專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高利用率太陽(yáng)能耦合地源熱泵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種采暖系統(tǒng)，具體涉及一種高利用率太陽(yáng)能耦合地源熱泵系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國(guó)建筑能耗占全國(guó)商品能耗的21% 24%,而采暖能耗占民用建筑能耗的56% 58%?，F(xiàn)有采暖技術(shù)中，主要以燃煤、燃油及燃?xì)獾然茉礊橹?，這些高熱值燃料由于不可再生、環(huán)境污染、運(yùn)行費(fèi)用逐日升高等因素迫使尋求其它能源利用方式。太陽(yáng)能采暖技術(shù)及地源熱泵技術(shù)由于綠色環(huán)保、且可再生利用，在采暖工程中，受到越來(lái)越多的重視。但太陽(yáng)能出現(xiàn)的間歇性及溫度周期波動(dòng)性，導(dǎo)致難于將太陽(yáng)能作為單一采暖熱源使用，需輔助其它熱源。地源熱泵系統(tǒng)是利用高位的電能從低溫環(huán)境中提取低 位熱量的一種技術(shù)，需要犧牲一部分電能為代價(jià)，且有關(guān)資料指出，由于系統(tǒng)取熱量及釋熱量的不平衡，地源熱泵系統(tǒng)常年運(yùn)行，系統(tǒng)性能逐年降低。目前，太陽(yáng)能系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)聯(lián)合的做法主要有兩種一種是利用太陽(yáng)回灌至地下埋管區(qū)以平衡冬季地源熱泵系統(tǒng)過(guò)多的取熱量，另一種是采用太陽(yáng)能作為調(diào)峰熱源以減小地源熱泵系統(tǒng)規(guī)模。兩種做法都是將太陽(yáng)能作為地源熱泵系統(tǒng)的輔助熱源，未能充分利用太陽(yáng)能。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種用地源熱泵機(jī)組來(lái)提高太陽(yáng)能系統(tǒng)有效利用溫度范圍、最大限度利用太陽(yáng)能采暖的高利用率太陽(yáng)能耦合地源熱泵系統(tǒng)。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是—種高利用率太陽(yáng)能耦合地源熱泵系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)組成，兩系統(tǒng)之間連接設(shè)置有太陽(yáng)能第二換熱器和電動(dòng)六通換向閥。所述的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中設(shè)置有太陽(yáng)能集熱器，太陽(yáng)能集熱器與太陽(yáng)能第一換熱器連接，太陽(yáng)能集熱器與太陽(yáng)能第一換熱器之間設(shè)置有太陽(yáng)能第一循環(huán)泵；所述的太陽(yáng)能第一換熱器與太陽(yáng)能貯熱水箱連接，太陽(yáng)能第一換熱器與太陽(yáng)能貯熱水箱之間設(shè)置有太陽(yáng)能第二循環(huán)泵；所述的太陽(yáng)能貯熱水箱通過(guò)太陽(yáng)能第二換熱器接入電動(dòng)六通換向閥，太陽(yáng)能貯熱水箱和太陽(yáng)能第二換熱器之間設(shè)置有太陽(yáng)能第三循環(huán)泵。所述的地源熱泵系統(tǒng)中設(shè)置有地源熱泵機(jī)組，地源熱泵機(jī)組的地源端分別與地源端分水器、地源端集水器和電動(dòng)六通換向閥連接；所述的地源端分水器和地源端集水器與太陽(yáng)能第二換熱器直接連接，地源端分水器與太陽(yáng)能第二換熱器之間設(shè)置有太陽(yáng)能回灌循環(huán)泵。所述的地源熱泵機(jī)組連接有用戶端供水管和用戶端回水管，且用戶端供水管和用戶端回水管與電動(dòng)六通換向閥連接。所述的太陽(yáng)能集熱器、太陽(yáng)能貯熱水箱和太陽(yáng)能第二換熱器均設(shè)置有溫度傳感器；所述的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)的管路中均設(shè)置有電接點(diǎn)壓力表；所述的地源端分水器的入管和地源端集水器的出管上設(shè)置有第一三通電磁閥；用戶端供水管的入水管和用戶端回水管的出水管上設(shè)置有第二三通電磁閥；太陽(yáng)能貯熱水箱至太陽(yáng)能第二換熱器的供水管線上設(shè)置有電動(dòng)三通閥；所述的溫度傳感器、電接點(diǎn)壓力表、第一三通電磁閥、第二三通電磁閥、電動(dòng)三通閥都與中央控制器連接。