CN215446720U - 一种利用太阳能平衡地源热汇的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用太阳能平衡地源热汇的系统，包括地源热泵主机、若干个地埋管、第一隔热水箱、多个太阳能热水器、第二隔热水箱、第三隔热水箱、输送混合组件，地源热泵主机与地埋管之间的送水管路还安装有第一循环泵和第一电磁阀，所述输送混合组件包括离心泵、第一比例阀、第二比例阀，所述第三隔热水箱与第二电磁阀之间安装有第五电磁阀，所述第三隔热水箱与第一循环泵之间安装有第六电磁阀。所述利用太阳能平衡地源热汇的系统在夏季利用太阳能热水器及其相关配套设备，可以将太阳能热水器所产生的闲置热水作为辅助热源，来给地源热泵系统所在的区域的地源土壤补热，从而解决热汇不平衡问题，进一步提高能源利用率。

Description

一种利用太阳能平衡地源热汇的系统

技术领域

本实用新型涉及一种利用太阳能平衡地源热汇的系统，属于地源热泵技术领域。

背景技术

地源热泵是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源(如电能等)实现由低品位热能向高品位热能转移的装置。通常地源热泵消耗1kwh的能量，用户可以得到4kwh以上的热量或冷量。

地源热泵是以岩土体、地层土壤、地下水或地表水为低温热源，由水地源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热中央空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。

因建筑冷暖负荷需求量不等，地源热泵地埋管系统从土壤中吸热量和释热量也不等，这样将导致地埋管区域温度持续升高或降低，出现土壤温度失衡现象(热汇失衡)，若这种不平衡的情况长期持续下去，将会影响地埋管换热器的性能，从而降低换热系统的运行效率，限制地源热泵技术的长期有效发展。

现有的地源热泵其运行参数如下：

(1)、冬季运行，地下埋管，进水温度5-7.5℃(平均7.15℃)，出水温度11-13℃(平均12.13℃，温差5℃左右)，热泵压缩机吸气压力0.45～0.5Mpa(t₀在3～6℃)；水-空气热泵排气压力1.1.65Mpa(t_k在40～45℃)；水-水热泵排气压力1.60～1.80Mpa(t_k在45～50℃)。热泵运行7～10天后，进出水温度趋于稳定。

(2)、冬季运行室内保持18～22℃(平均19.39℃)，热泵间歇运行，月平均运行小时数7.58h，地下埋管单位温度换热量平均为77.93w/m，平均传热系数9.45w/mk，热泵性能系数COP＝3.06kw/kw。

(3)、夏天运行，地下埋管进水温度34～43℃(平均41.48℃)，出水温度27～34℃(平均32.3℃)，温差9℃左右，排气压力1.1.8Mpa(t_k在45～50℃)，热泵压缩机吸气压力，水-空气热泵P_吸＝0.45～0.5Mpa(t₀在3～6℃)，水-水热泵P_吸＝0.40～0.45Mpa(t₀在1～3℃)。热泵运行20天后，进出水温度趋于稳定。

(4)、夏季运行，室内保持21～27℃(平均23.38℃)，热泵间歇运行，月平均运行小时数8.88h，地下埋管深度换热量90.6w/m，平均传热系数5.70w/mk，热泵制冷系数5.70w/mk，热泵制冷能效比EER＝3.46kw/kw。

由于目前地源热泵通常只在冬季运行，夏季用户还是习惯用空调，因此，地源热泵在夏季常处于闲置状态。而冬季使用地源热泵用来取暖，无论是用于地暖取暖还是用于生活用水(55℃)，地源热泵都是正常运行。但是，由于目前的使用习惯所致(夏季不使用)，随着使用时间的延长，地源热泵在使用6-7年之后，地源热泵需要运行15天以上，进出水温度趋于稳定(温差不超过1.5℃)；严重时，在正常使用过程中，突然出现出水温度急降的情况。而现有地源热泵，通常在使用的第一年，只需要运行7天后，进出水温度趋于稳定(温差不超过1.5℃)。

而目前在太阳能的利用上，夏季太阳能通常比较浪费，一台太阳能热水器即可满足三口之家的洗浴需要。并且，太阳能热水器受天气影响较大，具有一定的不稳定性。因此，通常用户基于使用习惯，还可能配套电热水器或燃气热水器，这会进一步造成太阳能热水器的限制、浪费。

