本实用新型涉及相变蓄能供能技术领域，具体涉及一种用于夏热冬冷地区的地源热泵跨季节蓄热系统。
背景技术：
由于地源热泵具有较高的性能系数，所以其还具有显著的环保效益。地源热泵由于采用的是可再生的地热能，因此被称为一项以节能和环保为特征的21世纪的技术。目前全国各地已经相继建成了多个地源热泵项目，但对于全年冷负荷远大于热负荷的夏热冬冷地区而言由于冷热不平衡度较高，土壤温度波动较大，长期运行将导致系统运行特性恶化。
当今社会，除了面临能源短缺的问题之外，能量供求关系不平衡也是一个值得关注的问题。由于能量供求关系不平衡，因而导致地源热泵冷热不平衡，进而导致土壤温度波动大、系统运行特性恶化等问题发生。因此，开发一种与地源热泵相结合的跨季节相变蓄热系统以解决地源热泵冷热不平衡导致土壤温度波动大、系统运行特性恶化等问题势在必行。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是：现有地源热泵的能量供求关系不平衡导致土壤温度波动大、系统运行特性恶化的问题，目的在于提供解决上述问题的一种用于夏热冬冷地区的地源热泵跨季节蓄热系统。
为了解决上述问题，在能量的转移和利用的过程中，设计一种高效储能器进行能量的储存，从而解决能量供求关系上不匹配的矛盾，实现“削峰填谷”以提高能源利用效率是有必要的。
并且，随着人们对储能研究的深入，逐渐认识到：相变材料具有相变储能密度大、蓄放热过程易于控制和蓄放热过程温度恒定等诸多优点，在储能系统中得到越来越广泛的应用。包括有相变材料的相变储能器具有较大的储能量，且具有体积小、能实现能量的转移利用等优点。
鉴于上述原因，本实用新型通过下述技术方案实现：
一种用于夏热冬冷地区的地源热泵跨季节蓄热系统，包括与地埋管路形成循环回路、与用户设备连通的地源热泵系统，所述地源热泵系统包括与地埋管路连通的地埋管进水管和地埋管出水管，与用户设备连通的用户侧回水管和用户侧供水管，所述地源热泵系统还包括进水口与地埋管进水管连通、出水口与地埋管出水管连通的蓄热水箱，蓄热水箱内设置有相变蓄热材料，该蓄热水箱的进水口处设置阀门V15，该蓄热水箱的出水口处设置阀门V16，地埋管进水管上设置有地埋管进水温度传感器，地埋管出水管上则设置有地埋管出水温度传感器，所述蓄热水箱上还设置有用于检测蓄热水箱内水温的蓄热水箱温度传感器。
在供冷季节期间，当地埋管进水管内水温升高并达到一定值时，蓄热水箱的阀门V15、阀门V16开启，旁通一部分供给蓄热水箱进行低温相变蓄热，此时相变材料由固态变为熔融态最终变为液态并且温度上升，以此减少系统向土壤排热，控制土壤温度上升。当相变材料温度上升到一定值时停止蓄热，关闭蓄热水箱的阀门V15、阀门V16。
在供暖季期间，地埋管路的进水温度较低或土壤温度较低，当地埋管进水管内水温低于一定值时，蓄热水箱阀门V15、阀门V16开启，向系统放热，以减少系统从土壤中所吸收热量。本实用新型不仅缓解了某些夏热冬冷地区地源热泵系统冷热不平衡问题，实现了“夏热冬用”，同时通过控制地埋管的换热量可以有效控制地源热泵埋管规模，减少项目初投资，并减少输配设备的能耗与系统能耗。
因而，本实用新型适用于冷热负荷不平衡度较大的夏热冬冷地区，尤其适用于与跨季节蓄热箱结合的地源热泵系统。
进一步，所述地源热泵系统包括具有降温侧和升温侧的地源热泵机组；地源热泵机组的升温侧分别通过地埋管进水管和地埋管出水管与地埋管路构成循环回路，地源热泵机组的降温侧则分别通过用户侧回水管和用户侧供水管与用户设备连通；
地源热泵机组与地埋管出水管之间的管路上沿着水流方向顺次设置有水泵组、阀门V7和阀门V14，地源热泵机组和地埋管进水管之间的管路上设置有阀门V11，地源热泵机组与用户侧回水管之间的管路上设置有阀门V1，地源热泵机组与用户侧供水管之间的管路上设置有阀门V4。
更进一步，所述水泵组包括阀门V12、阀门V10和并联设置在阀门V12和阀门V10之间的两组地源侧和用户侧水泵。地源侧和用户侧水泵采用“一用一备”形式，并联安装两个型号一致的水泵，进而在其中一个地源侧和用户侧水泵损坏时可以启用备用泵，保证系统的运行。
