CN207162820U - 一种分级利用热能的太阳能地源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种分级利用热能的太阳能地源热泵系统，包括低温太阳能集热场、中高温太阳能集热场、低温储热罐、中温储热罐、高温储热罐、地源热泵机组、地埋管换热器系统、吸收式制冷机组；低温太阳能集热场、中高温太阳能集热场采集太阳能并分级储存到低温储热罐、中温储热罐、高温储热罐中，地源热泵机组和吸收式制冷机组与各级储热罐换热并为用户进行供暖、制冷、供热水，系统结构简单，成本低，稳定可靠，可调节性强，具有较高的热能综合利用率和有效能利用率。

Description

一种分级利用热能的太阳能地源热泵系统

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能地源热泵系统，特别是一种分级利用热能的太阳能地源热泵系统，属于太阳能利用技术领域。

背景技术

太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源，其开发和利用被认为世界能源战略的重要组成部分。太阳能热水器已经成功的商业化，如何更有效的利用太阳能，成为了各国科学家致力研究的内容。

热泵作为一种环保节能型空调技术，其冷热源的选取至关重要。经过国内外学者多年的试验与实测研究证明太阳能地源热泵系统相比单一热源热泵，具有更多优点，太阳能与地热能的组合具有很好的互补性。太阳能的加入可以弥补热负荷需求大的时候地源热泵制热量不足、效率低的缺陷，地热能的加入可以克服太阳能热泵受天气影响严重的缺点，使运行更稳定；太阳能热泵在天气情况好的季节（夏季）供热量较大，但是需热量较小，天气情况差的季节（冬季）供热量较小，但是需热量较大，而地源热泵由于土壤温度常年稳定，其供需热量规律恰好相反。对于地源热泵，由于太阳能的加入，可以实现间歇运行，使土壤温度在日间得到一定程度的恢复，从而提高土壤源热泵的COP；对于太阳能热泵，由于地热能的加入使得系统在阴雨天及夜间仍能够在适宜的低温热源温度下运行，同时还可省去或减小蓄热水箱的容量或辅助热源的大小。

但目前的太阳能地源热泵因一些不足限制了其发展：1、太阳能与地源热泵两种新能源系统没有有效的结合，不能充分发挥各自的优势，相对于普通地源热泵系统节能效益不明显；2、没有将太阳能热量没有分级储存和利用，太阳能热利用系统的热效率和有效能利用率较低；3、太阳能系统采用单集热器单水箱的闷晒集热方式，水箱高温存储损失大；4、太阳能仅在地源热泵供暖时提供能量，太阳能没有充分利用；5、地源热泵的热平衡问题没有有效解决。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有相关太阳能地源热泵的缺陷，提供了一种可以分级利用和储存太阳能的、可联合供暖制冷供热水的、节能高效低成本的太阳能地源热泵。

为解决上述技术问题，本专利提供的技术方案为：

采用一种分级利用热能的太阳能地源热泵系统，包括低温太阳能集热场、中高温太阳能集热场、低温储热罐、中温储热罐、高温储热罐、地源热泵机组、地埋管换热器系统、吸收式制冷机组；低温太阳能集热场的出口通过管道连接中高温太阳能集热场的入口，中高温太阳能集热场的出口一路通过管道连接1#阀门的入口，一路通过管道连接2#阀门的入口，1#阀门的出口一路通过管道连接3#阀门的入口，一路通过管道连接4#阀门的入口，2#阀门的出口通过管道连接高温储热罐的入口，4#阀门的出口和高温储热罐的出口分别通过管道连接中温储热罐的入口，3#阀门的出口一路通过管道连接5#阀门的入口，一路通过管道连接6#阀门的入口，6#阀门的出口和中温储热罐的出口分别通过管道连接低温储热罐的入口， 低温储热罐的出口通过管道连接7#阀门的入口，5#阀门的出口和7#阀门的出口分别通过管道连接1#泵的入口，1#泵的出口通过管道连接低温太阳能集热场的入口；地源热泵机组的地源侧出口通过管道连接2#泵的入口，2#泵的出口通过管道连接地埋管换热器系统的入口，地埋管换热器系统的出口一路通过管道连接8#阀门的入口，一路通过管道连接9#阀门的入口， 8#阀门的出口通过管道连接低温储热罐的换热器入口，9#阀门的出口和低温储热罐的换热器出口分别通过管道连接地源热泵机组的地源侧入口；地源热泵机组的用户侧出口通过管道连接3#泵的入口，3#泵的出口一路通过管道连接10#阀门的入口，一路通过管道连接11#阀门的入口， 10#阀门的出口通过管道连接中温储热罐的换热器入口，11#阀门的出口和中温储热罐的换热器出口分别通过管道连接用户末端的入口，用户末端的出口通过管道连接地源热泵机组的用户侧入口；吸收式制冷机组的热媒水出口通过管道连接4#泵的入口，4#泵的出口通过管道连接高温水罐的换热器入口，高温水罐的换热器出口通过管道连接吸收式制冷机组的热媒水入口；吸收式制冷机组的冷媒水出口通过管道连接5#泵的入口，5#泵的出口通过管道连接用户末端的入口，用户末端的出口通过管道连接吸收式制冷机组的冷媒水入口。

