一种基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法

本发明涉及清洁能源利用，特别是指一种基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法。

背景技术：

1、授权公告日为2021.06.22、授权公告号为cn 213514066 u的中国实用新型专利公开了一种太阳能-地源热泵三联供系统，系统整体由热泵机组、地埋管换热器、用户末端、太阳能集热器、保温水箱、水泵和阀门连接组成，通过调节太阳能土壤蓄热量，有效解决现有技术中夏热冬冷地区的地源热泵三联供系统所出现的土壤冷堆积问题，确保系统持续稳定运行，以满足建筑所需的夏季供冷、冬季供热以及全年提供生活热水。

2、上述太阳能-地源热泵三联供系统在夏季运行时，地源热泵按供冷工况提供制冷，太阳能用于提供生活用热水，在冬季运行时，地源热泵按供热工况提供制热，优先使用太阳能提供生活用热水，不足部分采用地源热泵辅助加热；在无需供冷供热的过渡季节运行时，地源热泵系统停开，仅开启太阳能蓄热循环系统与水箱-土壤蓄热循环系统，太阳能优先用于提供生活热水，富裕的太阳能则通过地埋管换热器蓄存于土壤中，上述系统的各个模式控制方式不合理，一方面夏季依赖于地热能供冷，冬季依赖地热能供热及辅助供生活热水，可能造成地源热泵运行负荷大；另一方面直接通过太阳能提供生活用热水，容易出现热水供应不稳定。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法，解决了现有的供能系统运行方法不合理导致地源热泵运行负荷大及热水供应不稳定的技术问题。

2、本申请的技术方案为：

3、一种基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法，在供暖季，选择pv/t集热系统和地埋管换热器一中出水温度较高的一个对用户末端供暖；在非供暖季，当pv/t集热系统的出水温度大于地埋管换热器二的出水温度至阈值一及以上时，pv/t集热系统通过地埋管换热器二向土壤储热；在供生活热水时，选择pv/t集热系统和地埋管换热器二中出水温度较高的一个对生活水箱供生活热水。

4、优选地，所述工作方法包括pv/t-地源热泵供暖/供生活热水模式、地埋管-地源热泵供暖/供冷/供生活热水模式、pv/t-地埋管-地源热泵供暖模式、pv/t-地埋管-地源热泵供生活热水模式、pv/t-地埋管-地源热泵供暖/供生活热水模式、pv/t-地埋管储热模式、pv/t发电供电模式；通过水泵组件的各个水泵和阀门开关的启闭切换各个模式。

5、优选地，所述pv/t-地源热泵供暖/供生活热水模式包括pv/t集热系统连接的地源热泵机组一和地源热泵机组二，pv/t集热系统通过pv/t组件向集热水箱蓄热，当所述集热水箱的出水温度大于阈值二时，集热水箱通过地源热泵机组二对生活水箱供生活热水；在供暖季，集热水箱通过地源热泵机组一对用户末端供暖。

6、优选地，所述地埋管-地源热泵供暖/供冷/供生活热水模式包括地埋管换热器一连接的地源热泵机组一、地埋管换热器二连接的地源热泵机组二，当所述集热水箱的出水温度小于阈值二时，当所述集热水箱的出水温度小于地埋管换热器一和地埋管换热器二的出水温度时，地埋管换热器二通过地源热泵机组二全年供生活热水；在供暖季，地埋管换热器一通过地源热泵机组一对用户末端供暖。

7、优选地，在供冷季，地埋管换热器一通过地源热泵机组一和四通换向阀将对用户末端供暖切换至对用户末端供冷。

8、优选地，所述pv/t-地埋管-地源热泵供暖模式包括相并联的pv/t集热系统和地埋管换热器一，pv/t集热系统通过pv/t组件向集热水箱蓄热，当所述集热水箱的出水温度小于阈值二时，在供暖季，当所述集热水箱的出水温度大于地埋管换热器一的出水温度时，集热水箱通过地源热泵机组一对用户末端供暖；当所述集热水箱的出水温度小于或等于地埋管换热器一的出水温度时，地埋管换热器一通过地源热泵机组一对用户末端供暖。

