CN203757910U - 一种太阳能季节性土壤蓄热热泵复合供暖空调系统 - Google Patents

一种太阳能季节性土壤蓄热热泵复合供暖空调系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种太阳能季节性土壤蓄热热泵复合供暖空调系统，包括：太阳能集热器、土壤换热器、热泵机组、散热器；通过跨季地下储热、季节供暖技术，将非采暖季的太阳辐射热收集存储，在冬季采暖期间将储存的热量提取出来并与太阳能集热系统一起为建筑供暖。其有益效果是:保证换热器周围土壤温度场以年为周期的热平衡，保证热泵机组的高效运行，同时有效向土壤补充热量，为建筑采暖提供清洁能源。本实用新型有六种控制方法：太阳能-土壤蓄热、土壤直接供冷、太阳能-土壤蓄热同时土壤源热泵供冷、土壤源热泵供冷模式、太阳能直接供暖、土壤源热泵供暖方法。

Description

一种太阳能季节性土壤蓄热热泵复合供暖空调系统
技术领域
本实用新型涉及太阳能热利用领域，特别是一种能够在夏天将太阳能转换为热能后存储起来的热泵供暖空调系统及控制方法。
背景技术
由于我国的地理位置与气候特点，绝大部分建筑都需要使用供暖空调系统，城市建筑的快速发展给地源热泵系统在建筑暖通空调系统中的应用带来了巨大的发展潜力。据统计，建筑能耗在我国能源总消费中所占的比例已经达到27.6%，且仍持续增长。目前我国城镇民用建筑运行耗电占我国总发电量的25%左右，北方地区城镇供暖消耗的燃煤占我国非发电用煤量的15%～20%，这些数值仅为建筑运行所消耗的能源。
建筑物使用过程消耗的能源占其全生命过程消耗总能源的80%以上。现在中国城镇建筑运行能耗由北方地区冬季采暖能耗、住宅和一般公共建筑除采暖外的能耗、大型公共建筑能耗构成，占社会总能耗的20%～22%。建筑能耗受单位面积能耗和建筑总量影响，随着建筑总量的增加而增加。在美国、欧洲和日本等发达国家，建筑运行能耗水平已经处于制造大国时期的20%～25%。
在建筑能耗中，暖通空调与热水系统所占的比例接近60%，而且随着人民生活水平的提高还有继续上升的趋势。
严寒地区冬季供暖期长、热负荷很大，而夏季空调期相对较短，冷负荷较小，土壤的平均温度较低，若单独使用土壤源热泵系统进行供暖、空调，势必会造成系统对土壤取热和补热的不一致，土壤换热器周围的土壤温度将会逐年下降，虽然每年的降幅不大，但是长时间运行后，埋管换热器周围的土壤温度场会出现不可恢复的恶化，同时随着换热器周围土壤温度逐渐下降，热泵的制热性能系数也逐渐下降，甚至会出现出力不足的现象。
发明内容
为了解决换热器周围土壤温度场以年为周期的热平衡，保证热泵机组的高效运行，同时有效向土壤补充热量等问题，通过跨季地下储热、季节供暖技术，将非采暖季的太阳辐射热收集存储，在冬季采暖期间将储存的热量提取出来并与太阳能集热系统一起为建筑供暖。
本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型提供一种太阳能季节性土壤蓄热热泵复合供暖空调系统，包括：太阳能集热器、土壤换热器、热泵机组、散热器，阀门11f、阀门12f、阀门14f、阀门15f、阀门21f、阀门23f、阀门24f、阀门26f、阀门31f、阀门33f、阀门34f、阀门36f、阀门42f、阀门44f、阀门46f、阀门47f，管路13g、管路22g、管路25g、管路27g、管路32g、管路35g、管路41g、管路45g; 太阳能集热器与阀门11f、阀门12f连通，管路13g分别与阀门12f、阀门14f、阀门15f、阀门23f连通；土壤换热器与阀门15f、阀门21f连通，管路22g分别与阀门21f、阀门23f、阀门24f、阀门33f连通，管路25g分别与阀门14f、阀门24f、阀门26f、阀门47f连通，管路27g分别与阀门11f、阀门26f连通；热泵机组分别与阀门31f、阀门36f、阀门42f、阀门46f连通，管路32g分别与阀门31f、阀门33f、阀门34f连通；散热器通过管路35g与阀门34f连通，通过管路41g与阀门42f、阀门44f连通，管路45g分别与阀门44f、阀门46f、阀门47f连通。
本实用新型提供一种太阳能季节性土壤蓄热热泵复合供暖空调系统具有六种控制方法；
控制方法一：阀门12f、阀门15f、阀门21f、阀门24f、阀门26f、阀门11f开启，其余阀门均关闭时，太阳能集热器向土壤换热器提供热能，实现太阳能-土壤蓄热；在非供暖期或供暖系统停止运行时，通过土壤换热器将太阳能集热器收集到的太阳热蓄存在深层土壤中，以提高土壤换热器周围的土壤温度，以保障系统持续高效运行。
控制方法二：阀门21f、阀门33f、阀门34f、阀门44f、阀门47f、阀门14f、阀门15f开启，其余阀门均关闭时，实现土壤直接供冷；在夏季空调季中若在夜间或阴雨天时，太阳能集热器停止集热，若此时建筑仍有冷负荷，系统运行时可以实现土壤向建筑的直接供冷。
控制方法三：阀门12f、阀门15f、阀门21f、阀门33f、阀门31f、阀门46f、阀门47f、阀门26f、阀门11f开启，阀门42f、阀门36f开启，其余阀门均关闭时，实现太阳能-土壤蓄热同时土壤源热泵供冷；当夏季空调负荷较大或者土壤换热器周围土壤温度较高时，土壤直接供冷难以满足空调需要时，启动热泵机组进行制冷；同时太阳能集热器正常运行，将收集到得太阳热通过土壤换热器蓄存到其周围土壤中。
控制方法四：当太阳能集热器停止集热时，阀门21f、阀门33f、阀门31f、阀门46f、阀门47f、阀门14f、阀门15f开启，阀门42f、阀门36f开启，其余阀门均关闭时，实现土壤源热泵供冷模式。
