CN203550236U - 太阳能与地源热泵联合制热水系统 - Google Patents

太阳能与地源热泵联合制热水系统 Download PDF

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秦鸿杰
刘政轩
张国强
张虎
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Abstract

一种太阳能与地源热泵联合制热水系统,包括太阳能热水子系统、热泵机组、板式换热器、机房储热水箱、地下埋管换热子系统,太阳能热水系统包括太阳能集热器、太阳能储热水箱、太阳能集热循环泵、太阳能补热循环泵;太阳能集热器通过循环管道与太阳能储热水箱连接;太阳能储热水箱通过管道与机房储热水箱连接;太阳能储热水箱通过循环管道与板上换热器连接;热泵机组分别通过循环管道与机房储热水箱、地下埋管换热子系统连接,所述的板式换热器通过循环管道与地下埋管换热子系统连接,机房储热水箱上设有连接有热水供水管。此系统充分利用了可再生资源和节约了常规能源,具有良好的经济效益和社会效益。

Description

太阳能与地源热泵联合制热水系统
技术领域
本实用新型涉及可再生能源领域,尤其是一种太阳能与地源热泵联合制热水系统。 
背景技术
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源,也是清洁能源,不产生任何环境污染。自上个世纪70年代以来,由于煤、石油、天燃气等不可再生能源逐渐匮乏,世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。利用太阳能进行冬季采暖及全年供热水无疑是一种节能环保的供暖方式,但是受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度的限制以及晴、阴、云、雨等随机条件的影响,所以到达地面的太阳辐射既是间断的,又是不稳定的。 
地源热泵机组是利用地球表面浅层的地热资源(通常小于400米深)作为冷热源,进行能量转换的供热供冷系统。地表浅层地热资源是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低品位热能,它不受地域、资源等限制,真正是量大而广,无处不在,但是热泵机组机组若单独运行时容易导致地温不平衡,并且所需打井埋管数量较多,因此地源热泵机组在一定层面上还需要其他能源做补充。 
目前,人们已经意识到太阳能与地源热泵机组联合运行的重要性,但由于这一技术的不太成熟,在联合运行过程中存在很多问题,如中国发明专利申请2007200297109.7,200710061457.3和200820021980.3分别提出了太阳能辅助土壤源热泵机组供热系统的优化装置,这些系统优越性在于地下埋管换热器循环水泵和太阳能集热系统循环水泵能够根据空调系统负荷的变化开启和关闭,实现太阳能、地热能等可再生能源的多能回补,互为各用,节省了空调系统运行的费用。但没有考虑到冬夏季不平衡问题和热水综合供给问题。另一方面,现有的太阳能与地源热泵机组结合的系统很少设计有两个储热水箱,现有的设计在产生生活热水尤其加上对土壤进行补充热量方面均存在一定的不便。现有的太阳能与地源热 
因此,如何设计一种太阳能与地源热泵机组联合集中供热水,并实现定期的对土壤补热的系统,就成为本领域技术人员需要解决的一个技术问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种的太阳能与地源热泵机组联合制热水系统,它可以克服现有技术中的缺点,解决太阳能辅助土壤源热泵机组供热系统中太阳能利用的间断性及其不可靠性,该系统有两大主要功能:一方面,该系统不仅能够充分利用太阳能辐射弥补冬季热负荷大地区土壤源热泵机组制热量不足、制热效率低及埋管多、投资大等缺陷,同时可以使土壤温度得到一定程度的恢复;另一方面,该系统增加的控制部件,可以有效的调节热水的温度和供水时间,在节约运行成本的前提下,达到最大的经济效益,地源热泵机组的间歇性运行有利于土壤温度的恢复。以上均能提高土壤源热泵机组的性能系数。 
实现本实用新型的技术方案为: 
一种太阳能与地源热泵联合制热水系统,包括太阳能热水子系统、热泵机组、板式换热器、机房储热水箱、地下埋管换热子系统,其特征在于:所述的太阳能热水系统包括太阳能集热器、太阳能储热水箱、太阳能集热循环泵、太阳能补热循环泵;太阳能集热器通过循环管道与太阳能储热水箱连接;太阳能储热水箱通过管道与机房储热水箱连接;太阳能储热水箱通过循环管道与板式换热器连接;热泵机组分别通过循环管道与机房储热水箱、地下埋管换热子系统连接,所述的板式换热器通过循环管道与地下埋管换热子系统连接,机房储热水箱上连接有热水供水管。
   所述的太阳能储热水箱和机房储热水箱内均设置有温度和水位传感器。 
  太阳能集热器与太阳能储热水箱之间的循环管道上设有太阳能集热循环泵;连接在太阳能储热水箱与板上换热器之间的循环管道上设有太阳能补热循环泵;热泵机组与机房储热水箱之间的循环管道上设有热水循环泵;热泵机组与地下埋管换热子系统之间的循环管道上设有地能循环泵,板式换热器与与地下埋管换热子系统之间的循环管道上设有地源侧补热循环泵。 
具体来说: 
太阳能热水系统是太阳能集热器出水口与太阳能储热水箱底部相连,通过太阳能集热器集热量来加热太阳能储热水箱中的水。所述太阳能储热水箱内设置有温度及水位传感器,所述热水箱的底部设置有泄水管,冷水给水管设置有电磁阀和流量计。
所述太阳能储热水箱的功能在于:把太阳能产生的热水暂时储存起来,打开闸阀Z5,一部分热水进入到机房储热水箱供用户使用;打开闸阀Z6,Z7,太阳能补热循环泵把热水供到板式换热器(所述的板式换热器的一端连有太阳能储热水箱的供回水管,另一端连接的是地下埋管换热子系统),在板式换热器中进行热量交换,把太阳能产生的热量储存到地下,以维持地温的稳定。 
所述的温度及水位传感器的作用在于通过温度及水位信号控制循环泵的启停和冷水给水泵的开启。即当太阳能储热水箱的水位较低时,电磁阀SV3打开补水;太阳能储热水箱温度较高,且机房保温水箱水位较低时,电磁阀SV4打开放水,直至太阳能储热水箱水位达到所设计的要求;太阳能集热系统温度比太阳能储热水箱温度高5-8℃时,太阳能集热器循环泵开始启动。 
所述机房储水箱的作用是为用户提供所需热水,所述机房储热水箱连接热泵机组、太阳能热水系统及热水用户。所述每个系统及热水用户均是通过各种水泵的作用来保证其运行的。 
所述机房储热水箱内设置有温度和水位传感器,当机房储热水箱液位较低时,电磁阀SV1打开,地能循环泵开始运转,热泵机组机组开启;当所述机房储热水箱液位处于满箱时,热泵机组机组停止工作,电磁阀SV1关闭,地能循环泵停止运转。所述系统通过传递信号来控制热泵机组、太阳能热水系统的启停,从而有效的避免电能的浪费。 
本实用新型的有益效果为:
充分利用了太阳能和土壤源热泵机组这样的可再生资源,将常规能源供热与可再生能源供热相结合,实现环保和经济的双重价值。该系统相比其他联合系统增加了大量的控制部件,这些控制部件的结合,为供水温度和供水时间的调整提供了很大的方便,从而方便了消费者的使用,此系统具有良好的经济效益,市场前景非常广阔。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将实施例或现有技术中所需使用的附图做简单的介绍: 
图1为整个系统的原理图。
其中,1、热泵机组机组,2、地能循环泵,3、地源侧补热循环泵,4、板式换热器,5、太阳能补热循环泵,6、太阳能集热循环泵,7、太阳能集热器,8、太阳能储热水箱,9、温度及水位传感器,10、机房储热水箱,11、温度及水位传感器,12、热水供水泵,13、热水循环泵 
图1中SV1、SV2、SV3、SV4、SV5为电磁阀;Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7为闸阀;
图2为机房热水储水箱周围管网布置图,其中S1、S2、S3为所述储热水箱的水位。
上述图中,LJ—冷冻水供水管;LH—冷冻水回水管;RJ—热水供水管;RH—热水回水管;RX—热水循环管;TJ—太阳能集热器给水管;TH—太阳能集热器回水管。 
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本实用新型的技术方案,并使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型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实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。 
如图1所示,为本实用新型整个系统的原理图,现结图1、2来分析整个系统的运行方式: 
热水供水方式为上供下回式,当热水供水水泵12开启时,电磁阀SV5打开,系统开始为用户提供生活热水。
系统中热泵机组1的启、停由机房储热水箱10的水位控制,当机房储热水箱液位低于S3时,电磁阀SV1打开,地能循环泵2开始运转,热泵机组1开启;当机房储热水箱10的液位高于S1时,热泵机组1停止工作,电磁阀SV1关闭,地能循环泵2停止运转。 
当机房储水箱的温度传感器11检测水温低于设定值时,电磁阀SV2打开,地能循环泵2、热水循环泵13开始运转,热泵机组1开启;当机房储热水箱水温高于设定值时,热泵机组1停止工作,地能循环泵2、热水循环泵13停止运转,电磁阀SV2关闭。 
太阳能储热水箱8的水位低于低警戒水位时,电磁阀SV3打开补水;太阳能储热水箱温度高于50℃时且机房保温水箱10的液位低于S2时,电磁阀SV4打开放水,直至太阳能储热水箱水位低于20%;太阳能集热系统温度比太阳能储热水箱温度高5-8℃时,太阳能集热器循环泵6开始启动。 
热水供水泵的启停由供水时间来控制。 
系统制热工况与土壤补热工况切换:地源热泵机组机组正常工作时,关闭阀门Z2,Z4,Z6,Z7,开启阀门Z1,Z3,Z5。需要向地下补充热量时,关闭阀门Z1,Z3,Z5,开启阀门Z2,Z4,Z6,Z7,利用板式换热器4与地下埋管换热子系统进行热交换,向土壤补充热量。 
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为详细和具体,但并不能因此理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。  

