CN221526914U - 一种基于太阳能辅助的中深层u型地埋管耦合供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于太阳能辅助的中深层U型地埋管耦合供热系统，属于中深层地源热泵系统技术领域。解决中深层U型地埋管供热系统长期运行性能衰减与太阳能集热系统间歇性的问题。包括U型地埋管、地埋管供热系统、太阳能供热系统和热泵供热系统，所述U型地埋管与地埋管系统、太阳能系统和热泵系统建立连接。明确了不同工况下的联合运行模式，能够用于指导系统的耦合设计，保证系统长期处于高效运行，促进系统开发清洁的深层地热能，提升系统供热性能，增加系统的使用年限，有效解决太阳能间歇性等问题；便于大规模推广应用。

Description

一种基于太阳能辅助的中深层U型地埋管耦合供热系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于太阳能辅助的地埋管耦合供热系统，属于中深层地源热泵系统技术领域。

背景技术

作为一种新型供热系统，中深层U型地埋管供热系统的地埋管深度通常在1500～3000m，具有地埋管占地面积小、取热能力强等优势，是开发深层地热能实现建筑清洁供热的关键技术。虽然中深层U型地埋管供热系统已进行了实践，但关于该系统的基础研究尚在发展阶段。

与传统浅层地源热泵系统不同，中深层U型地埋管供热系统只用于冬季供热，并且，其供热性能主要受岩土热物性参数的影响。在地质条件较差的地区，系统长期运行后其性能会逐渐衰减。因此，在非供热季可以通过太阳能集热系统向地下岩土进行储热来缓解岩土冷堆积现象，并且在供热季太阳能集热系统也可以作为辅助热源向建筑供热。例如：公开号为CN203718910U，发明创造名称为太阳能采暖系统，其技术方案公开了太阳能与浅层地埋管相结合的系统。但是与浅层地埋管相比，中深层U型地埋管只能向建筑单向供热，并且，其施工特点、系统设计及换热机理均与浅层地埋管均具有较大差异，因此，传统浅层地埋管的设计方法难以直接用于指导中深层U型地埋管的设计。中深层U型地埋管供热系统随着运行年限的增加其供热性能逐渐衰减，通过太阳能集热系统在非供热季向地下岩土储热可以提升系统性能，并且在供热季也可以联合系统向建筑供热。但两个系统的联合运行模式尚不清晰。

因此，亟需提出一种基于太阳能辅助的中深层U型地埋管耦合供热系统，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决中深层U型地埋管供热系统长期运行性能衰减与太阳能集热系统间歇性的问题，在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。

本实用新型的技术方案：

一种基于太阳能辅助的中深层U型地埋管耦合供热系统，包括U型地埋管、地埋管供热系统、太阳能供热系统和热泵供热系统，所述U型地埋管与地埋管系统、太阳能系统和热泵系统建立连接。

优选的：所述U型地埋管包括上升管、下降管和水平管，下降管、水平管、上升管顺次连接形成U型。

优选的：所述水平管埋于地下深度大于2000m处，水平管的长度大于200m。

优选的：地埋管供热系统包括第一水泵、截止阀和第一阀门，上升管的出口通过顺次设置的第一水泵、截止阀与建筑的第二接口连接，建筑的第一接口通过第一阀门与下降管的入口连接。

优选的：太阳能供热系统包括第四阀门、第五阀门、第三阀门、第三水泵、储热水箱、太阳能集热板、第二阀门和第二水泵，储热水箱的第一入水口通过第四阀门与上升管的出口连接，储热水箱的第一入水口通过第二阀门与建筑的第一接口连接，储热水箱的第一出水口、第二水泵、太阳能集热板、储热水箱的第二入水口顺次连接，储热水箱的第二出水口与第三水泵入口连接，第三水泵出口通过第五阀门、第三阀门分别与下降管的入口、建筑的第二接口连接。

优选的：热泵供热系统包括第六阀门、热泵机组、第七阀门和第四水泵，第一水泵的出口、第六阀门、热泵机组的管程、建筑的第四接口、建筑的第三接口、第四水泵、热泵机组的壳程、第七阀门、下降管顺次连接形成热泵供热系统。