所述的太陽(yáng)能集熱器的出口管路上設(shè)置有自動(dòng)排氣閥和安全閥。所述的太陽(yáng)能貯熱水箱與熱水回水管和熱水供水管連接，太陽(yáng)能貯熱水箱與熱水回水管之間設(shè)置有熱水循環(huán)泵。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型利用太陽(yáng)能系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)相耦合，可以多模式、多功能運(yùn)行太陽(yáng)能直接采暖和供熱水模式、提取低溫太陽(yáng)能供暖模式、地源熱泵獨(dú)立運(yùn)行模式及夏季太陽(yáng)能蓄熱、防空曬模式。與傳統(tǒng)太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)相比，太陽(yáng)能有效利用溫度范圍由40°C以上，提高至9°C以上甚至更大溫度范圍，而且降低太陽(yáng)能系統(tǒng)供水溫度，可提高集熱器瞬時(shí)效率和太陽(yáng)能保證率；太陽(yáng)能集熱器出口設(shè)置自動(dòng)排氣閥和安全閥，有利于集熱器系統(tǒng)排氣和泄壓，在夏季，將多余的太陽(yáng)能蓄存至地下，可以有效解決系統(tǒng)空曬問(wèn)題，對(duì)于解決冬夏季太陽(yáng)輻照量與用熱量相矛盾的問(wèn)題有利，能維持系統(tǒng)常年穩(wěn)定運(yùn)行；太陽(yáng)能系統(tǒng)采用閉式系統(tǒng)，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，利于系統(tǒng)防銹蝕，提高系統(tǒng)使用壽命。與傳統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)相比，最大限度利用太陽(yáng)能有利于節(jié)能，多熱源多模式運(yùn)行，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性，提取低溫太陽(yáng)能熱水熱量時(shí)，可提高熱泵機(jī)組蒸發(fā)溫度，提高機(jī)組性能，蒸發(fā)溫度越高，機(jī)組制熱系能系數(shù)越大。

圖I是高利用率太陽(yáng)能耦合地源熱泵系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是高利用率太陽(yáng)能耦合地源熱泵系統(tǒng)集中控制示意圖。圖中，I-太陽(yáng)能集熱器，2-太陽(yáng)能第一循環(huán)泵，3-太陽(yáng)能第一換熱器，4-太陽(yáng)能第二循環(huán)泵，5-太陽(yáng)能貯熱水箱，6-熱水循環(huán)泵，7-地源熱泵機(jī)組，8-地源端循環(huán)泵，9-用戶端循環(huán)泵，10-地源端分水器，11-地源端集水器，12-地埋管換熱器，13-太陽(yáng)能第二換熱器，14-太陽(yáng)能第三循環(huán)泵，15-電動(dòng)六通換向閥，16-第一三通電磁閥，17-第二三通電磁閥，18-電動(dòng)三通閥，19-太陽(yáng)能回灌循環(huán)泵，20-自動(dòng)排氣閥，21-安全閥，22-溫度傳感器，23-電接點(diǎn)壓力表，24-中央控制器，25-用戶端供水管，26-用戶端回水管，27-熱水回水管，28-熱水供水管，29-太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，30-地源熱泵系統(tǒng)，31-定壓補(bǔ)水，32-自來(lái)水接口，Vl V8-地源熱泵機(jī)組季節(jié)轉(zhuǎn)換閥門(mén)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。[0027]本實(shí)用新型所述的一種高利用率太陽(yáng)能耦合地源熱泵系統(tǒng)，由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)兩部分組成，兩系統(tǒng)之間連接設(shè)置有太陽(yáng)能第二換熱器13和電動(dòng)六通換向閥15。