一種太陽能-地源熱泵聯合建筑供能系統技術方案

本實用新型專利技術公開一種太陽能-地源熱泵聯合建筑供能系統，包括太陽能及其輔助地源熱泵系統和純地源熱泵系統兩個子系統；前者包括太陽能集熱器、蓄熱水箱、1號地源熱泵機組、1號地埋管換熱器、集熱循環水泵、1號機組地源側循環水泵、1號機組用戶側循環水泵、室內末端裝置、集熱控制閥、儲熱控制閥、1號和2號太陽能供熱控制閥、1號機組地源側控制閥、1號機組用戶側控制閥、1-4號儲熱/供熱運行模式切換控制閥和連接管路；后者包括2號地源熱泵機組、2號地埋管換熱器、2號機組地源側循環水泵、2號機組用戶側循環水泵、室內末端裝置、2號機組地源側控制閥、2號機組用戶側控制閥和連接管路。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及建筑采暖供熱技術，具體為一種太陽能-地源熱泵聯合建筑供能系統。
技術介紹
隨著時代的發展與技術的進步，人們對室內環境的舒適性、居住生活條件等提出越來越高的要求，由此帶來城鎮各類建筑供暖、供冷以及供熱水的需求不斷增多。傳統的建筑供冷系統是由中央空調或小型單體空調系統來實現，供暖及供熱水則多由集中供熱系統來完成。有關數據顯示，我國建筑能耗在總能耗中占到30%以上，而供熱空調的能耗占建筑能耗的50 70%。這些建筑用能每年會消耗掉大量的化石能源，而現有的供暖、供冷、供熱水裝置大多能源利用效率低，浪費嚴重，同時也加重了大氣污染。在能源與環境問題已經受到全球普遍關注的今天，傳統的供能系統顯然無法滿足要求。而構建基于利用可再生能源的清潔、高效、科學用能的復合供能系統是提高能源利用效率、節約能源、降低污染的有效途徑。太陽能-地源熱泵聯合建筑供能系統被認為是當前比較合理的同時實現供暖、供冷及供熱水的用能方式。太陽能-地源熱泵聯合建筑供能系統符合能量梯級利用的原則， 系統的能源利用率較高。但太陽能具有低密度、非連續的特性，而建筑采暖、熱水供應等要求按需供熱，兩者并不一致。因此太陽能供熱技術尚需解決的問題包括低能流密度的太陽能與建筑供熱需求匹配問題、較大規模太陽能集熱系統與建筑一體化設計的問題、太陽能跨季節長期熱儲存實現全年綜合利用的問題、太陽能短期熱儲存解決晝夜不均的問題、適合的輔助能源系統解決供熱可靠性保障問題等。地源熱泵系統以其高效、清潔環保和利用可再生能源的特點近年來得到迅速發展。其本身的優點非常突出，一般輸入Ikw電能可獲得3 5kw熱(冷)量。但單純的地源熱泵一般適于在由建筑冷熱負荷所產生的地下排熱和取熱基本平衡的地區使用，否則常年運行后會使地溫升高或降低，導致機組制冷或制熱的失效。目前太陽能與地源熱泵聯合建筑供能系統雖已有一些應用，但現有的應用系統都還存在一定的問題。對單一滿足供熱需求設計的太陽能地源熱泵聯合供能系統，一般需要通過合理匹配散熱器面積以保證地溫的平衡，但該系統不能滿足建筑供冷的需求，因此一套系統很難同時實現綜合供能的目的。而對于按照可同時滿足供熱、供冷需求設計的太陽能地源熱泵聯合建筑供能系統，目前一般都采用單一熱泵機組的形式，該系統一方面會出現夏季太陽能儲熱影響地源熱泵的使用的問題，另一方面當建筑供熱負荷遠大于供冷負荷時，系統的長期運行必然會引起地溫平衡被破壞的問題。顯然，構建一種太陽能與地源熱泵聯合的建筑供能系統，以充分高效地利用可再生能源，又有效地彌補各自的不足是很必要的。太陽能輔助地源熱泵技術是高效的供熱空調技術，采用太陽能跨季節儲熱與地源熱泵結合，也解決了太陽能利用的熱間歇性與不穩定性問題。采用太陽能來供熱水也使有熱水需求的建筑降低了供熱水的能耗。太陽能與地源熱泵技術相結合是今后低能耗建筑極有前途的供熱水、供熱、空調組合實現技術。