CN220793265U - 一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于可再生能源利用技术领域，特别涉及一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统。一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统，包括地源热泵机组、空气源热泵机组、太阳能热水器、集水器、分水器和浅层地热井，地源热泵机组分别与太阳能热水器和浅层地热井、空气源热泵机组、集水器的输出端、分水器的输入端相连通，集水器的输入端分别与太阳能热水器和末端用热设备相连通，分水器的输出端分别与太阳能热水器和末端用热设备相连通，太阳能热水器与浅层地热井相连通，空气源热泵机组与集水器的输出端相连通。本实用新型在浅层地源热泵受打井位置条件限制时采用耦合太阳能、空气能的方式，实现多能互补，高效供热。

Description

一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统

技术领域

本实用新型属于可再生能源利用技术领域，特别涉及一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统。

背景技术

浅层地源热泵是利用介质水与蕴藏在地表以下0~200m范围内的岩土体、地下水进行冷热交换，冬季把土壤源中的热量“取”出来，供给室内采暖。浅层地源热泵应用的主要限制因素是占地面积大，通常井深120米的浅层地热井，井间距为4~5米，单井供热量4~6kW，一个办公区所能布置的井口数量仅为所需供热量的50%左右。因此，采用浅层地热能需匹配其他能源形式，如空气源能热泵、太阳能热水器、热水锅炉等。

空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置。空气作为热泵的低位热源，取之不尽，用之不竭，处处都有，可以无偿地获取，而且，空气源热泵的安装和使用都比较方便。但空气源热泵的能效比（EER）会随室外气候及出水温度的变化而变化，室外温度越低、出水温度越高系统能效比越差。空气源热泵在寒冷地区应用的可靠性差。

太阳能热水器是将太阳光能转化为热能的加热装置，将水从低温加热到高温，以满足人们在生活、生产中的热水使用。但太阳能热水器依赖太阳光，受天气影响大，仅能作为辅助热源。

可再生能源各有优势与不足，利用时需做到多能互补、取长补短才能充分发挥各能源优势。

发明内容

为了克服现有可再生能源利用方式单一，浅层地源热泵受打井位置条件限制无法做到充足能源供给的问题，本实用新型的目的是提供一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统，该系统在浅层地源热泵受打井位置条件限制时采用耦合太阳能、空气能的方式，解决了打井位置限制因素、空气源热泵能效衰减问题及太阳能热水受天气影响因素的影响，实现多能互补，高效供热。

本实用新型的技术方案在于一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统，包括地源热泵机组、空气源热泵机组、太阳能热水器、集水器、分水器和浅层地热井，所述地源热泵机组的一端通过管道分别与所述太阳能热水器和浅层地热井相连通，另一端通过管道分别与所述空气源热泵机组、集水器的输出端、分水器的输入端相连通，所述集水器的输入端通过管道分别与太阳能热水器和末端用热设备相连通，所述分水器的输出端通过管道分别与太阳能热水器和末端用热设备相连通，所述太阳能热水器通过管道与所述浅层地热井相连通，所述空气源热泵机组通过管道与所述集水器的输出端相连通。

所述空气源热泵机组与所述地源热泵机组、集水器之间的管道上分别设有第四电动启闭阀。

所述地源热泵机组与集水器之间的管道上依次设有旁通电动阀和用户侧一次循环水泵。

所述分水器与末端用热设备之间的管道上用户侧二次循环水泵。

所述太阳能热水器与所述集水器、分水器之间的管道上分别设有第三电动启闭阀。

所述太阳能热水器与所述地源热泵机组、浅层地热井之间的管道上分别设有第一电动启闭阀，所述太阳能热水器与所述地源热泵机组之间的管道上还设有太阳能热水循环泵。

所述太阳能热水器与所述第一电动启闭阀之间的管道上还设有第二电动启闭阀。

所述浅层地热井与所述地源热泵机组之间的管道上依次设有电动启闭阀和地热侧循环水泵。

所述浅层地热井包括两组，一组浅层地热井与所述地源热泵机组之间的管道上设有第五电动启闭阀，另一组浅层地热井与所述地源热泵机组之间的管道上设有第六电动启闭阀。

本实用新型的技术效果在于：1、本实用新型采暖热水经末端用热设备散热后，回水先经空气源热泵机组升温后再由地源热泵机组二次升温后供给末端用热设备；系统耦合太阳能热水器，可调节供水温度与地源热泵机组二次升温后的热水混合后共同供给末端用热设备，同时太阳能热水器可作为地源热泵机组补热使用也可作为生活热水来源供给生活用水；2、本实用新型在空气源热泵机组设旁通电动阀，可根据负荷变化降低热负荷负担比例；3、本实用新型在当地温场温度变化，偏离原地温场特性时可开启太阳能热水器、太阳能热水器循环泵及需要补热区域分集水器井内的电动启闭阀，将太阳能热水热量补充至土壤；4、本实用新型在浅层地源热泵受打井位置条件限制时采用耦合太阳能、空气能的方式，既解决打井位置限制因素、空气源热泵能效衰减问题及太阳能热水受天气影响因素，又实现多能互补，高效供热。

