CN213480347U - 一种太阳能跨季节储热供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能跨季节储热供热系统。所述系统包括：太阳能集热器、中间循环水箱、热泵机组、地埋井群、末端散热装置、集热循环泵、储热循环泵、地源循环泵、末端循环泵、第一储热控制阀、第二储热控制阀、第一集热控制阀、第二集热控制阀、第一末端控制阀、第二末端控制阀、第三末端控制阀、第一地源控制阀、第二地源控制阀、第一控制阀以及第二控制阀；进而形成太阳能直接储热循环、构成太阳能集热循环、末端供热循环、地源取热循环以及供热季储热循环。本实用新型提高了太阳能储热效率和太阳能资源利用率，减少了由于环境温度低导致的防冻和散热损失问题。

Description

一种太阳能跨季节储热供热系统

技术领域

本实用新型涉及能源供热领域，特别是涉及一种太阳能跨季节储热供热系统。

背景技术

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。太阳能集热器已经不仅仅局限在生活热水的供应，在建筑供热领域也起着非常重要的作用。太阳能的应用主要受季节性、阴雨天和昼夜等条件的影响。

太阳能和地源热泵相结合的应用技术有效解决了太阳能在建筑供热领域的这一局限性。地源热泵技术把浅层地热能作为热泵系统的热源加以利用。太阳能在非供热季储存于土壤，在供热季利用地源热泵技术将热量取出，有效解决了单纯地源热泵供热系统导致的热源不足的问题。

在寒冷地区，太阳能跨季节储热供热系统冷热负荷相差不大，其技术难度较小，技术相对比较成熟。但是在严寒地区，热负荷远大于冷负荷，甚至只有热负荷需求。存在散热损失大、太阳能利用率低和防冻困难等问题。

其中，专利号为CN201310547592.4的中国专利公开了一种利用土壤源热泵进行太阳能跨季节蓄能的供暖系统，该专利所包含的装置有太阳能集热器，集热水箱，热泵机组和多组并联地埋管。太阳能集热器和集热水箱进出口分别相连接，集热水箱和地埋管进出口对应连接，热泵机组源侧与地埋管构成循环，负荷侧与参暖用户相连，该装置存在的问题有两点：(1)太阳能的集热量必须通过集热水箱作为短期蓄热，当温度达到设定要求时才可以储存到地下，水箱温度高，热损失较大，储热效率相对较低，尤其在严寒地区更为明显。(2)在供热季的时候太阳能集热器必须处于停用状态，对供热季的太阳能资源不能有效利用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种太阳能跨季节储热供热系统，提高了太阳能储热效率和太阳能资源利用率，减少了由于环境温度低导致的防冻和散热损失问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种太阳能跨季节储热供热系统，包括：太阳能集热器、中间循环水箱、热泵机组、地埋井群、末端散热装置、集热循环泵、储热循环泵、地源循环泵、末端循环泵、第一储热控制阀、第二储热控制阀、第一集热控制阀、第二集热控制阀、第一末端控制阀、第二末端控制阀、第三末端控制阀、第一地源控制阀、第二地源控制阀、第一控制阀以及第二控制阀；

所述太阳能集热器的出口通过连接管道经过第一储热控制阀与所述地埋井群入口连通，所述太阳能集热器的入口依次经过所述储热循环泵和所述第二储热控制阀与所述地埋井群的出口连通；

所述太阳能集热器的出口通过连接管道以及所述第一集热控制阀与所述中间循环水箱的高温入口连通，所述中间循环水箱的低温出口依次经过所述第二集热控制阀、所述集热循环泵与所述太阳能集热器的入口连通；

所述中间循环水箱的高温出口经过所述第一末端控制阀、所述末端循环泵与所述热泵机组的冷凝器的入口连通，所述热泵机组的冷凝器的出口经过所述第二末端控制阀与所述末端散热装置的入口连通，所述末端散热装置的出口通过连接管道以及所述第三末端控制阀与所述中间循环水箱的低温入口连通；

所述热泵机组的蒸发器的出口通过连接管道依次经过第一地源控制阀、所述地源循环泵与所述地埋井群的入口连通，所述地埋井群的出口经过第二地源控制阀与所述热泵机组的蒸发器的入口连通；

所述中间循环水箱的高温出口通过连接管道依次经过所述第一控制阀、所述地源循环泵与所述地埋井群的入口连通，所述地埋井群的出口经过所述第二控制阀与所述中间循环水箱的低温入口连通。