本实用新型具有以下有益效果：

1.本发明提出的太阳能集热系统与中深层U型地埋管供热系统联合运行模式能够弥补单一系统的缺陷，提升系统的供热性能及使用年限；

2.本发明提出的直接供热模式无需开启热泵机组，在循环水泵的驱动下向建筑直接供热，大幅降低了供热系统的能耗；

3.本发明提出的储热系统能够实现跨季节储能，提升系统在供热季的供热量，增加了供热面积，降低了系统的投资回收期。

附图说明

图1是一种基于太阳能辅助的中深层U型地埋管耦合供热系统的示意图。

图中，1-上升管，2-下降管，3-水平管，4-第一水泵，5-第六阀门，6-热泵机组，7-建筑，8-第七阀门，9-第四水泵，10-截止阀，11-第一阀门，12-第四阀门，13-第五阀门，14-第三阀门，15-第三水泵，16-储热水箱，17-太阳能集热板，18-第二阀门，19-第二水泵，71-第一接口，72-第二接口，73-第三接口，74-第四接口，161-第一入水口，162-第一出水口，163-第二入水口，164-第二出水口。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种基于太阳能辅助的中深层U型地埋管耦合供热系统，包括U型地埋管、地埋管供热系统、太阳能供热系统和热泵供热系统，所述U型地埋管与地埋管系统、太阳能系统和热泵系统建立连接；明确了不同工况下的联合运行模式，能够用于指导系统的耦合设计，保证系统长期处于高效运行，促进系统开发清洁的深层地热能；太阳能集热系统(太阳能系统)与中深层U型地埋管供热系统(地埋管供热系统、U型地埋管)耦合运行，一方面可以提升系统供热性能，增加系统的使用年限，另一方面也可以有效解决太阳能间歇性等问题；便于在北方地区的大规模应用，实现清洁供热的目标。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种基于太阳能辅助的中深层U型地埋管耦合供热系统，所述U型地埋管包括上升管1、下降管2和水平管3，下降管2、水平管3、上升管1顺次连接形成U型，U型地埋管可选择中深层U型地埋管。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种基于太阳能辅助的中深层U型地埋管耦合供热系统，所述水平管3埋于地下深度大于2000m处，水平管3的长度大于200m。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种基于太阳能辅助的中深层U型地埋管耦合供热系统，地埋管供热系统包括第一水泵4、截止阀10和第一阀门11，上升管1的出口通过顺次设置的第一水泵4、截止阀10与建筑7的第二接口72连接，建筑7的第一接口71通过第一阀门11与下降管2的入口连接，第一接口71、第二接口72、第三接口73、第四接口74均与建筑7的集水箱连接；开启循环水泵(第一水泵4)、截止阀10和第一阀门11，其余循环水泵和阀门保持关闭，在循环水泵的驱动下，温度较高的热水从中深层U型地埋管的上升管1流出，向建筑7供热，待水温降低后，通过下降管2向地下岩土取热，进行循环，地埋管供热系统实现中深层U型地埋管直接供热模式，在供热初期及末期建筑热负荷较小，天气状况较差导致太阳能集热系统提供的热量不能满足建筑用热需求时，并且，中深层U型地埋管的出口水温能够达到供热标准，运行此模式；本发明提出的直接供热模式无需开启热泵机组，在循环水泵的驱动下向建筑直接供热，大幅降低了供热系统的能耗。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种基于太阳能辅助的中深层U型地埋管耦合供热系统，太阳能供热系统包括第四阀门12、第五阀门13、第三阀门14、第三水泵15、储热水箱16、太阳能集热板17、第二阀门18和第二水泵19，储热水箱16的第一入水口161通过第四阀门12与上升管1的出口连接，储热水箱16上设置有第一入水口161、第一出水口162、第二入水口163、第二出水口164，储热水箱16的第一入水口161通过第二阀门18与建筑7的第一接口71连接，储热水箱16的第一出水口162、第二水泵19、太阳能集热板17、储热水箱16的第二入水口163顺次连接，储热水箱16的第二出水口164与第三水泵15入口连接，第三水泵15出口通过第五阀门13、第三阀门14分别与下降管2的入口、建筑7的第二接口72连接，即上升管1、第四阀门12、第一入水口161、第一出水口162、第二水泵19、太阳能集热板17、第二入水口163、第二出水口164、第三水泵15、第五阀门13、下降管2顺次连通形成储能系统，开启第三水泵15、第二水泵19、第四阀门12和第五阀门13，其余循环水泵和阀门保持关闭，在第三水泵15的驱动下，从储热水箱16流出的高温流体经下降管2流入地下，向岩土释放热量后从上升管1流出，返回储热水箱16，同时在循环水泵19的驱动下，通过太阳能集热板17不断地向储热水箱16补充热量，实现储热，在非供热季建筑无供热需求时，运行此模式，将太阳能储存到地下岩土，在供热季系统再提取热量向建筑供热，本发明提出的储热系统能够实现跨季节储能，提升系统在供热季的供热量，增加了供热面积，降低了系统的投资回收期；第一接口71、第二阀门18、第一入水口161、第一出水口162、第二水泵19、太阳能集热板17、第二入水口163、第二出水口164、第三水泵15、第三阀门14、第二接口72顺次连接形成太阳能系统；开启第三水泵15、第二水泵19、第三阀门14和第二阀门18，其余循环水泵和阀门保持关闭，在第三水泵15的驱动下，温度较高的热水从储热水箱16流出，向建筑7供热，待水温降低后，返回储热水箱16，同时在循环水泵19的驱动下，通过太阳能集热板17不断地向储热水箱16补充热量，太阳能系统实现太阳能集热系统直接供热模式，在供热初期及末期建筑热负荷较小，太阳能集热系统在天气状况良好的条件下提供的热量能够满足建筑用热需求时，运行此模式，本发明提出的太阳能集热系统与中深层U型地埋管供热系统联合运行模式能够弥补单一系统的缺陷，提升系统的供热性能及使用年限；