作为本实用新型的一种改进，所述的中高温太阳能集热场采用聚光类的太阳能集热器。

作为本实用新型的一种改进，所述的吸收式制冷机组采用单效溴化锂吸收式制冷机组。

作为本实用新型的一种改进，所述的阀门采用电动阀。

相对于现有技术，本实用新型中所述的系统具有以下优势：

1）将太阳能供暖制冷与地源热泵供暖制冷两种新能源系统进行了有效的结合，可以互相补充，来达到高效节能，降本增效的目的；

2）采用大温差集热及换热循环，相比单集热器单水箱的闷晒集热方式具有以下优点：考虑利用高温、中温和低温集热器的不同的最佳工作温度段，又考虑了低温集热器的经济性；降低集热器的平均集热温度，提高太阳能集热器的集热效率；减少单水箱高温存储的热损失；

3）将太阳能热量分级储存和利用，按照不同利用方式的不同温度要求进行分级利用，可以提高太阳能热利用系统的热效率和有效能利用率；

4）根据各级热量的需求情况以及太阳能辐照情况，可以通过切换阀门，将采集的太阳能储存在某一级储热罐或某两级储热罐中，以实现太阳能热能利用的最大化，减少储能热损失；

5）本系统太阳能既可以对地源热泵供热制冷供热水功能进行补充热量和冷量，不仅减少能源的消耗，还保证了供热制冷系统的可靠性及稳定性，此外还可以通过太阳能供暖或制冷进行调节地源热泵的冷热负荷，来解决地源热泵的热平衡问题；

6）本系统设计结构简单，成本低，稳定可靠，节能效益显著，具有较好的可推广性。

附图说明

图1是分级利用热能的太阳能地源热泵系统的示意图。

其中：1是低温太阳能集热场、2是中高温太阳能集热场、3是低温储热罐、4是中温储热罐、5是高温储热罐、6是地源热泵机组、7是地埋管换热器系统、8是吸收式制冷机组、9是1#阀门、10是2#阀门、11是3#阀门、12是4#阀门、13是5#阀门、14是6#阀门、15是7#阀门、16是8#阀门、17是9#阀门、18是10#阀门、19是11#阀门、20是1#泵、21是2#泵、22是3#泵、23是4#泵、24是5#泵、25是低温储热罐的换热器入口、26是低温储热罐的换热器出口、27是中温储热罐的换热器入口、28是中温储热罐的换热器出口、29是高温储热罐的换热器入口、30是高温储热罐的换热器出口、31是地源热泵机组的地源侧入口、32是地源热泵机组的地源侧出口、33是地源热泵机组的用户侧入口、34是地源热泵机组的用户侧出口、35是吸收式制冷机组的热媒水入口、36是吸收式制冷机组的热媒水出口、37是吸收式制冷机组的冷媒水入口、38是吸收式制冷机组的冷媒水出口、39是用户末端。

