一種基于地熱和太陽能的新型冷熱集成系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于地熱和太陽能的新型冷熱集成系統，由1套吸收式熱泵系統、1套太陽能集熱系統、1套淺層地溫能循環系統、1套淺層水源（地熱）循環系統、4臺換熱器組成。供熱時，將淺層低溫能作為吸收式熱泵系統的主要驅動熱源，提取淺層水源（地熱）等低品位熱源中的熱量，通過太陽能輔助加熱，最大程度的為用戶提供熱量；制冷時，淺層水源（地熱）在冷卻塔輔助下為吸收式熱泵的冷卻水降溫，太陽能集熱器可輔助作為吸收式熱泵的高溫熱源，充分利用夏季太陽能集熱器溫度高和淺層水源（水源）溫度低的特點。通過吸收式熱泵系統將淺層低溫能、太陽能和淺層水源（地熱）結合起來并充分利用，克服了現有的多種能源綜合利用不足的情況。
【專利說明】一種基于地熱和太陽能的新型冷熱集成系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種能源綜合利用系統，特別是將淺層地溫能、太陽能、淺層水源應用于熱栗系統中，屬能源供熱和空調【技術領域】。
技術背景
[0002]能源問題是人類發展面臨的一個重大問題。對現有化石能源的優化利用、提升對地熱太陽能等新能源的利用率是當前世界的主要研究課題。將不同種類能源綜合利用合理匹配，使其最大化的持續利用成為一個熱點問題。
[0003]在當前能耗行業，建筑耗能是能源消費結構中的重要組成部分，占有相對大的比重。在發達國家占到能源消費總量的35%?40%，在我國約占社會能源總消耗的近1/3。因此，在我國建筑設計領域中，一是大力提倡鼓勵節能減排、提高一次能源的利用率；二是要鼓勵在設計過程中考慮優先利用太陽能、地熱能等新能源。
[0004]當前的地熱應用還處于初級階段，多數是依靠電動熱栗提取淺層水源熱量用于供熱領域，但部分提取的熱量較少，未能充分利用；對深層地熱、淺層低溫能等利用冰島等北歐國家應用較早，在我國西藏、青海、陜西、四川等地區的深層地熱仍處于初級階段，通過對深層熱量提取應用存在不足之處。以陜西寶雞地熱供熱方式為例，深層熱井(淺層低溫能)出口溫度為90°C左右，直接用于用戶供熱，然后通過電動熱栗對地熱尾水進行熱量提取。在現有應用過程中，考慮深層地熱的熱量階梯利用，但未將淺層水源、地表水、工業廢水等廢熱加以利用，更未將富足的太陽能加以利用，這就造成了能源的白白浪費。
【發明內容】
[0005]本實用新型針對現有的多種能源綜合利用不足的情況，提供一種將淺層地溫能、太陽能、淺層水源綜合運用的新型熱栗系統。將淺層低溫能與太陽能、淺層水源通過吸收式熱栗系統結合起來，不但可以充分的利用淺層低溫能，而且通過熱栗機組更能最大化的利用太陽能和淺層(地表)水源、地熱能源。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0007]一種基于地熱和太陽能的新型冷熱集成系統由I套吸收式熱栗系統、I套太陽能集熱系統、I套淺層地溫能循環系統、I套淺層水源循環系統、4臺換熱器組成，具體包括7個閥門、I臺淺層低溫能高溫熱交換器、I臺淺層低溫能低溫熱交換器、I臺太陽能低溫熱交換熱器、I臺太陽能高溫熱交換熱器、I個吸收器四通變向閥、I個蒸發器四通變向閥、I臺冷卻塔、I臺深層循環栗、I臺淺層循環栗、I臺吸收式熱栗機。其中吸收式熱栗系統為第一類吸收式熱栗機組。淺層低溫能循環系統出口與吸收式熱栗系統發生器入口相連，吸收式熱栗系統發生器出口用管道依次與淺層低溫能高溫熱交換器、淺層低溫能低溫熱交換器、深層循環栗連接，最后與淺層低溫能系統入口連接。