以下将结合附图进行进一步的说明。

附图说明

图1是本实用新型一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统结构示意图。

附图标记：1-地源热泵机组，2-空气源热泵机组，3-太阳能热水器，4-用户侧一次循环水泵，5-集水器，6-末端用热设备，7-用户侧二次循环水泵，8-分水器，901-第一电动启闭阀，902-第二电动启闭阀，903-第三电动启闭阀，904-旁通电动阀，905-第四电动启闭阀，10-地热侧循环水泵，11-太阳能热水循环泵，12-第五电动启闭阀，13-第六电动启闭阀，14-浅层地热井。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统，包括地源热泵机组1、空气源热泵机组2、太阳能热水器3、集水器5、分水器8和浅层地热井14，所述地源热泵机组1的一端通过管道分别与所述太阳能热水器3和浅层地热井14相连通，另一端通过管道分别与所述空气源热泵机组2、集水器5的输出端、分水器8的输入端相连通，所述集水器5的输入端通过管道分别与太阳能热水器3和末端用热设备6相连通，所述分水器8的输出端通过管道分别与太阳能热水器3和末端用热设备6相连通，所述太阳能热水器3通过管道与所述浅层地热井14相连通，所述空气源热泵机组2通过管道与所述集水器5的输出端相连通。

本实用新型采暖热水经末端用热设备散热后，回水先经空气源热泵机组升温后再由地源热泵机组二次升温后供给末端用热设备；系统耦合太阳能热水器，可调节供水温度与地源热泵机组二次升温后的热水混合后共同供给末端用热设备，同时太阳能热水器可作为地源热泵机组补热使用也可作为生活热水来源供给生活用水；在浅层地源热泵受打井位置条件限制时采用耦合太阳能、空气能的方式，既解决打井位置限制因素、空气源热泵能效衰减问题及太阳能热水受天气影响因素，又实现多能互补，高效供热。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例中，优选地，所述空气源热泵机组2与所述地源热泵机组1、集水器5之间的管道上分别设有第四电动启闭阀905。

本实用新型所述空气源热泵机组2与所述地源热泵机组1、集水器5之间的管道上分别设有第四电动启闭阀905，第四电动启闭阀905用于控制空气源热泵机组2与所述地源热泵机组1、集水器5之间的管道。

实施例3

在实施例1或实施例2的基础上，本实施例中，优选地，所述地源热泵机组1与集水器5之间的管道上依次设有旁通电动阀904和用户侧一次循环水泵4。

本实用新型所述地源热泵机组1与集水器5之间的管道上依次设有旁通电动阀904和用户侧一次循环水泵4，旁通电动阀904可根据负荷变化开关以调节管道流量，降低热负荷负担比例。

实施例4

在实施例1或实施例3的基础上，本实施例中，优选地，所述分水器8与末端用热设备6之间的管道上用户侧二次循环水泵7。

本实用新型所述分水器8与末端用热设备6之间的管道上用户侧二次循环水泵7，用户侧二次循环水泵7用于为末端用热设备6管道供水。

实施例5

在实施例1或实施例4的基础上，本实施例中，优选地，所述太阳能热水器3与所述集水器5、分水器8之间的管道上分别设有第三电动启闭阀903。

本实用新型所述太阳能热水器3与所述集水器5、分水器8之间的管道上分别设有第三电动启闭阀903，电动启闭阀903用于控制太阳能热水器3与所述集水器5、分水器8之间的管道。

实施例6

在实施例1或实施例5的基础上，本实施例中，优选地，所述太阳能热水器3与所述地源热泵机组1、浅层地热井14之间的管道上分别设有第一电动启闭阀901，所述太阳能热水器3与所述地源热泵机组1之间的管道上还设有太阳能热水循环泵11。

本实用新型所述太阳能热水器3与所述地源热泵机组1、浅层地热井14之间的管道上分别设有第一电动启闭阀901，第一电动启闭阀901用于控制太阳能热水器3与所述地源热泵机组1、浅层地热井14之间的管道。

实施例7

在实施例1或实施例6的基础上，本实施例中，优选地，所述太阳能热水器3与所述第一电动启闭阀901之间的管道上还设有第二电动启闭阀902。

本实用新型所述太阳能热水器3与所述第一电动启闭阀901之间的管道上还设有第二电动启闭阀902，第二电动启闭阀902用于控制太阳能热水器3与所述第一电动启闭阀901之间的管道，当有生活热水需求时，太阳能热水器3开启第二电动启闭阀902 供给末端生活热水。