实用新型内容

如果将太阳能热水器与地源热泵技术相结合起来，两者优缺点互补：可以利用闲置的太阳能热水器产生的热水作为辅助热源，来给地源热泵所在的区域的地源土壤补热，从而解决热汇不平衡问题，进一步提高能源利用率。

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供了一种利用太阳能平衡地源热汇的系统，具体技术方案如下：

一种利用太阳能平衡地源热汇的系统，包括地源热泵主机、若干个地埋管、第一隔热水箱，所述地源热泵主机与地埋管之间的送水管路还安装有第一循环泵和第一电磁阀，所述第一电磁阀设置在第一循环泵与地源热泵主机之间，所述地源热泵主机与地埋管之间的回水管路还安装有第二电磁阀；所述地源热泵主机与第一隔热水箱之间的送水管路安装有第三电磁阀，所述地源热泵主机与第一隔热水箱之间的回水管路安装有第二循环泵；所述利用太阳能平衡地源热汇的系统还包括多个太阳能热水器、第二隔热水箱、第三隔热水箱、输送混合组件，所述太阳能热水器的出水端与第二隔热水箱之间均安装有第四电磁阀，所述输送混合组件包括离心泵、第一比例阀、第二比例阀，所述第一比例阀的输入端与第一隔热水箱的内腔连通，所述第一比例阀的输出端与离心泵的输入端连通，所述第二比例阀的输入端与第二隔热水箱的内腔连通，所述第二比例阀的输出端与离心泵的输入端连通，所述离心泵的输出端与第三隔热水箱的内腔连通；所述第三隔热水箱与第二电磁阀之间安装有第五电磁阀，所述第三隔热水箱与第一循环泵之间安装有第六电磁阀。

作为上述技术方案的改进，所述太阳能热水器的进水端安装有第七电磁阀。

作为上述技术方案的改进，所述第二隔热水箱的顶部设置有与第二隔热水箱内腔相连通的第一气阀。

作为上述技术方案的改进，所述第一隔热水箱的顶部设置有与第一隔热水箱内腔相连通的第二气阀。

作为上述技术方案的改进，所述第三隔热水箱的顶部设置有与第三隔热水箱内腔相连通的第三气阀。

作为上述技术方案的改进，所述第三隔热水箱的顶部还设置有与离心泵输出端相连通的进水孔，所述第三隔热水箱的内部设置有位于进水孔正下方的锥形挡块，所述挡块与第三隔热水箱的内壁之间固定安装有连杆。

本实用新型所述利用太阳能平衡地源热汇的系统能够充分利用太阳能、地热能源，在夏季利用太阳能热水器及其相关配套设备，可以将太阳能热水器所产生的闲置热水作为辅助热源，来给地源热泵系统所在的区域的地源土壤补热，从而解决热汇不平衡问题，进一步提高能源利用率。

附图说明

图1为本实用新型所述利用太阳能平衡地源热汇的系统的示意图；

图2为本实用新型所述第三隔热水箱的内部示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

如图1所示，所述利用太阳能平衡地源热汇的系统，包括地源热泵主机11、若干个地埋管12、第一隔热水箱18，所述地源热泵主机11与地埋管12之间的送水管路还安装有第一循环泵13和第一电磁阀14，所述第一电磁阀14设置在第一循环泵13与地源热泵主机11之间，所述地源热泵主机11与地埋管12之间的回水管路还安装有第二电磁阀16；所述地源热泵主机11与第一隔热水箱18之间的送水管路安装有第三电磁阀20，所述地源热泵主机11与第一隔热水箱18之间的回水管路安装有第二循环泵19。

在本实施例中，所述地源热泵主机11、若干个地埋管12、第一隔热水箱18、第一循环泵13、第一电磁阀14、第二电磁阀16、第二循环泵19等构成现有的地源热泵系统，地源热泵系统的原理以及连接结构不再赘述，例如，可参考续红军所发表的《地源热泵及辐射供暖(冷)在某住宅小区的设计应用》。

