太陽能輔助地源熱泵同軸換蓄熱供暖系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及地源太陽能供熱設(shè)備，具體為一種太陽能輔助地源熱泵同軸換蓄熱供暖系統(tǒng)。本實用新型利用同軸地埋換熱管，使地源熱泵機組與太陽能集熱器進行水熱交換，降低設(shè)備制熱能耗，充分利用太陽能恢復(fù)土地溫度。本實用新型的優(yōu)點體現(xiàn)在，提高了機組的COP值大幅度提高，節(jié)能效果明顯，保護環(huán)境，節(jié)約發(fā)電所用的煤、油資源，解決了地源熱泵機組長期采暖吸取土壤中的低溫?zé)崃慷a(chǎn)生的“冷聚效應(yīng)”，同時解決了太陽能集熱器的防悶曬問題。
【專利說明】太陽能輔助地源熱泵同軸換蓄熱供暖系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及地源太陽能供熱設(shè)備，具體為一種太陽能輔助地源熱泵同軸換蓄熱供暖系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源(通常小于400米深)作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地能(Earth Energy)，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了 47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。地能或地表淺層地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率要高40%，因此要節(jié)能和節(jié)省運行費用40%左右。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。據(jù)美國環(huán)保署EPA估計，設(shè)計安裝良好的地源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶30?40%的供熱制冷空調(diào)的運行費用。
[0003]地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40%以上，與電供暖相t匕，相當(dāng)于減少70%以上，如果結(jié)合其它節(jié)能措施節(jié)能減排會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25%的充灌量；屬自含式系統(tǒng)，即該裝置能在工廠車間內(nèi)事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏機率大為減少。該裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)；可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)維護費用低在同等條件下，采用地源熱泵系統(tǒng)的建筑物能夠減少維護費用。地源熱泵非常耐用，它的機械運動部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內(nèi)，從而避免了室外的惡劣氣候，其地下部分可保證50年，地上部分可保證30年，因此地源熱泵是免維護空調(diào)，節(jié)省了維護費用，使用戶的投資在3年左右即可收回。機組使用壽命長，均在15年以上；機組緊湊、節(jié)省空間；自動控制程度高，可無人值守.當(dāng)然，象任何事物一樣，地源熱泵也不是十全十美的，如其應(yīng)用會受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響；一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同；地源熱泵與傳統(tǒng)空調(diào)的區(qū)別:穩(wěn)定、整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，不受室外氣候條件的影響；舒適、室溫的分布更合理，溫差小，舒適感好。節(jié)能、比傳統(tǒng)空調(diào)節(jié)能40%-60% ；
[0004]環(huán)保沒有室外機，并且解決了城市熱島效應(yīng)，無任何污染和排放。地源熱泵則是利用水與地能進行冷熱交換來作為地源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時地能為“熱源”。這一技術(shù)是利用土壤中的熱能，并輔以電熱對室內(nèi)進行加熱。其優(yōu)點是相對于純電熱可有效節(jié)約電能消耗。同時，在高原地區(qū)有很多建筑采用太陽能集熱設(shè)備進行供熱供暖，也是有效利用太陽能節(jié)約電能消耗。以上兩個設(shè)備目前存在的問題是可以地源熱泵在使用一段時間后往往造成區(qū)域內(nèi)的冷聚效應(yīng)，后期的地源取熱效果很差，需要的輔助電能消耗很多。