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本技術擬解決的技術問題是，提供一種太陽能-地源熱泵聯合建筑供能系統，該供能系統可用于建筑的供暖、供冷和供熱水；該供能系統具有土壤溫度平衡、機組性能系數高、供熱(冷)能力大、各部分獨立性強、靈活性好等特點。本技術解決所述供能系統技術問題的技術方案是，設計一種太陽能-地源熱泵聯合建筑供能系統，該供能系統包括兩個子系統太陽能及其輔助地源熱泵子系統和純地源熱泵子系統；所述太陽能及其輔助地源熱泵系統包括太陽能集熱器、蓄熱水箱、1號地源熱泵機組、1號地埋管換熱器、集熱循環水泵、1號機組地源側循環水泵、1號機組用戶側循環水泵、建筑室內末端裝置、集熱控制閥、儲熱控制閥、1號和2號太陽能供熱控制閥、1號機組地源側控制閥、1號機組用戶側控制閥、1號、2號、3號和4號儲熱/供熱運行模式切換控制閥和連接管路系統；所述太陽能集熱器順次與集熱控制閥、蓄熱水箱、集熱循環水泵之間通過管路相連接；蓄熱水箱熱水出流端順次與1號太陽能供熱控制閥、1號機組用戶側循環水泵、1號地源熱泵機組的用戶側入流端管路相連接；1號地源熱泵機組的用戶側出流端則順次與建筑室內末端裝置、2號太陽能供熱控制閥、蓄熱水箱回流端管路相連接，同時建筑室內末端裝置與1號機組用戶側循環水泵之間加裝有1號機組用戶側控制閥；1號地源熱泵機組地源側出流端順次與1號機組地源側控制閥、1號機組地源側循環水泵、2號儲熱/ 供熱運行模式切換控制閥、1號地埋管換熱器、1號儲熱/供熱運行模式切換控制閥和1號地源熱泵機組地源側入流端管路相連接，同時在1號機組地源側循環水泵出口與1號儲熱 /供熱運行模式切換控制閥連接1號地埋管換熱器的端口之間加裝3號儲熱/供熱運行模式切換控制閥，2號儲熱/供熱運行模式切換控制閥連接1號地埋管換熱器的端口與蓄熱水箱回流端口之間加裝4號儲熱/供熱運行模式切換控制閥，儲熱控制閥安裝在蓄熱水箱熱水出流端與1號機組地源側循環水泵入口端之間；所述純地源熱泵系統包括2號地源熱泵機組、2號地埋管換熱器、2號機組地源側循環水泵、2號機組用戶側循環水泵、建筑室內末端裝置、2號機組地源側控制閥、2號機組用戶側控制閥和連接管路系統；所述的2號地源熱泵機組用戶側出流端順次與建筑室內末端裝置、2號機組用戶側控制閥、2號機組用戶側循環水泵和2號地源熱泵機組用戶側入流端管路相連接；所述的2號地源熱泵機組地源側出流端則順次與2號機組地源側控制閥、2 號機組地源側循環水泵和2號地埋管換熱器入流端管路相連接，2號地埋管換熱器的出流端與2號地源熱泵機組地源側入流端管路相連接，構成封閉循環；所述供能系統的熱水供應和建筑的一部分采暖熱負荷由太陽能及其輔助地源熱泵子系統提供，建筑的另一部分采暖熱負荷和全部冷負荷由純地源熱泵子系統提供，兩個子系統包含的兩臺熱泵機組分別對應各自的地埋管換熱器，兩個子系統存在有部分共用的建筑室內末端裝置；純地源熱泵子系統是以滿足建筑全部供冷負荷需求為標準進行設計， 同時依據夏季向土壤里排熱量與冬季從土壤中取熱量相等的原則設計、并考慮所述機組本身的性能來進一步確定該子系統可擔負的建筑采暖負荷的額度；建筑總采暖負荷除去由純地源熱泵子系統承擔的一部分采暖熱負荷之外，剩余的另一部分采暖熱負荷由太陽能及其輔助地源熱泵子系統擔負。與現有建筑供能系統相比，本技術具有以下優點和有益效果(1)解決了土壤源熱泵熱平衡問題。本技術雙機組設計有利于解決土壤源熱泵熱平衡問題。全年運行的土壤源熱泵系統需要考慮全年運行時從土壤取、放熱量的平衡問題。常規的一套地埋管換熱器與一臺機組匹配為整個建筑供能的運行方式，由于建筑冷熱負荷不匹配就會導致土壤溫度不平衡。由于氣象條件、建筑設計水平和構造、供熱空調的開啟方式等都會影響實際運行負荷的大小，使得設計結果可能會與實際要求之間產生較大偏差，為保證運行安全性，往往會設計太陽能集熱器偏大，土壤溫度就有可能會逐年升高。 