CN203810515U - 太阳能辅助地源热泵同轴换蓄热供暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及地源太阳能供热设备，具体为一种太阳能辅助地源热泵同轴换蓄热供暖系统。本实用新型利用同轴地埋换热管，使地源热泵机组与太阳能集热器进行水热交换，降低设备制热能耗，充分利用太阳能恢复土地温度。本实用新型的优点体现在，提高了机组的COP值大幅度提高，节能效果明显，保护环境，节约发电所用的煤、油资源，解决了地源热泵机组长期采暖吸取土壤中的低温热量而产生的“冷聚效应”，同时解决了太阳能集热器的防闷晒问题。

Description

太阳能辅助地源热泵同轴换蓄热供暖系统

技术领域

　　本专利涉及地源太阳能供热设备，具体为一种太阳能辅助地源热泵同轴换蓄热供暖系统。

背景技术

    地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40%的供热制冷空调的运行费用。

地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。地源热泵空调系统维护费用低　在同等条件下，采用地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用。地源热泵非常耐用，它的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，其地下部分可保证50年，地上部分可保证30年，因此地源热泵是免维护空调，节省了维护费用，使用户的投资在3年左右即可收回。机组使用寿命长，均在15年以上；机组紧凑、节省空间；自动控制程度高，可无人值守.当然，象任何事物一样，地源热泵也不是十全十美的，如其应用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同；地源热泵与传统空调的区别：稳定、整个系统运行稳定，不受室外气候条件的影响；舒适、室温的分布更合理，温差小，舒适感好。节能、比传统空调节能40%-60%；

环保没有室外机，并且解决了城市热岛效应，无任何污染和排放。地源热泵则是利用水与地能进行冷热交换来作为地源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”。这一技术是利用土壤中的热能，并辅以电热对室内进行加热。其优点是相对于纯电热可有效节约电能消耗。同时，在高原地区有很多建筑采用太阳能集热设备进行供热供暖，也是有效利用太阳能节约电能消耗。以上两个设备目前存在的问题是可以地源热泵在使用一段时间后往往造成区域内的冷聚效应，后期的地源取热效果很差，需要的辅助电能消耗很多。另外，太阳能集热器在非采暖季节，设备被太阳炙烤，若内部的循环水不能及时将热量带走，将造成集热器内部管道膨胀破裂设备损坏。地源热的来源本是阳光对地面的辐射，地面对热能进行储藏。地面设置建筑物以后，地面获得的热量大幅度减少，地源热泵的作用下，土壤的温度更低对后期的使用造成很大限制，造成电能消耗的增加燃煤炭的增加。

发明内容

    本专利针对现有设备的技术问题，提供一种太阳能辅助地源热泵同轴换蓄热供暖系统，目的在于利用太阳能提高地源热的利用率，降低电能煤炭燃烧的消耗，有效保护非采暖季节太阳能集热器。

本专利的具体技术方案如下：

    太阳能辅助地源热泵同轴换蓄热供暖系统，由地源热泵机组、地源热循环水泵、同轴地埋换热管、太阳能集热器、太阳能集热器循环水泵组成，地源热循环水泵（1）的出水口端连接地源热泵机组（2）的地源侧循环水进口，地源热循环水泵（1）的进水口与地源热泵机组（2）的地源侧循环水出口通过管道分别连接同轴地埋换热管（3）的外管两端，同轴地埋换热管（3）分为内管和外管，外管包裹在内管外，同轴地埋换热管（3）的外管连接地源热循环水泵（1）和地源热泵机组（2）的地源侧，太阳能集热器（4）的出水口端连接同轴地埋换热管（3）内管的一端，同轴地埋换热管（3）内管的另一端通过太阳能集热循环水泵（5）连接太阳能集热器（4）的进水端，太阳能集热器（4）的出水口端与同轴地埋换热管（3）之间的连接管道上设置一个三通管道另连接调节水泵（6），调节水泵（6）的出口端连接到地源热循环水泵（1）与地源热泵机组（2）的地源侧循环水进口之间的管道，调节水泵（6）的出口端到地源热泵机组（2）的地源侧循环水进口的管道上同样设置一个三通连接到调节水泵（6）的出口端。

    同轴地埋换热管为金属或塑料材质的内外双管，即有一内管，外面套接一外管，内外管同一轴心，内外管分别连接地源热泵机组和太阳能集热器，地源热泵机组和太阳能集热器的热量在同轴地埋换热管内转移热能，利用同轴地埋换热管太阳能集热器的热能可传递到土壤中进行储藏。创新重点在于整合太阳能集热器，利用同轴地埋换热管，进行地源热泵内的循环水与地下土壤和太阳能热水进行热交换，同时利用太阳能对土壤进行热能储存，即在采暖季节中利用太阳能通过同轴地埋管进行热交换提高地埋管内的水温，提高制热效果节约能耗。在地源温度比较低的情况下，可利用调节水泵的设置可将太阳能集热器的水直接连接地源热泵机组，以提高效率。当非制热季节，可将太阳能热量通过埋地换热管贮藏到地下，以解决冷聚效应，同时也防止太阳能热水器的闷晒造成的损失。

    本专利的优势体现在，提高了地源侧循环水的水温，机组的COP值大幅度提高，节能效果明显，保护环境，节约发电所用的煤、油资源，当夜晚或阴天，地源热泵吸取土壤中的低温热量供暖；在非采暖季节，太阳能集热器收集的能量，通过同轴地埋换热管蓄存在土壤中，解决了地源热泵机组长期采暖吸取土壤中的低温热量而产生的“冷聚效应”，同时解决了太阳能集热器的防闷晒问题。