用戶管網回水經過吸收器四通變向閥與吸收式熱栗系統吸收器相連，吸收式熱栗系統冷凝器依次與淺層低溫能高溫熱交換器和太陽能高溫熱交換熱器相連，太陽能高溫熱交換熱器出口經過蒸發器四通變向閥與用戶供熱管網去水管路連接。淺層水源系統出口管路依次與淺層低溫能低溫熱交換器和太陽能低溫熱交換熱器串聯，太陽能高溫熱交換熱器出口經過蒸發器四通變向閥與吸收式熱栗系統的蒸發器入口相連接，吸收式熱栗系統的蒸發器出口經過蒸發器四通變向閥與淺層循環栗連接，之后與淺層水源系統入口連接。一個太陽能集熱器出口分別與太陽能低溫熱交換熱器、太陽能高溫熱交換熱器連接，之后與太陽能集熱器入口連接，另一個太陽能集熱器出口通過第四閥門與吸收式熱栗系統發生器入口連接，吸收式熱栗系統發生器出口通過第三閥門與太陽能集熱器入口相連接。用戶管網回水管路、吸收式熱栗系統吸收器入口、吸收式熱栗系統蒸發器入口、太陽能低溫熱交換熱器出口分別與吸收器四通變向閥相連；用戶管網去水管路、太陽能高溫熱交換熱器出口管路、吸收式熱栗系統蒸發器出口管路、淺層循環栗入口管路分別與蒸發器四通變向閥相連。
[0008]淺層低溫能管網連接吸收式熱栗系統的發生器，淺層水源(地源)管網連接吸收式熱栗系統的蒸發器，由淺層低溫能驅動熱栗機組吸收淺層水源的熱量，為供熱提供更多熱量。
[0009]從吸收式熱栗系統發生器出來的熱源水依次經過淺層低溫能高溫熱交換器和淺層低溫能低溫熱交換器，利用熱源水的梯度溫度分別加熱供熱管網水與淺層水源來水，更大程度的利用熱源水的熱量。
[0010]此集成系統通過提取淺層水源中的熱量加熱供熱管網的熱水。淺層水源經過淺層低溫能低溫熱交換器，溫度進一步上升，然后經過熱栗機組，在蒸發器內放熱溫度降低，從蒸發器出來的低溫水送入淺層水源吸收熱量，完成淺層水源循環。用戶供熱管網來水進入熱栗系統，在熱栗系統內吸收熱量溫度上升，經過淺層低溫能高溫熱交換器使溫度進一步提高，然后進入供熱管網。
[0011]此集成系統可充分利用太陽能的熱量。通過太陽能集熱系統吸收太陽能，使集熱系統內水溫度上升，檢測集熱器內水的溫度控制集熱器內水的循環，當檢測溫度Ts高于供熱管網溫度時，集熱器內水加熱用戶管網水，當檢測溫度Ts低于供熱管網溫度時，集熱器內水加熱經過太陽能低溫熱交換熱器的淺層水源，為熱栗機組提供更多熱量。
[0012]此集成系統可為用戶供冷。在制冷過程中，淺層水源為吸收式熱栗的冷卻水降溫，吸收冷卻水熱量并存儲以回補冬季供熱開采的能量。當冷卻水溫度不滿足要求時，還可在冷卻塔輔助下降低吸收式熱栗的冷卻水，太陽能集熱器可輔助作為吸收式熱栗的高溫熱源，充分利用夏季太陽能集熱器溫度高和淺層水源(水源)溫度低的特點。
[0013]淺層水源可以為其他低品位熱源形式，如地表水、污水、海水、工業廢水等，還可以是淺層土壤源。
[0014]供熱時，此集成系統將淺層低溫能作為吸收式熱栗系統的主要驅動熱源，提取淺層水源等低品位熱源中的熱量，通過太陽能輔助加熱，最大程度的為用戶提供熱量；不但可以充分的利用淺層低溫能，而且通過吸收式熱栗系統更能最大化的利用太陽能和淺層水源等低品位能源。制冷時，此集成系統淺層水源在冷卻塔輔助下為吸收式熱栗系統的冷卻水降溫，太陽能集熱器可輔助作為吸收式熱栗系統的高溫熱源，充分利用夏季太陽能集熱器溫度高和淺層水源(水源)溫度低的特點。
[0015]本實用新型的有益效果是，將淺層低溫能與太陽能、淺層水源通過吸收式熱栗系統結合起來，不但可以充分的利用淺層低溫能，而且通過熱栗機組更能最大化的利用太陽能和淺層水源。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為一種基于地熱和太陽能的新型冷熱集成系統的原理示意圖。
