一种利用太阳能和地热能的复合同井取蓄热系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能地热能联合利用的技术领域，尤其涉及一种利用太阳能和地热能的复合同井取蓄热系统。

背景技术：

我国建筑采暖的能耗量占全国总能耗量的比例越来越高，自1995年的10.7％增加到近年来的27.45％，采暖和空调能耗约占总建筑能耗的55％，占据了我国建筑能耗结构的主要部分。我国建筑采暖要消耗大量一次能源，硫化物、二氧化碳等有害气体被大量排放，污染环境。所以，近年来发展绿色建筑领域成为学者专家研究的主要焦点之一，开发利用太阳能和地热能等新型清洁能源也作为建筑采暖的主要热源。

太阳能—土壤源热泵联动供暖存在资源与季节不匹配的情况，供热季太阳能辐射小，太阳能资源不足，而供冷季和过渡季太阳能资源却非常丰富。太阳能的季节性蓄热就是将过度季和供冷季丰富的太阳能资源储存并转移到供暖季使用，以此弥补太阳能资源的季节性差异，达到对全年太阳能资源的高效利用。与昼夜蓄热等短期性蓄热形式相比，太阳能的季节性蓄热是通常以一年为周期的长期的蓄热形式。

美国的研究学者在20世纪60年代首先提出了太阳能季节性蓄热的思想，80年代北欧各国的研究人员也开展了对土壤季节性蓄热的研究工作。最初这项技术主要被应用在大型太阳能区域供热系统或者集中供热系统中。

我国的学者对地源热泵技术进行了大量的理论和实践研究，很多工程实例已经投入使用，取得了很多成果。但是国内学者对土壤源热泵和太阳能复合系统联动的研究工作起步较晚。天津商学院的研究人员在国内首先开展了关于土壤源热泵和太阳能联动系统的研究，在1994年通过一年的时间运行工况测定了土壤源热泵和太阳能联动的供热性能，得到了处于不同供热工况下的供热系数和供热量。

供暖期前的冬夏过渡季太阳能辐射量大，日照时间长，太阳能跨季度蓄热目的在于利用太阳能蓄热系统将供暖季之前的丰富的太阳能储存起来，供冬季供暖使用。此外，由于传统地源热泵冬季供暖工况下，地埋管吸热量远大于释热量的原因，容易出现随着使用年限的增加，地埋管周围土壤温度下降，最终导致地源热泵系统出现效率降低甚至失效的情况。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种利用太阳能和地热能的复合同井取蓄热系统，能让太阳能系统和地源热泵系统更好地协同运行。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种利用太阳能和地热能的复合同井取蓄热系统，包括太阳能集热板、第一水泵、蓄热水箱、第二水泵、第一通断阀、第二通断阀、第三通断阀、第四通断阀、第三水泵、中央空调系统、第一地埋管、第二地埋管；第一地埋管的第一流通口通过管道分别与第二通断阀和第四通断阀相接，第一地埋管的第二流通口通过管道分别与第一通断阀和第三通断阀相接，蓄热水箱的冷水区出口处通过管道与第一水泵的入口相接，第一水泵的出口通过管道与太阳能集热板相接，太阳能集热板通过管道与蓄热水箱的热水区入口处相接，蓄热水箱的热水区出口处通过管道与第二水泵的入口相接，第二水泵的出口通过管道与第二通断阀相接，蓄热水箱的冷水区入口处通过管道与第一通断阀相接，第二地埋管的第一流通口通过管道分别与第四通断阀和第三水泵的入口相接，第二地埋管的第二流通口通过管道分别与第三通断阀和中央空调系统相接，中央空调系统通过管道与第三水泵的出口相接，第一通断阀设置在蓄热水箱的冷水区入口处和第一地埋管的第二流通口之间的管道上，第二通断阀设置在第二水泵的出口和第一地埋管的第一流通口之间的管道上，第三通断阀设置在第一地埋管的第二流通口和第二地埋管的第二流通口之间的管道上，第四通断阀设置在第一地埋管的第一流通口和第二地埋管的第一流通口之间的管道上。

进一步的是：所述的第一地埋管和第二地埋管为U型管。

进一步的是：所述的第一地埋管和第二地埋管的数量有多根。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

本实用新型将太阳能系统的地埋管和地源热泵系统的地埋管设置在同一井内，在供热工况下，太阳能系统和地源热泵系统协同工作，在取热的同时对土壤进行蓄热，从而起到调节土壤温度的作用，避免地源热泵系统因长期工作使土壤温度持续下降而导致系统效率下降。本实用新型将太阳能蓄热系统和地源热泵系统结合起来，可以让两者相互利用各自的优势，弥补各自的不足。一方面土壤具有良好的稳定性和蓄热性，在太阳能不充足时候可作为热源，解决了太阳能本身不稳定性和间歇性的问题；另一方面，加入太阳能的辅助作用后，初冬季节建筑热负荷较小时，可以同时主动蓄热从而恢复土壤温度，提高整个地源热泵系统的效率。这种第一地埋管(释热管)、第二地埋管(取热管)同井的组合方式，将使得太阳能系统、地源热泵系统拥有自愈的能力，供热方式也将更加灵活。