Claims (3)

1.一种太阳能与地源热泵联合制热水系统,包括太阳能热水子系统、热泵机组、板式换热器、机房储热水箱、地下埋管换热子系统,其特征在于:所述的太阳能热水系统包括太阳能集热器、太阳能储热水箱、太阳能集热循环泵、太阳能补热循环泵;太阳能集热器通过循环管道与太阳能储热水箱连接;太阳能储热水箱通过管道与机房储热水箱连接;太阳能储热水箱通过循环管道与板式换热器连接;热泵机组分别通过循环管道与机房储热水箱、地下埋管换热子系统连接,所述的板式换热器通过循环管道与地下埋管换热子系统连接,机房储热水箱上连接有热水供水管。
2. 根据权利要求1所述的太阳能与地源热泵联合制热水系统,其特征在于:所述的太阳能储热水箱和机房储热水箱内均设置有温度和水位传感器。
3.根据权利要求1所述的太阳能与地源热泵联合制热水系统,其特征在于:太阳能集热器与太阳能储热水箱之间的循环管道上设有太阳能集热循环泵;连接在太阳能储热水箱与板式换热器之间的循环管道上设有太阳能补热循环泵;热泵机组与机房储热水箱之间的循环管道上设有热水循环泵;热泵机组与地下埋管换热子系统之间的循环管道上设有地能循环泵,板式换热器与与地下埋管换热子系统之间的循环管道上设有地源侧补热循环泵。
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