一种太阳能‑地源热泵耦合供能系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种太阳能‑地源热泵耦合供能系统。本实用新型专利技术采用大小双机组和太阳能热水为建筑供热，两个机组在建筑末端和地源侧都互联互通，根据实际热负荷需要实现2个地源热泵系统和太阳能热水多种模式为建筑供热，在保证地源热泵土壤温度平衡的条件下，优化系统运行模式，实现夏季供冷和冬季供热的高效运行。在有一段较长时期处于极低供热负荷时，可以由太阳能辅助地源热泵和太阳能的直接供热来满足建筑供热需要，而在正常供热负荷时，由纯地源热泵机组满足建筑供热需要。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于建筑供热、供冷与供热水
，具体为一种太阳能-地源热泵耦合供能系统。
技术介绍
随着人们生活水平的提高，人们对于建筑的舒适性要求越来越高。由此带来的建筑供能问题日益严重。我国一次能源消费约占全世界的20％，约合36.2亿吨标煤，单位GDP能耗仍然居高不下。目前，我国的建筑能耗约占全社会总能耗的27％，其中供热供冷的能耗约占整个建筑能耗的60％，因此，降低建筑物的采暖空调能耗是建筑节能的重点。太阳能地源热泵系统利用太阳能和浅层地热能对建筑进行供热和供冷，对于节能减排具有显著的优势。如今地源热泵已经得到了大量应用，但在其运行中仍然存在一些问题，最突出的就是在冷热负荷不均的地区的地温平衡问题。当冬季取热量大于夏季释热量时，加入太阳能系统通过分担负荷或直接向地下储热的方式使地温得到回升。普通的太阳能地源热泵系统形式通常为单一的地埋管群或者蓄热水箱作为机组蒸发器的热源，系统长期运行容易造成地温升高或者降低，影响运行能效，所以一套地埋管群和机组系统很难同时满足综合供能需求。也有两个独立的地埋管群配合两个热泵机组的双系统供热模式(ZL201110146044.1)，虽然解决了供热不平衡问题，但该系统利用两个机组分别供热，大机组在冬季的运行负荷比额定负荷偏离较大，机组能效受到影响。本技术在地源热泵的地源侧把两个地埋管群联合起来作为机组的热源，可以提高系统运行能效10％以上，并且可以通过采用多种运行模式适应建筑负荷的变化。
技术实现思路
针对现有太阳能地源热泵系统的不足，本技术拟解决的技术问题是，提供一种太阳能-地源热泵耦合供能系统及其运行方法，此系统可用于建筑的供冷、供热、供热水；本技术优于普通太阳能辅助地源热泵系统的是，此系统采用大小双机组和太阳能热水为建筑供热，两个机组在建筑末端和地源侧都互联互通，根据实际热负荷需要实现2个地源热泵系统和太阳能热水多种模式为建筑供热，在保证地源热泵土壤温度平衡的条件下，优化系统运行模式，实现夏季供冷和冬季供热的高效运行。在有一段较长时期处于极低供热负荷时，可以由太阳能辅助地源热泵和太阳能的直接供热来满足建筑供热需要，而在正常供热负荷时，由纯地源热泵机组满足建筑供热需要。本技术的技术方案是：一种太阳能-地源热泵耦合供能系统，其特征在于该系统包括太阳能集热器、蓄热水箱、1号地源热泵机组和2号地源热泵机组、1号地埋管群、2号地埋管群、1号建筑末端装置、2号建筑末端装置、集热循环水泵、储热循环水泵、1号地源循环水泵、2号地源循环水泵、1号末端循环水泵、2号末端循环水泵、太阳能供热循环水泵、1号储热控制阀、2号储热控制阀、1号太阳能供热控制阀、2号太阳能供热控制阀、1号地源控制阀、2号地源控制阀、3号地源控制阀、1号末端控制阀、2号末端控制阀、3号末端控制阀、4号末端控制阀、1号管群流量调节阀、2号管群流量调节阀、1号管群热量表、2号管群热量表、压力控制阀；所述太阳能集热器顺次与蓄热水箱、集热循环水泵之间通过管路连接，构成集热循环，在蓄热水箱中收集太阳能产生的热水；蓄热水箱的热水出流端顺次与储热循环水泵、1号储热控制阀、1号地埋管群、2号储热控制阀、蓄热水箱的回流端之间通过管路连接，构成储热循环；集热循环和储热循环构成太阳能子系统；所述1号地源热泵机组的地源侧出流端顺次与1号地埋管群、3号地源控制阀、1号地源循环水泵、