实施例8

在实施例1或实施例7的基础上，本实施例中，优选地，所述浅层地热井14与所述地源热泵机组1之间的管道上依次设有电动启闭阀和地热侧循环水泵10。

本实用新型所述浅层地热井14与所述地源热泵机组1之间的管道上依次设有电动启闭阀和地热侧循环水泵10，电动启闭阀用于控制浅层地热井14与所述地源热泵机组1之间的管道。

实施例9

在实施例1的基础上，本实施例中，优选地，所述浅层地热井14包括两组，一组浅层地热井14与所述地源热泵机组1之间的管道上设有第五电动启闭阀12，另一组浅层地热井14与所述地源热泵机组1之间的管道上设有第六电动启闭阀13。

本实用新型实际使用时，具体过程如下：

正常运行时，第一电动启闭阀901关、第二电动启闭阀关、第三电动启闭阀开、旁通电动阀904关、第四电动启闭阀905开、第五电动启闭阀12关，第六电动启闭阀13关，采暖回水温度t1与太阳能热水器3回水混合后经用户侧一次循环水泵4进入空气源热泵机组2升温达到t2后进入地源热泵机组1升温至t3后进入分水器8，与太阳能热水器3供水，水温t5,混合后经用户侧二次循环水泵7进入末端散热设备6。

当监测水温，t5=t3=t4、t6=t1时，热水直接在集水器5、分水器8与采暖供回水混合供热。当室外温度较高，无需满负荷运行时，通过开启旁通电动阀904旁通一部分热水，减少制热COP较低的空气源热泵机组2负担比例。当有生活热水需求时，太阳能热水器3开启第二电动启闭阀902 供给末端生活热水。当地源热泵侧地温场发生变化，需要补热运行时，第一电动启闭阀901开、第二电动启闭阀902关、第三电动启闭阀903关、需补热环路第五电动启闭阀12或第六电动启闭阀13开、其余阀门均关闭，太阳能补热循环泵11开，完成系统释热水循环。本发明通过监测回水温度采用电动调节阀形成各能源最佳配比，达到高效、节能的供暖。

因冬季空气源热泵机组2制取较高温度采暖热水，机组COP降低幅度较大，而地源热泵机组2降低幅度较小，因此空气源热泵机组2与地源热泵机组1采用串联形式，采暖回水先经空气源热泵机组2升温后进入地源热泵机组1。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统，其特征在于：包括地源热泵机组（1）、空气源热泵机组（2）、太阳能热水器（3）、集水器（5）、分水器（8）和浅层地热井（14），所述地源热泵机组（1）的一端通过管道分别与所述太阳能热水器（3）和浅层地热井（14）相连通，另一端通过管道分别与所述空气源热泵机组（2）、集水器（5）的输出端、分水器（8）的输入端相连通，所述集水器（5）的输入端通过管道分别与太阳能热水器（3）和末端用热设备（6）相连通，所述分水器（8）的输出端通过管道分别与太阳能热水器（3）和末端用热设备（6）相连通，所述太阳能热水器（3）通过管道与所述浅层地热井（14）相连通，所述空气源热泵机组（2）通过管道与所述集水器（5）的输出端相连通。

2.根据权利要求1所述一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统，其特征在于：所述空气源热泵机组（2）与所述地源热泵机组（1）、集水器（5）之间的管道上分别设有第四电动启闭阀（905）。

3.根据权利要求1所述一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统，其特征在于：所述地源热泵机组（1）与集水器（5）之间的管道上依次设有旁通电动阀（904）和用户侧一次循环水泵（4）。

4.根据权利要求1所述一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统，其特征在于：所述分水器（8）与末端用热设备（6）之间的管道上用户侧二次循环水泵（7）。

5.根据权利要求1所述一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统，其特征在于：所述太阳能热水器（3）与所述集水器（5）、分水器（8）之间的管道上分别设有第三电动启闭阀（903）。

6.根据权利要求1所述一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统，其特征在于：所述太阳能热水器（3）与所述地源热泵机组（1）、浅层地热井（14）之间的管道上分别设有第一电动启闭阀（901），所述太阳能热水器（3）与所述地源热泵机组（1）之间的管道上还设有太阳能热水循环泵（11）。

7.根据权利要求6所述一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统，其特征在于：所述太阳能热水器（3）与所述第一电动启闭阀（901）之间的管道上还设有第二电动启闭阀（902）。

8.根据权利要求1所述一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统，其特征在于：所述浅层地热井（14）与所述地源热泵机组（1）之间的管道上依次设有电动启闭阀和地热侧循环水泵（10）。

9.根据权利要求8所述一种浅层地热能耦合空气能、太阳能的高效供热系统，其特征在于：所述浅层地热井（14）包括两组，一组浅层地热井（14）与所述地源热泵机组（1）之间的管道上设有第五电动启闭阀（12），另一组浅层地热井（14）与所述地源热泵机组（1）之间的管道上设有第六电动启闭阀（13）。