为方便补水，所述地源热泵主机11的外部还设置有补水阀17。

地源热泵系统在使用过程中，通过第一循环泵13将地埋管12处经过换热的水抽走输送到地源热泵主机11处，在地源热泵主机11内的压缩循环系统持续把地下热量转移到水当中去，给水加热升温，从而得到空调用热水或生活用热水(55℃)，生活用热水被输送到第一隔热水箱18内部储存，第二循环泵19的存在，使得第一隔热水箱18内部储存的水再输送到地源热泵主机11的内部进行再次换热，从而能够有效保证第一隔热水箱18内部的水温度稳定。而需要回流的水，通过地源热泵主机11与地埋管12之间的回水管路使得地源热泵主机11处的回水通过第二电磁阀16再回流到地埋管12；如此，完成循环。

实施例2

所述利用太阳能平衡地源热汇的系统还包括多个太阳能热水器21、第二隔热水箱23、第三隔热水箱50、输送混合组件，所述太阳能热水器21的出水端与第二隔热水箱23之间均安装有第四电磁阀24，所述输送混合组件包括离心泵61、第一比例阀62、第二比例阀63，所述第一比例阀62的输入端与第一隔热水箱18的内腔连通，所述第一比例阀62的输出端与离心泵61的输入端连通，所述第二比例阀63的输入端与第二隔热水箱23的内腔连通，所述第二比例阀63的输出端与离心泵61的输入端连通，所述离心泵61的输出端与第三隔热水箱50的内腔连通；所述第三隔热水箱50与第二电磁阀16之间安装有第五电磁阀71，所述第五电磁阀71的输入端与第三隔热水箱50的内腔连通，所述第五电磁阀71的输出端与第二电磁阀16的输入端连通，所述第三隔热水箱50与第一循环泵13之间安装有第六电磁阀72，所述第六电磁阀72的输入端与第一循环泵13的输出端连通，所述第六电磁阀72的输出端与第三隔热水箱50的内腔连通。

首先，所述太阳能热水器21最少设置两个，可根据需求设置。利用太阳能热水器21收集热水，通常其加热的热水温度上限设置为75℃，夏季一般为60～75℃；打开第四电磁阀24，60～75℃热水汇聚在第二隔热水箱23的内部。第一隔热水箱18内部的55℃热水以及第二隔热水箱23内部的60～75℃热水可按照比例最终汇聚在第三隔热水箱50的内部，具体比例可通过调节第一比例阀62、第二比例阀63对应开度来设置，利用离心泵61来输送，离心泵61在输送的过程中，还能够把60～75℃热水以及55℃热水快速混合均匀。最后，关闭地源热泵主机11、第一电磁阀14、第二电磁阀16，启动第一循环泵13，第三隔热水箱50内部的热水会输送给地埋管12，然后在地埋管12处换热，换热之后的水回流到第三隔热水箱50的内部；如此循环。通过该种方法，在夏季，可以将闲置的太阳能热水器所产生的热水作为辅助热源，来给地源热泵系统所在的区域的地源土壤补热，从而解决热汇不平衡问题，进一步提高能源利用率。

实施例3

为方便进水，所述太阳能热水器21的进水端安装有第七电磁阀22。

实施例4

为保证水箱内外气压平衡；所述第二隔热水箱23的顶部设置有与第二隔热水箱23内腔相连通的第一气阀25。

在一些实施例中，所述第一隔热水箱18的顶部设置有与第一隔热水箱18内腔相连通的第二气阀181。

在一些实施例中，所述第三隔热水箱50的顶部设置有与第三隔热水箱50内腔相连通的第三气阀51。

实施例5

如图2所示，所述第三隔热水箱50的顶部还设置有与离心泵61输出端相连通的进水孔501，所述第三隔热水箱50的内部设置有位于进水孔501正下方的锥形挡块52，所述挡块52与第三隔热水箱50的内壁之间固定安装有连杆53。

挡块52的设置，使得从进水孔501处输送过来的温度不均匀热水能够快速混合均匀，从而便于后续使用温控开关来控制相应电磁阀来进行工作。

实施例6

地源热泵系统还包括用户终端15，所述用户终端15可以为地源热泵空调末端或地暖盘管，用户可根据需要安装使用。

实施例7

为进一步提高智能化程度，可通过采用使用温控开关和/或时间继电器的方式来控制，例如：如果用户有使用第二隔热水箱23内部热水进行洗浴的习惯，那么，在保证洗浴使用需求正常满足的前提下；如果夜晚12点之后，第二隔热水箱23内部的热水温度大于设定值(如55℃)，可关闭地源热泵主机11、第一电磁阀14、第二电磁阀16，启动第一循环泵13、第五电磁阀71、第六电磁阀72，从而完成对地埋管12的供热。为最大限度利用太阳能，如果在下午1点时，太阳能热水器21自身的保温水箱内部的热水达到75℃上限，那么可以打开第四电磁阀24，太阳能热水器21自身的保温水箱内部的热水输送到第二隔热水箱23的内部储存。至于如何使用温控开关和/或时间继电器的方式来控制相应的电磁阀，可采用串联或并联的方式进行连接，即可满足相应需求；具体不再赘述。