可选的，还包括：温度监测系统以及控制器；

所述温度监测系统用于监测所述太阳能集热器、所述中间循环水箱、所述地埋井群以及所述末端散热装置的温度信号，并将所述温度信号传输至所述控制器；

所述控制器与所述温度监测系统、集热循环泵、储热循环泵、地源循环泵、末端循环泵、第一储热控制阀、第二储热控制阀、第一集热控制阀、第二集热控制阀、第一末端控制阀、第二末端控制阀、第三末端控制阀、第一地源控制阀、第二地源控制阀、第一控制阀以及第二控制阀连接；所述控制器用于根据所述温度信号控制所述集热循环泵、储热循环泵、地源循环泵、末端循环泵、第一储热控制阀、第二储热控制阀、第一集热控制阀、第二集热控制阀、第一末端控制阀、第二末端控制阀、第三末端控制阀、第一地源控制阀、第二地源控制阀、第一控制阀以及第二控制阀。

可选的，所述温度监测系统包括多个温度传感器。

可选的，所述温度传感器的型号为PT1000温度传感器。

可选的，还包括：补水系统；

所述补水系统与所述太阳能集热器、中间循环水箱以及地埋井群连通；所述补水系统用于给所述太阳能集热器、中间循环水箱以及地埋井群补充水源。

可选的，所述补水系统包括：补水装置、过滤器、第一补水控制阀以及第二补水控制阀；

所述补水装置通过管道与所述过滤器连通，所述过滤器通过所述第一补水控制阀与所述太阳能集热器和所述中间循环水箱连通；所述过滤器通过所述第二补水控制阀与所述地埋井群连通。

可选的，所述太阳能集热器采用热管式真空管集热器。

可选的，还包括：排空阀；

所述排空阀设置在所述太阳能集热器的入口处。

可选的，还包括：放气阀；

所述放气阀设置在所述太阳能集热器的出口处，位于太阳能集热器最高点。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型所提供的一种太阳能跨季节储热供热系统，通过所述太阳能集热器的出口通过连接管道经过第一储热控制阀与所述地埋井群入口连通，所述太阳能集热器的入口依次经过所述储热循环泵和所述第二储热控制阀与所述地埋井群的出口连通，构成太阳能直接储热循环；通过所述太阳能集热器的出口通过连接管道以及所述第一集热控制阀与所述中间循环水箱的高温入口连通，所述中间循环水箱的低温出口依次经过所述第二集热控制阀、所述集热循环泵与所述太阳能集热器的入口连通，构成太阳能集热循环；通过所述中间循环水箱的高温出口经过所述第一末端控制阀、所述末端循环泵与所述热泵机组的冷凝器的入口连通，所述热泵机组的冷凝器的出口经过所述第二末端控制阀与所述末端散热装置的入口连通，所述末端散热装置的出口通过连接管道以及所述第三末端控制阀与所述中间循环水箱的低温入口连通，构成末端供热循环；通过所述热泵机组的蒸发器的出口通过连接管道依次经过第一地源控制阀、所述地源循环泵与所述地埋井群的入口连通，所述地埋井群的出口经过第二地源控制阀与所述热泵机组的蒸发器的入口连通，构成地源取热循环；通过所述中间循环水箱的高温出口通过连接管道依次经过所述第一控制阀、所述地源循环泵与所述地埋井群的入口连通，所述地埋井群的出口经过所述第二控制阀与所述中间循环水箱的低温入口连通，构成供热季储热循环。通过这几个循环减少了由于环境温度低导致的防冻和散热损失问题，提高太阳能储热效率和太阳能资源利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的一种太阳能跨季节储热供热系统结构示意图；

图2为本实用新型所提供的一种太阳能跨季节储热供热系统运行控制原理示意图；

图3为本实用新型所提供的一种太阳能跨季节储热供热系统中地源循环泵充当储热循环泵时的系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种太阳能跨季节储热供热系统，提高了太阳能储热效率和太阳能资源利用率，减少了由于环境温度低导致的防冻和散热损失问题。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型所提供的一种太阳能跨季节储热供热系统结构示意图，如图1所示，本实用新型所提供的一种太阳能跨季节储热供热系统，包括：太阳能集热器1、中间循环水箱2、热泵机组5、地埋井群6、末端散热装置7、集热循环泵31、储热循环泵32、地源循环泵33、末端循环泵34、第一储热控制阀421、第二储热控制阀422、第一集热控制阀431、第二集热控制阀432、第一末端控制阀441、第二末端控制阀442、第三末端控制阀443、第一地源控制阀461、第二地源控制阀462、第一控制阀45以及第二控制阀47。

