一种太阳能与土壤热源联合换能的双热源热泵供暖空调系统的制作方法
【专利摘要】一种太阳能与土壤热源联合换能的双热源热泵供暖空调系统，构成中包括太阳能集热系统、土壤热源系统、四通阀、室内换热器、供暖循环泵、压缩机和膨胀阀，所述压缩机的高压工质接口和低压工质接口分别接四通阀的d口和b口；所述膨胀阀的一个接口经室内换热器的内置工质换热管接四通阀的c口，另一接口同时与两条工质管路连接，两条工质管路分别经太阳能集热系统和土壤热源系统与四通阀的a口连接；所述室内换热器内腔的液体通过供暖循环泵给热用户供暖。本实用新型将土壤热源热泵与太阳能集热系统有机结合在一起，实现了太阳能和浅层地热的互补协同供暖，大大提高了能源利用率，降低了空调系统的运行成本。
【专利说明】
一种太阳能与土壤热源联合换能的双热源热泵供暖空调系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种协同利用太阳能和浅层地热的双热源热栗供暖空调系统，属于空调技术领域。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的快速发展，环境污染问题日益严重，雾霾天气频频出现，严重地威胁着人们的身体健康。大气污染与能源消费之间存在着必然关联，造成严重雾霾现象的直接原因是能源的过度消费和不合理的能源结构。因此，要想根治大气污染，节能减排，大力推行清洁能源和可再生能源，调整不合理的能源结构是关键切入点。
[0003]我国农村人口众多，人均用能水平较低，建筑能耗高。随着农村生活条件的改善，农村人口平均用能水平必然会快速增长，这不仅会对能源消费形成重大冲击，而且由于农村基本上是“以煤为主、一家一户式”的分散式供暖，对大气环境污染也会产生重要影响。因此，在改善农村人口的居住及生活条件的同时，必须尽量避免煤炭等传统化石能源的过度消费，控制或抑制由于能源消费过快而引发的环境问题。
[0004]热栗(heat pump)是一种从低温热源(如大气、河水、地下热水，各种污水，甚至土壤等)吸取热量并把它传递给高温热源(被加热对象，如室内空气、被加热的原油、被干燥介质等)的热能品质提升装置。参见图1，设热栗在输入能量E的驱动下，从低温热源吸取热量Ql，并向高温热源释放热量Qh，则，Qh = E +Ql。
[0005]由于热栗属于节能技术，近年来得到了人们的广泛关注和应用。按照低温热源的类型，现有的热栗可以分为空气源热栗、水源(地下水、浅表水、污水)热栗和土壤热源热栗。尽管热栗技术本身已经非常成熟，但其运行成本仍然相对较高，目前还不能被农村用户所接受。因此寻找一种经济高效的农村建筑供能系统，对于节能减排和抑制大气污染无疑是非常重要的。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种适于农村用户使用的太阳能与土壤热源联合换能的双热源热栗供暖空调系统，为实现农村能源的结构调整提供技术途径。
[0007]本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的:
[0008]—种太阳能与土壤热源联合换能的双热源热栗供暖空调系统，构成中包括太阳能集热系统、土壤热源系统、四通阀、室内换热器、供暖循环栗、压缩机和膨胀阀，所述压缩机的高压工质接口和低压工质接口分别接四通阀的d 口和b 口；所述膨胀阀的一个接口经室内换热器的内置工质换热管接四通阀的c口，另一接口同时与两条工质管路连接，两条工质管路分别经太阳能集热系统和土壤热源系统与四通阀的a 口连接;所述室内换热器内腔的液体通过供暖循环栗给热用户供暖或制冷。
[0009]上述太阳能与土壤热源联合换能的双热源热栗供暖空调系统，所述太阳能集热系统包括集热栗、太阳能集热器、集热水箱、太阳能水栗、太阳能集热系统控制阀和太阳能换热器，所述集热栗、太阳能集热器和集热水箱通过水管连接成热水循环系统，所述太阳能换热器的内腔、集热水箱和太阳能水栗也通过水管连接成热水循环系统，所述太阳能换热器的内置工质换热管的一端与膨胀阀连接，另一端通过太阳能集热系统控制阀接四通阀的a
□ O
