[发明专利]多模式高效运行的太阳能/地源热泵耦合系统

说明书

技术领域

本发明属于地源热泵领域，尤其涉及到地源热泵与太阳能耦合的系统集成技术领域。

背景技术

地源热泵技术属可再生能源利用技术。由于地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400米深)作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。现行的地源热泵技术虽然能够储存大量的地热能予以人们利用，但是在使用一到两年后，地下的热量损失加剧，导致地源热泵的使用效率降低，以后就会出现使用地源热泵供暖或供热水的楼房不能达到预定温度。

近年来国内针对太阳能与地源热泵耦合系统的申请专利数量很多，地源热泵土壤换热端大多仍采用传统的封闭式循环，太阳能热水系统往往是对热泵供热的补充，没能实现二者的优化设计。

四川欧伦电气设备有限公司申请的专利号为：201520140072.6，专利名称为“利用太阳能与地热资源的地源热泵”，包括水箱、太阳能热水装置、地埋管集热器、用户换热设备和控制器，所述的水箱通过管路连接循环泵A，循环泵A的出水端通过管路分别连接太阳能热水装置的进水端和电动三通阀的一端，连接循环泵A与太阳能热水装置的管路上设置有电动阀A，太阳能热水装置的出水端连接电动三通阀的另一端，电动三通阀的第三端连接地埋管集热器的进水端，地埋管集热器的出水端通过管路连接水箱，水箱还通过管路连接循环泵B，循环泵B的出水端通过管路连接用户换热设备，用户换热设备的出水端通过管路连接水箱，所述的太阳能热水装置内设置有用于检测太阳能热水装置内水温的温度传感器A，控制器通过线路分别连接电动三通阀、电动阀A和温度传感器A。控制器控制电动三通阀连通循环泵A和地埋管集热器，关闭电动阀A，从而由地埋管集热器循环对水箱内的水进行加热，水箱内的热水通过循环泵B输送至用户换热设备为用户提供热量，完成热交换后的水回流至水箱内。当温度传感器A检测到太阳能热水装置内的水温升高时，说明此时阳光充足，控制器控制电动三通阀连通太阳能热水装置的出水口连通地埋管集热器，同时控制电动阀A开启，从而将太阳能热水装置内的热水灌入地埋管集热器，将太阳能提供的热能储存入地表浅层土壤中，利用浅层图上的蓄热特性储存太阳能，从而形成对地下热量的补充，解决地源热泵在使用一段时期后效率降低的问题。此专利提到了夏季将太阳能收集到的热能存储到地下，但没有考虑二者冬季补充供热、地埋管会产生气堵现象、地埋管内需要补液机构等问题，因此，现有的地源热泵与太阳能耦合系统需要进行更进一步优化设计。

发明内容

发明人在北方寒冷地区应用地源热泵及太阳能系统多年，优化设计并实践了这一系统集成技术。

本发明主要以太阳能为主要能源，结合地源蓄能应用，利用热泵技术实现一套系统七种运行模式，实现了两种新能源系统的有机结合。在以供热为主要需求的地区，节能效果明显，无污染，是现代绿色建筑重要措施之一。

本发明是这样实现的，整个系统包括：地源热泵机组，水箱，太阳能集热器、地埋管、水泵、阀门、管路，水箱分为高温水箱、低温水箱两部分，地源热泵机组包括蒸发器、冷凝器，地埋管输出端管路通过阀门Q接入到低温水箱，低温水箱设置管路通过阀门P、水泵A、水泵B、阀门E、阀门F连接到热泵机组，热泵机组与建筑物之间的管路进水侧上设置阀门A、阀门B、水泵C、水泵D，与管路出水侧上设置阀门C、阀门D；冷凝器的两端连接管路上设置阀门I；热泵机组与地埋管输入端的管路上设置阀门G、阀门H；地埋管输出端与输入端连接的管路上分别设置阀门J、阀门L，地埋管输出端与水泵B之间的管路上设置阀门K；低温水箱的一个出水管路通过阀门O、水泵H与太阳能集热器相连，回水管路通过阀门S接入到低温水箱，该回水管路还通过阀门U、阀门W分别经两个管路接入到低温水箱、高温水箱；高温水箱通过水泵G、阀门V设置有一个进水管；高温水箱的出水口设置阀门R连接到一个管路，该管路一侧设置阀门N连接到水泵H，另一侧连接到水泵E、水泵F，水泵F的输出管路分为两个支管，一个支管连接到水泵D、另一个支管通过阀门M连接到设置阀门T的管路上；

本系统通过阀门、水泵、热泵机组等机构的开启关闭实现七种模式运行，

①地源热泵制冷模式时：