所述太阳能集热器1的出口通过连接管道经过第一储热控制阀421与所述地埋井群6入口连通，所述太阳能集热器1的入口依次经过所述储热循环泵32和所述第二储热控制阀422与所述地埋井群6的出口连通。进一步构成太阳能直接储热循环。

所述储热循环泵根据集热器的承压能力，可以通过调节其与所述太阳能集热器和所述地埋井群之间的相对位置和水流方向以适应不同承压能力的集热器。

所述太阳能集热器1的出口通过连接管道以及所述第一集热控制阀431与所述中间循环水箱2的高温入口连通，所述中间循环水箱2的低温出口依次经过所述第二集热控制阀432、所述集热循环泵31与所述太阳能集热器1的入口连通。进一步构成太阳能集热循环。

所述中间循环水箱2的高温出口经过所述第一末端控制阀441、所述末端循环泵34与所述热泵机组5的冷凝器的入口连通，所述热泵机组5的冷凝器的出口经过所述第二末端控制阀442与所述末端散热装置7的入口连通，所述末端散热装置7的出口通过连接管道以及所述第三末端控制阀443与所述中间循环水箱2的低温入口连通。进一步的构成末端供热循环，实现太阳能+地源热泵为末端供热。以上末端供热循环的优点是太阳能集热量通过中间循环水箱2中转输送给热泵机组5，提高热泵机组5的负荷侧进口温度，进而，提高热泵机组5性能。

所述热泵机组5的蒸发器的出口通过连接管道依次经过第一地源控制阀461、所述地源循环泵33与所述地埋井群6的入口连通，所述地埋井群6的出口经过第二地源控制阀462与所述热泵机组5的蒸发器的入口连通。进一步构成地源取热循环。

所述中间循环水箱2的高温出口通过连接管道依次经过所述第一控制阀45、所述地源循环泵33与所述地埋井群6的入口连通，所述地埋井群6的出口经过所述第二控制阀47与所述中间循环水箱2的低温入口连通。进一步构成供热季储热循环。

图3为本实用新型所提供的一种太阳能跨季节储热供热系统中地源循环泵33充当储热循环泵32时的系统结构示意图，如图3所示，当地源循环泵33和储热循环泵32性能参数一致或地源循环泵33变频可调时，可以用地源循环泵33充当储热循环泵32，将太阳能热量储存到地埋井群6中。第四储热控制阀424、第一集热控制阀431、第二集热控制阀432、第一控制阀45、第一地源控制阀461和第二地源控制阀462关闭，太阳能集热器1出口通过连接管道顺次经过第一储热控制阀421、地源循环泵33和第三储热控制阀423连接到地埋井群6入口，地埋井群6出口经过第二储热控制阀422与太阳能集热器1入口相连接，此种连接方式一泵多用，节省成本投资。

为了实时监测换热工质的温度，本实用新型所提供的一种太阳能跨季节储热供热系统还包括：温度监测系统以及控制器。

所述温度监测系统用于监测所述太阳能集热器1、所述中间循环水箱2、所述地埋井群6以及所述末端散热装置7的温度信号，并将所述温度信号传输至所述控制器。

所述控制器与所述温度监测系统、集热循环泵31、储热循环泵32、地源循环泵33、末端循环泵34、第一储热控制阀421、第二储热控制阀422、第一集热控制阀431、第二集热控制阀432、第一末端控制阀441、第二末端控制阀442、第三末端控制阀443、第一地源控制阀461、第二地源控制阀462、第一控制阀45以及第二控制阀47连接；所述控制器用于根据所述温度信号控制所述集热循环泵31、储热循环泵32、地源循环泵33、末端循环泵34、第一储热控制阀421、第二储热控制阀422、第一集热控制阀431、第二集热控制阀432、第一末端控制阀441、第二末端控制阀442、第三末端控制阀443、第一地源控制阀461、第二地源控制阀462、第一控制阀45以及第二控制阀47。

