CN219913185U - 一种太阳能地热能复合式热泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能地热能复合式热泵系统，涉及复合供热系统领域，包括跟踪式光伏光热板和储热水箱，形成生活热水系统；地热井，地热井的供水口通过管路连接至储热水箱，储热水箱出口还通过管路连接至用户供水口，地热井的回水口通过管路连接至用户回水口，形成地热能直供系统；热泵，包括蒸发器和冷凝器，形成地热能热泵耦合供热系统；以及供电系统，对生活热水系统、地热能直供系统和地热能热泵耦合供热系统进行供电。本实用新型实现太阳能供热、地热能直供、地热能热泵耦合供热，为城镇居民提供清洁供热和生活用水，提高用户的舒适度，保证系统长期稳定运行。

Description

一种太阳能地热能复合式热泵系统

技术领域

本实用新型涉及复合供热系统的领域，具体涉及一种太阳能地热能复合式热泵系统。

背景技术

目前，天然气、石油、煤炭等化石燃料仍然是人类消耗的主要能源，随着人口的增长和生活水平的提高，必然导致对能源的需求量增加。为了更好的实现双碳目标，合理的开发、利用新能源，逐渐取代传统的化石能源将势在必行。我国大部分地区的太阳能和地热能等可再生能源资源比较丰富，但单一能源的开发利用仍存在很多不利因素。例如，光伏光热太阳能对周围环境要求较高，其发电、供热不稳定。中深层无干扰供热方式采用同轴套管技术因其“取热不取水”，不会破坏地下水环境，又具有占地面积小的优势，而被推广应用，但在长期运行过程中，无干扰式中深层地热水出水温度较低，大大增加了系统能耗和运行成本。为此，有必要研制一种复合式热泵系统，实现多种新能源耦合供热。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种太阳能地热能复合式热泵系统，采用中深层无干扰换热技术+热泵+太阳能耦合供热、供生活热水技术，遵循“取热不取水”的原则，为城镇居民提供清洁供热和生活用水，提高用户的舒适度，保证系统长期稳定运行。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的：这种太阳能地热能复合式热泵系统，包括

跟踪式光伏光热板和储热水箱，储热水箱出口连接至跟踪式光伏光热板的进水口，向跟踪式光伏光热板输送低温水，跟踪式光伏光热板的出水口连接至储热水箱进口，向储热水箱输送高温水，储热水箱还通过管路连接至生活热水接口，向外输出生活热水，形成生活热水系统；

地热井，地热井的供水口通过管路连接至储热水箱，储热水箱出口还通过管路连接至用户供水口，地热井的回水口通过管路连接至用户回水口，形成地热能直供系统；

热泵，包括蒸发器和冷凝器，储热水箱与用户供水口的连接管路上设置一条支路，用于连接蒸发器进口，蒸发器出口连接至地热井的回水口；冷凝器进口通过管路连接至用户回水口，冷凝器出口连接至用户供水口，形成地热能热泵耦合供热系统；以及

供电系统，与跟踪式光伏光热板电连接，用于储存跟踪式光伏光热板发出的电能，并对所述生活热水系统、所述地热能直供系统和所述地热能热泵耦合供热系统进行供电。

作为进一步的技术方案，所述储热水箱出口与跟踪式光伏光热板的进水口之间设置循环泵，跟踪式光伏光热板的出水口与储热水箱进口之间设置排气阀，循环泵和排气阀开启时，形成太阳能供热循环。

作为进一步的技术方案，所述储热水箱与生活热水接口的连接管路上设置生活热水加压泵，储热水箱上还通过截止阀A连接补水口。

作为进一步的技术方案，所述地热井供水口与储热水箱的连接管路上设置加压泵，储热水箱出口与用户供水口的连接管路上设置电动调节阀B，用户回水口与地热井回水口之间的管路上设置电动调节阀C，加压泵、电动调节阀B和电动调节阀C开启时，形成地热能直供循环。

作为进一步的技术方案，所述支路上设置电动调节阀A，加压泵、电动调节阀A开启时，储热水箱出水口连通热泵的蒸发器进水口，蒸发器出水口连通地热井的回水口，形成地热侧水循环；用户回水口与冷凝器进口之间的连接管路上，设置截止阀B和用户循环泵，截止阀B和用户循环泵开启时，形成用户侧水循环。