其中，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中設(shè)置有太陽(yáng)能集熱器1，太陽(yáng)能集熱器I與太陽(yáng)能第一換熱器3連接，太陽(yáng)能集熱器I與太陽(yáng)能第一換熱器3之間設(shè)置有太陽(yáng)能第一循環(huán)泵2。太陽(yáng)能第一換熱器3與太陽(yáng)能貯熱水箱5連接，太陽(yáng)能第一換熱器3與太陽(yáng)能貯熱水箱5之間設(shè)置有太陽(yáng)能第二循環(huán)泵4。太陽(yáng)能貯熱水箱5通過(guò)太陽(yáng)能第二換熱器13接入電動(dòng)六通換向閥15，太陽(yáng)能貯熱水箱5和太陽(yáng)能第二換熱器13之間設(shè)置有太陽(yáng)能第三循環(huán)泵14。太陽(yáng)能貯熱水箱5與熱水回水管27和熱水供水管28連接，太陽(yáng)能貯熱水箱5與熱水回水管27之間設(shè)置有熱水循環(huán)泵6。太陽(yáng)能集熱器I的出口管路上設(shè)置有自動(dòng)排氣閥20和安全閥21，提高系統(tǒng)使用的安全性。 另外，地源熱泵系統(tǒng)中設(shè)置有地源熱泵機(jī)組7，地源熱泵機(jī)組7的地源端分別與地源端分水器10、地源端集水器11和電動(dòng)六通換向閥15連接。地源熱泵機(jī)組7和地埋管換熱器12分別接入電動(dòng)六通換向閥15。地源端分水器10和地源端集水器11與太陽(yáng)能第二換熱器13直接連接，地源端分水器10與太陽(yáng)能第二換熱器13之間設(shè)置有太陽(yáng)能回灌循環(huán)泵19。地源熱泵機(jī)組7連接有用戶端供水管25和用戶端回水管26，且用戶端供水管25和用戶端回水管26與電動(dòng)六通換向閥15連接。太陽(yáng)能集熱器I、太陽(yáng)能貯熱水箱5和太陽(yáng)能第二換熱器13均設(shè)置有溫度傳感器22。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)的管路中均設(shè)置有電接點(diǎn)壓力表23。地源端分水器10的入管和地源端集水器11的出管上設(shè)置有第一三通電磁閥16 ;用戶端供水管25的入水管和用戶端回水管26的出水管上設(shè)置有第二三通電磁閥17 ;太陽(yáng)能貯熱水箱5和太陽(yáng)能第二換熱器13之間的兩條連接連接管線連通處設(shè)置有電動(dòng)三通閥18。溫度傳感器22、電接點(diǎn)壓力表23、第一三通電磁閥16、第二三通電磁閥17、電動(dòng)三通閥18都與中央控制器24連接，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的多模式、多功能運(yùn)行。模式一太陽(yáng)能直接供熱模式。如圖I所示，當(dāng)在太陽(yáng)能豐富的時(shí)節(jié)，高溫太陽(yáng)能熱水被太陽(yáng)能集熱器I收集經(jīng)太陽(yáng)能第一換熱器3換熱后，儲(chǔ)存至太陽(yáng)能貯熱水箱5中，再經(jīng)太陽(yáng)能第二換熱器13換熱后，經(jīng)六通換向閥15和第二三通電磁閥17向用戶端供水，用戶端回水經(jīng)第二三通電磁閥17和六通換向閥15回至太陽(yáng)能第二換熱器13，如此循環(huán)，由定壓補(bǔ)水接口給太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和用戶端系統(tǒng)補(bǔ)水定壓。太陽(yáng)能集熱器出口管路上設(shè)置自動(dòng)排氣閥20和安全閥21，用于集熱系統(tǒng)排氣和高溫泄壓。太陽(yáng)能貯熱水箱5中貯存的熱水可以供給熱水用戶，經(jīng)熱水循環(huán)泵6回至太陽(yáng)能貯熱水箱5中。模式二 熱泵機(jī)組提取低溫太陽(yáng)能供暖模式。如圖I所示，當(dāng)太陽(yáng)能熱水溫度不足以直接供采暖系統(tǒng)使用，而且有大量低溫太陽(yáng)能可資利用的情況下，在模式一的基礎(chǔ)上，經(jīng)太陽(yáng)能第二換熱器13換熱后的熱水經(jīng)電動(dòng)六通換向閥15換向后，進(jìn)入地源熱泵機(jī)組7提取熱量，經(jīng)六通換向閥15回至太陽(yáng)能第二換熱器13，如此循環(huán)，用戶端的水經(jīng)地源熱泵機(jī)組7換熱升溫后，供給用戶系統(tǒng)采暖使用，通過(guò)定壓補(bǔ)水接口給地源熱泵機(jī)組11、太陽(yáng)能第二換熱器13和用戶端各自的閉合回路補(bǔ)水定壓。模式三地源熱泵獨(dú)立運(yùn)行模式。