在上述实施例中，对于使用6年之后的现有地源热泵，通过所述利用太阳能平衡地源热汇的系统在夏季最少运行18天，平均每天运行时间不少于0.67h，在第二年，该地源热泵只需要运行8天，进出水温度趋于稳定(温差不超过1.5℃)。

所述利用太阳能平衡地源热汇的系统能够充分利用太阳能、地热能源，在夏季利用太阳能热水器21及其相关配套设备，可以将太阳能热水器所产生的闲置热水作为辅助热源，来给地源热泵系统所在的区域的地源土壤补热，从而解决热汇不平衡问题，进一步提高能源利用率。所述利用太阳能平衡地源热汇的系统中的主要设备包括地源热泵主机11、地埋管12、太阳能热水器21等常规设备，不会对现有的地源热泵系统进行大幅度改造，与现有工程的匹配度非常高，便于施工以及后续改造升级。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用太阳能平衡地源热汇的系统，包括地源热泵主机(11)、若干个地埋管(12)、第一隔热水箱(18)，所述地源热泵主机(11)与地埋管(12)之间的送水管路还安装有第一循环泵(13)和第一电磁阀(14)，所述第一电磁阀(14)设置在第一循环泵(13)与地源热泵主机(11)之间，所述地源热泵主机(11)与地埋管(12)之间的回水管路还安装有第二电磁阀(16)；所述地源热泵主机(11)与第一隔热水箱(18)之间的送水管路安装有第三电磁阀(20)，所述地源热泵主机(11)与第一隔热水箱(18)之间的回水管路安装有第二循环泵(19)，其特征在于：所述利用太阳能平衡地源热汇的系统还包括多个太阳能热水器(21)、第二隔热水箱(23)、第三隔热水箱(50)、输送混合组件，所述太阳能热水器(21)的出水端与第二隔热水箱(23)之间均安装有第四电磁阀(24)，所述输送混合组件包括离心泵(61)、第一比例阀(62)、第二比例阀(63)，所述第一比例阀(62)的输入端与第一隔热水箱(18)的内腔连通，所述第一比例阀(62)的输出端与离心泵(61)的输入端连通，所述第二比例阀(63)的输入端与第二隔热水箱(23)的内腔连通，所述第二比例阀(63)的输出端与离心泵(61)的输入端连通，所述离心泵(61)的输出端与第三隔热水箱(50)的内腔连通；所述第三隔热水箱(50)与第二电磁阀(16)之间安装有第五电磁阀(71)，所述第三隔热水箱(50)与第一循环泵(13)之间安装有第六电磁阀(72)。

2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能平衡地源热汇的系统，其特征在于：所述太阳能热水器(21)的进水端安装有第七电磁阀(22)。

3.根据权利要求1所述的一种利用太阳能平衡地源热汇的系统，其特征在于：所述第二隔热水箱(23)的顶部设置有与第二隔热水箱(23)内腔相连通的第一气阀(25)。

4.根据权利要求1所述的一种利用太阳能平衡地源热汇的系统，其特征在于：所述第一隔热水箱(18)的顶部设置有与第一隔热水箱(18)内腔相连通的第二气阀(181)。

5.根据权利要求1所述的一种利用太阳能平衡地源热汇的系统，其特征在于：所述第三隔热水箱(50)的顶部设置有与第三隔热水箱(50)内腔相连通的第三气阀(51)。

6.根据权利要求1所述的一种利用太阳能平衡地源热汇的系统，其特征在于：所述第三隔热水箱(50)的顶部还设置有与离心泵(61)输出端相连通的进水孔(501)，所述第三隔热水箱(50)的内部设置有位于进水孔(501)正下方的锥形挡块(52)，所述挡块(52)与第三隔热水箱(50)的内壁之间固定安装有连杆(53)。

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