作为进一步的技术方案，还包括温度传感器和控制器，温度传感器设于储热水箱与用户供水口之间的连接管路上，用于检测储热水箱的出水温度，并电连接反馈至所述控制器；当出水温度≥30℃时，所述控制器开启加压泵、电动调节阀B和电动调节阀C，系统进行地热能直供循环，即由所述地热能直供系统进行供热；当出水温度<30℃时，所述控制器开启加压泵、电动调节阀A、截止阀B和用户循环泵，系统进行地热侧水循环和用户侧水循环，即由所述地热能热泵耦合供热系统进行供热。

作为进一步的技术方案，所述截止阀B与用户循环泵之间的管路上连接一只用户补水泵，地热井供水口与加压泵之间的管路上连接一只源侧补水泵；源侧补水泵、用户补水泵之间通过管道连接，并在该管道上设置一个补水口。

作为进一步的技术方案，所述供电系统包括依次与跟踪式光伏光热板电连接的充放电控制器、逆变器和储电箱，充放电控制器、逆变器用于将跟踪式光伏光热板输出的直流电转换成交流电并储存在储电箱，储电箱分别与循环泵、加压泵、用户循环泵、源侧补水泵、用户补水泵、生活热水加压泵和热泵电连接，实现供电。

本实用新型的有益效果为：

1、实现太阳能供热、地热能直供、地热能热泵耦合供热，同时设置供电系统用于储存跟踪式光伏光热板发出的电能，该供电系统还对整个系统的其它设备进行供电，形成内部循环，无需外接供电；

2、通过温度传感器检测储热水箱的出水温度，并由控制器根据出水温度开启地热能直供或地热能热泵耦合供热，充分利用地热能的同时，降低系统能耗；

3、供电系统通过储电箱储存多余电量，可供太阳能缺乏的季节使用。

附图说明

图1为本实用新型的管路结构示意图。

附图标记说明：跟踪式光伏光热板1、排气阀2、截止阀A3、储热水箱4、循环泵5、地热井6、加压泵7、温度传感器8、电动调节阀A9、电动调节阀B10、电动调节阀C11、截止阀B12、用户循环泵13、源侧补水泵14、用户补水泵15、生活热水加压泵16、热泵17、生活热水接口18、用户供水口19、用户回水口20、蒸发器21、冷凝器22、充放电控制器23、逆变器24、储电箱25。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：

实施例：如附图1所示，这种太阳能地热能复合式热泵系统，包括跟踪式光伏光热板1、排气阀2、截止阀A3、储热水箱4、循环泵5、地热井6、加压泵7、温度传感器8、电动调节阀A9、电动调节阀B10、电动调节阀C11、截止阀B12、用户循环泵13、源侧补水泵14、用户补水泵15、生活热水加压泵16、热泵17、生活热水接口18、用户供水口19、用户回水口20、蒸发器21、冷凝器22、充放电控制器23、逆变器24、储电箱25和控制器。

储热水箱4的第一个出口通过循环泵5连接至跟踪式光伏光热板1的进水口，可以向跟踪式光伏光热板1输送低温水，跟踪式光伏光热板1的出水口通过排气阀2连接至储热水箱4的第一个进口，可以向储热水箱4输送高温水，当排气阀2和循环泵5开启时，形成太阳能供热循环。储热水箱4的第二个出口通过管路和生活热水加压泵16连接至生活热水接口18，向外输出生活热水，构成生活热水系统。储热水箱4的第三个进口还通过一只截止阀A3连接至补水口。

地热井6的地热供水口通过管路和加压泵7连接至储热水箱4的第二个进口，储热水箱4的第三个出口通过管路和电动调节阀B10连接至用户供水口19，地热井6的回水口通过管路和电动调节阀C11连接至用户回水口20，即形成地热能直供系统，当加压泵7、电动调节阀B10和电动调节阀C11开启时，系统进行地热能直供循环。