所述温度监测系统包括多个温度传感器，分别为第一温度传感器S1、第二温度传感器S2、第三温度传感器S3、第四温度传感器S4、第五温度传感器S5以及第六温度传感器S6。在每个独立的循环管道、设备进出口和水箱不同位置都设有上述温度传感器，实时监测换热工质的温度。

所述温度传感器的型号为PT1000温度传感器。

本实用新型所提供的一种太阳能跨季节储热供热系统，还包括：补水系统。

所述补水系统与所述太阳能集热器1、中间循环水箱2以及地埋井群6连通；所述补水系统用于给所述太阳能集热器1、中间循环水箱2以及地埋井群6补充水源。

所述补水系统包括：补水装置、过滤器、第一补水控制阀481以及第二补水控制阀482。

所述补水装置通过管道与所述过滤器连通，所述过滤器通过所述第一补水控制阀481与所述太阳能集热器1和所述中间循环水箱2连通；所述过滤器通过所述第二补水控制阀482与所述地埋井群6连通。

为了防止太阳能集热管道出现冻裂问题，在较长时间达不到集热条件时将集热器联箱中的水排到中间循环水箱2，进而解决严寒地区防冻问题，所述太阳能集热器1采用热管式真空管集热器。所述的管道为防冻管道。

本实用新型所提供的一种太阳能跨季节储热供热系统，还包括排空阀41。

本实用新型所提供的一种太阳能跨季节储热供热系统，还包括放气阀49。

所述放气阀49在排空阀41开启时自动全开，提高排空速率，保证放水干净，避免由于放水不干净造成的管路冻结。

所述排空管道为太阳能集热器1的入口依次连接排空阀41、所述第二集热控制阀432之间的连接管道。

在供热季，当太阳能集热大于末端用热需求而导致中间循环水箱2热水温度过高时，储热循环泵32可以把中间循环水箱2的热量向土壤储存，以提高集热效率并减少水箱散热。

图2为本实用新型所提供的一种太阳能跨季节储热供热系统运行控制原理示意图，如图2所示，本实用新型运行控制方法包括如下：

(1)在非供热季，太阳能集热器1收集到的热量直接储存到地埋井群6中；第一集热控制阀431和第二集热控制阀432关闭，打开第一储热控制阀421和第二储热控制阀422，当太阳能集热器1温度与地埋管群出口温度差值满足储热控制开启条件时，即开启储热循环泵32，将太阳能收集到的热量储存到储热地埋井中，即运行太阳能直接储热循环。

(2)在供热季，第一储热控制阀421、第二储热控制阀422、第一控制阀45和第二控制阀47关闭，其余阀门全部打开。当太阳能集热器1温度与中间循环水箱2底层温度温差满足集热控制条件时，集热循环泵31开启，收集到的太阳能热量暂存到中间循环水箱2中；当末端有供热需求时，末端循环泵34启动，被太阳能加热的中间循环水箱2中的水顺次经过第一末端控制阀441、末端循环泵34、冷凝器入口、冷凝器出口、第二末端控制阀442到达末端散热装置7供热，供热后的低温水经过第三末端控制阀443回到中间循环水箱2，即运行末端供热循环；在这过程中热泵机组5启停受自身设置温度控制，当中间循环水箱2进入冷凝器温度低于热泵机组5设定温度卸载下限时，热泵机组5启动，加热中间循环水箱2，此时太阳能和热泵机组5同时为末端供热，当中间循环水箱2设定温度达到热泵机组5设定温度加载上限时，热泵机组5停止，中间循环水箱2为末端单独供热，此时太阳能为末端供热；在热泵机组5运行时，地源循环泵33启动，将地埋管群中的热量抽取上来以供热泵机组5制热；

(3)在供热季，当建筑较长时间不需供热时或太阳能集热大于末端用热需求而导致中间循环水箱2热水温度过高时，第一控制阀45和第二控制阀47开启，第一末端控制阀441、第三末端控制阀443、第一地源控制阀461和第二地源控制阀462关闭，地源循环泵33启动，把热量向土壤储存，以提高集热效率并减少水箱散热，此时地源循环泵33作用上等同于储热循环泵32。