为了能在不改变管路的情况下同时满足供暖季和供冷季的使用，所述地源热泵系统还包括分别设置有阀门V2、阀门V5、阀门V3和阀门V6的连接管路，其中，设置有阀门V2的连接管路的一端与用户侧回水管和阀门V1之间的管路连通、另一端与阀门V11和地源热泵机组之间的管路连通，设置有阀门V5的连接管路的一端与用户侧供水管和阀门V4之间的管路连通、另一端与阀门V14和阀门V7之间的管路连通，设置有阀门V6的连接管路的一端与地源热泵机组和阀门V4之间的管路连通、另一端与水泵组和阀门V7之间的管路连通，设置有阀门V3的连接管路的一端与地源热泵机组和阀门V1之间的管路连通、另一端与阀门V11和地埋管进水管之间的管路连通。
进一步，所述地源热泵系统还包括设置有反冲洗水泵的连接管路，该连接管路的一端与阀门V5和阀门V7之间的管路连通、另一端则与阀门V15和地源热泵机组之间的管路连通。
根据《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366-2009)第4.3.17条规定，地埋管换热系统宜设置反冲洗系统，冲洗流量宜为工作流量的2倍。反冲洗泵用于冲洗地源热泵系统长期运行过程中埋管内所产生的堵塞物质，以减少系统产生的沿程或局部损失的因素。反冲洗系统开启时，冷水机组、地源侧和用户侧水泵不得启动，此时仅开启阀门V7、V8、V9、V11、V13，其余各阀门关闭。反冲洗水泵工作过程中，地埋管水经地源侧集水器流出并分别流经阀门V11、V9、V8、V7、V13并经地源侧分水器流回埋管，如此循环。反冲洗系统补水由地源侧膨胀水箱补水管补入地埋管分水器，排水由地埋管集分水器底部泄水管排入机房排水地沟，以实现冲洗埋管的目的。
更进一步，为了方便反冲洗水泵的更换维修，设置有反冲洗水泵的连接管路上还设置有阀门V8和阀门V9，阀门V8和阀门V9分别设置在反冲洗水泵的两侧。
为了方便水泵组的更换维修，所述地源热泵系统还包括设置有阀门V13的连接管路，该连接管路的一端与阀门V6和水泵组之间的管路连通、另一端则与水泵组和地埋管出水温度传感器之间的管路连通。
优选地，所述蓄热水箱包括壳体，安装在壳体内且填充有相变蓄热材料的相变储能板。为了使蓄热材料熔融温度与供冷季埋管的出水温度接近，蓄热材料凝固温度与供热季埋管的出水温度接近，本实用新型中的相变蓄热材料优选为石蜡。
为了达到检测的准确性，所述蓄热水箱温度传感器包括设置在蓄热水箱出水口位置处的出水温度传感器，设置在蓄热水箱进水口位置处的进水温度传感器，以及一个以上设置在蓄热水箱中间部位的中部温度传感器。
本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本实用新型采用了相变蓄热材料实现了跨季节蓄热，将夏热冬冷地区供冷季地埋管地源热泵多余排热蓄集于蓄热水箱之中，减少了地源热泵系统向土壤排热，有效地避免了土壤温度的过大波动，使冷源温度更加稳定，从而使系统运行性能更加稳定；与此同时，蓄热水箱蓄集的热量于供热季释放也可减少埋管供热季吸热，减小土壤温度波动；
2、本实用新型由于供冷季一部分热量排放至蓄热水箱中，系统向土壤的排热量减小，故可一定程度上缩小系统埋管规模，减小系统初投资；
3、本实用新型适用于冷热负荷不平衡度较大的夏热冬冷地区，尤其适用于与跨季节蓄热箱结合的地源热泵系统，应用范围广。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1为本实用新型的整体结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-蓄热水箱，2-地埋管进水温度传感器，3-地埋管进水管，4-地埋管出水管，5-地埋管出水温度传感器，6-地源热泵机组，7-地源侧和用户侧水泵，8-反冲洗水泵，9-出水温度传感器，10-中部温度传感器，11-进水温度传感器，13-用户侧回水管，14-用户侧供水管。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例1
一种用于夏热冬冷地区的地源热泵跨季节蓄热系统，如图1所示，包括与地埋管路形成循环回路、与用户设备连通的地源热泵系统，所述地源热泵系统包括与地埋管路连通的地埋管进水管3和地埋管出水管4，与用户设备连通的用户侧回水管13和用户侧供水管14。