[0017]圖中:1.第一閥門，2.第二閥門，3.第三閥門，4.第四閥門，5.第五閥門，6.第六閥門，7.第七閥門，8.淺層低溫能高溫熱交換器，9.淺層低溫能低溫熱交換器，10.太陽能低溫熱交換熱器，11.太陽能高溫熱交換熱器，12.吸收器四通變向閥，13.蒸發器四通變向閥，14.冷卻塔，15.深層循環栗，16.淺層循環栗，17.吸收式熱栗系統，18.太陽能集熱器，a?d.吸收器四通變向閥的四個端口，a'?d'-蒸發器四通變向閥的四個端口，Tl.入口溫度，T2.出口溫度，in1.太陽能集熱器入口 1，in2.太陽能集熱器入口 2，in3.太陽能集熱器入口 3，outl.太陽能集熱器出口 l，out2.太陽能集熱器出口 2，A、B.附屬管道接口。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實例對本實用新型進一步說明。
[0019]如附圖1所示，一種基于地熱和太陽能的新型冷熱集成系統具體包括7個閥門、I臺淺層低溫能高溫熱交換器、I臺淺層低溫能低溫熱交換器、I臺太陽能低溫熱交換熱器、I臺太陽能高溫熱交換熱器、I個吸收器四通變向閥、I個蒸發器四通變向閥、I臺冷卻塔、I臺深層循環栗、I臺淺層循環栗、I臺吸收式熱栗機。
[0020]淺層低溫能循環系統出口與吸收式熱栗系統(17 )發生器入口相連，吸收式熱栗系統(17)發生器出口用管道依次與淺層低溫能高溫熱交換器(8)、淺層低溫能低溫熱交換器
(9)、深層循環栗(15)連接，最后與淺層低溫能系統入口連接。用戶管網回水經過吸收器四通變向閥(12)與吸收式熱栗系統(17)吸收器相連，吸收式熱栗系統(17)冷凝器依次與淺層低溫能高溫熱交換器(8)和太陽能高溫熱交換熱器(11)相連，太陽能高溫熱交換熱器
(11)出口經過蒸發器四通變向閥(13)與用戶供熱管網去水管路連接。淺層水源系統出口管路依次與淺層低溫能低溫熱交換器(9)和太陽能低溫熱交換熱器(10)串聯，太陽能低溫熱交換熱器(10)出口經過蒸發器四通變向閥(13)與吸收式熱栗系統(17)的蒸發器入口相連接，吸收式熱栗系統(17)的蒸發器出口經過蒸發器四通變向閥(13)與淺層循環栗(16)連接，之后與淺層水源系統入口連接。一個太陽能集熱器(18)出口(outl)分別與太陽能低溫熱交換熱器(10)、太陽能高溫熱交換熱器(11)連接，之后分別通過第一閥門(I)、第二閥門(2)與太陽能集熱器(18)入口(in1、in2)連接，另一個太陽能集熱器(18)出P (out2)通過第四閥門(4)與吸收式熱栗系統(17)發生器入口連接，吸收式熱栗系統(17)發生器出口通過第三閥門(3)與太陽能集熱器(18)入口(in3)相連接。用戶管網回水管路、吸收式熱栗系統(17)吸收器入口、吸收式熱栗系統(17)蒸發器入口、太陽能低溫熱交換熱器(10)出口分別與吸收器四通變向閥(12)相連；用戶管網去水管路、太陽能高溫熱交換熱器(11)出口管路、吸收式熱栗系統(17)蒸發器出口管路、淺層循環栗(16)入口管路分別與蒸發器四通變向閥(13)相連。
[0021]本實用新型工作原理和工作過程為:
[0022]冬季供熱過程:調節吸收器四通變向閥(12)和蒸發器四通變向閥四通變向閥
(13)，b、d端口通連，a'、b'端口通連，開啟第七閥門(7)。使來自淺層低溫能所蘊含的熱量加熱循環管道內的熱水，熱水充當熱源驅動吸收式熱栗系統(17)，從吸收式熱栗系統
