CN204187890U - 一种利用太阳能与地能的节能型制冷热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种利用太阳能与地能的节能型制冷热系统，包括：地埋管、水循环泵、地源热泵、中央控制器、加热水箱、恒温水箱、太阳能集热器和风盘。地埋管埋设在地下，地埋管的两端分别通过水循环泵和阀门与第一冷凝/蒸发器的两端相连；太阳能集热器的两端分别通过阀门与第一冷凝/蒸发器的两端相连；加热水箱中设置热交换管道，地源热泵的第二冷凝/蒸发器、太阳能集热器分别与热交换管道通过阀门相连；第二冷凝/蒸发器一端通过阀门连接风盘的一端，另一端连接风盘的另一端；加热水箱中设置温度传感器，自来水注入加热水箱中，加热水箱通过阀门连接恒温水箱；中央控制器分别连接温度传感器、地源热泵和各阀门。

Description

一种利用太阳能与地能的节能型制冷热系统

技术领域：

本实用新型涉及一种利用太阳能和地能的节能型制热制冷系统。

背景技术：

当前，环境和能源是我国乃至世界上的两大问题。我国能源消耗巨大，但是能源利用率较低。随着人们对生活环境的要求越来越高，传统的空调以及采暖系统已经越来越不能满足人们对高品质生活的要求。而且，近些年，国家对节能减排的要求越来越严厉。作为洁净的取之不竭的太阳能和绿色稳定的地能都成为发展的重点。

地源热泵利用大自然中大量可重复利用的地能，将低品位能量转化为高品位能量从而达到节能目的，地源热泵的效能一般可以达到5倍以上，比普通的中央空调节能40％以上，是一种先进高效节能、绿色无污染的采暖空调方式。但是这种技术是一项高技术工程，对场地有限制：需要靠近水源或者丰富的地下水资源；此外在使用地源热泵时，地源热泵连续工作会使地能得不到好的缓解，影响制冷或者制热的效率。

实用新型内容：

鉴于以上不足，本实用新型提供了一种利用太阳能和地能的节能型制热制冷系统，包括：地埋管、水循环泵、地源热泵、中央控制器、加热水箱、恒温水箱、太阳能集热器和风盘；地埋管埋设在地下，地埋管的出水口通过水循环泵和第一阀门连接地源热泵的第一冷凝/蒸发器的一端口，入水口通过第二阀门连接第一冷凝/蒸发器的另一端口；太阳能集热器的出水口通过第三阀门连接第一冷凝/蒸发器的一端口，入水口通过第四阀门连接第一冷凝/蒸发器的另一端口；地源热泵的第二冷凝/蒸发器的出水口通过第五阀门连接加热水箱，入水口连接加热水箱的另一端口；第二冷凝/蒸发器出水口通过第六阀门连接风盘的一端口，入水口连接风盘的另一端口；加热水箱中设置温度传感器，自来水阀门连接加热水箱中，加热水箱通过第七阀门连接恒温水箱；加热水箱中设置有热交换管道，太阳能集热器的出水口通过第八阀门连接加热水箱的热交换管道的一个端口，进水口连接热交换管道的另一个端口；中央控制器分别连接温度传感器、地源热泵和各个阀门。

优选地，地埋管由12个U型PE管并联组成，每个U型管在竖直方向的长度为20m-50m，U型管间的间距为6m-10m，每个U型管贯穿一个竖直设置的储水箱，储水箱从地下15m延伸到45m的深度。

优选地，U型管在竖直方向的长度为30m，U型管间的间距为8m。

优选地，还包括雨水采集装置；雨水采集装置包含雨水收集器、集水器、过滤器和储水箱；雨水收集器一端用于收集雨水，另一端连接第一过滤器，第一过滤器另一端连接集水器，该集水器通过第二过滤器连接储水箱。