本实用新型的有益效果是：

在严寒地区的适用性强，非供热季的太阳能直接向地下储热，减少了散热损失，提高了集热和储热性能；采用了抗冻性能强的热管式真空管集热器，结合自动排空防冻措施，在防冻问题上实现了既节能又防冻的目的；供热季中间循环水箱连接热泵机组负荷侧的连接方式，极大的提高了供热季热泵机组性能和太阳能利用率，实现了太阳能供热和地源热泵供热的高度结合。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种太阳能跨季节储热供热系统，其特征在于，包括：太阳能集热器、中间循环水箱、热泵机组、地埋井群、末端散热装置、集热循环泵、储热循环泵、地源循环泵、末端循环泵、第一储热控制阀、第二储热控制阀、第一集热控制阀、第二集热控制阀、第一末端控制阀、第二末端控制阀、第三末端控制阀、第一地源控制阀、第二地源控制阀、第一控制阀以及第二控制阀；

所述太阳能集热器的出口通过连接管道经过第一储热控制阀与所述地埋井群入口连通，所述太阳能集热器的入口依次经过所述储热循环泵和所述第二储热控制阀与所述地埋井群的出口连通；

所述太阳能集热器的出口通过连接管道以及所述第一集热控制阀与所述中间循环水箱的高温入口连通，所述中间循环水箱的低温出口依次经过所述第二集热控制阀、所述集热循环泵与所述太阳能集热器的入口连通；

所述中间循环水箱的高温出口经过所述第一末端控制阀、所述末端循环泵与所述热泵机组的冷凝器的入口连通，所述热泵机组的冷凝器的出口经过所述第二末端控制阀与所述末端散热装置的入口连通，所述末端散热装置的出口通过连接管道以及所述第三末端控制阀与所述中间循环水箱的低温入口连通；

所述热泵机组的蒸发器的出口通过连接管道依次经过第一地源控制阀、所述地源循环泵与所述地埋井群的入口连通，所述地埋井群的出口经过第二地源控制阀与所述热泵机组的蒸发器的入口连通；

所述中间循环水箱的高温出口通过连接管道依次经过所述第一控制阀、所述地源循环泵与所述地埋井群的入口连通，所述地埋井群的出口经过所述第二控制阀与所述中间循环水箱的低温入口连通。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季节储热供热系统，其特征在于，还包括：温度监测系统以及控制器；

所述温度监测系统用于监测所述太阳能集热器、所述中间循环水箱、所述地埋井群以及所述末端散热装置的温度信号，并将所述温度信号传输至所述控制器；

所述控制器与所述温度监测系统、集热循环泵、储热循环泵、地源循环泵、末端循环泵、第一储热控制阀、第二储热控制阀、第一集热控制阀、第二集热控制阀、第一末端控制阀、第二末端控制阀、第三末端控制阀、第一地源控制阀、第二地源控制阀、第一控制阀以及第二控制阀连接；所述控制器用于根据所述温度信号控制所述集热循环泵、储热循环泵、地源循环泵、末端循环泵、第一储热控制阀、第二储热控制阀、第一集热控制阀、第二集热控制阀、第一末端控制阀、第二末端控制阀、第三末端控制阀、第一地源控制阀、第二地源控制阀、第一控制阀以及第二控制阀。

3.根据权利要求2所述的一种太阳能跨季节储热供热系统，其特征在于，所述温度监测系统包括多个温度传感器。

4.根据权利要求3所述的一种太阳能跨季节储热供热系统，其特征在于，所述温度传感器的型号为PT1000温度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季节储热供热系统，其特征在于，还包括：补水系统；

所述补水系统与所述太阳能集热器、中间循环水箱以及地埋井群连通；所述补水系统用于给所述太阳能集热器、中间循环水箱以及地埋井群补充水源。

6.根据权利要求5所述的一种太阳能跨季节储热供热系统，其特征在于，所述补水系统包括：补水装置、过滤器、第一补水控制阀以及第二补水控制阀；

所述补水装置通过管道与所述过滤器连通，所述过滤器通过所述第一补水控制阀与所述太阳能集热器和所述中间循环水箱连通；所述过滤器通过所述第二补水控制阀与所述地埋井群连通。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季节储热供热系统，其特征在于，所述太阳能集热器采用热管式真空管集热器。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季节储热供热系统，其特征在于，还包括：排空阀；

所述排空阀设置在所述太阳能集热器的入口处。

9.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季节储热供热系统，其特征在于，还包括：放气阀；

所述放气阀设置在所述太阳能集热器出口处，位于所述太阳能集热器最高点。

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