(17)發生器出來的熱水依次經過淺層低溫能高溫熱交換器(8)和淺層低溫能低溫熱交換器(9)進一步降低溫度，然后由深層循環栗(15)送入深層地下，吸收淺層低溫能，完成淺層低溫能循環。供熱回水經過吸收器四通變向閥(12) b、d端口進入吸收式熱栗系統(17)，在其吸收器、冷凝器內吸熱溫度上升，之后在淺層低溫能高溫熱交換器(8 )內與來自吸收式熱栗系統(17)發生器的高溫水進一步換熱，溫度提高到Tl，供熱水流經太陽能高溫熱交換熱器(11)、蒸發器四通變向閥(13)返回供熱管網。淺層水源經過淺層低溫能低溫熱交換器
(9)和太陽能低溫熱交換熱器(10)，吸熱溫度升高，流經吸收器四通變向閥(12)的ac端口進入吸收式熱栗系統(17)蒸發器，在吸收式熱栗系統(17)蒸發器內放熱溫度降低，最后經過蒸發器四通變向閥(13)由淺層循環栗(16)送入淺層水源，完成循環。太陽能集熱器系統內溫度Ts，若Ts > Tl，則開啟第二閥門(2)，在太陽能高溫熱交換熱器(11)內將熱水溫度由Tl提高到T2，返回供熱管網；gTs < Tl，則開啟第一閥門(1)，在太陽能低溫熱交換熱器
(10)內加熱淺層水源來水。
[0023]在深層循環栗(15)與淺層低溫能低溫熱交換器(9)之間管路A段、淺層循環栗
(16)與淺層水源之間管路B段可安裝離心機、螺桿機等電能驅動型熱栗，可提取更多熱量。
[0024]夏季制冷過程:調節吸收器四通變向閥(12)、蒸發器四通變向閥(13)，be端口通連，b'、d'端口通連，開啟第三閥門(3)、第四閥門(4)、第六閥門(6)，關閉第七閥門(7)，淺層低溫能管路循環不變，太陽能集熱器(18)供熱給吸收式熱栗系統(17)發生器，作為吸收式熱栗系統(17)的輔助熱源。
[0025]用戶管網回水經過吸收器四通變向閥(12)進入吸收式熱栗系統(17)蒸發器，在蒸發器內放熱溫度降低，流經蒸發器四通變向閥(13)的d'、b'端口返回用戶管網。淺層水源流經第六閥門(6)、吸收器四通變向閥(12)的ad端口進入吸收式熱栗系統(17)吸收器，給吸收式熱栗系統(17)提供冷卻水，在吸收式熱栗系統(17)的吸收器和冷凝器吸熱后經過蒸發器四通變向閥(13)的a'、c'端口、淺層循環栗(16)返回淺層水源，向淺層水源放熱，以補償冬夏季的熱平衡，完成循環。在機組制冷工況時，若檢測到淺層水源溫度過高，開啟第五閥門(5)和冷卻塔(14)，通過冷卻塔(14)輔助降溫，達到冷卻水的標準。
【權利要求】
1.一種基于地熱和太陽能的新型冷熱集成系統由I套吸收式熱栗系統、I套太陽能集熱系統、I套淺層地溫能循環系統、I套淺層水源循環系統、4臺換熱器組成，具體包括7個閥門、I臺淺層低溫能高溫熱交換器、I臺淺層低溫能低溫熱交換器、I臺太陽能低溫熱交換熱器、I臺太陽能高溫熱交換熱器、I個吸收器四通變向閥、I個蒸發器四通變向閥、I臺冷卻塔、I臺深層循環栗、I臺淺層循環栗、I臺吸收式熱栗機，其中吸收式熱栗系統為第一類吸收式熱栗機組，其特征在于:淺層低溫能循環系統出口與吸收式熱栗系統(17)發生器入口相連，吸收式熱栗系統(17)發生器出口用管道依次與淺層低溫能高溫熱交換器(8)、淺層低溫能低溫熱交換器(9)、深層循環栗(15)連接，最后與淺層低溫能系統入口連接；用戶管網回水經過吸收器四通變向閥(12)與吸收式熱栗系統(17)吸收器相連，吸收式熱栗系統(17)冷凝器依次與淺層低溫能高溫熱交換器(8)和太陽能高溫熱交換熱器(11)相連，太陽能高溫熱交換熱器(11)出口經過蒸發器四通變向閥(13)與用戶供熱管網去水管路連接；淺層水源系統出口管路依次與淺層低溫能低溫熱交換器(9)和太陽能低溫熱交換熱器(10)串聯，太陽能低溫熱交換熱器(10)出口經過蒸發器四通變向閥(13)與吸收式熱栗系統(17)的蒸