一種季節性地下復合蓄熱系統的制作方法

本發明涉及蓄熱技術領域，尤其涉及一種季節性地下復合蓄熱系統。

背景技術：

在我國建筑能耗構成中，暖通空調能耗約占總能耗的60％，這部分能源消費結構仍以化石能源為主，加重了我國的大氣污染程度。目前，我國已成為世界上大氣污染最嚴重的國家之一，據測算，我國因為空氣污染導致呼吸系統疾病發病率的百分比在30％以上，北方城市冬季由于燃煤導致的空氣污染指數是世界衛生組織推薦的最高標準的2-5倍。因此，在建筑行業，可再生能源尤其是太陽能、地熱能等已被我國政府高度關注并廣泛應用。然而，我國北方暖通空調供需存在顯著的季節性特點，夏季太陽能和余熱資源豐富，但往往不能被有效利用，冬季則相反，太陽能和余熱資源匱乏，難以滿足人們對熱能的大量需求。因此，當太陽能等可再生能源和余熱資源直接利用受到限制時，具有長期蓄能特點的季節性蓄熱技術則具有廣闊的應用前景。季節性蓄熱技術可以將太陽能、工業余熱等熱量由夏季或過渡季向冬季轉移，克服了短期蓄熱不穩定的缺點，擴大了可再生能源利用的深度與廣度，提高了可再生能源利用率。

地球作為一個龐大的蓄能體，具有實現能量大規模長期存儲的潛力。地下季節性蓄熱系統主要分為以下幾種形式：含水層蓄熱、地埋管蓄熱、熱水蓄熱和礫石-水蓄熱四種蓄熱方式，其中，含水層蓄熱對地理條件要求高，存在回灌難題和破壞地下水質危險；礫石-水蓄熱方式因熱容小、占用體積大和成本較高等缺點沒有得到廣泛應用。事實上，雖然熱水蓄熱具有單位體積熱容量大、流動性好和存釋熱量快捷等優點，但其初投資大，散熱損失大、水箱保溫、成本高是限制其大范圍應用的難點；地埋管蓄熱方式采用土壤作蓄熱體，相對于含水層蓄熱，其不存在回灌難題，不破壞地下水質，因此被認為是季節性蓄熱最有發展前途的蓄熱方式之一。然而，土壤導熱系數低、蓄熱速率慢，當負荷較大時需要較大的換熱和占地面積等問題也一直制約著其快速發展。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明提供了一種季節性地下復合蓄熱系統。該系統將熱水蓄熱方式和地埋管蓄熱方式相結合，組成兩種蓄熱方式相耦合的季節性地下復合蓄熱系統，具有多種蓄熱方式互為補充、互為協調、互為備用、蓄熱方式靈活多變、系統效率高、換熱效果好等優點，且可以最大限度的節約占地面積，降低建造成本，擴大季節性地下蓄熱的地域適用范圍。

為達到上述目的，本發明的技術解決方案是：

一種季節性地下復合蓄熱系統，包括熱源單元、儲熱單元和釋熱單元，其特征在于，

--所述熱源單元包括集熱器和熱交換器，所述太陽能集熱器通過管路與所述熱交換器的熱側通路形成回路；

所述集熱器用以收集太陽能熱、和/或工業余熱和廢熱；

--所述儲熱單元包括地埋管換熱器和地下儲熱水箱，其中，所述地埋管換熱器和地下儲熱水箱的進口均通過一三通換向閥Ⅰ與所述熱交換器的冷側通路的出口連通，所述地埋管換熱器和地下儲熱水箱的出口均通過一三通換向閥Ⅱ與所述熱交換器的冷側通路的進口連通；

所述三通換向閥Ⅰ包括端口a、端口b和端口c，所述三通換向閥Ⅱ包括端口d、端口e和端口f，其中，所述地埋管換熱器和地下儲熱水箱的進口均與三通換向閥Ⅰ的端口b連通，所述熱交換器的冷側通路的出口與三通換向閥Ⅰ的端口a連通，所述地埋管換熱器和地下儲熱水箱的出口均與三通換向閥Ⅱ的端口e連通，所述熱交換器的冷側通路的進口與三通換向閥Ⅱ的端口d連通；