附图说明

    图1为本专利的结构示意图。

    其中，1——地源热循环水泵、2——地源热泵机组、3——同轴地埋换热管、4——太阳能集热器、5——太阳能集热循环水泵、6——调节水泵。

具体实施方式

    下面结合具体实施方式对本专利作进一步说明。

    太阳能辅助地源热泵同轴换蓄热供暖系统，由地源热泵机组、地源热循环水泵、同轴地埋换热管、太阳能集热器、太阳能集热器循环水泵组成，地源热循环水泵（1）的出水口端连接地源热泵机组（2）的地源侧循环水进口，地源热循环水泵（1）的进水口与地源热泵机组（2）的地源侧循环水出口通过管道分别连接同轴地埋换热管（3）的外管两端，同轴地埋换热管（3）分为内管和外管，外管包裹在内管外，同轴地埋换热管（3）的外管连接地源热循环水泵（1）和地源热泵机组（2）的地源侧，太阳能集热器（4）的出水口端连接同轴地埋换热管（3）内管的一端，同轴地埋换热管（3）内管的另一端通过太阳能集热循环水泵（5）连接太阳能集热器（4）的进水端，太阳能集热器（4）的出水口端与同轴地埋换热管（3）之间的连接管道上设置一个三通管道另连接调节水泵（6），调节水泵（6）的出口端连接到地源热循环水泵（1）与地源热泵机组（2）的地源侧循环水进口之间的管道，调节水泵（6）的出口端到地源热泵机组（2）的地源侧循环水进口的管道上同样设置一个三通连接到调节水泵（6）的出口端。还可以在太阳能集热器的出水口端设置温度探头，该探头连太阳能循环泵控制装置，在地源热泵机组入口设置温度探头，该探头连太阳能循环泵控制装置，该装置控制太阳能循环泵的运行状态；地源热泵机组运行状态信号连地源侧循环泵控制装置，在地源热泵机组入口设置的温度探头，该探头连地源侧循环泵控制装置，该装置连地源侧循环泵，控制地源侧循环泵的运行状态。太阳能集热器、太阳能循环泵、地源热泵机组蒸发器（地源侧）、地源热泵机组地源侧循环泵、同轴地埋换热管、自动控制装置、管路组成。上述地源热泵机组蒸发器（地源侧）连通同轴地埋换热管外侧，太阳能集热器循环管连通同轴地埋换热管内管。 太阳能集热系统为闭式机械循环系统，通过补水定压装置进水及补水，循环工质为50%的乙二醇溶液，系统的运行通过地源热泵机组蒸发器（地源侧）入口水温，及与集热器出口的水温差控制水泵的启停及变频运行；上述系统的地源侧循环系统为闭式机械循环系统，通过补水定压装置进水及补水，循环工质为水，系统的运行通过地源热泵机组的启停连锁循环泵的启停，并根据地源热泵机组的负荷及地源热泵机组蒸发器（地源侧）入口水温变频运行；上述同轴地埋换热管，为同轴套管，内管走乙二醇溶液，夹套间走地源侧循环水，太阳能集热器吸收的太阳能在同轴地埋换热管与地源热泵机组蒸发器（地源侧）循环工质进行热交换。当太阳能不能满足需要时，地源热泵机组蒸发器（地源侧）循环工质与土壤进行热交换，保证采暖系统的正常运行。

    地源热泵机组蒸发器（地源侧）连通同轴地埋换热管外侧，太阳能集热器循环管连通同轴地埋换热管内管。在采暖季节，当太阳能充足，地源热泵吸取太阳能供暖，此举提高了地源侧循环水的水温，机组的COP值大幅度提高，节能效果明显，保护环境，节约发电所用的煤、油资源，当夜晚或阴天，地源热泵吸取土壤中的低温热量供暖；在非采暖季节，太阳能集热器收集的能量，通过同轴地埋换热管蓄存在土壤中，解决了地源热泵机组长期采暖吸取土壤中的低温热量而产生的“冷聚效应”，同时解决了太阳能集热器的防闷晒问题。

Claims (1)

1.太阳能辅助地源热泵同轴换蓄热供暖系统，由地源热泵机组、地源热循环水泵、同轴地埋换热管、太阳能集热器、太阳能集热器循环水泵组成，其特征在于：地源热循环水泵（1）的出水口端连接地源热泵机组（2）的地源侧循环水进口，地源热循环水泵（1）的进水口与地源热泵机组（2）的地源侧循环水出口通过管道分别连接同轴地埋换热管（3）的外管两端，同轴地埋换热管（3）分为内管和外管，外管包裹在内管外，太阳能集热器（4）的出水口端连接同轴地埋换热管（3）内管的一端，同轴地埋换热管（3）内管的另一端通过太阳能集热循环水泵（5）连接太阳能集热器（4）的进水端，太阳能集热器（4）的出水口端与同轴地埋换热管（3）之间的连接管道上设置一个三通管道另连接调节水泵（6），调节水泵（6）的出口端连接到地源热循环水泵（1）与地源热泵机组（2）的地源侧循环水进口之间的管道，调节水泵（6）的出口端到地源热泵机组（2）的地源侧循环水进口的管道上同样设置一个三通连接到调节水泵（6）的出口端。