發器入口相連接，吸收式熱栗系統(17)的蒸發器出口經過蒸發器四通變向閥(13)與淺層循環栗(16)連接，之后與淺層水源系統入口連接；一個太陽能集熱器(18)出口(outl)分別與太陽能低溫熱交換熱器(10)、太陽能高溫熱交換熱器(11)連接，之后與太陽能集熱器(18)入口(in1、in2)連接，另一個太陽能集熱器(18)出口(out2)通過第四閥門(4)與吸收式熱栗系統(17)發生器入口連接，吸收式熱栗系統(17)發生器出口通過第三閥門(3)與太陽能集熱器(18)入口(in3)相連接；用戶管網回水管路、吸收式熱栗系統(17)吸收器入口、吸收式熱栗系統(17)蒸發器入口、太陽能低溫熱交換熱器(10)出口分別與吸收器四通變向閥(12)相連；用戶管網去水管路、太陽能高溫熱交換熱器(11)出口管路、吸收式熱栗系統(17)蒸 發器出口管路、淺層循環栗(16)入口管路分別與蒸發器四通變向閥(13)相連。
2.根據權利要求1所述的一種基于地熱和太陽能的新型冷熱集成系統，其特征在于:淺層低溫能管網連接吸收式熱栗系統的發生器，淺層水源管網連接吸收式熱栗系統的蒸發器，由淺層低溫能驅動熱栗機組吸收淺層水源的熱量，為供熱提供更多熱量。
3.根據權利要求1所述的一種基于地熱和太陽能的新型冷熱集成系統，其特征在于太陽能集熱器系統內溫度Ts，若Ts > Tl，則開啟第二閥門(2)，在太陽能高溫熱交換熱器(11)內將熱水溫度由Tl提高到T2，返回供熱管網；gTs< Tl，則開啟第一閥門(1)，在太陽能低溫熱交換熱器(10)內加熱淺層水源來水。
4.根據權利要求1所述的一種基于地熱和太陽能的新型冷熱集成系統，其特征在于:其特征在于:在深層循環栗(15)與淺層低溫能低溫熱交換器(9)之間管路A段、淺層循環栗(16)與淺層水源之間管路B段可安裝離心機、螺桿機等電能驅動型熱栗，可提取更多熱量。
5.根據權利要求1所述的一種基于地熱和太陽能的新型冷熱集成系統，其特征在于:用戶管網回水管路、吸收式熱栗系統(17)吸收器入口、吸收式熱栗系統(17)蒸發器入口、熱交換器(10)出口分別與吸收器四通變向閥(12)相連，用戶管網去水管路、太陽能高溫熱交換熱器(11)出口管路、蒸發器出口管路、淺層循環栗(16)入口管路分別與蒸發器四通變向閥(13)相連，通過四通變向閥的操作改變供暖供冷的進出水管路。
6.根據權利要求1所述的一種基于地熱和太陽能的新型冷熱集成系統，其特征在于:在機組制冷工況時，若檢測到淺層水源溫度過高，開啟第五閥門(5)和冷卻塔(14)，通過冷卻塔(14)輔助降溫，達到冷卻水的標準。
7.根據權利要求1所述的一種基于地熱和太陽能的新型冷熱集成系統，其特征在于:調節吸收器四通變向閥(12)、蒸發器四通變向閥(13)，be端口通連，b'、d'端口通連，開啟第三閥門(3)、第四閥門(4)、第六閥門(6)，關閉第七閥門(7)，淺層低溫能管路循環不變，太陽能集熱器(18)供熱給吸收式熱栗系統(17)發生器，作為吸收式熱栗系統(17)的輔助熱源。
8.根據權利要求1所述的一種基于地熱和太陽能的新型冷熱集成系統，其特征在于:從吸收式熱栗系統(17)發生器出來的熱源水 依次經過淺層低溫能高溫熱交換器(8)和淺層低溫能低溫熱交換器(9)，利用熱源水的梯度溫度分別加熱供熱管網水與淺層水源來水，更大程度的利用熱源水的熱量。
【文檔編號】F25B15/00GK203605524SQ201320615341
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】何燕, 張江輝, 王澤鵬, 張斌, 張慶燾 申請人:青島科技大學