本实用新型涉及一种在冬季可补偿浅层地热的地热空调系统，特别涉及一种在地热支取不平衡工况下的冬季可补偿浅层地热的地热空调系统，属于地热空调系统领域。
背景技术：
相对地表来说，地下水和土壤的温度一般常年维持在一个恒定的温度区间，这个温度区间在冬季比地表温度高，而在夏季比地表温度低，地热空调正是利用了这个温差所引起的能量流动在冬季供热，而在夏季供冷的。这种地源热泵空调系统的原理就是通过安装在地下的地热收集器，从土壤中吸收能量，经过能量转换实现空调调节功能。地热空调有两种，一是利用恒温层的地下水热量，一种是利用浅层常温土壤或地下水中的能量作为能源，在地下埋管，吸收热能。但是在某些寒冷国家和地区(譬如我国的北方偏冷地区)，全年呈冷热不平衡工况，夏季制冷时间较短，制冷负荷较小，冬季采暖时间较长，采暖负荷较大，在这种地热支取不平衡的状态下，地源热泵系统长期运行会造成从土壤的全年累积取热量大于累积散热量的不平衡状态，这种持续的不平衡状态会导致采暖季土壤的初始温度逐年降低，最终导致冬季地源热泵系统运行效率降低，采暖达不到预期效果，系统甚至无法稳定运行等后果。
技术实现要素：
本实用新型热不平衡工况下冬季可补偿浅层地热的地热空调装置公开了新的方案，采用地源热泵和太阳能耦合系统向地热源补充能量，解决了全年气温偏低的地区因地源热能日益枯竭而带来的地热空调工作效率降低的问题。
本实用新型热不平衡工况下冬季可补偿浅层地热的地热空调装置包括地源热泵、地源换热装置、热补偿装置和室内空调换热器，室内空调换热器与地源换热装置通过地源热泵传热连接，热补偿装置与地源换热装置传热连接。地源热泵包括地源热泵主机和传热管系，地源热泵主机包括地源热泵蒸发器和地源热泵冷凝器，传热管系包括地源换热装置端传热管路和室内空调换热器端传热管路，地源换热装置通过地源换热装置端传热管路与地源热泵主机传热连接，室内空调换热器通过室内空调换热器端传热管路与地源热泵主机传热连接。
地源换热装置端传热管路包括地源换热装置进口管路和地源换热装置出口管路。地源换热装置进口管路包括地源换热装置进口总管道、地源换热装置进口热补偿管道、地源换热装置进口热端管道，地源换热装置进口热补偿管道的一端与地源换热装置进口总管道连通，地源换热装置进口热补偿管道的另一端与热补偿装置供热端连通，地源换热装置进口热端管道的一端与地源换热装置进口总管道连通，地源换热装置进口热端管道的另一端与地源热泵蒸发器连通。地源换热装置出口管路包括地源换热装置出口总管道、地源换热装置出口热补偿管道、地源换热装置出口热端管道，地源换热装置出口热补偿管道的一端与地源换热装置出口总管道连通，地源换热装置出口热补偿管道的另一端与热补偿装置工质输入端连通，地源换热装置出口热端管道的一端与地源换热装置出口总管道连通，地源换热装置出口热端管道的另一端与地源热泵蒸发器连通。
室内空调换热器端传热管路包括室内空调换热器进口管路和室内空调换热器出口管路。室内空调换热器进口管路包括室内空调换热器进口总管道、室内空调换热器进口冷端管道，室内空调换热器进口冷端管道的一端与室内空调换热器进口总管道连通，室内空调换热器进口冷端管道的另一端与地源热泵冷凝器连通。室内空调换热器出口管路包括室内空调换热器出口总管道、室内空调换热器出口冷端管道，室内空调换热器出口冷端管道的一端与室内空调换热器出口总管道连通，室内空调换热器出口冷端管道的另一端与地源热泵冷凝器连通。
热补偿装置包括太阳能集热板装置和蓄热水箱，太阳能集热板装置与蓄热水箱传热连接，蓄热水箱与地源换热装置通过地源换热装置进口总管道和地源换热装置出口总管道传热连接。
本实用新型热不平衡工况下冬季可补偿浅层地热的地热空调装置采用地源热泵和太阳能耦合系统向地热源补充能量，缓解了地源热能日益枯竭的问题，具有在冬季可补充地热能源的特点。
附图说明
图1是本实用新型地热空调系统的一种实施例的原理示意图。