1号地源热泵机组的地源侧入流端相连，构成了1号地源热泵机组地源侧循环回路；所述2号地源热泵机组的地源侧出流端分别同时与1号管群流量调节阀和2号管群流量调节阀相连；1号管群流量调节阀由管路顺次与1号地源控制阀、1号地埋管群、2号地源控制阀和1号管群热量表连接，再连接到2号地源热泵的地源侧回水干管；2号管群流量调节阀由管路顺次与2号地埋管群和2号管群热量表相连，再连接到2号地源热泵的地源侧回水干管；2号地源热泵的地源侧回水干管连接2号地源循环水泵后与2号地源热泵机组的地源侧入流端相连，构成了2号热泵机组地源侧循环回路；所述蓄热水箱2的热水出流端顺次与太阳能供热循环水泵、1号太阳能供热控制阀、1号建筑末端装置、2号太阳能供热控制阀、压力控制阀、蓄热水箱回流端管路相连接，构成太阳能直接供热循环；1号地源热泵机组的末端侧出流端顺次与末端装置供水干管相连，然后同时与2号建筑末端装置和1号建筑末端装置相连，末端装置回水干管顺次与4号末端控制阀、1号末端循环水泵、1号地源热泵机组的末端侧回流端相连，构成1号地源热泵机组供热循环；2号地源热泵机组的末端侧出流端顺次与末端装置供水干管相连，然后同时与2号建筑末端装置和1号建筑末端装置相连，末端装置回水干管顺次与3号末端控制阀、2号末端循环水泵、2号地源热泵机组的末端侧回流端相连，构成2号地源热泵机组供热循环；1号建筑末端装置和2号建筑末端装置之间的供回水干管上分别设置有1号末端控制阀和2号末端控制阀。一种上述太阳能-地源热泵耦合供能系统的运行方法，其特征在于该方法包括一种供冷模式、五种供热模式，共六种运行模式，具体如下：1)供冷模式：2号地源热泵机组带动2号地埋管群为建筑提供全部冷负荷，此时，1号太阳能供热控制阀和2号太阳能供热控制阀关闭，1号地源控制阀和2号地源控制阀关闭，4号末端控制阀关闭，1号末端控制阀、2号末端控制阀和3号末端控制阀打开，2号管群流量调节阀全开，2号地源循环水泵和2号末端循环水泵启动，2号机组启动；2)太阳能直供+1号机组供热模式：在极低负荷阶段，当蓄热水箱温度达到供热要求时，1号末端控制阀、2号末端控制阀和3号末端控制阀关闭，1号太阳能供热控制阀和2号太阳能供热控制阀打开，4号末端控制阀打开，太阳能供热循环水泵和1号末端循环水泵启动，1号储热控制阀和2号储热控制阀关闭，1号地源控制阀和2号地源控制阀，3号地源控制阀打开，1号地源循环水泵启动，1号地源热泵机组启动；3)1号机组供热模式：在极低负荷阶段，当蓄热水箱温度达不到供热要求时，由1号机组为整个建筑供热，此时，1号太阳能供热控制阀和2号太阳能供热控制阀关闭，3号末端控制阀关闭，1号末端控制阀、2号末端控制阀和4号末端控制阀打开，太阳能供热循环水泵停止，1号末端循环水泵启动，1号储热控制阀和2号储热控制阀关闭，1号地源控制阀和2号地源控制阀关闭，3号地源控制阀打开，1号地源循环水泵启动，1号地源热泵机组启动；4)太阳能供热模式：在极低负荷阶段，当太阳能集热量大于建筑负荷要求时，可以由太阳能热水为整个建筑供热，此时，1号末端控制阀和2号末端控制阀打开，3号末端控制阀和4号末端控制阀关闭，1号太阳能供热控制阀和2号太阳能供热控制阀打开，太阳能供热循环水泵打开，机组及其他水泵和控制阀全部关闭；5)太阳能直供+2号机组供热模式：在正常负荷阶段，当蓄热水箱温度达到供热要求时，1号末端控制阀、2号末端控制阀和4号末端控制阀关闭，1号太阳能供热控制阀和2号太阳能供热控制阀打开，3号末端控制阀打开，太阳能供热循环水泵和2号末端循环水泵启动，1号储热控制阀和2号储热控制阀关闭，1号地源控制阀和2号地源控制阀打开，3号地源控制阀关闭，2号地源循环水泵启动，2号地源热泵机组启动；6)2号机组供热模式：在正常负荷阶段，当蓄热水箱温度达不到供热要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能‑地源热泵耦合供能系统，其特征在于该系统包括太阳能集热器、蓄热水箱、1号地源热泵机组和2号地源热泵机组、1号地埋管群、2号地埋管群、1号建筑末端装置、2号建筑末端装置