9、优选地，所述pv/t-地埋管-地源热泵供生活热水模式包括相连的pv/t集热系统和地埋管换热器二，当所述集热水箱的出水温度小于阈值二时，当集热水箱的出水温度大于地埋管换热器二的出水温度时，集热水箱通过地源热泵机组二对生活水箱供生活热水；当集热水箱的出水温度小于或等于地埋管换热器二的出水温度时，地埋管换热器二通过地源热泵机组二对生活水箱供生活热水。

10、优选地，所述pv/t-地埋管-地源热泵供暖/供生活热水模式包括pv/t集热系统连接的地埋管换热器一和地埋管换热器二，pv/t集热系统通过pv/t组件向集热水箱蓄热，当所述集热水箱的出水温度小于阈值二时，当集热水箱的出水温度大于地埋管换热器一和地埋管换热器二的出水温度时，集热水箱通过地源热泵机组一对用户末端供暖、通过地源热泵机组二对生活水箱供生活热水；当集热水箱的出水温度小于或等于地埋管换热器一和地埋管换热器二的出水温度时，地埋管换热器一通过地源热泵机组一对用户末端供暖、地埋管换热器二通过地源热泵机组二对生活水箱供生活热水。

11、优选地，所述pv/t-地埋管储热模式包括相连的pv/t集热系统和地埋管换热器二，在非供暖季，当集热水箱的出水温度大于地埋管换热器二的出水温度阈值一及以上时，pv/t集热系统作为热源向地埋管换热器二蓄热。

12、优选地，所述pv/t发电供电模式全年运行，pv/t发电供电模式通过pv/t组件发电并存储于蓄电池，通过蓄电池供电。

13、与现有技术相比，本发明所公开的技术方案具有以下有益效果：

14、1.本发明涉及一种基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法，pv/t组件收集的热量可作为地源热泵机组的低温热源，也可储存在土壤中以解决土壤温度失衡问题，同时还可发电并通过蓄电池给各个热泵机组和各个水泵供电，提高了太阳能的利用率。

15、2.本发明具有多种工作模式，通过集热水箱的出水温度判断、集热水箱的出水温度与地埋管换热器一的出水温度对比、集热水箱的出水温度与地埋管换热器二的出水温度对比，根据对比结果切换不同的控制策略以实现供暖、供冷、生活热水的稳定供应及土壤储热，为太阳能、地热能的综合高效利用提供了途径，实现了零碳排放。

技术特征：

1.一种基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法，其特征在于：在供暖季，选择pv/t集热系统（1）和地埋管换热器一（4）中出水温度较高的一个对用户末端（6）供暖；在非供暖季，当pv/t集热系统（1）的出水温度大于地埋管换热器二（5）的出水温度至阈值一及以上时，pv/t集热系统（1）通过地埋管换热器二（5）向土壤储热；在供生活热水时，选择pv/t集热系统（1）和地埋管换热器二（5）中出水温度较高的一个对生活水箱（7）供生活热水。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法，其特征在于：包括pv/t-地源热泵供暖/供生活热水模式、地埋管-地源热泵供暖/供冷/供生活热水模式、pv/t-地埋管-地源热泵供暖模式、pv/t-地埋管-地源热泵供生活热水模式、pv/t-地埋管-地源热泵供暖/供生活热水模式、pv/t-地埋管储热模式、pv/t发电供电模式；通过水泵组件（10）的各个水泵和阀门开关的启闭切换各个模式。

3.根据权利要求2所述的基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法，其特征在于：所述pv/t-地源热泵供暖/供生活热水模式包括pv/t集热系统（1）连接的地源热泵机组一（2）和地源热泵机组二（3），pv/t集热系统（1）通过pv/t组件（101）向集热水箱（102）蓄热，当所述集热水箱（102）的出水温度大于阈值二时，集热水箱（102）通过地源热泵机组二（3）对生活水箱（7）供生活热水；在供暖季，集热水箱（102）通过地源热泵机组一（2）对用户末端（6）供暖。

4.根据权利要求3所述的基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法，其特征在于：所述地埋管-地源热泵供暖/供冷/供生活热水模式包括地埋管换热器一（4）连接的地源热泵机组一（2）、地埋管换热器二（5）连接的地源热泵机组二（3），当所述集热水箱（102）的出水温度小于阈值二时，当所述集热水箱（102）的出水温度小于地埋管换热器一（4）和地埋管换热器二（5）的出水温度时，地埋管换热器二（5）通过地源热泵机组二（3）全年供生活热水；在供暖季，地埋管换热器一（4）通过地源热泵机组一（2）对用户末端（6）供暖。

