土壤蓄热式太阳能热泵供热系统及供热方法

摘要

本发明公开了一种土壤蓄热式太阳能热泵供热系统，旨在提供一种绿色环保、结构简单，性能可靠，造价低的太阳能热泵系统。它主要由太阳能集热器、换热器、热泵装置、循环泵组成，太阳能集热器(1)的出口与换热器(2)的进口相连，换热器(2)的出口通过热泵装置(3)、循环泵(4)与太阳能集热器(1)的进口相连，从而形成载热流体的闭合循环通道，热泵装置(3)的供热侧进出口与用户相连，换热器(2)设置于地下土壤中，以土壤作为系统的蓄热体。本发明为热泵冬季运行的热源选择问题提供了一种可行方案，所提出的新系统特别适用于冬季寒冷的中部和北方地区使用。

说明书

                               技术领域

本发明涉及一种利用能源供热系统和供热方法，更具体地说，是涉及利用太阳能供热系统和供热方法。

                               背景技术

热泵是一种公认的高效节能的供热空调方式，但其在北方地区冬季供热运行时，空气源存在着室外换热器体积庞大、频繁融霜、性能系数较低等缺点，地下水源存在着破环地下水资源等问题，土壤源有初投资高等缺点。

太阳能是一种丰富、干净、安全的能源，70年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能的热潮。然而目前有效地利用太阳能还存在一些问题，主要是收集、转换和储存的效率不高。

热泵与太阳能供热联合运行(即太阳能热泵)，利用热泵使太阳能集热器的热水进一步升温，集热温度10～20℃就可以，采用无玻璃的平板集热器就可以达到很高的集热效率，集热成本非常低，这种集热器还可以作为夏季制冷时夜间的冷却水放热板用，同时还可以全年提供生活热水，大大提高了设备利用率。由于太阳能热泵无需采用空气换热器时不可避免的融霜循环，同时由于太阳能的输入将提高热泵的蒸发温度，改善热泵装置的性能系数，因而具有显著的节能特性。但是由于太阳能的不可靠性和间断性，蓄热是太阳能利用的必要条件，蓄热可缩小能源供求之间在时间或流量上的不匹配，起到重要的节能作用。而通常所使用水蓄热或相变蓄热，使得蓄热槽体积庞大、造价高。而且在冬天或太阳能不足时，太阳能集热器不能将载热流体升温，系统不能供热。

                                发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种绿色环保、结构简单，性能可靠，造价低，供热时间长的太阳能热泵供热系统和供热方法。

本发明的技术方案为：

一种土壤蓄热式太阳能热泵供热系统，它包括太阳能集热器1、热泵装置3和循环泵4，太阳能集热器1的出口与换热器2的进口相连，换热器2的出口通过热泵装置3、循环泵4与太阳能集热器1的进口相连，从而形成载热流体的闭合循环通道，热泵装置3的供热侧进出口与用户相连，换热器2埋于地下土壤中，以土壤作为系统的蓄热体。另外，太阳能集热器1的入口、出口和循环泵4还可以分别与三通阀6相连接。

一种土壤蓄热式太阳能热泵供热系统，包括太阳能集热器1、热泵装置3、循环泵4，太阳能集热器1的出口与换热器2的进口相连，换热器2的出口通过循环泵4、热泵装置3与太阳能集热器1的进口相连，从而形成载热流体的闭合循环通道，换热器2设置于地下土壤中，以土壤作为系统的蓄热体。

一种土壤蓄热式太阳能热泵供热系统，包括太阳能集热器1、热泵装置3、循环泵4，太阳能集热器1的出口与循环泵4相连，循环泵4的出口与换热器2的进口相连，换热器2的出口通过热泵装置3与太阳能集热器1的进口相连，从而形成载热流体的闭合循环通道，换热器2设置于地下土壤中，以土壤作为系统的蓄热体。

上述的土壤蓄热式太阳能热泵系统中太阳能集热器1可以为无盖板、无底部保温、表面涂有光谱选择性材料的平板集热器，热泵装置3为机械压缩式或吸收式。

一种土壤蓄热式太阳能热泵供热系统的供热方法，它包括下列步骤：(1)将换热在器2埋入地下土壤中；(2)用管路将太阳能集热器1的出口与换热器2的进口相连，换热器2的出口通过热泵装置3、循环泵4与太阳能集热器1的进口相连，从而形成载热流体的闭合循环通道；(3)用管路将热泵装置3的供热侧进出口与热用户的供热网相连；(4)载热流体充入系统，通过太阳能集热器1集热；(5)开通循环泵4，载热流体在系统中循环；(6)启动热泵装置，给用户供热。

本发明具有下述优点：用大地土壤代替通常所用的水或相变蓄热槽，利用土壤的热容量蓄热并起均衡负荷的作用，弥补太阳能的不可靠性和间断性，使冬季供热能够实现，四季皆宜，提高了系统的利用率，特别适用于冬季寒冷的中部和北方地区使用。大地的热容量很大，也不需要做容器，价廉易得，而且可以节省设备占地空间。

                               附图说明图1为土壤蓄热式太阳能热泵供热系统示意图；图2为土壤蓄热式太阳能热泵供热系统示意图；图3为土壤蓄热式太阳能热泵供热系统示意图；图4为土壤蓄热式太阳能热泵供热系统示意图。图中：1.太阳能集热器；  2.换热器；        3.热泵装置；

  4.循环泵；        5.载热介质；      6.三通阀。

                             具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步的说明：

整个系统由太阳能集热器1、换热器2、热泵装置3、循环泵4组成。按照本技术领域通常的方法将换热器2埋于地下土壤中(一般在冻土以下)。用管路将太阳能集热器1的出口与换热器2的进口相连，换热器2的出口通过热泵装置3、循环泵4与太阳能集热器1的进口相连；或者用管路将太阳能集热器1的出口与换热器2的进口相连，换热器2的出口通过循环泵4、热泵装置3与太阳能集热器1的进口相连；或者用管路将太阳能集热器1的出口与循环泵4相连，循环泵4的出口与换热器2的进口相连，换热器2的出口通过热泵装置3与太阳能集热器1的进口相连，从而形成载热流体的闭合循环通道，热泵装置3的供热侧进出口与热用户相连。热泵装置为机械压缩式或吸收式。

载热流体为水或防冻液，通过打开太阳能集热器上的阀门进入系统。在循环泵4的驱动下在系统中循环。白天有太阳时，集热器收集太阳能，水或防冻液在集热器中被加热，并把热量带到热泵装置3，由热泵进一步升温后由载热介质5输送给热用户，集热器收集到的多余热量通过换热器2储存到地下土壤中；夜晚或阴雨天无太阳时，系统中循环的水或防冻液通过换热器2将土壤中的热量取出，通过热泵装置3升温后输送给热用户。

在系统中可以设置一个三通阀或两个两通阀的组合6，三通阀或两个两通阀的组合6的一端与太阳能集热器1的入口相连，一端与太阳能集热器1的出口相连，一端与循环泵4相连。供热运行时，如果太阳能充足，则三通阀6的A路关闭，水或防冻液全部通过太阳能集热器1吸收热量；太阳能不足时调整A、B两路的流量，部分或全部水或防冻液不通过太阳能集热器1，直接被送往换热器2，吸收地下土壤中储存的热量，再流向热泵，由热泵升温后，由供热介质5输送给用户。