其中，211是地源换热装置进口总管道，221是地源换热装置出口总管道，222是地源侧水泵，310是太阳能集热板装置，320是蓄热水箱，330是地源换热装置进口热补偿管道，340是地源换热装置出口热补偿管道，350是低温工质区出水管，351是循环水泵，360是高温工质区进水管，411是室内空调换热器进口总管道，412是室内空调水泵，421是室内空调换热器出口总管道。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型热不平衡工况下冬季可补偿浅层地热的地热空调装置示意图。热不平衡工况下冬季可补偿浅层地热的地热空调装置包括地源热泵、地源换热装置、热补偿装置和室内空调换热器，室内空调换热器与地源换热装置通过地源热泵传热连接，热补偿装置与地源换热装置传热连接。地源热泵包括地源热泵主机和传热管系，地源热泵主机包括地源热泵蒸发器和地源热泵冷凝器，传热管系包括地源换热装置端传热管路和室内空调换热器端传热管路，地源换热装置通过地源换热装置端传热管路与地源热泵主机传热连接，室内空调换热器通过室内空调换热器端传热管路与地源热泵主机传热连接。上述方案的地热空调系统克服了气候寒冷地区及国家地热能量流失的问题，在保证用户正常使用的前提下，保持地热空调高效、稳定运行。
本方案的地热空调系统为了满足冬季调节室内温度的要求，还公开了地源热泵的传热管系的具体方案，如图1所示，即地源换热装置端传热管路包括地源换热装置进口管路和地源换热装置出口管路。地源换热装置进口管路包括地源换热装置进口总管道、地源换热装置进口热补偿管道、地源换热装置进口热端管道，地源换热装置进口热补偿管道的一端与地源换热装置进口总管道连通，地源换热装置进口热补偿管道的另一端与热补偿装置供热端连通，地源换热装置进口热端管道的一端与地源换热装置进口总管道连通，地源换热装置进口热端管道的另一端与地源热泵蒸发器连通。地源换热装置出口管路包括地源换热装置出口总管道、地源换热装置出口热补偿管道、地源换热装置出口热端管道，地源换热装置出口热补偿管道的一端与地源换热装置出口总管道连通，地源换热装置出口热补偿管道的另一端与热补偿装置工质输入端连通，地源换热装置出口热端管道的一端与地源换热装置出口总管道连通，地源换热装置出口热端管道的另一端与地源热泵蒸发器连通。室内空调换热器端传热管路包括室内空调换热器进口管路和室内空调换热器出口管路。室内空调换热器进口管路包括室内空调换热器进口总管道、室内空调换热器进口冷端管道，室内空调换热器进口冷端管道的一端与室内空调换热器进口总管道连通，室内空调换热器进口冷端管道的另一端与地源热泵冷凝器连通。室内空调换热器出口管路包括室内空调换热器出口总管道、室内空调换热器出口冷端管道，室内空调换热器出口冷端管道的一端与室内空调换热器出口总管道连通，室内空调换热器出口冷端管道的另一端与地源热泵冷凝器连通。
为了增强传热管系的可控性，本方案在管系中安装了水泵和阀门，具体是地源换热装置出口总管道上设有地源侧水泵，室内空调换热器进口总管道上设有室内空调水泵，地源换热装置进口热补偿管道上设有阀V9，地源换热装置进口热端管道上设有阀V6，地源换热装置出口热补偿管道上设有阀V10，地源换热装置出口热端管道上设有阀V2，室内空调换热器进口冷端管道上设有阀V4，室内空调换热器出口冷端管道上设有阀V8。在冬季，室内温度较低，热量的流动方向是从地源换热装置经地源热泵流向室内空调换热器，如图1所示，具体是开启阀V2、V4、V6、V8，室内空调系统实现与地源热泵冷凝器的传热连接，从其吸收热量，而地源换热装置实现与地源热泵蒸发器的传热连接，向其输送热量，地源热泵蒸发器与地源热泵冷凝器在地源热泵主机内部实现热量交换，从而实现了上述方向的热流动。在上述过程中或在关闭室内空调的情况下，都可以通过开启阀V9、V10来导通热补偿装置与地源换热装置间的热传递，从而实现补充地热能量的目的。
