305
		阀门	K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10
地埋管换热器	101、201
		地源热泵	103、203
水泵	B1、B2、B3、B4、B11、B12、B13、B14
		水路	L1、L2、L3、L4、L5、L6、L11、L12、L13、L14
集热器	121、221
		水箱	123、223
换热器	125、225

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，其为本实用新型第一实施方式提供的太阳能光热与地源热泵结合系统100的结构示意图。太阳能光热与地源热泵结合系统100用于对室内采暖系统300提供能源，其包括地源热泵主系统10、太阳能光热辅助系统12以及控制装置（图未示），太阳能光热辅助系统12采用并联的方式与地源热泵主系统10连接，控制装置包括若干阀门（将在下文详细介绍）以及用于自动控制所述若干阀门的控制单元，所述若干阀门设置在地源热泵主系统10与太阳能光热辅助系统12中。室内采暖系统300为风机盘管301、散热器303、地板辐射305中的一种或者多种组合的形式，在本实施方式中，室内采暖系统300将风机盘管301和散热器303安装于室内，与地板辐射305安装于地板下。 

地源热泵主系统10包括地埋管换热器101、地源热泵103水泵B1以及水泵B2。地埋管换热器101埋于地下，在本实施方式中，地埋管换热器101为U型换热器，具体地为U型PE管。水路L1包括地埋管换热器101、地源热泵103与水泵B1，所述若干阀门中的一个阀门K1设置在水路L1中。水路L2包括室内采暖系统300、地源热泵103与水泵B2，所述若干阀门中的一个阀门K2设置在水路L2中。 

太阳能光热辅助系统12包括集热器121、水泵B3、水箱123、水泵B4以及换热器125，水路L3包括集热器121、水泵B3与水箱123，水路L4包括水箱123与换热器125。水路L5包括换热器125与地埋管换热器101，所述若干阀门中的两个阀门K3、K4设置在水路L5中，阀门K1与阀门K3连接并一同位于换热器125与地源热泵103之间，阀门K1还与阀门K4连接并一同位于地埋管换热器101与地源热泵103之间。 

水路L6包括换热器125与室内采暖系统300，所述若干阀门中的两个阀门K5、K6设置在水路L6中，阀门K2与阀门K6连接并一同位于换热器125与地源热泵103之间，阀门K5位于换热器125与室内采暖系统300之间。阀门K5与换热器125之间设置有温度测量仪Tg，阀门K6与水泵B2之间设置有温度测量仪Th，温度测量仪Tg与温度测量仪Th均与所述控制单元电性连接。所述若干阀门可以为与控制单元电性连接的电动阀，因而受控于所述控制单元而自动运行，方便管理。为了便于管理地源热泵主系统10与太阳能光热辅助系统12，还设置有阀门K9、K10。 

当太阳能光热辅助系统12的集热器121的温度较高，可以将集热器121的热量通过地埋管换热器101转移到地下贮存，这样即可使土壤温度场得以较快的恢复，又可提高集热效率；当太阳能光热辅助系统12不能满足建筑物需求（阴天或夜间），则可采用地源热泵主系统10供热。地源热泵103制热时，蒸发器（地埋管侧）的进水温度直接影响到机组的COP值，所以我们必须提高地埋管的进水温度来提高系统的能效，尤其在长期运行了地下土壤的温度在不断下降，所以必须要保持稳定的温度来维持机组的COP值。 

太阳能光热系统和地源热泵空调系统单独应用均具有一定的局限性。 

单独采用地源热泵系统满足空调和热水，机组在夏季同时制冷和制热水时，当制取热水温度达到要求时，这时地源热泵机组将不能继续制取热水，会影响到系统的正常运行，降低了系统的能效；冬季地源热泵机组在正常制热运行的同时还需要制取热水，热泵机组将会优先考虑满足空调或热水的制取，这就导致了不能够同时满足两者的需求，还存运行模式的频繁切换问题，故障率较高，影响了正常的需求。 

如果单独采用太阳能系统，会造成采集热量所需的集热器面积较大；同时由于太阳辐射强度随着季节、昼夜的变化和阴雨天影响，不能够满足正常的需求。 

地源热泵系统采用太阳能光热作为辅助能源系统，能够全年提供热水和冬季供暖、夏季制冷。太阳能几乎是免费的，在利用过程中，仅消耗水泵能耗，运行费用最低，太阳集热器能够四季供热水。在过渡季节，春秋季空调不用时，地源热泵机组停止工作就无热水供应，这时就可以利用太阳能系统提供热水，同时也解决了以上所说的避免机组频繁转换影响空调使用问题。太阳能除提供生活热水外，还可以向地下补充热量，提高了冬季热泵机组的能效比，缓解地下温度不平衡问题。 

对于热负荷需求大的系统来说，由于采用太阳能集热器作为辅助热源，解决了系统全年冷热负荷不平衡的问题，保证了地源热泵系统长期可靠和高效地运行。与单一的地源热泵系统相比，减少了钻孔数量，降低了地源热泵系统的初投资；也不再需要锅炉作为辅助热源，因此节省了运行费用。 

