多模式高效運行的太陽能/地源熱泵耦合系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于地源熱栗領域，尤其涉及到地源熱栗與太陽能耦合的系統集成技術領域。
【背景技術】
[0002]地源熱栗技術屬可再生能源利用技術。由于地源熱栗是利用了地球表面淺層地熱資源(通常小于400米深)作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。地表淺層地熱資源可以稱之為地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了 47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。現行的地源熱栗技術雖然能夠儲存大量的地熱能予以人們利用，但是在使用一到兩年后，地下的熱量損失加劇，導致地源熱栗的使用效率降低，以后就會出現使用地源熱栗供暖或供熱水的樓房不能達到預定溫度。
[0003]近年來國內針對太陽能與地源熱栗耦合系統的申請專利數量很多，地源熱栗土壤換熱端大多仍采用傳統的封閉式循環，太陽能熱水系統往往是對熱栗供熱的補充，沒能實現二者的優化設計。
[0004]四川歐倫電氣設備有限公司申請的專利號為:201520140072.6，專利名稱為“利用太陽能與地熱資源的地源熱栗”，包括水箱、太陽能熱水裝置、地埋管集熱器、用戶換熱設備和控制器，所述的水箱通過管路連接循環栗A，循環栗A的出水端通過管路分別連接太陽能熱水裝置的進水端和電動三通閥的一端，連接循環栗A與太陽能熱水裝置的管路上設置有電動閥A，太陽能熱水裝置的出水端連接電動三通閥的另一端，電動三通閥的第三端連接地埋管集熱器的進水端，地埋管集熱器的出水端通過管路連接水箱，水箱還通過管路連接循環栗B，循環栗B的出水端通過管路連接用戶換熱設備，用戶換熱設備的出水端通過管路連接水箱，所述的太陽能熱水裝置內設置有用于檢測太陽能熱水裝置內水溫的溫度傳感器A，控制器通過線路分別連接電動三通閥、電動閥A和溫度傳感器A。控制器控制電動三通閥連通循環栗A和地埋管集熱器，關閉電動閥A，從而由地埋管集熱器循環對水箱內的水進行加熱，水箱內的熱水通過循環栗B輸送至用戶換熱設備為用戶提供熱量，完成熱交換后的水回流至水箱內。當溫度傳感器A檢測到太陽能熱水裝置內的水溫升高時，說明此時陽光充足，控制器控制電動三通閥連通太陽能熱水裝置的出水口連通地埋管集熱器，同時控制電動閥A開啟，從而將太陽能熱水裝置內的熱水灌入地埋管集熱器，將太陽能提供的熱能儲存入地表淺層土壤中，利用淺層圖上的蓄熱特性儲存太陽能，從而形成對地下熱量的補充，解決地源熱栗在使用一段時期后效率降低的問題。此專利提到了夏季將太陽能收集到的熱能存儲到地下，但沒有考慮二者冬季補充供熱、地埋管會產生氣堵現象、地埋管內需要補液機構等問題，因此，現有的地源熱栗與太陽能耦合系統需要進行更進一步優化設計。【實用新型內容】
[0005]實用新型人在北方寒冷地區應用地源熱栗及太陽能系統多年，優化設計并實踐了這一系統集成技術。
[0006]本實用新型主要以太陽能為主要能源，結合地源蓄能應用，利用熱栗技術實現一套系統七種運行模式，實現了兩種新能源系統的有機結合。在以供熱為主要需求的地區，節能效果明顯，無污染，是現代綠色建筑重要措施之一。