如果土壤溫度逐漸升高，夏季時機組效率降低，甚至不能運行，所以必須提前通過停止太陽能儲熱而降低土壤溫度，避免發生問題，造成太陽能資源的不能有效利用。反之，如果設計集熱器面積偏小，會出現供熱不足的情況。本技術采用兩個機組運行模式，可以根據全年負荷大小情況調整土壤取熱量與排熱量的比值，保證純地源熱泵機組土壤取熱量和排熱量的平衡，進而達到高本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種太陽能－地源熱泵聯合建筑供能系統，包括太陽能及其輔助地源熱泵系統和純地源熱泵系統兩個子系統；所述太陽能及其輔助地源熱泵系統包括太陽能集熱器、蓄熱水箱、１號地源熱泵機組、１號地埋管換熱器、集熱循環水泵、１號機組地源側循環水泵、１號機組用戶側循環水泵、建筑室內末端裝置、集熱控制閥、儲熱控制閥、１號和２號太陽能供熱控制閥、１號機組地源側控制閥、１號機組用戶側控制閥、１號、２號、３號和４號儲熱／供熱運行模式切換控制閥和連接管路系統；所述太陽能集熱器順次與集熱控制閥、蓄熱水箱、集熱循環水泵之間通過管路相連接；蓄熱水箱熱水出流端順次與１號太陽能供熱控制閥、１號機組用戶側循環水泵、１號地源熱泵機組的用戶側入流端管路相連接；１號地源熱泵機組的用戶側出流端則順次與建筑室內末端裝置、２號太陽能供熱控制閥、蓄熱水箱回流端管路相連接，同時建筑室內末端裝置與１號機組用戶側循環水泵之間加裝有１號機組用戶側控制閥；１號地源熱泵機組地源側出流端順次與１號機組地源側控制閥、１號機組地源側循環水泵、２號儲熱／供熱運行模式切換控制閥、１號地埋管換熱器、１號儲熱／供熱運行模式切換控制閥和１號地源熱泵機組地源側入流端管路相連接，同時在１號機組地源側循環水泵出口與１號儲熱／供熱運行模式切換控制閥連接１號地埋管換熱器的端口之間加裝３號儲熱／供熱運行模式切換控制閥，２號儲熱／供熱運行模式切換控制閥連接１號地埋管換熱器的端口與蓄熱水箱回流端口之間加裝４號儲熱／供熱運行模式切換控制閥，儲熱控制閥安裝在蓄熱水箱熱水出流端與１號機組地源側循環水泵入口端之間；所述純地源熱泵系統包括２號地源熱泵機組、２號地埋管換熱器、２號機組地源側循環水泵、２號機組用戶側循環水泵、建筑室內末端裝置、２號機組地源側控制閥、２號機組用戶側控制閥和連接管路系統；所述的２號地源熱泵機組用戶側出流端順次與建筑室內末端裝置、２號機組用戶側控制閥、２號機組用戶側循環水泵和２號地源熱泵機組用戶側入流端管路相連接；所述的２號地源熱泵機組地源側出流端則順次與２號機組地源側控制閥、２號機組地源側循環水泵和２號地埋管換熱器入流端管路相連接，２號地埋管換熱器的出流端與２號地源熱泵機組地源側入流端管路相連接，構成封閉循環；所述供能系統的熱水供應和建筑的一部分采暖熱負荷由太陽能及其輔助地源熱泵子系統提供，建筑的另一部分采暖熱負荷和全部冷負荷由純地源熱泵子系統提供，兩個子系統包含的兩臺熱泵機組分別對應各自的地埋管換熱器，兩個子系統存在有部分共用的建筑室內末端裝置；純地源熱泵子系統是以滿足建筑全部供冷負荷需求為標準進行設計，同時依　據夏季向土壤里排熱量與冬季從土壤中取熱量相等的原則設計、并考慮所述機組本身的性能來進一步確定該子系統可擔負的建筑采暖負荷的額度；建筑總采暖負荷除去由純地源熱泵子系統承擔的一部分采暖熱負荷之外，剩余的另一部分采暖熱負荷由太陽能及其輔助地源熱泵子系統擔負。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：齊承英，王恩宇，楊華，王華軍，
申請(專利權)人：河北工業大學，
類型：實用新型
國別省市：12