如圖I所示，在極端狀況下，太陽(yáng)能系統(tǒng)水溫很低無(wú)法利用，模式一和模式二均不起作用，室外地埋管換熱器12吸取巖土的熱量經(jīng)電動(dòng)六通換向閥15換向后，進(jìn)入地源熱泵機(jī)組7被提取熱量，經(jīng)六通換向閥15回至地埋管換熱器12，如此循環(huán)，用戶端的水經(jīng)地源熱泵機(jī)組7換熱升溫后，供給用戶系統(tǒng)采暖使用，該模式下，通過(guò)調(diào)節(jié)地源熱泵機(jī)組季節(jié)轉(zhuǎn)換閥門(mén)Vl V8各閥門(mén)的開(kāi)閉，可以實(shí)現(xiàn)冬季供暖，夏季供空調(diào)的目的，由定壓補(bǔ)水接口給地源端和用戶端系統(tǒng)補(bǔ)水定壓。模式四太陽(yáng)能蓄熱、防空曬模式。如圖I所示，在夏季太陽(yáng)能富裕，經(jīng)太陽(yáng)能第二換熱器13換熱后的熱水經(jīng)太陽(yáng)能回灌循環(huán)泵19進(jìn)入地埋管換熱器12與土壤換熱后，將熱量釋放到土壤中，由定壓補(bǔ)水接口 給地埋管換熱器12和太陽(yáng)能第二換熱器13形成的閉合回路補(bǔ)水定壓。模式五智能模式。本模式在模式一至具體模式四的基礎(chǔ)上，增加了電動(dòng)三通閥18、溫度傳感器22、電接點(diǎn)壓力表23和中央控制器24。太陽(yáng)能集熱器系統(tǒng)采用溫差控制，當(dāng)集熱器I出水與太陽(yáng)能貯熱水箱5溫差大于等于5°C時(shí)，啟動(dòng)太陽(yáng)能第一循環(huán)泵2，當(dāng)集熱器I出水與太陽(yáng)能貯熱水箱5溫差小于等于2°C時(shí)，停止太陽(yáng)能第一循環(huán)泵2。太陽(yáng)能貯熱水箱5溫度高于45°C(此溫度可調(diào))時(shí)，太陽(yáng)能經(jīng)太陽(yáng)能第二換熱器13換熱后直接供給末端系統(tǒng)。末端系統(tǒng)供水管設(shè)溫度傳感器22，通過(guò)調(diào)節(jié)太陽(yáng)能一次側(cè)電動(dòng)三通閥18開(kāi)度，穩(wěn)定系統(tǒng)供水溫度。當(dāng)太陽(yáng)能貯熱水箱5溫度低于45°C (此溫度可調(diào))，高于9°C (此溫度可調(diào))時(shí)，太陽(yáng)能熱水經(jīng)太陽(yáng)能第二換熱器13換熱后，調(diào)節(jié)六通換向閥15、第一三通電磁閥16和第二三通電磁閥17的水流方向，由地源熱泵機(jī)組7提取熱量后，供給用戶端系統(tǒng)。當(dāng)太陽(yáng)能貯熱水箱5溫度低于9°C，調(diào)節(jié)六通換向閥15、第一三通電磁閥16和第二三通電磁閥17的水流方向，實(shí)現(xiàn)地源熱泵系統(tǒng)獨(dú)立供暖。通過(guò)檢測(cè)電接點(diǎn)壓力表13的壓力值，控制定壓補(bǔ)水接口，給相應(yīng)的系統(tǒng)回路補(bǔ)水定壓。
權(quán)利要求1.一種高利用率太陽(yáng)能耦合地源熱泵系統(tǒng)，其特征在于 系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)組成，兩系統(tǒng)之間連接設(shè)置有太陽(yáng)能第二換熱器(13 )和電動(dòng)六通換向閥(15 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高利用率太陽(yáng)能耦合地源熱泵系統(tǒng)，其特征在于 所述的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中設(shè)置有太陽(yáng)能集熱器(1)，太陽(yáng)能集熱器(I)與太陽(yáng)能第一換熱器(3)連接，太陽(yáng)能集熱器(I)與太陽(yáng)能第一換熱器(3)之間設(shè)置有太陽(yáng)能第一循環(huán)泵(2)； 所述的太陽(yáng)能第一換熱器(3)與太陽(yáng)能貯熱水箱(5)連接，太陽(yáng)能第一換熱器(3)與太陽(yáng)能貯熱水箱(5)之間設(shè)置有太陽(yáng)能第二循環(huán)泵(4)； 所述的太陽(yáng)能貯熱水箱(5)通過(guò)太陽(yáng)能第二換熱器(13)接入電動(dòng)六通換向閥(15)，太陽(yáng)能貯熱水箱(5)和太陽(yáng)能第二換熱器(13)之間設(shè)置有太陽(yáng)能第三循環(huán)泵(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種高利用率太陽(yáng)能耦合地源熱泵系統(tǒng)，其特征在于 