[0010]上述太阳能与土壤热源联合换能的双热源热栗供暖空调系统，所述土壤热源系统包括地源换热器、地源栗、土壤热源系统控制阀和地热埋管，所述地源换热器的内腔、地源栗和地热埋管通过水管连接成水循环系统，所述地源换热器的内置工质换热管的一端与膨胀阀连接，另一端通过土壤热源系统控制阀接四通阀的a 口。
[0011]上述太阳能与土壤热源联合换能的双热源热栗供暖空调系统，所述太阳能集热器为真空玻璃管型太阳能集热器，其受光面与水平面之间的夹角不小于30度。
[0012]上述太阳能与土壤热源联合换能的双热源热栗供暖空调系统，所述地热埋管采用双U型PE换热管。
[0013]上述太阳能与土壤热源联合换能的双热源热栗供暖空调系统，所述太阳能换热器、室内换热器和地源换热器采用管式换热器或板式换热器。
[0014]本实用新型将土壤热源热栗与太阳能集热系统有机结合在一起，实现了太阳能和浅层地热的互补协同供暖，大大提高了能源利用率，降低了空调系统的运行成本，为实现农村能源结构的调整提供了一种可行的技术方案。
【附图说明】
[0015]图1是热栗原理图；
[0016]图2是本实用新型的冬季取暖工况示意图；
[0017]图3是本实用新型的夏季空调工况示意图。
[0018]图中各标号为:1、集热栗;2、太阳能集热器;3、集热水箱;4、太阳能水栗;5、太阳能换热器;6、太阳能集热系统控制阀；7、四通阀；8、室内换热器;9、供暖循环栗；10、热用户；U、压缩机；12、膨胀阀；13、土壤热源系统控制阀；14、地源换热器；15、地源栗；16、地热埋管。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0020]太阳能-土壤热源双热源热栗供暖空调技术的核心在于将土壤热源热栗技术和太阳能热利用技术进行整合，通过双热源热栗这一核心技术实现太阳能和浅层地热的互补协同利用。
[0021]参看图2和图3，本实用新型主要包括集热栗1、太阳能集热器2、集热水箱3、太阳能水栗4、太阳能换热器5、太阳能集热系统控制阀6、四通阀7、室内换热器8、供暖循环栗9、热用户10、压缩机11、膨胀阀12、土壤热源系统控制阀13、地源换热器14、地源栗15和地热埋管16。太阳能集热器2的出口连接在集热水箱3左侧上端口，太阳能集热器2的进口通过集热栗I连接在集热水箱3左侧下端口，太阳能集热器2把太阳能转化为热能，集热水箱3用来储存太阳能集热器2吸收的热量。集热水箱3右侧下端口通过太阳能水栗4与太阳能换热器5内腔的上端口连接，集热水箱3右侧上端口与太阳能换热器5内腔的下端口连接，集热水箱3内的热水通过循环管路转移到太阳能换热器5内腔。地热埋管16的一个端口接地源换热器14内腔的下端口，另一个端口通过地源栗15与地源换热器14内腔的上端口连接，地源换热器14通过地热埋管16与土壤进行热交换。太阳能换热器5、压缩机11、膨胀阀12、室内换热器8构成太阳热栗系统，地源换热器14、压缩机11、膨胀阀12、室内换热器8构成辅助土壤热源热栗系统。
[0022]参看图2，在冬季供暖时，本实用新型有四种运行模式:(I)太阳能充足时，直接用太阳能集热器2提供的热水供暖；(2)太阳能集热器2所提供的热水温度合适但水量不足时，启动热栗补充供暖；(3)太阳能集热器2所提供的热水温度太低不适合直接供暖时，太阳能集热器2和土壤都作为热栗的热源来供暖；(4)太阳能不能提供任何热量时，启动热栗土壤热源单一热源供暖。
[0023]冬季热栗梯级供暖转换流程为:供暖热栗采用双源热栗机组，此时四通阀7的a口与b 口连通，c 口与d 口连通，室内换热器8在冬季作为独立的冷凝器，与太阳能集热水箱3换热的太阳能换热器5(高温换热器)为一个蒸发器，它与另一个与土壤热源换热的地源换热器14(低温蒸发器)并联运行。当集热水箱温度T3>32°C时，选用太阳能供暖模式；当水箱温度15°C<T3< 30°C时选用高温热栗供暖模式(该模式下，太阳能蓄热水作为蒸发换热热源来运行)；当水箱温度< 15 °C时，选用地源热栗供暖模式。
[0024]夏季热栗工作流程为，太阳能集热器2用来供应生活热水，通过四通阀7的切换(a口与d 口连通，c 口与b 口连通)使得工质在室内换热器8制冷剂侧(工质换热管内)吸热蒸发，地源换热器14制冷剂侧散热冷凝，从而使辅助土壤热源热栗系统达到制冷的效果。