优选地所述地源热泵包括第一冷凝/蒸发器、第二冷凝/蒸发器、四通阀和压缩机；制冷时，地源热泵第一冷凝/蒸发器作为冷凝器，第二冷凝/蒸发器作为蒸发器；冷媒与用户管路中的水在蒸发器中进行热交换，并进入压缩机，压缩机对冷媒做功，冷媒进入冷凝器，向地埋管中的循环水放热，并再次进入蒸发器开始下一个循环；制热时，地源热泵第一冷凝/蒸发器作为蒸发器，第二冷凝/蒸发器作为冷凝器，四通阀改变冷媒的循环方向；地埋管中的循环水进入蒸发器，冷媒在蒸发器中与地埋管循环水进行热交换，进入压缩机，压缩机对冷媒做功，冷媒进入冷凝器，在冷凝器中，冷媒向用户管路中的水释放热量，开始下一个循环。

优选地，加热水箱中设置有温度传感器，将热水温度发送给中央控制器；利用太阳能集热器或地源热泵加热生活用水时，中央控制器判断该热水温度是否达到预设值，如果达不到预设值，中央控制器控制辅助能源装置将水加热到所需的温度。

优选地，在太阳能集热器中和地源热泵的出水口处各设置有温度传感器，将水温信号传输给中央控制器；中央控制器判断两者温度的高低，并通过开启和关闭相应的阀门使两者中水温度较高的装置连接加热水箱。

优选地，中央控制器根据太阳光感应器接收的太阳光/紫外线强度信号，或者网络、广播、卫星等的天气预报判断使用太阳能集热器和地源热泵中的哪一个给加热水箱供热。

优选地，出风口位于室内的下方。

优选地，中央控制器控制地源热泵定时工作。

本实用新型的上述技术方案中增加了雨水采集装置，可以解决地热泵对场地的限制问题；将雨水储存作为地源热能，代替土壤热能；增加太阳能集热装置，与地源热泵联合工作，缓解地热能源的恢复问题，提高制冷制热的效率；将风盘置于室内的底部，促进空气的流通，提高冬季采暖的效果。

附图说明：

图1为本实用新型利用太阳能和地能的节能型制热制冷系统的一实施方式的示意图；

图2为本实用新型风盘在房间内的相对位置的示意图。

具体实施方式

下面参考附图，详细说明本实用新型利用太阳能和地能的节能型制热制冷系统的实施方式。

图1为本实用新型利用太阳能和地能的节能型制热制冷系统的一实施方式示意图。该利用太阳能地能节能型制热制冷系统包括雨水采集装置1、地埋管2、地源热泵3、中央控制器4、水箱装置5、太阳能集热装置6、风盘7以及辅助能源装置(未标注在图示中)。雨水采集装置1包括雨水收集器11、过滤器12、集水器13以及储水箱14。地源热泵3包括压缩机31、四通阀32、冷凝/蒸发器33和34。水箱装置5包括加热水箱51、恒温水箱52和温度传感器。太阳能集热装置6包括太阳光感应器61、太阳能集热器62等。地埋管2的一端口通过水循环泵和阀门v7连接地源热泵3的冷凝/蒸发器33的一端口，另一端口通过阀门v6连接冷凝/蒸发器33的另一端口，形成循环通路；同时，太阳能集热器62的一个端口通过阀门v4连接地源热泵3的冷凝/蒸发器33的一端口，并通过阀门v8连接冷凝/蒸发器33的另一端口；地源热泵3的冷凝/蒸发器34一端口通过阀门v3连接加热水箱51，加热水箱51的另一端口连接冷凝/蒸发器34的另一端口，形成一个循环通路；冷凝/蒸发器34一端口通过阀门v5连接风盘7的一端口，冷凝/蒸发器34另一端口连接风盘7的另一端口，形成一个循环通路；加热水箱51中设置温度传感器，将自来水注入加热水箱51中，加热水箱51的出水口通过阀门v9连接恒温水箱52，恒温水箱52直接为用户提供生活用水；太阳能集热器62通过阀门v2连接加热水箱51的一端口，另一端口直接连接太阳能集热器62；中央控制器4分别与太阳光感应器61、地源热泵3、水箱单元5相连；雨水收集器11通过过滤器12连接集水器13，该集水器13通过另一过滤器12连接储水箱14，地埋管2置于储水箱14中。