[0007]本實用新型是這樣實現的，整個系統包括:地源熱栗機組，水箱，太陽能集熱器、地埋管、水栗、閥門、管路，水箱分為高溫水箱、低溫水箱兩部分，地源熱栗機組包括蒸發器、冷凝器，地埋管輸出端管路通過閥門Q接入到低溫水箱，低溫水箱設置管路通過閥門P、水栗A、水栗B、閥門E、閥門F連接到熱栗機組，熱栗機組與建筑物之間的管路進水側上設置閥門A、閥門B、水栗C、水栗D，與管路出水側上設置閥門C、閥門D;冷凝器的兩端連接管路上設置閥門I;熱栗機組與地埋管輸入端的管路上設置閥門G、閥門H;地埋管輸出端與輸入端連接的管路上分別設置閥門J、閥門L，地埋管輸出端與水栗B之間的管路上設置閥門K;低溫水箱的一個出水管路通過閥門0、水栗H與太陽能集熱器相連，回水管路通過閥門S接入到低溫水箱，該回水管路還通過閥門U、閥門W分別經兩個管路接入到低溫水箱、高溫水箱;高溫水箱通過水栗G、閥門V設置有一個進水管；高溫水箱的出水口設置閥門R連接到一個管路，該管路一側設置閥門N連接到水栗H，另一側連接到水栗E、水栗F，水栗F的輸出管路分為兩個支管，一個支管連接到水栗D、另一個支管通過閥門M連接到設置閥門T的管路上；
[0008]本系統通過閥門、水栗、熱栗機組等機構的開啟關閉實現七種模式運行，
[0009]①地源熱栗制冷模式時:
[0010]閥門G、閥門L、閥門Q打開，冷凝器排出的熱水進入地埋管散熱，之后進入到敞開式低溫水箱，低溫水箱底部排水口通過閥門P連接到水栗A、閥門F、冷凝器入水口 ；制冷回水管通過打開的水栗C、閥門A連接到蒸發器，蒸發器的輸出端通過打開的閥門D連接制冷輸出水管路；
[0011]這一模式與傳統地源熱栗制冷模式原理相同，不同之處是地下循環系統開放式運行。這樣使得在制冷運行期間，地下循環系統無補液機構，地下循環管道無氣堵現象，該系統運行比傳統地源熱栗制冷運行更平穩，節能效果更明顯。
[0012]②地埋管直接制冷模式時:
[0013]閥門M、閥門A、閥門H、閥門L打開，熱栗機組不開機，制冷回水通過通過蒸發器管路進入地埋管換熱，地埋管出水管通過閥門K、水栗A、閥門F、閥門1、閥門C連接到制冷進水管路；
[0014]這一模式是最節能的制冷模式，特別是在我國北方土壤溫度不高于13.5°C的地區，系統只開動水栗A24即可實現制冷運行，該系統運行耗電很少，一般只占傳統地源熱栗耗電的5%左右。
[0015]③地源熱栗無太陽能耦合供熱模式時:
[0016]水栗C、閥門B、閥門C打開，冷凝器制熱；蒸發器的出水管路通過打開的閥門H、閥門L連接到地埋管，地埋管出水管通過閥門Q接入到低溫水箱、低溫水箱的出水管路打開閥門P、經過水栗B、打開的閥門E連接到蒸發器的入口管路；
[0017]這一模式一般是在無太陽光照射的條件下的運行方案，其特點是運行時間一般不超過48小時，由于地埋管的出水進入到開式的低溫水箱、地下換熱系統是開放運行的，無氣堵現象和補液機構，因為傳統的地源熱栗中地埋管里的水是閉式運行，氣堵處不能從土壤中取熱，因此本系統地源熱栗換熱效率遠高于傳統地源熱栗供熱工況，實現了地源熱栗標準化供暖工況，使地源熱栗效率達到最佳值，這是傳統地源熱栗制熱工況無法實現的，是地源熱栗技術制熱工況下的創新，更是太陽能光熱技術應用的范例。且本系統模式工作時間有限，對土壤溫度影響程度有限。
[0018]④太陽能熱栗供熱模式:太陽能集熱器工作，打開閥門0、水栗H、閥門S與低溫水箱組成太陽能熱水循環，低溫水箱的另一出水管路上打開閥門P、通過栗B、閥門E連接到蒸發器，蒸發器的出水管路通過打開閥門H、閥門J、閥門Q連接到低溫水箱;冷凝器的供熱出水管路上打開閥門C、回水管路上打開閥門B、水栗C實現對外供熱；
[0019]這一模式一般應用于日照充足期間，使用這種運行工況條件是:進入地源熱栗機組能量高于地源熱栗所需數