所述的地源熱泵系統(tǒng)中設(shè)置有地源熱泵機(jī)組(7)，地源熱泵機(jī)組(7)的地源端分別與地源端分水器(10 )、地源端集水器(11)和電動(dòng)六通換向閥(15 )連接； 所述的地源端分水器(10)和地源端集水器(11)與太陽(yáng)能第二換熱器(13)直接連接，地源端分水器(10)與太陽(yáng)能第二換熱器(13)之間設(shè)置有太陽(yáng)能回灌循環(huán)泵(19)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高利用率太陽(yáng)能耦合地源熱泵系統(tǒng)，其特征在于 所述的地源熱泵機(jī)組(7)連接有用戶端供水管(25)和用戶端回水管(26)，且用戶端供水管(25 )和用戶端回水管(26 )與電動(dòng)六通換向閥(15 )連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高利用率太陽(yáng)能耦合地源熱泵系統(tǒng)，其特征在于 所述的太陽(yáng)能集熱器(I)、太陽(yáng)能貯熱水箱(5)和太陽(yáng)能第二換熱器(13)均設(shè)置有溫度傳感器(22)； 所述的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)的管路中均設(shè)置有電接點(diǎn)壓力表(23)； 所述的地源端分水器(10)的入管和地源端集水器(11)的出管上設(shè)置有第一三通電磁閥(16);用戶端供水管(25)的入水管和用戶端回水管(26)的出水管上設(shè)置有第二三通電磁閥(17);太陽(yáng)能貯熱水箱(5)至太陽(yáng)能第二換熱器(13)的供水管線上設(shè)置有電動(dòng)三通閥(18)； 所述的溫度傳感器(22)、電接點(diǎn)壓力表(23)、第一三通電磁閥(16)、第二三通電磁閥(17)、電動(dòng)三通閥(18)都與中央控制器(24)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高利用率太陽(yáng)能耦合地源熱泵系統(tǒng)，其特征在于 所述的太陽(yáng)能集熱器(I)的出口管路上設(shè)置有自動(dòng)排氣閥(20)和安全閥(21)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高利用率太陽(yáng)能耦合地源熱泵系統(tǒng)，其特征在于 所述的太陽(yáng)能貯熱水箱(5)與熱水回水管(27)和熱水供水管(28)連接，太陽(yáng)能貯熱水箱(5)與熱水回水管(27)之間設(shè)置有熱水循環(huán)泵(6)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種高利用率太陽(yáng)能耦合地源熱泵系統(tǒng)。目前太陽(yáng)能與地源熱泵聯(lián)合系統(tǒng)的做法主要是將太陽(yáng)能回灌或?qū)⑻?yáng)能作為調(diào)峰熱源使用，未能充分利用太陽(yáng)能。本實(shí)用新型由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)組成，兩系統(tǒng)之間設(shè)置有太陽(yáng)能第二換熱器和電動(dòng)六通換向閥；太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中設(shè)置有太陽(yáng)能集熱器、太陽(yáng)能第一換熱器及太陽(yáng)能貯熱水箱；地源熱泵系統(tǒng)中設(shè)置有地源熱泵機(jī)組、地源端分水器和地源端集水器與地埋管換熱器；地源熱泵機(jī)組的地源端分別接入地埋管換熱器和電動(dòng)六通換向閥。本實(shí)用新型可多模式、多功能運(yùn)行,最大限度利用太陽(yáng)能，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，提取低溫太陽(yáng)能熱水熱量時(shí)，可提高熱泵機(jī)組蒸發(fā)溫度，增大機(jī)組制熱系數(shù)，提高機(jī)組性能。
文檔編號(hào)F24D15/04GK202561890SQ201220192640
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者侯衛(wèi)華, 李德輝, 鄧保順, 沈德安, 沈亮峰, 李 杰, 郭永楨 申請(qǐng)人:中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司