雨水收集器11用于雨水采集，并将雨水进行沉淀，沉淀后的雨水经由过滤器12进入集水器13，在集水器13与储水箱14之间设置另一个过滤器12，对雨水进行二次净化，减少雨水对雨水采集装置1各部件的腐蚀，增加各个部件的使用寿命。储水箱14埋在地下15-50米之间，这样可以降低埋设的难度，同时降低了地源热泵系统需靠近地下水的要求。储水箱14中的水与地埋管2中的循环水进行热交换，地埋管2放置于储水箱14内部。储水箱14装有浮力传感器感应水位，当储水箱14内水达到设置的界限，浮力传感器就会对雨水收集器11发出信号，使雨水收集器11关闭(阀门v1关闭)，停止收集雨水。当雨水收集量不够时，采用自来水直接为储水箱14充水。

地埋管2使用高强度U型PE管，采用垂直埋管的方式。各个U型PE管采用并联方式连接，相邻U型PE管的间距为6m-10m，且U型PE管长度在20m-50m，因为本实用新型采用储水箱14代替地下恒温水源或者土壤热源，可以降低地埋管2的埋设深度。U型管数量越多，设置地越密，置换的热量就越多，但是需要考虑成本和传热效率来进行设定。本实用新型采用12个U型PE管并联，间距为8m，垂直方向长度为30m，此外，储水箱14竖直埋设，从地下15m延伸至地下45m，每个U型管配置一个储水箱14。

地埋管2地上部分连接地源热泵3，地源热泵3的冷凝/蒸发器33和34均为冷凝蒸发一体机，可以根据需要转换功能，作为冷凝器或蒸发器使用。地源热泵3夏季制冷时，冷凝/蒸发器33作为冷凝器工作，冷凝/蒸发器34作为蒸发器工作。夏季用户室内温度较高，从用户管路来的循环水中含有大量的热，液态冷媒进入蒸发器34，液态冷媒吸收用户循环水所携带的热量变为气态。然后汽态冷媒进入压缩机31，压缩机31对冷媒做功，将冷媒压缩，冷媒进入冷凝器33，在冷凝器33中冷媒将所携带的热量释放到地埋管2的循环水中，地埋管2中的循环水将热量再转移至储水箱14内，储水箱14内的热量再向土壤等低温区排放。通过循环，用户室内的热量不断转移至地下，系统将用户管路的水冷却，系统以冷水的形式供应给用户，由风盘以冷风的形式为用户室内供冷。冬季制热时，冷凝/蒸发器33作为蒸发器，冷凝/蒸发器34作为冷凝器，四通阀32使冷媒的流动方向变换。地埋管2内的水循环通过与储水箱14中的水进行热交换，吸收地下热能。地埋管2中水进入蒸发器33中，蒸发器33中的液态冷媒吸收地埋管2中的热量并蒸发，变成饱和的蒸汽进入压缩机31，压缩机31对冷媒做功使之变成高温高压的气体，该气态冷媒进入冷凝器34并向用户管路的循环水释放热量变为液态，液态冷媒进入蒸发器33，进行下一个循环。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以暖风的形式向室内供暖。同时地源热泵3中的冷媒也可以加热水箱51中的水。

风盘7置于用户室内上方时，会达到很好的制冷效果。但是当制热时，由室内上方的风盘7进入室内的风是热的，由于热空气的浮升作用，热风往往到达不了工作区而停留在房间的上部，达不到较好的制热效果。所以如图2所示，本实用新型将风盘7置于用户室内的下方。这样，不论是夏天制热还是冬天制冷都能达到很好的效果。

太阳能集热装置6包含太阳光感应器61、太阳能集热器62以及控制部件等部件，太阳光感应器61能够感应太阳光强度、紫外线强度等并向中央控制器4发送信号，中央控制器4根据自身设置的值来判断天气状况为阴天还是晴天。