具体实施方式

实施例1

参见图1，采用一种分级利用热能的太阳能地源热泵系统，其特征在于所述的分级利用热能的太阳能地源热泵系统包括低温太阳能集热场1、中高温太阳能集热场2、低温储热罐3、中温储热罐4、高温储热罐5、地源热泵机组6、地埋管换热器系统7、吸收式制冷机组8；低温太阳能集热场1的出口通过管道连接中高温太阳能集热场2的入口，中高温太阳能集热场2的出口一路通过管道连接1#阀门9的入口，一路通过管道连接2#阀门10的入口，1#阀门9的出口一路通过管道连接3#阀门11的入口，一路通过管道连接4#阀门12的入口，2#阀门10的出口通过管道连接高温储热罐5的入口，4#阀门12的出口和高温储热罐5的出口分别通过管道连接中温储热罐4的入口，3#阀门11的出口一路通过管道连接5#阀门13的入口，一路通过管道连接6#阀门14的入口，6#阀门14的出口和中温储热罐4的出口分别通过管道连接低温储热罐3的入口， 低温储热罐3的出口通过管道连接7#阀门15的入口，5#阀门13的出口和7#阀门15的出口分别通过管道连接1#泵20的入口，1#泵20的出口通过管道连接低温太阳能集热场1的入口；地源热泵机组的地源侧出口32通过管道连接2#泵21的入口，2#泵21的出口通过管道连接地埋管换热器系统7的入口，地埋管换热器系统7的出口一路通过管道连接8#阀门16的入口，一路通过管道连接9#阀门17的入口， 8#阀门16的出口通过管道连接低温储热罐的换热器入口25，9#阀门17的出口和低温储热罐的换热器出口26分别通过管道连接地源热泵机组的地源侧入口31；地源热泵机组的用户侧出口34通过管道连接3#泵22的入口，3#泵22的出口一路通过管道连接10#阀门18的入口，一路通过管道连接11#阀门19的入口， 10#阀门18的出口通过管道连接中温储热罐的换热器入口27，11#阀门19的出口和中温储热罐的换热器出口28分别通过管道连接用户末端39的入口，用户末端39的出口通过管道连接地源热泵机组的用户侧入口33；吸收式制冷机组的热媒水出口36通过管道连接4#泵23的入口，4#泵23的出口通过管道连接高温水罐的换热器入口29，高温水罐的换热器出口30通过管道连接吸收式制冷机组的热媒水入口35；吸收式制冷机组的冷媒水出口38通过管道连接5#泵24的入口，5#泵24的出口通过管道连接用户末端39的入口，用户末端39的出口通过管道连接吸收式制冷机组的冷媒水入口37。

实施例2

参见图1，作为本实用新型的一种改进，所述的一种分级利用热能的太阳能地源热泵系统，其特征在于所述的低温太阳能集热场1采用非聚光类的太阳能集热器，所述的中高温太阳能集热场2采用聚光类的太阳能集热器。

实施例3

参见图1，作为本实用新型的一种改进，所述的一种分级利用热能的太阳能地源热泵系统，其特征在于所述的吸收式制冷机组8采用单效溴化锂吸收式制冷机组。

实施例4

参见图1，作为本实用新型的一种改进，所述的一种分级利用热能的太阳能地源热泵系统，其特征在于所述的阀门采用电动阀。

工作原理和过程：

参见图1，太阳能循环介质经过低温太阳能集热场1被加热至30~60℃、在经过中高温太阳能集热场2被加热至60~90℃，然后经过高温储热罐5换热，介质温度降至60℃以下、再经过中温储热罐4换热，介质温度降至45℃以下、再经过低温储热罐3换热，介质温度降至30℃以下，然后回到低温太阳能集热场1进行下一轮循环。高温储热罐5的储热温度在60~90℃、中温储热罐4的储热温度在45~60℃，低温储热罐3的储热温度在30~45℃，这样的大温差循环相比单集热器单水箱的集热方式，既考虑了不同类型集热器的最佳工作温度段，又考虑了系统的投资，同时将太阳能热量分级储存和利用，以提高太阳能热利用系统的热效率和有效能利用率。

