[发明专利]一种太阳能地源热泵及相变蓄热耦合供热系统和控制方法

说明书

本发明一种太阳能地源热泵及相变蓄热耦合供热系统和控制方法，通过在系统中设置相变蓄热罐，将系统在日间多余的热量保存起来，使系统在夜间的大多数时间关闭地源侧循环水泵，使用蓄热罐的热量为热泵提供低品位热源；通过设置太阳能集热板和相变蓄热罐提供地源热泵冷热水机组的蒸发侧热源，节省了地热的利用；通过不同回路的切换和使用，能在日间实现太阳能的梯级利用，在夜间有效利用相变蓄热过程存储的能量，能够在无法使用太阳能时保证系统的供暖效果。控制方法通过设置不同的运行模式，以适应不同的外界条件，保证系统的运行结果始终符合供暖要求，实现系统在不同工况下运行模式的自动切换，使优化后系统运行效果比现有系统有较大提升。

技术领域

本发明涉及新能源应用领域，具体为一种太阳能地源热泵及相变蓄热耦合供热系统和控制方法。

背景技术

建筑领域消费的传统能源，主要是煤炭、石油和天然气等石化能源。这些能源不可再生且资源有限，终究要枯竭。而随着生活水平的提高，人们对于室内环境舒适度的要求随之提高，表现为夏季供冷需求和冬季供热需求的增加，用于调控室内环境所消耗的能量在总体建筑能量消耗的占比逐年增加。能源供应的缺口和能源消费结构的不合理决定了能源问题对国家安全和经济发展的重要性，中央为此提出了建设节能省地型住宅的政策方针，并于2006年1月颁布与实施了《可再生能源法》，水能、风能、生物质能、太阳能、地热能等可循环利用的清洁能源在建筑行业的应用日益得到研究人员的重视。其中，太阳能地源热泵联合供热是一种可广泛应用的可再生能源利用方式。

在我国北方地区，冬季温度较低，太阳辐射较弱，若采用传统太阳能地源热泵联合供热系统，则会出现冬季太阳能利用率较低，节能效果不明显和土壤温度场仍会遭到破坏等问题。若想更好地发挥太阳能地源热泵联合供热系统的节能、环保效益，提高其适用性，使其能为能源结构转换和解决能源问题贡献力量，上述问题都亟待解决。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种太阳能地源热泵及相变蓄热耦合供热系统和控制方法，通过对系统结构的合理设计和对控制方法的改进，使系统的供热效率得到了提升，同时通过添加相变蓄热罐进一步加强系统的整体节能效果，使耦合供热系统不仅适应性强、供热效果好，还使得节能效率更加显著。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种太阳能地源热泵及相变蓄热耦合供热系统，包括地源热泵冷热水机组、太阳能集热板、相变蓄热罐和户内供暖系统；

所述的地源热泵冷热水机组的蒸发侧连接设置在地下的地埋管形成蒸发换热回路；

所述的户内供暖系统分别与地源热泵冷热水机组的冷凝侧、太阳能集热板和相变蓄热罐连接分别形成地源热泵供热回路、太阳能供热回路和相变蓄热罐供热回路，三种热源独立供热；

所述的太阳能集热板的出水端与地源热泵冷热水机组的冷凝侧串联形成太阳能串联地源热泵冷凝侧供热回路；太阳能集热板的出水经地源热泵冷热水机组的冷凝侧升温后进行供热；

所述的太阳能集热板的出水端与地源热泵冷热水机组的蒸发侧串联形成太阳能串联地源热泵蒸发侧供热回路；地埋管出水经太阳能集热板升温后接入地源热泵冷热水机组的蒸发侧，作为蒸发侧热源，由地源热泵冷热水机组的冷凝侧进行供热；

所述的太阳能集热板的出水端依次与地源热泵冷热水机组的冷凝侧和相变蓄热罐串联后形成太阳能串联热泵蓄热供热回路；太阳能集热板的出水经地源热泵冷热水机组的冷凝侧升温后，再由相变蓄热罐储热后进行供热。

优选的，所述的相变蓄热罐设置有第一双向出入口和第二双向出入口；

第一双向出入口分别连接户内供暖系统的进水端和地源热泵冷热水机组的冷凝侧的出水端；

第二双向出入口分别连接户内供暖系统的进水端和出水端，以及太阳能集热板的出水端。