本方案的地源换热装置是利用流体工质实现与地下土壤和/或水体进行热交换的装置。为了提高热交换的效率，本方案的地源换热装置包括分集水器和换热管系，分集水器包括分水器和集水器，分水器与地源换热装置进口总管道连通，集水器与地源换热装置出口总管道连通。换热管系包括多组并联的换热管路，换热管路包括依次连通的换热管路进口总管道、若干组串联的换热管路分支管路、换热管路出口总管道，换热管路分支管路包括多个并联的换热管道，换热管路进口总管道与分水器连通，换热管路出口总管道与集水器连通。换热工质经过分水器分水进入换热管路交换热量后经集水器汇水排出。换热水工质经过上述各级管道的流动实现充分的换热，从而提高了换热效率。
本方案的热补偿装置包括太阳能集热板装置和蓄热水箱，太阳能集热板装置与蓄热水箱传热连接，蓄热水箱与地源换热装置通过地源换热装置进口总管道和地源换热装置出口总管道传热连接。为了提高热交换的温差，本方案采用了水工质循环加热的方案，具体是蓄热水箱包括水箱体和水箱管系，水箱体内部设有低温工质区和高温工质区，水箱管系包括连通低温工质区和太阳能集热板装置的入水口的低温工质区出水管、连通高温工质区和太阳能集热板装置的出水口的高温工质区进水管、连通低温工质区和高温工质区的循环传热管，低温工质区出水管上设有循环水泵，循环传热管上设有循环传热阀，地源换热装置出口热补偿管道的另一端与低温工质区连通，地源换热装置进口热补偿管道的另一端与高温工质区连通。为了提高换热温差，可以关闭阀V9、V10，使得水工质在蓄热水箱与太阳能集热板装置间多次往复循环，从而存储更多的热能。
进一步，为了实现上述热补偿循环的智能自动化，本方案还公开了基于上述方案的智能热补偿控制系统，具体是热补偿装置还包括智能热补偿控制系统，智能热补偿控制系统包括分水器温度测量模块、集水器温度测量模块、高温工质区温度测量模块、中央处理单元，阀门控制模块、水泵控制模块、外部监控终端，分水器温度测量模块将测得的分水器内温度参数发送给中央处理单元，集水器温度测量模块将测得的集水器内温度参数发送给中央处理单元，高温工质区温度测量模块将测得的高温工质区内温度参数发送给中央处理单元，中央处理单元根据收到的高温工质区内温度参数低于或等于设定的恒温参数的比对结果通过阀门控制模块和水泵控制模块在开启循环水泵和循环传热阀的同时关闭阀V9、V10，中央处理单元根据收到的高温工质区内温度参数高于设定的恒温参数的比对结果通过阀门控制模块和水泵控制模块在开启地源侧水泵、阀V9、V10的同时关闭循环水泵，上述设定的恒温参数高于分水器内温度参数和集水器内温度参数两者中较低的数值，中央处理单元将收到的分水器内温度参数、集水器内温度参数、高温工质区内温度参数、阀门启闭状态信号和水泵启闭状态信号发送给外部监控终端。进一步，本方案的外部监控终端可以是手持遥控器，手持遥控器通过无线遥控端口修改上述设定的恒温参数，手持遥控器通过无线遥控端口启闭智能热补偿控制系统。
以上方案中涉及的电路、模块以及电子元器件均可采用本领域通用的方案或选型，也可以根据实际需要采用特别设计的方案。
本方案的热不平衡工况下冬季可补偿浅层地热的地热空调装置采用地源热泵和太阳能耦合系统向地热源补充能量，缓解了地源热能日益枯竭的问题，采用多级热交换的换热管系提高了地源换热装置的换热效率，采用可多次往复循环式的太阳能蓄热水箱储热系统及其智能控制系统提高热补偿的温差，实现了有光照环境中的持续补充地热能量的目的。基于以上特点，本方案的地热空调系统相比现有的方案具有实质性特点和进步。
本方案的热不平衡工况下冬季可补偿浅层地热的地热空调装置并不限于具体实施方式中公开的内容，实施例中出现的技术方案可以单独存在，也可以相互包含，本领域技术人员根据本方案结合公知常识作出的简单替换方案也属于本方案的范围。