、集热循环水泵、储热循环水泵、1号地源循环水泵、2号地源循环水泵、1号末端循环水泵、2号末端循环水泵、太阳能供热循环水泵、1号储热控制阀、2号储热控制阀、1号太阳能供热控制阀、2号太阳能供热控制阀、1号地源控制阀、2号地源控制阀、3号地源控制阀、1号末端控制阀、2号末端控制阀、3号末端控制阀、4号末端控制阀、1号管群流量调节阀、2号管群流量调节阀、1号管群热量表、2号管群热量表、压力控制阀；所述太阳能集热器顺次与蓄热水箱、集热循环水泵之间通过管路连接，构成集热循环，在蓄热水箱中收集太阳能产生的热水；蓄热水箱的热水出流端顺次与储热循环水泵、1号储热控制阀、1号地埋管群、2号储热控制阀、蓄热水箱的回流端之间通过管路连接，构成储热循环；集热循环和储热循环构成太阳能子系统；所述1号地源热泵机组的地源侧出流端顺次与1号地埋管群、3号地源控制阀、1号地源循环水泵、1号地源热泵机组的地源侧入流端相连，构成了1号地源热泵机组地源侧循环回路；所述2号地源热泵机组的地源侧出流端分别同时与1号管群流量调节阀和2号管群流量调节阀相连；1号管群流量调节阀由管路顺次与1号地源控制阀、1号地埋管群、2号地源控制阀和1号管群热量表连接，再连接到2号地源热泵的地源侧回水干管；2号管群流量调节阀由管路顺次与2号地埋管群和2号管群热量表相连，再连接到2号地源热泵的地源侧回水干管；2号地源热泵的地源侧回水干管连接2号地源循环水泵后与2号地源热泵机组的地源侧入流端相连，构成了2号热泵机组地源侧循环回路；所述蓄热水箱2的热水出流端顺次与太阳能供热循环水泵、1号太阳能供热控制阀、1号建筑末端装置、2号太阳能供热控制阀、压力控制阀、蓄热水箱回流端管路相连接，构成太阳能直接供热循环；1号地源热泵机组的末端侧出流端顺次与末端装置供水干管相连，然后同时与2号建筑末端装置和1号建筑末端装置相连，末端装置回水干管顺次与4号末端控制阀、1号末端循环水泵、1号地源热泵机组的末端侧回流端相连，构成1号地源热泵机组供热循环；2号地源热泵机组的末端侧出流端顺次与末端装置供水干管相连，然后同时与2号建筑末端装置和1号建筑末端装置相连，末端装置回水干管顺次与3号末端控制阀、2号末端循环水泵、2号地源热泵机组的末端侧回流端相连，构成2号地源热泵机组供热循环；1号建筑末端装置和2号建筑末端装置之间的供回水干管上分别设置有1号末端控制阀和2号末端控制阀。...

【技术特征摘要】
1.一种太阳能-地源热泵耦合供能系统，其特征在于该系统包括太阳能集热器、蓄热水箱、1号地源热泵机组和2号地源热泵机组、1号地埋管群、2号地埋管群、1号建筑末端装置、2号建筑末端装置、集热循环水泵、储热循环水泵、1号地源循环水泵、2号地源循环水泵、1号末端循环水泵、2号末端循环水泵、太阳能供热循环水泵、1号储热控制阀、2号储热控制阀、1号太阳能供热控制阀、2号太阳能供热控制阀、1号地源控制阀、2号地源控制阀、3号地源控制阀、1号末端控制阀、2号末端控制阀、3号末端控制阀、4号末端控制阀、1号管群流量调节阀、2号管群流量调节阀、1号管群热量表、2号管群热量表、压力控制阀；所述太阳能集热器顺次与蓄热水箱、集热循环水泵之间通过管路连接，构成集热循环，在蓄热水箱中收集太阳能产生的热水；蓄热水箱的热水出流端顺次与储热循环水泵、1号储热控制阀、1号地埋管群、2号储热控制阀、蓄热水箱的回流端之间通过管路连接，构成储热循环；集热循环和储热循环构成太阳能子系统；所述1号地源热泵机组的地源侧出流端顺次与1号地埋管群、3号地源控制阀、1号地源循环水泵、1号地源热泵机组的地源侧入流端相连，构成了1号地源热泵机组地源侧循环回路；所述2号地源热泵机组的地源侧出流端分别同时与1号管群流量调节阀和2号管群流量调节阀相连；1号管群流量调节阀由管路顺次与1号地源控制阀、1号地埋...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恩宇，齐承英，陈宇朴，沈云祥，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：天津;12