附图说明

图1是本实用新型的原理示意图。

图2是第一地埋管和第二地埋管置于土壤中的平面示意图。

其中，1为太阳能集热板，2为蓄热水箱，3为第一地埋管，4为第二地埋管，5为中央空调系统，6为第一水泵，7为第二水泵，8为第三水泵，9为第一通断阀，10为第二通断阀，11为第三通断阀，12为第四通断阀，2-1为蓄热水箱的热水区入口处，2-2为蓄热水箱的热水区出口处，2-3为蓄热水箱的冷水区入口处，2-4为蓄热水箱的冷水区出口处，3-1为第一地埋管的第一流通口，3-2为第一地埋管的第二流通口，4-1为第二地埋管的第一流通口，4-2为第二地埋管的第二流通口，6-1为第一水泵的入口，6-2为第一水泵的出口，7-1为第二水泵的入口，7-2为第二水泵的出口，8-1为第三水泵的入口，8-2为第三水泵的出口。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。

一种利用太阳能和地热能的复合同井取蓄热系统，包括太阳能集热板、第一水泵、蓄热水箱、第二水泵、第一通断阀、第二通断阀、第三通断阀、第四通断阀、第三水泵、中央空调系统、第一地埋管、第二地埋管；蓄热水箱内设有冷水区和热水区，冷水区和热水区均有相应的入口和出口；第一水泵、第二水泵、第三水泵也均有相应的入口和出口；第一地埋管和第二地埋管为U型管，第一地埋管有两个流通口，分别称为第一流通口和第二流通口；第二地埋管也有两个流通口，分别称为第一流通口和第二流通口。通断阀打开时，管道处于流通状态，通断阀关闭时，管道处于不流通状态。太阳能集热板内设有相应的水管，水流过太阳能集热板后，水的温度升高，由冷水变为热水，太阳能集热板属于现有的成熟的技术；蓄热水箱和中央空调系统也属于现有的成熟的技术；将第一地埋管和第二地埋管设置在土壤里，这种技术也属于现有的技术。

结合图1和图2所示，图1中的实心点表示该点所连接的管道是相通的。第一地埋管的第一流通口通过管道分别与第二通断阀和第四通断阀相接(即如图1，第一地埋管的第一流通口通过管道与第二通断阀的右侧相接，同时也通过管道与第四通断阀的左侧相接)；第一地埋管的第二流通口通过管道分别与第一通断阀和第三通断阀相接(即如图1，第一地埋管的第二流通口通过管道与第一通断阀的右侧相接，同时也通过管道与第三通断阀的左侧相接)。蓄热水箱的冷水区出口处通过管道与第一水泵的入口相接，第一水泵的出口通过管道与太阳能集热板相接，太阳能集热板通过管道与蓄热水箱的热水区入口处相接，蓄热水箱的热水区出口处通过管道与第二水泵的入口相接，第二水泵的出口通过管道与第二通断阀(第二通断阀的左侧)相接，蓄热水箱的冷水区入口处通过管道与第一通断阀(第一通断阀的左侧)相接。第二地埋管的第一流通口通过管道分别与第四通断阀和第三水泵的入口相接(即如图1，第二地埋管的第一流通口通过管道与第四通断阀的右侧相接，同时也通过管道与第三水泵的入口相接)；第二地埋管的第二流通口通过管道分别与第三通断阀和中央空调系统相接(即第二地埋管的第二流通口通过管道与第三通断阀的右侧相接，同时也通过管道与中央空调系统相接)。中央空调系统通过管道与第三水泵的出口相接。第一通断阀设置在蓄热水箱的冷水区入口处和第一地埋管的第二流通口之间的管道上，第二通断阀设置在第二水泵的出口和第一地埋管的第一流通口之间的管道上，第三通断阀设置在第一地埋管的第二流通口和第二地埋管的第二流通口之间的管道上，第四通断阀设置在第一地埋管的第一流通口和第二地埋管的第一流通口之间的管道上。第一地埋管和第二地埋管的数量有多根，根据实际情况合理设置。