水箱装置5包括加热水箱51、恒温水箱52和温度传感器。加热水箱51由太阳能或者地源热泵3加热，当加热到一定的温度(45度-50度)，加热水箱51上的温度传感器会将该温度信号传输给中央控制器4，中央控制器4控制打开阀门v9，将加热水箱51中的水注入恒温水箱52储存，作为生活用水。当恒温水箱52中储满水时，恒温水箱52自带的浮力传感器就会将该信号传输到中央控制器4，中央控制器4会控制关闭阀门v2、v3，停止用太阳能和地源热泵3加热生活用水。

中央控制器4接收太阳光感应器61感应的太阳光/紫外线强度信号，当该太阳光/紫外线的强度大于某个设定的强度值时，中央控制器4就判定为晴天，反之，就判为阴天。根据判断的天气情况，调节地源热泵3与太阳能集热装置6的工作。中央控制器4还对水箱装置5和辅助能源装置进行控制调节。

下面针对本实用新型的夏季制冷和生活用水的获得进行具体说明。

如图1所示，夏季关闭阀门v3、v4、v8，打开阀门v2、v5、v6、v7和水循环泵，太阳能集热器62加热生活用水，地源热泵3对用户室内进行制冷。利用太阳能加热生活用水时，加热水箱51中的温度传感器会将加热后的热水温度信号传给中央控制器4，如果水温度达不到恒温水箱52的要求，中央控制器4就会控制辅助能源装置将水加热到需要的温度，并控制将加热好的生活用水通过未图示的通路注入恒温水箱53中。

雨水采集装置1采集足够多的雨水或自来水补充足够多的水，储存于储水箱14中，由地埋管2内的循环水与储水箱14中的水进行热交换。然后经地源热泵3将冷水输送到风盘7，由风盘7向用户室内提供冷风，直到室温达到用户所需的温度。

下面针对本实用新型的冬季制热和生活用水的获得进行具体说明。

如图1所示，冬季晴天时，打开阀门v2，使太阳能集热器62将其加热的热水送到恒温水箱52中存储，以备生活所需。同时关闭阀门v6、v7，打开阀门v4、v8，使太阳能集热器62为地源热泵3提供热能，为用户端供暖。阴天时，关闭阀门v2、v4、v8，太阳能集热装置6停止工作，打开阀门v3、v5、v6和v7，由地源热泵3提供生活用热水和供暖。冬季利用太阳能或地源热泵3加热生活用水时，加热水箱51中的温度传感器会将加热后的热水温度信号传给中央控制器4，如果水温度达不到恒温水箱52的要求，中央控制器4就会控制辅助能源装置将水加热到需要的温度，并控制将加热好的生活用水通过未图示的通路注入恒温水箱53中。

中央控制器6判断阴晴天，协调太阳能集热装置6和地源热泵3的工作，使得地源热能能够得到较好的缓解。此外，可以通过中央控制器3控制地源热泵3定时工作：如夏季制冷时，地源热泵3连续工作四小时后，将其关闭2小时，启动辅助能源装置为室内制冷，并且晚上十二点到次日六点关闭地源热泵3，保证地源热泵系统能够长期高效的运行。

中央控制器4根据太阳光感应器61发送的太阳光/紫外线信号判断阴晴天，但不仅限于此。中央控制器4能够接收来自网络、广播、卫星的天气预报信息，并根据接收的天气预报的情况来判断天气状况，进一步控制其他装置的工作。此外，中央控制器4安装有天气感应装置，直接根据感应的天气状况，来控制其他装置的工作。

在本实施例中，太阳能集热装置6包括太阳光感应器61，但不仅限于此。也可以在太阳能集热器62中和地源热泵3的出水口处分别增加一个温度传感器；中央控制器4判断太阳能和地源热泵3哪个的水温更高，取较高温度的生活热水供用户使用。如果该较高温度没有达到45度，中央控制器4就启动辅助能源装置将水加热到需要的温度。

当太阳能集热装置6或者地源热泵3不能正常工作，中央控制器4会协调采用辅助能源装置，如直接使用电能或者沼气能提供所需的热能。

Claims (10)