--所述釋熱單元包括用熱部件，所述用熱部件的供水口與所述三通換向閥Ⅱ的端口f連通，所述用熱部件的回水口與所述三通換向閥Ⅰ的端口c連通；

--所述季節性地下復合蓄熱系統儲熱過程在春季、夏季或秋季啟用；釋熱過程在用熱高峰的冬季啟用。

優選地，所述熱交換器為一水箱及浸沒于于所述水箱中的換熱盤管Ⅰ和換熱盤管Ⅱ，其中，所述集熱器的出口與換熱盤管Ⅰ的進口相連接，換熱盤管Ⅰ的出口與集熱器的進口相連通。

優選地，所述換熱盤管Ⅰ的出口通過水泵與集熱器的進口相連接。

優選地，所述熱交換器的冷側通路的進口與三通換向閥Ⅱ的端口d之間的管路上設置有水泵連通。

優選地，所述儲熱單元包括地埋管換熱器Ⅰ、地埋管換熱器Ⅱ和地下儲熱水箱，所述地下儲熱水箱中設置有換熱盤管Ⅲ，所述地埋管換熱器Ⅰ和地埋管換熱器Ⅱ設置于地下土壤中，其中，地埋管換熱器Ⅰ的進口、地下儲熱水箱中換熱盤管Ⅲ的進口、地埋管換熱器Ⅱ的進口分別通過閥門Ⅰ、閥門Ⅱ、閥門Ⅲ與三通換向閥Ⅰ的端口b相連接，地埋管換熱器Ⅰ的出口、地下儲熱水箱中換熱盤管Ⅲ的出口、地埋管換熱器Ⅱ的出口與三通換向閥Ⅱ的端口e相連接。

優選地，所述用熱部件包括一熱泵和一散熱器，所述熱泵的吸熱側進水口與所述三通換向閥Ⅱ的端口f相連接，所述熱泵的吸熱側回水口與所述三通換向閥Ⅰ的端口c相連接，所述熱泵的放熱側與所述散熱器構成循環回路；或，所述用熱部件包括一散熱器，所述散熱器進水口與所述三通換向閥Ⅱ的端口f相連接，所述散熱器回水口與所述三通換向閥Ⅰ的端口c相連接。

優選地，所述用熱部件包括一生活熱水水箱及置于所述生活熱水水箱中的換熱盤管Ⅳ，所述換熱盤管Ⅳ的進水口與所述三通換向閥的端口f相連接，所述換熱盤管Ⅳ的回水口與所述三通換向閥Ⅰ的端口c相連接。

優選地，三通換向閥Ⅱ的端口f與所述用熱部件的進水口之間的管路上設置有控制閥門。

優選地，三通換向閥Ⅰ的端口c與所述用熱部件的回水口之間的管路上設置有回水泵。

優選地，所述地下儲熱水箱四周布置地埋管換熱器，起到熱屏的作用，抑制地下儲熱水箱熱量向周圍土壤擴散。

優選地，所述地下儲熱水箱可以不采取保溫措施，或可以大幅度減少地下儲熱水箱保溫層厚度。

優選地，所述地下儲熱水箱加熱了埋管換熱器周圍的土壤，增強了埋管換熱器的取熱能力。

優選地，所述地埋管換熱器和所述地下儲熱水箱形成地下復合蓄熱系統，兩種蓄熱方式互為補充、互為協調、互為備用。

優選地，所述地埋管換熱器和地下儲熱水箱進口設置有閥門，可調節地埋管換熱器和地下儲熱水箱間的負荷協調配置模式，以及儲熱、釋熱運行模式。

優選地，所述地下復合蓄熱系統儲熱時，三通換向閥Ⅰ的端口a與端口b連通，三通換向閥Ⅱ的端口d與端口e連通，端口a與端口c關閉，端口e與端口f關閉；所述三通換向閥的端口b、端口e與地埋管換熱器和地下儲熱水箱的進口之間的閥門打開；所述水箱中的熱量被換熱盤管吸收后進入到所述地下儲熱水箱和地下土壤中儲存。

優選地，所述地下復合蓄熱系統釋熱時，三通換向閥的端口a與端口b關閉，端口d與端口e關閉，端口c與端口b連通，端口e與端口f連通；所述三通換向閥的端口b、端口e與地埋管換熱器和地下儲熱水箱的進口之間的閥門打開；所述地下儲熱水箱和地下土壤中的熱量在水泵的驅動下經過熱泵和生活熱水水箱提供給建筑物。

優選地，所述蓄存單元溫度較高，可以直接滿足供暖需求時，直接進入散熱器進行散熱。

本發明的季節性地下復合蓄熱系統，其相對于現有技術的優點在于：將熱水蓄熱方式和地埋管蓄熱方式相結合，組成兩種蓄熱方式相耦合的季節性地下復合蓄熱系統，解決了傳統季節性地下蓄熱系統熱量損失大、初投資成本高、系統效率低下等問題，具有多種蓄熱方式互為補充、互為協調、互為備用、蓄熱方式靈活多變、系統效率高、換熱效果好等優點，且可以最大限度的節約占地面積，降低建造成本，擴大季節性地下蓄熱的地域適用范圍。