热泵17包括一个蒸发器21和一个冷凝器22，在储热水箱4与用户供水口19的连接管路上设置一条支路，该支路上设置一只电动调节阀A9，并连接至蒸发器21进口，蒸发器21出口通过管路连接至地热井6的回水口，当加压泵7、电动调节阀A9开启时，储热水箱4出水口连通热泵17的蒸发器21进水口，蒸发器21出水口连通地热井6的回水口，形成地热侧水循环；冷凝器22进口通过管路连接至用户回水口20，该管路上依次设置截止阀B12和用户循环泵13，冷凝器22的出口则连接至用户供水口19，当截止阀B12和用户循环泵13开启时，形成用户侧水循环，即形成地热能热泵耦合供热系统。

充放电控制器23、逆变器24和储电箱25三者依次电连接，形成供电系统，充放电控制器23又与跟踪式光伏光热板1电连接，其中，充放电控制器23、逆变器24可用来将跟踪式光伏光热板1输出的直流电转换成交流电并储存在储电箱25，储电箱25分别与循环泵5、加压泵7、用户循环泵13、源侧补水泵14、用户补水泵15、生活热水加压泵16和热泵17电连接，从而对生活热水系统、地热能直供系统和地热能热泵耦合供热系统进行供电。

温度传感器8设于储热水箱4与用户供水口19之间的连接管路上，可用来检测储热水箱4的出水温度，同时以电连接反馈至所述控制器。当温度传感器8测得出水温度≥30℃时，控制器开启加压泵7、电动调节阀B10和电动调节阀C11，系统进行地热能直供循环，即由地热能直供系统进行供热；当温度传感器8测得出水温度<30℃时，控制器开启加压泵7、电动调节阀A9、截止阀B12和用户循环泵13，系统进行地热侧水循环和用户侧水循环，即由地热能热泵耦合供热系统进行供热。

优选地，在截止阀B12与用户循环泵13之间的管路上连接一只用户补水泵15，地热井6供水口与加压泵7之间的管路上连接一只源侧补水泵14；源侧补水泵14、用户补水泵15之间通过管道连接，并在该管道上设置一个补水口。

本实用新型的工作过程：

生活热水系统：开启截止阀A3，将储热水箱4充满水，打开循环泵5把水箱中的低温水运送到跟踪式光伏光热板1，低温水经过太阳能加热后，流入储热水箱4，生活热水加压泵16将储热水箱4中的高温热水输送到用户(生活热水接口18)，依次循环，整个过程中，排气阀2一直处于开启状态，保证系统高效稳定运行，满足末端用户的热水需求。

光伏发电系统：跟踪式光伏光热板1吸收太阳光照，通过充放电控制器和逆变器将直流电转换成交流电储存在储电箱，系统运行时，为循环泵5、生活热水加压泵16、加压泵7、用户侧循环泵13、源侧补水泵14、用户补水泵15和热泵17提供所需电量，降低系统用电成本。

供热系统：

第一级利用：温度传感器8的监测温度≥30℃

换热过程：地热井6出水口输出高温水——加压泵7——储热水箱4——电动调节阀B10——用户供水口19——用户回水口20——电动调节阀C11——地热井6回水口，完成整个供热循环。供热过程中，排气阀2、电动调节阀B10和电动调节阀C11处于开启状态，其余阀门/泵均处于关闭状态。

第二级利用：温度传感器8的监测温度＜30℃

地热侧水循环：地热井6出水口输出低温水——加压泵7——储热水箱4——电动调节阀A9——热泵17蒸发器21——地热井6回水口。

用户侧水循环：用户回水口20——截止阀B12——用户循环泵13——热泵17冷凝器22——用户供水口19。供热过程中，排气阀2、电动调节阀A9和截止阀B12开启，其余阀门/泵均处于关闭状态。

补水经源侧补水泵14和用户补水泵15分别补入加压泵7前和用户循环泵13前，保证系统稳定运行。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本实用新型的技术方案及实用新型构思加以等同替换或改变都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种太阳能地热能复合式热泵系统，其特征在于：包括

跟踪式光伏光热板(1)和储热水箱(4)，储热水箱(4)出口连接至跟踪式光伏光热板(1)的进水口，向跟踪式光伏光热板(1)输送低温水，跟踪式光伏光热板(1)的出水口连接至储热水箱(4)进口，向储热水箱(4)输送高温水，储热水箱(4)还通过管路连接至生活热水接口(18)，向外输出生活热水，形成生活热水系统；