1.一种利用太阳能与地能的节能型制冷热系统，包括：地埋管、水循环泵、地源热泵、中央控制器、加热水箱、恒温水箱、太阳能集热器和风盘；地埋管埋设在地下，地埋管的出水口通过水循环泵和第一阀门连接地源热泵的第一冷凝/蒸发器的一端口，入水口通过第二阀门连接第一冷凝/蒸发器的另一端口；太阳能集热器的出水口通过第三阀门连接第一冷凝/蒸发器的一端口，入水口通过第四阀门连接第一冷凝/蒸发器的另一端口；地源热泵的第二冷凝/蒸发器的出水口通过第五阀门连接加热水箱，入水口连接加热水箱的另一端口；第二冷凝/蒸发器出水口通过第六阀门连接风盘的一端口，入水口连接风盘的另一端口；加热水箱中设置温度传感器，自来水阀门连接加热水箱中，加热水箱通过第七阀门连接恒温水箱；加热水箱中设置有热交换管道，太阳能集热器的出水口通过第八阀门连接加热水箱的热交换管道的一个端口，进水口连接热交换管道的另一个端口；中央控制器分别连接温度传感器、地源热泵和各个阀门。

2.根据权利要求1所述的制冷热系统，其特征在于：地埋管由12个U型PE管并联组成，每个U型管在竖直方向的长度为20m-50m，U型管间的间距为6m-10m，每个U型管贯穿一个竖直设置的储水箱，储水箱从地下15m延伸到45m的深度。

3.根据权利要求2所述的制冷热系统，其特征在于：U型管在竖直方向的长度为30m，U型管间的间距为8m。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的制冷热系统，其特征在于：还包括雨水采集装置；雨水采集装置包含雨水收集器、集水器、过滤器和储水箱；雨水收集器一端用于收集雨水，另一端连接第一过滤器，第一过滤器另一端连接集水器，该集水器通过第二过 滤器连接储水箱。

5.根据权利要求4所述的制冷热系统，其特征在于：所述地源热泵包括第一冷凝/蒸发器、第二冷凝/蒸发器、四通阀和压缩机；

制冷时，地源热泵第一冷凝/蒸发器作为冷凝器，第二冷凝/蒸发器作为蒸发器；冷媒与用户管路中的水在蒸发器中进行热交换，并进入压缩机，压缩机对冷媒做功，冷媒进入冷凝器，向地埋管中的循环水放热，并再次进入蒸发器开始下一个循环；

制热时，地源热泵第一冷凝/蒸发器作为蒸发器，第二冷凝/蒸发器作为冷凝器，四通阀改变冷媒的循环方向；地埋管中的循环水进入蒸发器，冷媒在蒸发器中与地埋管循环水进行热交换，进入压缩机，压缩机对冷媒做功，冷媒进入冷凝器，在冷凝器中，冷媒向用户管路中的水释放热量，开始下一个循环。

6.根据权利要求5所述的制冷热系统，其特征在于：加热水箱中设置有温度传感器，将热水温度发送给中央控制器；利用太阳能集热器或地源热泵加热生活用水时，中央控制器判断该热水温度是否达到预设值，如果达不到预设值，中央控制器控制辅助能源装置将水加热到所需的温度。

7.根据权利要求5所述的制冷热系统，其特征在于：在太阳能集热器中和地源热泵的出水口处各设置有温度传感器，将水温信号传输给中央控制器；中央控制器判断两者温度的高低，并通过开启和关闭相应的阀门使两者中水温度较高的装置连接加热水箱。

8.根据权利要求5所述的制冷热系统，其特征在于：中央控制器根据太阳光感应器接收的太阳光/紫外线强度信号，或者网络、广播、卫星的天气预报判断使用太阳能集热器和地源热泵中的哪一个给加热水箱供热。

9.根据权利要求5所述的制冷热系统，其特征在于：出风口位于室内的下方。

10.根据权利要求5所述的制冷热系统，其特征在于：中央控制器控制地源热泵定时工作。