附圖說明

圖1為本發明的季節性地下復合蓄熱系統實施例1的結構示意圖。

圖2為本發明的季節性地下復合蓄熱系統實施例2的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述，以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍，任何本技術領域的技術人員所想到的變化或替代，都涵蓋在本發明的保護范圍之內。

實施例1

如圖1所示，本發明的一種季節性地下復合蓄熱系統，其包括：太陽能1、太陽能集熱器2、水箱3、地埋管換熱器4和6、地下儲熱水箱5、熱泵7、散熱器8、生活熱水水箱9、噴頭10、換熱盤管11、12、13和14、三通換向閥15和16、水泵17、18、19和47、閥門20、21、22、23、24、25和26、管線27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43和44、建筑物45、地下土壤46。

具體的，本發明的季節性地下復合蓄熱系統包括太陽能1、太陽能集熱器2、水箱3、換熱盤管11和水泵17，其中，太陽能集熱器2的A出口與水箱3中換熱盤管11的進口相連，換熱盤管11的出口通過水泵17與太陽能集熱器B進口相連。

水泵18的出口與換熱盤管12的進口相連，換熱盤管12的出口與三通換向閥15的端口a相連，三通換向閥15的端口b通過閥門20、21、22分別與地埋管換熱器4的進口C、地下儲熱水箱5中換熱盤管13的進口E、地埋管換熱器6的進口H相連，地埋管換熱器4的出口D、地下儲熱水箱5中換熱盤管13的出口F、地埋管換熱器6的出口G與三通換向閥16的端口e相連，三通換向閥16的端口d與水泵18的進口相連接。三通換向閥16的端口f分別通過閥門23和25與熱泵7和生活熱水水箱9相連接，生活熱水水箱9通過閥門26與噴頭10相連接，散熱器8通過閥門24和水泵47與熱泵7相連接，三通換向閥15的端口c通過水泵19與生活熱水水箱9中換熱盤管14的出口和熱泵7相連接。

春、夏或秋季儲熱時，水泵18、閥門20、21、22開啟，三通換向閥15的端口a、端口b和三通換向閥16的端口d、端口e處于通路狀態。此時，水泵18驅動將低溫流體介質送入水箱3中的換熱盤管12，吸收水箱3中的熱量后高溫流體介質經管線29、三通換向閥15的端口a、端口b、管線30、閥門20、21、22和管線31、32、33進入地埋管換熱器4、6以及地下儲熱水箱5，將熱量儲存在地下儲熱水箱5和地下土壤46中，從地埋管換熱器4、6以及地下儲熱水箱5出來的低溫流體介質流經管線34、35、36、37、三通換向閥16的端口e、端口d和管線44后進入水泵18再次循環。

冬季釋熱時，水泵19和47，閥門20、21、22、23、24、25開啟，三通換向閥15的端口c、b和三通換向閥16的端口e、f處于通路狀態。此時，水泵19驅動低溫流體介質流經三通換向閥15的端口c、端口b、閥門20、21、22和管線31、32、33，吸收地下儲熱水箱5和地下土壤46中的熱量后，經管線34、35和36、三通換向閥16的端口e、端口f、以及閥門23、25后進入熱泵7和生活熱水水箱9中，經過換熱后的低溫流體介質分別流經管線43和38后進入水泵19。生活熱水水箱9中的高溫流體介質流經管線42、閥門26后進入噴頭10，從熱泵出來的高溫流體介質流經閥門24后進入散熱器8，換熱后的低溫流體介質經水泵47和管線40重新進入熱泵7循環。

實施例2

如圖2所示，本發明的實施例2其主體結構與實施例1相同，去掉了熱泵7、閥門23、水泵47和管線40。其中，釋熱時，當流經地埋管換熱器4、6以及地下儲熱水箱5后的流體介質溫度較高，可以直接滿足供暖需求時，讓其通過閥門24直接進入散熱器8，換熱后的低溫流體介質經管線38、水泵19、三通換向閥15的端口c、b、閥門20、21、22以及管線31、32和33后進入地埋管換熱器4、6以及地下儲熱水箱5中繼續取熱。

以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明。所應理解的是，以上所述僅為本發明的較佳實施方式，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。