地热井(6)，地热井(6)的供水口通过管路连接至储热水箱(4)，储热水箱(4)出口还通过管路连接至用户供水口(19)，地热井(6)的回水口通过管路连接至用户回水口(20)，形成地热能直供系统；

热泵(17)，包括蒸发器(21)和冷凝器(22)，储热水箱(4)与用户供水口(19)的连接管路上设置一条支路，用于连接蒸发器(21)进口，蒸发器(21)出口连接至地热井(6)的回水口；冷凝器(22)进口通过管路连接至用户回水口(20)，冷凝器(22)出口连接至用户供水口(19)，形成地热能热泵耦合供热系统；以及

供电系统，与跟踪式光伏光热板(1)电连接，用于储存跟踪式光伏光热板(1)发出的电能，并对所述生活热水系统、所述地热能直供系统和所述地热能热泵耦合供热系统进行供电。

2.根据权利要求1所述的太阳能地热能复合式热泵系统，其特征在于：所述储热水箱(4)出口与跟踪式光伏光热板(1)的进水口之间设置循环泵(5)，跟踪式光伏光热板(1)的出水口与储热水箱(4)进口之间设置排气阀(2)，循环泵(5)和排气阀(2)开启时，形成太阳能供热循环。

3.根据权利要求2所述的太阳能地热能复合式热泵系统，其特征在于：所述储热水箱(4)与生活热水接口(18)的连接管路上设置生活热水加压泵(16)，储热水箱(4)上还通过截止阀A(3)连接补水口。

4.根据权利要求3所述的太阳能地热能复合式热泵系统，其特征在于：所述地热井(6)供水口与储热水箱(4)的连接管路上设置加压泵(7)，储热水箱(4)出口与用户供水口(19)的连接管路上设置电动调节阀B(10)，用户回水口(20)与地热井(6)回水口之间的管路上设置电动调节阀C(11)，加压泵(7)、电动调节阀B(10)和电动调节阀C(11)开启时，形成地热能直供循环。

5.根据权利要求4所述的太阳能地热能复合式热泵系统，其特征在于：所述支路上设置电动调节阀A(9)，加压泵(7)、电动调节阀A(9)开启时，储热水箱(4)出水口连通热泵(17)的蒸发器(21)进水口，蒸发器(21)出水口连通地热井(6)的回水口，形成地热侧水循环；用户回水口(20)与冷凝器(22)进口之间的连接管路上，设置截止阀B(12)和用户循环泵(13)，截止阀B(12)和用户循环泵(13)开启时，形成用户侧水循环。

6.根据权利要求5所述的太阳能地热能复合式热泵系统，其特征在于：还包括温度传感器(8)和控制器，温度传感器(8)设于储热水箱(4)与用户供水口(19)之间的连接管路上，用于检测储热水箱(4)的出水温度，并电连接反馈至所述控制器；当出水温度≥30℃时，所述控制器开启加压泵(7)、电动调节阀B(10)和电动调节阀C(11)，系统进行地热能直供循环，即由所述地热能直供系统进行供热；当出水温度<30℃时，所述控制器开启加压泵(7)、电动调节阀A(9)、截止阀B(12)和用户循环泵(13)，系统进行地热侧水循环和用户侧水循环，即由所述地热能热泵耦合供热系统进行供热。

7.根据权利要求6所述的太阳能地热能复合式热泵系统，其特征在于：所述截止阀B(12)与用户循环泵(13)之间的管路上连接一只用户补水泵(15)，地热井(6)供水口与加压泵(7)之间的管路上连接一只源侧补水泵(14)；源侧补水泵(14)、用户补水泵(15)之间通过管道连接，并在该管道上设置一个补水口。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的太阳能地热能复合式热泵系统，其特征在于：所述供电系统包括依次与跟踪式光伏光热板(1)电连接的充放电控制器(23)、逆变器(24)和储电箱(25)，充放电控制器(23)、逆变器(24)用于将跟踪式光伏光热板(1)输出的直流电转换成交流电并储存在储电箱(25)，储电箱(25)分别与循环泵(5)、加压泵(7)、用户循环泵(13)、源侧补水泵(14)、用户补水泵(15)、生活热水加压泵(16)和热泵(17)电连接，实现供电。