[0025]太阳能集热器2采用真空玻璃管型，太阳能集热器2与水平面之间的夹角不小于30度。地热埋管16采用双U型PE换热管。太阳能换热器5、室内换热器8、地源换热器14采用管式换热器或板式换热器。压缩机11内工质采用R134A。
[0026]本实用新型部分地利用了能量品位比浅层地热能更高的太阳能，所以热栗系统的COP会明显高于普通土壤热源热栗系统。在夏季空调时，太阳能集热系统的主要功能是提供生活热水，空调功能由土壤热源热栗实现。由于土壤热源热栗的低温热源(土壤)的温度比空气源空调的低，所以其性能明显高于普通空调。
[0027]本实用新型将土壤热源热栗与太阳能集热系统进行有机集成，该技术可以以太阳能单独供暖、太阳能与土壤热源热栗联合供暖、土壤热源单热源热栗单独供暖(空调)和太阳能-土壤热源双热源热栗四种模式运行，以最大限度地降低运行成本，提高能源利用率，是一种以面向农村和小城镇为主的生态化节能建筑供能技术，为实现农村能源结构的调整提供一种技术途径。
[0028]太阳能-土壤热源双热源热栗供暖空调系统的太阳能集热器选型为真空玻璃管型，真空玻璃管型太阳能集热器可以在我国北部冬季气温较低的地区使用，克服了平板型太阳能集热器的适用短板，因此该系统可以得到更广泛的普及和应用。
[0029]太阳能-土壤热源双热源热栗供暖空调系统的热栗系统的制冷剂采用R134A。该制冷剂对臭氧层无破坏作用，是国际社会公认的环保型制冷剂，且该制冷剂具有良好的安全性能(不易燃、不爆炸、无毒、无刺激性、无腐蚀性)。因此，本实用新型对环境有很大的改善作用。
【主权项】
1.一种太阳能与土壤热源联合换能的双热源热栗供暖空调系统，其特征是，它包括太阳能集热系统、土壤热源系统、四通阀(7)、室内换热器(8)、供暖循环栗(9)、压缩机(11)和膨胀阀(12)，所述压缩机(11)的高压工质接口和低压工质接口分别接四通阀(7)的d 口和b口；所述膨胀阀(12)的一个接口经室内换热器(8)的内置工质换热管接四通阀(7)的c口，另一接口同时与两条工质管路连接，两条工质管路分别经太阳能集热系统和土壤热源系统与四通阀(7)的a 口连接;所述室内换热器(8)内腔的液体通过供暖循环栗(9)给用户供暖或制冷。2.根据权利要求1所述的太阳能与土壤热源联合换能的双热源热栗供暖空调系统，其特征是，所述太阳能集热系统包括集热栗(I)、太阳能集热器(2)、集热水箱(3)、太阳能水栗(4)、太阳能集热系统控制阀(6)和太阳能换热器(5)，所述集热栗(1)、太阳能集热器(2)和集热水箱(3)通过水管连接成热水循环系统，所述太阳能换热器(5)的内腔、集热水箱(3)和太阳能水栗(4)也通过水管连接成热水循环系统，所述太阳能换热器(5)的内置工质换热管的一端与膨胀阀(12)连接，另一端通过太阳能集热系统控制阀(6)接四通阀(7)的a 口。3.根据权利要求1或2所述的太阳能与土壤热源联合换能的双热源热栗供暖空调系统，其特征是，所述土壤热源系统包括地源换热器(14)、地源栗(15)、土壤热源系统控制阀(13)和地热埋管(16)，所述地源换热器(14)的内腔、地源栗(15)和地热埋管(16)通过水管连接成水循环系统，所述地源换热器(14)的内置工质换热管的一端与膨胀阀(12)连接，另一端通过土壤热源系统控制阀(13)接四通阀(7)的a 口。4.根据权利要求3所述的太阳能与土壤热源联合换能的双热源热栗供暖空调系统，其特征是，所述太阳能集热器(2)为真空玻璃管型太阳能集热器，其受光面与水平面之间的夹角不小于30度。5.根据权利要求4所述的太阳能与土壤热源联合换能的双热源热栗供暖空调系统，其特征是，所述地热埋管(16)采用双U型PE换热管。6.根据权利要求5所述的太阳能与土壤热源联合换能的双热源热栗供暖空调系统，其特征是，所述太阳能换热器(5)、室内换热器(8)和地源换热器(14)采用管式换热器或板式换热器。
【文档编号】F24F5/00GK205481922SQ201620113446
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月4日
【发明人】危日光, 马明皓, 高建强, 李聪
【申请人】华北电力大学（保定）