5.根据权利要求4所述的基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法，其特征在于：在供冷季，地埋管换热器一（4）通过地源热泵机组一（2）和四通换向阀（203）将对用户末端（6）供暖切换至对用户末端（6）供冷。

6.使用权利要求5所述的基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法，其特征在于：所述pv/t-地埋管-地源热泵供暖模式包括相并联的pv/t集热系统（1）和地埋管换热器一（4），pv/t集热系统（1）通过pv/t组件（101）向集热水箱（102）蓄热，当所述集热水箱（102）的出水温度小于阈值二时，在供暖季，当所述集热水箱（102）的出水温度大于地埋管换热器一（4）的出水温度时，集热水箱（102）通过地源热泵机组一（2）对用户末端（6）供暖；当所述集热水箱（102）的出水温度小于或等于地埋管换热器一（4）的出水温度时，地埋管换热器一（4）通过地源热泵机组一（2）对用户末端（6）供暖。

7.根据权利要求6所述的基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法，其特征在于：所述pv/t-地埋管-地源热泵供生活热水模式包括相连的pv/t集热系统（1）和地埋管换热器二（5），当所述集热水箱（102）的出水温度小于阈值二时，当集热水箱（102）的出水温度大于地埋管换热器二（5）的出水温度时，集热水箱（102）通过地源热泵机组二（3）对生活水箱（7）供生活热水；当集热水箱（102）的出水温度小于或等于地埋管换热器二（5）的出水温度时，地埋管换热器二（5）通过地源热泵机组二（3）对生活水箱（7）供生活热水。

8.根据权利要求7所述的基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法，其特征在于：所述pv/t-地埋管-地源热泵供暖/供生活热水模式包括pv/t集热系统（1）连接的地埋管换热器一（4）和地埋管换热器二（5），pv/t集热系统（1）通过pv/t组件（101）向集热水箱（102）蓄热，当所述集热水箱（102）的出水温度小于阈值二时，当集热水箱（102）的出水温度大于地埋管换热器一（4）和地埋管换热器二（5）的出水温度时，集热水箱（102）通过地源热泵机组一（2）对用户末端（6）供暖、通过地源热泵机组二（3）对生活水箱（7）供生活热水；当集热水箱（102）的出水温度小于或等于地埋管换热器一（4）和地埋管换热器二（5）的出水温度时，地埋管换热器一（4）通过地源热泵机组一（2）对用户末端（6）供暖、地埋管换热器二（5）通过地源热泵机组二（3）对生活水箱（7）供生活热水。

9.根据权利要求8所述的基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法，其特征在于：所述pv/t-地埋管储热模式包括相连的pv/t集热系统（1）和地埋管换热器二（5），在非供暖季，当集热水箱（102）的出水温度大于地埋管换热器二（5）的出水温度阈值一及以上时，pv/t集热系统（1）作为热源向地埋管换热器二（5）蓄热。

10.根据权利要求9所述的基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法，其特征在于：所述pv/t发电供电模式全年运行，pv/t发电供电模式通过pv/t组件（101）发电并存储于蓄电池（802），通过蓄电池（802）供电。

技术总结
本发明公开了一种基于太阳能耦合地热能供能系统的工作方法，解决了现有的供能系统运行方法不合理导致地源热泵运行负荷大及热水供应不稳定的技术问题。在供暖和供生活热水时，选择PV/T集热系统和地埋管换热器中出水温度较高的一个作为热源；在非供暖季，当PV/T集热系统的出水温度大于地埋管换热器的出水温度至阈值一及以上时，PV/T集热系统通过地埋管换热器向土壤储热。PV/T组件收集的热量可作为地源热泵机组的低温热源，也可向土壤储热以避免土壤温度失衡，还可发电并通过蓄电池供电。本发明通过集热水箱与地埋管换热器的出水温度对比切换不同的模式以实现太阳能、地热能的综合高效利用，实现零碳排放，实现供暖、供冷、生活热水的稳定供应及土壤储热。

技术研发人员：刘寅,董岁具,高龙,孟照峰,闫俊海,孙伟丽,周东东,杨泉,王晨,吴飞骏
受保护的技术使用者：中原工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5