控制方法五：当供暖初期建筑物热负荷较小，同时太阳辐射相对较强，同时经过长时间的蓄热土壤换热器周围温度较高，太阳能土壤蓄热效率相对较低时，阀门12f、阀门15f、阀门21f、阀门33f、阀门34f、阀门26f、阀门11f开启，其余阀门均关闭，热泵机组关闭，实现太阳能直接供暖。
控制方法六：当供暖期夜间或阴雪天气时，太阳能集热器有效集热量为零，阀门21f、阀门33f、阀门31f、阀门46f、阀门47f、阀门14f、阀门15f开启，阀门42f、阀门36f开启，其余阀门均关闭，热泵机组开启，实现土壤源热泵供暖。
本实用新型提供的一种太阳能季节性土壤蓄热热泵复合供暖空调系统，其有益效果是: 保证换热器周围土壤温度场以年为周期的热平衡，保证热泵机组的高效运行，同时有效向土壤补充热量，为建筑采暖提供清洁能源。
附图说明
图1是本实用新型的结构原理示意图。
图中标号说明如下：
10-太阳能集热器、20-土壤换热器、30-热泵机组、40-散热器，11-阀门11f、12-阀门12f、14-阀门14f、15-阀门15f、21-阀门21f、23-阀门23f、24-阀门24f、26-阀门26f、31-阀门31f、33-阀门33f、34-阀门34f、36-阀门36f、42-阀门42f、44-阀门44f、46-阀门46f、47-阀门47f，13-管路13g、22-管路22g、25-管路25g、27-管路27g、32-管路32g、35-管路35g、41-管路41g、43-管路43g、45-管路45g。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型提供一种太阳能季节性土壤蓄热热泵复合供暖空调系统，包括：太阳能集热器11、土壤换热器20、热泵机组30、散热器40，阀门11f11、阀门12f12、阀门14f14、阀门15f15、阀门21f21、阀门23f23、阀门24f24、阀门26f26、阀门31f31、阀门33f33、阀门34f34、阀门36f36、阀门42f42、阀门44f44、阀门46f46、阀门47f47，管路13g13、管路22g22、管路25g25、管路27g27、管路32g32、管路35g35、管路41g41、管路45g45;
太阳能集热器11与阀门11f11、阀门12f12连通，管路13g13分别与阀门12f12、阀门14f14、阀门15f15、阀门23f23连通；
土壤换热器20与阀门15f15、阀门21f21连通，管路22g22分别与阀门21f21、阀门23f23、阀门24f24、阀门33f33连通，管路25g25分别与阀门14f14、阀门24f24、阀门26f26、阀门47f47连通，管路27g27分别与阀门11f11、阀门26f26连通；
热泵机组30分别与阀门31f31、阀门36f36、阀门42f42、阀门46f46连通，管路32g32分别与阀门31f31、阀门33f33、阀门34f34连通；
散热器40通过管路35g35与阀门34f34连通，通过管路41g41与阀门42f42、阀门44f44连通，管路45g45分别与阀门44f44、阀门46f46、阀门47f47连通。
如图1所示，本实用新型提供一种太阳能季节性土壤蓄热热泵复合供暖空调系统具有六种控制方法；
控制方法一：阀门12f12、阀门15f15、阀门21f21、阀门24f24、阀门26f26、阀门11f11开启，其余阀门均关闭时，太阳能集热器11向土壤换热器20提供热能，实现太阳能-土壤蓄热；在非供暖期或供暖系统停止运行时，通过土壤换热器20将太阳能集热器11收集到的太阳热蓄存在深层土壤中，以提高土壤换热器周围的土壤温度，以保障系统持续高效运行。
控制方法二：阀门21f21、阀门33f33、阀门34f34、阀门44f44、阀门47f47、阀门14f14、阀门15f15开启，其余阀门均关闭时，实现土壤直接供冷；在夏季空调季中若在夜间或阴雨天时，太阳能集热器11停止集热，若此时建筑仍有冷负荷，系统运行时可以实现土壤向建筑的直接供冷。
控制方法三：阀门12f12、阀门15f15、阀门21f21、阀门33f33、阀门31f31、阀门46f46、阀门47f47、阀门26f26、阀门11f11开启，阀门42f42、阀门36f36开启，其余阀门均关闭时，实现太阳能-土壤蓄热同时土壤源热泵供冷；当夏季空调负荷较大或者土壤换热器周围土壤温度较高时，土壤直接供冷难以满足空调需要时，启动热泵机组30进行制冷；同时太阳能集热器10正常运行，将收集到得太阳热通过土壤换热器20蓄存到其周围土壤中。
控制方法四：当太阳能集热器10停止集热时，阀门21f21、阀门33f33、阀门31f31、阀门46f46、阀门47f47、阀门14f14、阀门15f15开启，阀门42f42、阀门36f36开启，其余阀门均关闭时，实现土壤源热泵供冷模式。
控制方法五：当供暖初期建筑物热负荷较小，同时太阳辐射相对较强，同时经过长时间的蓄热土壤换热器周围温度较高，太阳能土壤蓄热效率相对较低时，阀门12f12、阀门15f15、阀门21f21、阀门33f33、阀门34f34、阀门26f26、阀门11f11开启，其余阀门均关闭，热泵机组30关闭，实现太阳能直接供暖。
控制方法六：当供暖期夜间或阴雪天气时，太阳能集热器10有效集热量为零，阀门21f21、阀门33f33、阀门31f31、阀门46f46、阀门47f47、阀门14f14、阀门15f15开启，阀门42f42、阀门36f36开启，其余阀门均关闭，热泵机组30开启，实现土壤源热泵供暖。