下面以某办公楼为例，对该取蓄热系统的使用做进一步介绍，采用现有技术将第一地埋管和第二地埋管设置在同一井中。

在供热期前的蓄热期(10月至11月左右)，建筑物处于供热期之前，无需向中央空调系统供热，此时，第一通断阀和第二通断阀开启，第三通断阀和第四通断阀关闭，中央空调系统处于不工作的状态，第一水泵工作，从蓄热水箱的冷水区抽出冷水，冷水通过管道流过第一水泵，再流过太阳能集热板，冷水流过太阳能集热板后，水温上升，变为热水，热水再流入蓄热水箱的热水区，热水再从蓄热水箱的热水区出口处流入管道，再依次流过第二水泵和第二通断阀，然后再流入第一地埋管中，使得土壤的温度上升，从而达到将太阳能储存于土壤中的目的，热水再从第一地埋管流出，水温下降，变为冷水，冷水再流向第一通断阀，再流入蓄热水箱的冷水区，从而达到水循环，实现将太阳能储存于土壤中的目的，即将太阳能变为地热能。太阳能系统包括太阳能集热板、蓄热水箱、第一水泵、第二水泵、第一通断阀、第二通断阀、第一地埋管及其相应的管道；太阳能转化为地热能是通过太阳能系统实现的。

在热负荷较小的供热早期(12月和次年3月左右)，初冬和初春时节，建筑物热负荷较小，中央空调系统处于部分负荷运行，此时，第一通断阀和第二通断阀开启，第三通断阀和第四通断阀关闭，中央空调系统处于部分工作的状态，太阳能系统工作，实现将太阳能储存于土壤中(详细过程见上段描述)。由于土壤经过蓄热期的蓄热，土壤的温度比较高，第三水泵工作，从第二地埋管的第一流通口抽取热水，热水流过第三水泵，再流向中央空调系统，从而热水对中央空调系统供热，热水流过中央空调系统后，温度降低，热水变成冷水，冷水再通过第二地埋管的第二流通口流入第二地埋管内，从而达到水循环，实现利用地热能向中央空调系统供热的目的。地源热泵系统包括第三水泵、第二地埋管及其相应的管道。

在热负荷较大的供热中期(1月至2月左右)，深冬时节，建筑物热负荷较大，地源热泵系统处于满负荷的工作状态，此时，第一通断阀和第二通断阀关闭，第三通断阀和第四通断阀开启，中央空调系统基本处于满负荷的工作状态，太阳能系统不向土壤中蓄热，第三水泵工作，第三水泵通过第一地埋管的第一流通口和第二地埋管的第一流通口向第一地埋管和第二地埋管抽取热水，热水流过第三水泵，再流向中央空调系统，从而热水对中央空调系统供热，热水流过中央空调系统后，温度降低，热水变成冷水，冷水再通过第一地埋管的第二流通口和第二地埋管的第二流通口流入第一地埋管和第二地埋管内。在地源热泵系统为中央空调系统供热的同时，太阳能集热板也可以吸收太阳能，将太阳能储存在蓄热水箱中。

对于办公楼来说，周一到周五是工作日，需要供暖，周末双休日往往是不需要供暖的。可以利用周末双休的空闲时间，第一通断阀和第二通断阀开启，第三通断阀和第四通断阀关闭，使用太阳能系统向土壤中回灌热量，恢复土壤温度，对工作日取热带来的土壤温度下降，起到调节和补充的作用。

本实用新型通过太阳能系统和地源热泵系统联合起来，根据实际情况和时间一起协同工作，一方面可以利用过渡季将太阳能储存在土壤中为土壤蓄热以供冬季使用；另一方面，可以在冬季供热过程中同时为土壤蓄热，恢复土壤温度，改善由于地埋管释热量小于取热量带来的土壤温度持续下降、地源热泵系统失效的情况。

本实用新型在传统地源热泵系统的基础上，提出供热工况下的取蓄热同井，即将太阳能系统的地埋管和地源热泵系统的地埋管设置在同一井内，在供热工况下，太阳能系统和地源热泵系统协同工作，在取热的同时对土壤进行蓄热，从而起到调节土壤温度的作用，避免地源热泵系统因长期工作使土壤温度持续下降而导致系统效率下降。

本实用新型将太阳能蓄热系统和地源热泵系统结合起来，可以让两者相互利用各自的优势，弥补各自的不足。一方面土壤具有良好的稳定性和蓄热性，在太阳能不充足时候可作为热源，解决了太阳能本身不稳定性和间歇性的问题；另一方面，加入太阳能的辅助作用后，初冬季节建筑热负荷较小时，可以同时主动蓄热从而恢复土壤温度，提高整个地源热泵系统的效率。这种第一地埋管(释热管)、第二地埋管(取热管)同井的组合方式，将使得太阳能系统、地源热泵系统拥有自愈的能力，供热方式也将更加灵活。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。