根据各级热量的需求情况以及太阳能辐照情况，可以通过切换阀门，将采集的太阳能储存了某一级储热罐或某两级储热罐中，以实现太阳能热能利用的最大化，减少储能热损失。

供热运行时，地源热泵机组6的地源侧循环介质经过地埋管换热器系统7换热后在经过低温储热罐3进行换热来进一步提升温度，再流回地源热泵机组6。地源热泵机组6的用户侧循环介质经过中温储热罐4进行换热来进一步提升温度，再流向用户进行供暖。

供热水使用时，地源热泵机组6的用户侧循环介质经过中温储热罐4进行换热来进一步提升温度，再流向用户对热水进行加热。

供冷运行时，地源热泵机组6的用户侧循环介质向用户进行供冷。此外吸收式制冷机组8的热媒通过高温储热罐5提吸收热量，同时产生冷媒对用户进行补充供冷。

本系统太阳能既可以对地源热泵供热制冷供热水功能进行补充热量和冷量，不仅减少能量的消耗，还保证了供热制冷系统的可靠性及稳定性，此外还可以通过太阳能供暖季制冷的调节，来解决地源热泵的热平衡问题。

本实用新型还可以将实施例2、3、4所述技术特征中的至少一个与实施例1组合，形成新的实施方式。

需要说明的是上述实施例仅仅是本实用新型的较佳实施例，并没有用来限定本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种分级利用热能的太阳能地源热泵系统，其特征在于所述的分级利用热能的太阳能地源热泵系统包括低温太阳能集热场、中高温太阳能集热场、低温储热罐、中温储热罐、高温储热罐、地源热泵机组、地埋管换热器系统、吸收式制冷机组；低温太阳能集热场的出口通过管道连接中高温太阳能集热场的入口，中高温太阳能集热场的出口一路通过管道连接1#阀门的入口，一路通过管道连接2#阀门的入口，1#阀门的出口一路通过管道连接3#阀门的入口，一路通过管道连接4#阀门的入口，2#阀门的出口通过管道连接高温储热罐的入口，4#阀门的出口和高温储热罐的出口分别通过管道连接中温储热罐的入口，3#阀门的出口一路通过管道连接5#阀门的入口，一路通过管道连接6#阀门的入口，6#阀门的出口和中温储热罐的出口分别通过管道连接低温储热罐的入口， 低温储热罐的出口通过管道连接7#阀门的入口，5#阀门的出口和7#阀门的出口分别通过管道连接1#泵的入口，1#泵的出口通过管道连接低温太阳能集热场的入口；地源热泵机组的地源侧出口通过管道连接2#泵的入口，2#泵的出口通过管道连接地埋管换热器系统的入口，地埋管换热器系统的出口一路通过管道连接8#阀门的入口，一路通过管道连接9#阀门的入口， 8#阀门的出口通过管道连接低温储热罐的换热器入口，9#阀门的出口和低温储热罐的换热器出口分别通过管道连接地源热泵机组的地源侧入口；地源热泵机组的用户侧出口通过管道连接3#泵的入口，3#泵的出口一路通过管道连接10#阀门的入口，一路通过管道连接11#阀门的入口，10#阀门的出口通过管道连接中温储热罐的换热器入口，11#阀门的出口和中温储热罐的换热器出口分别通过管道连接用户末端的入口，用户末端的出口通过管道连接地源热泵机组的用户侧入口；吸收式制冷机组的热媒水出口通过管道连接4#泵的入口，4#泵的出口通过管道连接高温水罐的换热器入口，高温水罐的换热器出口通过管道连接吸收式制冷机组的热媒水入口；吸收式制冷机组的冷媒水出口通过管道连接5#泵的入口，5#泵的出口通过管道连接用户末端的入口，用户末端的出口通过管道连接吸收式制冷机组的冷媒水入口。

2.根据权利要求1所述的一种分级利用热能的太阳能地源热泵系统，其特征在于所述的低温太阳能集热场采用非聚光类的太阳能集热器，所述的中高温太阳能集热场采用聚光类的太阳能集热器。

3.根据权利要求1所述的一种分级利用热能的太阳能地源热泵系统，其特征在于所述的吸收式制冷机组采用单效溴化锂吸收式制冷机组。

4.根据权利要求1所述的一种分级利用热能的太阳能地源热泵系统，其特征在于所述的阀门采用电动阀。