另外，太陽能集熱器在非采暖季節(jié)，設(shè)備被太陽炙烤，若內(nèi)部的循環(huán)水不能及時將熱量帶走，將造成集熱器內(nèi)部管道膨脹破裂設(shè)備損壞。地源熱的來源本是陽光對地面的輻射，地面對熱能進行儲藏。地面設(shè)置建筑物以后，地面獲得的熱量大幅度減少，地源熱泵的作用下，土壤的溫度更低對后期的使用造成很大限制，造成電能消耗的增加燃煤炭的增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本專利針對現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)問題，提供一種太陽能輔助地源熱泵同軸換蓄熱供暖系統(tǒng)，目的在于利用太陽能提高地源熱的利用率，降低電能煤炭燃燒的消耗，有效保護非采暖季節(jié)太陽能集熱器。
[0006]本專利的具體技術(shù)方案如下:
[0007]太陽能輔助地源熱泵同軸換蓄熱供暖系統(tǒng)，由地源熱泵機組、地源熱循環(huán)水泵、同軸地埋換熱管、太陽能集熱器、太陽能集熱器循環(huán)水泵組成，地源熱循環(huán)水泵(I)的出水口端連接地源熱泵機組(2)的地源側(cè)循環(huán)水進口，地源熱循環(huán)水泵(I)的進水口與地源熱泵機組(2)的地源側(cè)循環(huán)水出口通過管道分別連接同軸地埋換熱管(3)的外管兩端，同軸地埋換熱管(3)分為內(nèi)管和外管,外管包裹在內(nèi)管外，同軸地埋換熱管(3)的外管連接地源熱循環(huán)水泵(I)和地源熱泵機組(2 )的地源側(cè)，太陽能集熱器(4 )的出水口端連接同軸地埋換熱管(3)內(nèi)管的一端，同軸地埋換熱管(3)內(nèi)管的另一端通過太陽能集熱循環(huán)水泵(5)連接太陽能集熱器(4)的進水端，太陽能集熱器(4)的出水口端與同軸地埋換熱管(3)之間的連接管道上設(shè)置一個三通管道另連接調(diào)節(jié)水泵(6)，調(diào)節(jié)水泵(6)的出口端連接到地源熱循環(huán)水泵(I)與地源熱泵機組(2)的地源側(cè)循環(huán)水進口之間的管道，調(diào)節(jié)水泵(6)的出口端到地源熱泵機組(2)的地源側(cè)循環(huán)水進口的管道上同樣設(shè)置一個三通連接到調(diào)節(jié)水泵(6)的出口端。
[0008]同軸地埋換熱管為金屬或塑料材質(zhì)的內(nèi)外雙管，即有一內(nèi)管，外面套接一外管，內(nèi)外管同一軸心，內(nèi)外管分別連接地源熱泵機組和太陽能集熱器，地源熱泵機組和太陽能集熱器的熱量在同軸地埋換熱管內(nèi)轉(zhuǎn)移熱能，利用同軸地埋換熱管太陽能集熱器的熱能可傳遞到土壤中進行儲藏。創(chuàng)新重點在于整合太陽能集熱器，利用同軸地埋換熱管，進行地源熱泵內(nèi)的循環(huán)水與地下土壤和太陽能熱水進行熱交換，同時利用太陽能對土壤進行熱能儲存，即在采暖季節(jié)中利用太陽能通過同軸地埋管進行熱交換提高地埋管內(nèi)的水溫，提高制熱效果節(jié)約能耗。在地源溫度比較低的情況下，可利用調(diào)節(jié)水泵的設(shè)置可將太陽能集熱器的水直接連接地源熱泵機組，以提高效率。當(dāng)非制熱季節(jié)，可將太陽能熱量通過埋地換熱管貯藏到地下，以解決冷聚效應(yīng)，同時也防止太陽能熱水器的悶曬造成的損失。
[0009]本專利的優(yōu)勢體現(xiàn)在，提高了地源側(cè)循環(huán)水的水溫，機組的COP值大幅度提高，節(jié)能效果明顯，保護環(huán)境，節(jié)約發(fā)電所用的煤、油資源，當(dāng)夜晚或陰天，地源熱泵吸取土壤中的低溫?zé)崃抗┡辉诜遣膳竟?jié)，太陽能集熱器收集的能量，通過同軸地埋換熱管蓄存在土壤中，解決了地源熱泵機組長期采暖吸取土壤中的低溫?zé)崃慷a(chǎn)生的“冷聚效應(yīng)”，同時解決了太陽能集熱器的防悶曬問題。【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本專利的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]其中，I—地源熱循環(huán)水泵、2—地源熱泵機組、3—同軸地埋換熱管、4—太陽能集熱器、5—太陽能集熱循環(huán)水泵、6—調(diào)節(jié)水泵。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合【具體實施方式】對本專利作進一步說明。