Claims (1)

1.一种太阳能季节性土壤蓄热热泵复合供暖空调系统，包括太阳能集热器(11)、土壤换热器(20)、热泵机组(30)、散热器(40)，阀门11f(11)、阀门12f(12)、阀门14f(14)、阀门15f(15)、阀门21f(21)、阀门23f(23)、阀门24f(24)、阀门26f(26)、阀门31f(31)、阀门33f(33)、阀门34f(34)、阀门36f(36)、阀门42f(42)、阀门44f(44)、阀门46f(46)、阀门47f(47)，管路13g(13)、管路22g(22)、管路25g(25)、管路27g(27)、管路32g(32)、管路35g(35)、管路41g(41)、管路45g(45); 其特征在于：
太阳能集热器(11)与阀门11f(11)、阀门12f(12)连通，管路13g(13)分别与阀门12f(12)、阀门14f(14)、阀门15f(15)、阀门23f(23)连通；
土壤换热器(20)与阀门15f(15)、阀门21f(21)连通，管路22g(22)分别与阀门21f(21)、阀门23f(23)、阀门24f(24)、阀门33f(33)连通，管路25g(25)分别与阀门14f(14)、阀门24f(24)、阀门26f(26)、阀门47f(47)连通，管路27g(27)分别与阀门11f(11)、阀门26f(26)连通；
热泵机组(30)分别与阀门31f(31)、阀门36f(36)、阀门42f(42)、阀门46f(46)连通，管路32g(32)分别与阀门31f(31)、阀门33f(33)、阀门34f(34)连通；
散热器(40)通过管路35g(35)与阀门34f(34)连通，通过管路41g(41)与阀门42f(42)、阀门44f(44)连通，管路45g(45)分别与阀门44f(44)、阀门46f(46)、阀门47f(47)连通。
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