本实用新型实施方式提供的太阳能光热与地源热泵结合系统，其具有如下优点。经济效益，地源热泵中央空调和传统意义上的空调相比，其主要初投资差别在地埋管换热器上。根据工程的情况，地源热泵结合太阳能系统的初投资成本仅比风冷热泵系统高20%，但是其运行费用却要低40%，综合计算，该系统可以在2年的运行过程中将高出的初投资收回。环境评价，太阳能光热和地源热泵空调结合系统不仅具有两种系统共有的减少污染物排放和环保节能优点，还保障了地下温度场的平衡，使整套系统可以长期高效运行，长期经济效益更好。 

请参阅图2，其为本实用新型第二实施方式提供的太阳能光热与地源热泵结合系统200的结构示意图。太阳能光热与地源热泵结合系统200与本实用新型第一实施方式提供的太阳能光热与地源热泵结合系统100大致相同，然而太阳能光热与地源热泵结合系统200的地源热泵主系统20、太阳能光热辅助系统22采用串联式连接方式，而非并联式。 

地源热泵主系统20包括地埋管换热器201、地源热泵203、换热器125、水泵B11、水泵B12。水路L11包括地埋管换热器201、地源热泵203、换热器125与水泵B11，水路L12包括地源热泵203、室内采暖系统300与水泵B12。 

太阳能光热辅助系统22包括集热器221、水泵B13、水箱223、水泵B14以及电动阀（M1、M2）。水路L13包括集热器221、水箱223与水泵B13，水路L14包括换热器125、水箱223与水泵B13。电动阀M1安装在两个水泵B13、B14之间，电动阀M2安装在水箱223与换热器125之间，两个电动阀M1、M2均与控制装置的控制单元（图未示）电性连接。 

太阳能光热与地源热泵结合系统200具有与本实用新型第一实施方式提供的太阳能光热与地源热泵结合系统100的相同有益效果。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种太阳能光热与地源热泵结合系统，其用于对室内采暖和向地下补充热量，其特征在于，其包括地源热泵主系统、太阳能光热辅助系统、室内采暖系统以及控制装置，所述太阳能光热辅助系统采用并联或串联的方式与所述地源热泵主系统连接，所述控制装置包括若干阀门以及用于自动控制所述若干阀门的控制单元，所述若干阀门设置在所述地源热泵主系统与所述太阳能光热辅助系统中。

2.如权利要求1所述的太阳能光热与地源热泵结合系统，其特征在于，所述地源热泵主系统包括地埋管换热器、地源热泵以及水泵（B1），所述地埋管换热器埋于地下，水路（L1）包括所述地埋管换热器、所述地源热泵与所述水泵（B1），所述若干阀门中的一个阀门（K1）设置在所述水路（L1）中。

3.如权利要求2所述的太阳能光热与地源热泵结合系统，其特征在于，所述地源热泵主系统还包括水泵（B2），水路（L2）包括所述室内采暖系统、所述地源热泵与所述水泵（B2），所述若干阀门中的一个阀门（K2）设置在所述水路（L2）中。

4.如权利要求3所述的太阳能光热与地源热泵结合系统，其特征在于，所述太阳能光热辅助系统包括集热器、水泵（B3）、水箱、水泵（B4）以及换热器，水路（L3）包括所述集热器、所述水泵（B3）与所述水箱，水路（L4）包括所述水箱与所述换热器。

5.如权利要求4所述的太阳能光热与地源热泵结合系统，其特征在于，水路（L5）包括所述换热器与所述地埋管换热器，所述若干阀门中的两个阀门（K3、K4）设置在所述水路（L5）中，所述阀门（K1）与所述阀门（K3）连接并一同位于所述换热器与所述地源热泵之间，所述阀门（K1）还与所述阀门（K4）连接并一同位于所述地埋管换热器与所述地源热泵之间。

6.如权利要求5所述的太阳能光热与地源热泵结合系统，其特征在于，水路（L6）包括所述换热器与所述室内采暖系统，所述若干阀门中的两个阀门（K5、K6）设置在所述水路（L6）中，所述阀门（K2）与所述阀门（K6）连接并一同位于所述换热器与所述地源热泵之间，所述阀门（K5）位于所述换热器与所述室内采暖系统之间。

7.如权利要求6所述的太阳能光热与地源热泵结合系统，其特征在于，所述阀门（K5）与所述换热器之间设置有温度测量仪（Tg），所述阀门（K6）与所述水泵（B2）之间设置有温度测量仪（Th），所述温度测量仪（Tg）与所述温度测量仪（Th）均与所述控制单元电性连接。

8.如权利要求1所述的太阳能光热与地源热泵结合系统，其特征在于，所述地源热泵主系统包括地埋管换热器、地源热泵、换热器、水泵（B11）、水泵（B12），所述地埋管换热器埋于地下，水路（L11）包括所述地埋管换热器、所述地源热泵、所述换热器与所述水泵（B11），水路（L12）包括所述地源热泵、所述室内采暖系统与所述水泵（B12）。

9.如权利要求8所述的太阳能光热与地源热泵结合系统，其特征在于，所述太阳能光热辅助系统包括集热器、水泵（B13）、水箱、水泵（B14），水路（L13）包括所述集热器、所述水箱与所述水泵（B13），水路（L14）包括所述换热器、所述水箱与所述水泵（B13）。

10.如权利要求8所述的太阳能光热与地源热泵结合系统，其特征在于，所述太阳能光热辅助系统还包括两个电动阀（M1、M2），所述电动阀（M1）安装在所述两个水泵（B13、B14）之间，所述电动阀（M2）安装在所述水箱与换热器之间，所述两个电动阀（M1、M2）均与所述控制单元电性连接。

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