[0013]太陽能輔助地源熱泵同軸換蓄熱供暖系統(tǒng)，由地源熱泵機組、地源熱循環(huán)水泵、同軸地埋換熱管、太陽能集熱器、太陽能集熱器循環(huán)水泵組成，地源熱循環(huán)水泵(I)的出水口端連接地源熱泵機組(2)的地源側(cè)循環(huán)水進口，地源熱循環(huán)水泵(I)的進水口與地源熱泵機組(2)的地源側(cè)循環(huán)水出口通過管道分別連接同軸地埋換熱管(3)的外管兩端，同軸地埋換熱管(3)分為內(nèi)管和外管,外管包裹在內(nèi)管外，同軸地埋換熱管(3)的外管連接地源熱循環(huán)水泵(I)和地源熱泵機組(2 )的地源側(cè)，太陽能集熱器(4 )的出水口端連接同軸地埋換熱管(3)內(nèi)管的一端，同軸地埋換熱管(3)內(nèi)管的另一端通過太陽能集熱循環(huán)水泵(5)連接太陽能集熱器(4)的進水端，太陽能集熱器(4)的出水口端與同軸地埋換熱管(3)之間的連接管道上設(shè)置一個三通管道另連接調(diào)節(jié)水泵(6)，調(diào)節(jié)水泵(6)的出口端連接到地源熱循環(huán)水泵(I)與地源熱泵機組(2)的地源側(cè)循環(huán)水進口之間的管道，調(diào)節(jié)水泵(6)的出口端到地源熱泵機組(2)的地源側(cè)循環(huán)水進口的管道上同樣設(shè)置一個三通連接到調(diào)節(jié)水泵(6)的出口端。還可以在太陽能集熱器的出水口端設(shè)置溫度探頭，該探頭連太陽能循環(huán)泵控制裝置，在地源熱泵機組入口設(shè)置溫度探頭，該探頭連太陽能循環(huán)泵控制裝置，該裝置控制太陽能循環(huán)泵的運行狀態(tài)；地源熱泵機組運行狀態(tài)信號連地源側(cè)循環(huán)泵控制裝置，在地源熱泵機組入口設(shè)置的溫度探頭，該探頭連地源側(cè)循環(huán)泵控制裝置，該裝置連地源側(cè)循環(huán)泵，控制地源側(cè)循環(huán)泵的運行狀態(tài)。太陽能集熱器、太陽能循環(huán)泵、地源熱泵機組蒸發(fā)器(地源側(cè))、地源熱泵機組地源側(cè)循環(huán)泵、同軸地埋換熱管、自動控制裝置、管路組成。上述地源熱泵機組蒸發(fā)器(地源側(cè))連通同軸地埋換熱管外側(cè)，太陽能集熱器循環(huán)管連通同軸地埋換熱管內(nèi)管。太陽能集熱系統(tǒng)為閉式機械循環(huán)系統(tǒng)，通過補水定壓裝置進水及補水，循環(huán)工質(zhì)為50%的乙二醇溶液，系統(tǒng)的運行通過地源熱泵機組蒸發(fā)器(地源側(cè))入口水溫，及與集熱器出口的水溫差控制水泵的啟停及變頻運行；上述系統(tǒng)的地源側(cè)循環(huán)系統(tǒng)為閉式機械循環(huán)系統(tǒng)，通過補水定壓裝置進水及補水，循環(huán)工質(zhì)為水，系統(tǒng)的運行通過地源熱泵機組的啟停連鎖循環(huán)泵的啟停，并根據(jù)地源熱泵機組的負荷及地源熱泵機組蒸發(fā)器(地源側(cè))入口水溫變頻運行；上述同軸地埋換熱管，為同軸套管，內(nèi)管走乙二醇溶液，夾套間走地源側(cè)循環(huán)水，太陽能集熱器吸收的太陽能在同軸地埋換熱管與地源熱泵機組蒸發(fā)器(地源側(cè))循環(huán)工質(zhì)進行熱交換。當(dāng)太陽能不能滿足需要時，地源熱泵機組蒸發(fā)器(地源側(cè))循環(huán)工質(zhì)與土壤進行熱交換，保證采暖系統(tǒng)的正常運行。
[0014]地源熱泵機組蒸發(fā)器(地源側(cè))連通同軸地埋換熱管外側(cè)，太陽能集熱器循環(huán)管連通同軸地埋換熱管內(nèi)管。在采暖季節(jié)，當(dāng)太陽能充足，地源熱泵吸取太陽能供暖，此舉提高了地源側(cè)循環(huán)水的水溫，機組的COP值大幅度提高，節(jié)能效果明顯，保護環(huán)境，節(jié)約發(fā)電所用的煤、油資源，當(dāng)夜晚或陰天，地源熱泵吸取土壤中的低溫?zé)崃抗┡?；在非采暖季?jié)，太陽能集熱器收集的能量，通過同軸地埋換熱管蓄存在土壤中，解決了地源熱泵機組長期采暖吸取土壤中的低溫?zé)崃慷a(chǎn)生的“冷聚效應(yīng)”，同時解決了太陽能集熱器的防悶曬問題。
【權(quán)利要求】
1.太陽能輔助地源熱泵同軸換蓄熱供暖系統(tǒng)，由地源熱泵機組、地源熱循環(huán)水泵、同軸地埋換熱管、太陽能集熱器、太陽能集熱器循環(huán)水泵組成，其特征在于:地源熱循環(huán)水泵(I)的出水口端連接地源熱泵機組(2 )的地源側(cè)循環(huán)水進口，地源熱循環(huán)水泵(I)的進水口與地源熱泵機組(2)的地源側(cè)循環(huán)水出口通過管道分別連接同軸地埋換熱管(3)的外管兩端，同軸地埋換熱管(3)分為內(nèi)管和外管，外管包裹在內(nèi)管外，太陽能集熱器(4)的出水口端連接同軸地埋換熱管(3)內(nèi)管的一端，同軸地埋換熱管(3)內(nèi)管的另一端通過太陽能集熱循環(huán)水泵(5)連接太陽能集熱器(4)的進水端，太陽能集熱器(4)的出水口端與同軸地埋換熱管(3 )之間的連接管道上設(shè)置一個三通管道另連接調(diào)節(jié)水泵(6 )，調(diào)節(jié)水泵(6 )的出口端連接到地源熱循環(huán)水泵(I)與地源熱泵機組(2)的地源側(cè)循環(huán)水進口之間的管道，調(diào)節(jié)水泵(6)的出口端到地源熱泵機組(2)的地源側(cè)循環(huán)水進口的管道上同樣設(shè)置一個三通連接到調(diào)節(jié)水泵(6)的出口端。
【文檔編號】F24D12/02GK203810515SQ201420121628
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】全力新, 吳祥勇, 李自丁 申請人:四川雙龍安裝工程有限公司