太阳能系统、地埋管供热系统联合实现中深层U型地埋管联合太阳能集热系统直接供热模式，开启第一水泵4、第三水泵15、第二水泵19、截止阀10、第一阀门11、第三阀门14和第二阀门18，其余循环水泵和阀门保持关闭，此时，向建筑7供热的热量来自两部分，一是通过中深层U型地埋管向地下岩土提取的热量，另一部分是来自太阳能集热系统，在供热严寒期建筑热负荷较大，并且中深层U型地埋管直接供热以及太阳能集热系统直接供热联合运行模式无法满足建筑用热需求时，启动热泵机组，运行此模式进行间接供热。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种基于太阳能辅助的中深层U型地埋管耦合供热系统，热泵供热系统包括第六阀门5、热泵机组6、第七阀门8和第四水泵9，第一水泵4的出口、第六阀门5、热泵机组6的管程、建筑7的第四接口74、建筑7的第三接口73、第四水泵9、热泵机组6的壳程、第七阀门8、下降管2顺次连接形成热泵供热系统；中深层U型地埋管与热泵机机组联合太阳能集热系统供热模式，开启第一水泵4、第四水泵9，开启第三水泵15、第二水泵19、第六阀门5、第七阀门8、第三阀门14、第二阀门18和热泵机组6，其余循环水泵和阀门保持关闭，此时，向建筑7供热的热量来自两部分，一是通过中深层U型地埋管向地下岩土提取并经过热泵机组提升的热量，另一部分是来自太阳能集热系统，在供热严寒期建筑热负荷较大，中深层U型地埋管直接供热以及太阳能集热系统直接供热联合运行模式无法满足建筑用热需求，并且热泵机组间接供热也达不到建筑用热需求，运行此模式，采用太阳能辅助热泵系统向建筑供热。

在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本实用新型不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本实用新型所公开。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于太阳能辅助的中深层U型地埋管耦合供热系统，其特征在于：包括U型地埋管、地埋管供热系统、太阳能供热系统和热泵供热系统，所述U型地埋管与地埋管系统、太阳能系统和热泵系统建立连接；

所述U型地埋管包括上升管(1)、下降管(2)和水平管(3)，下降管(2)、水平管(3)、上升管(1)顺次连接形成U型；

地埋管供热系统包括第一水泵(4)、截止阀(10)和第一阀门(11)，上升管(1)的出口通过顺次设置的第一水泵(4)、截止阀(10)与建筑(7)的第二接口(72)连接，建筑(7)的第一接口(71)通过第一阀门(11)与下降管(2)的入口连接；

太阳能供热系统包括第四阀门(12)、第五阀门(13)、第三阀门(14)、第三水泵(15)、储热水箱(16)、太阳能集热板(17)、第二阀门(18)和第二水泵(19)，储热水箱(16)的第一入水口(161)通过第四阀门(12)与上升管(1)的出口连接，储热水箱(16)的第一入水口(161)通过第二阀门(18)与建筑(7)的第一接口(71)连接，储热水箱(16)的第一出水口(162)、第二水泵(19)、太阳能集热板(17)、储热水箱(16)的第二入水口(163)顺次连接，储热水箱(16)的第二出水口(164)与第三水泵(15)入口连接，第三水泵(15)出口通过第五阀门(13)、第三阀门(14)分别与下降管(2)的入口、建筑(7)的第二接口(72)连接；

热泵供热系统包括第六阀门(5)、热泵机组(6)、第七阀门(8)和第四水泵(9)，第一水泵(4)的出口、第六阀门(5)、热泵机组(6)的管程、建筑(7)的第四接口(74)、建筑(7)的第三接口(73)、第四水泵(9)、热泵机组(6)的壳程、第七阀门(8)、下降管(2)顺次连接形成热泵供热系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能辅助的中深层U型地埋管耦合供热系统，其特征在于：所述水平管(3)埋于地下深度大于2000m处，水平管(3)的长度大于200m。