所述地源热泵系统还包括进水口与地埋管进水管3连通、出水口与地埋管出水管4连通的蓄热水箱1，蓄热水箱1内设置有相变蓄热材料，该蓄热水箱1的进水口处设置阀门V15，该蓄热水箱1的出水口处设置阀门V16，地埋管进水管3上设置有地埋管进水温度传感器2，地埋管出水管4上则设置有地埋管出水温度传感器5，所述蓄热水箱1上还设置有用于检测蓄热水箱1内水温的蓄热水箱温度传感器。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中优化了地源热泵系统的结构，具体设置如下：
所述地源热泵系统包括具有降温侧和升温侧的地源热泵机组6；地源热泵机组6的升温侧分别通过地埋管进水管3和地埋管出水管4与地埋管路构成循环回路，地源热泵机组6的降温侧则分别通过用户侧回水管13和用户侧供水管14与用户设备连通；
地源热泵机组6与地埋管出水管4之间的管路上沿着水流方向顺次设置有水泵组、阀门V7和阀门V14，地源热泵机组6和地埋管进水管3之间的管路上设置有阀门V11，地源热泵机组6与用户侧回水管13之间的管路上设置有阀门V1，地源热泵机组6与用户侧供水管14之间的管路上设置有阀门V4。
所述地源热泵系统还包括分别设置有阀门V2、阀门V5、阀门V3和阀门V6的连接管路，其中，设置有阀门V2的连接管路的一端与用户侧回水管13和阀门V1之间的管路连通、另一端与阀门V11和地源热泵机组6之间的管路连通，设置有阀门V5的连接管路的一端与用户侧供水管14和阀门V4之间的管路连通、另一端与阀门V14和阀门V7之间的管路连通，设置有阀门V6的连接管路的一端与地源热泵机组6和阀门V4之间的管路连通、另一端与水泵组和阀门V7之间的管路连通，设置有阀门V3的连接管路的一端与地源热泵机组6和阀门V1之间的管路连通、另一端与阀门V11和地埋管进水管3之间的管路连通。
本实施例的具体工作过程如下：
当处于供冷工况时，阀门V1、V4、V7、V10、V11、V12、V14开启，V2、V3、V5、V6、V8、V9、V13关闭，地源热泵机组6的升温侧与地埋管路形成循环回路，地源热泵机组6的降温侧与用户设备连通。此时，在升温侧流量一定的情况下，建筑物负荷越大，地埋管进水管3中的水温越高，因此本系统将地埋管进水管3处的水温作为衡量末端负荷的指标。此时需设定一个进水温度值，该温度的具体数值由建筑物动态负荷而定，当地埋管进水温度传感器2的实测值高于该设定值时，地埋管进水温度传感器2将实测数据发送给集控中心，集控中心向电动阀V15、V16发送信号控制其开启，此时部分本流向地埋管路进行换热的升温侧循环水流入蓄热水箱1中，将水中的热量释放给相变蓄热材料，相变蓄热材料由固态变为熔融态并持续吸热，直至地埋管进水管3处的水温降至设定值以下或者蓄热水箱内相变材料温度超过其熔融点温度，此时，地埋管进水温度传感器2或者中部温度传感器10将信号发送给集控中心，集控中心向V15、V16发送信号控制其关闭，此时停止蓄热。
在供冷季节，蓄热水箱1的阀门开启蓄热之后，升温侧一部分循环水会进入蓄热水箱放热，此时为避免管路因为流量下降而压力降低，应在系统启动之前在蓄热中充满水，以保证升温侧水流量不会下降。注意，充水温度应与土壤温度一致而位于相变材料的熔融点与凝固点之间。
当处于供热工况下时，阀门V2、V3、V5、V6、V10、V12、V14开启，V1、V4、V7、V8、V9、V11、V13关闭，此时，地源热泵机组6的降温侧与地埋管路形成循环回路，地源热泵机组6的升温侧与用户设备连通。设定一地埋管进水温度值，当地埋管进水温度传感器2实测值低于此值时，集控中心向V15、V16发送信号控制其开启，此时一部分循环水进入蓄热水箱吸热，此时相变材料由液态逐渐变为固态并持续释放相变热，当地埋管进水管3处的温度恢复到设定值以上或相变材料的温度低于凝固点时，阀门V15、V16关闭，停止放热。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于，本实施例中进一步优化了地源热泵系统的结构，使系统运行更加稳定，同时也便于维护检修，具体设置如下：
所述水泵组包括阀门V12、阀门V10和并联设置在阀门V12和阀门V10之间的两组地源侧和用户侧水泵7。通过上述水泵组结构的设置，使本实用新型的结构运行更加稳定。
同时，为了更加方便维护检修，所述地源热泵系统还包括设置有反冲洗水泵8的连接管路，该连接管路的一端与阀门V5和阀门V7之间的管路连通、另一端则与阀门V15和地源热泵机组6之间的管路连通。设置有反冲洗水泵8的连接管路上还设置有阀门V8和阀门V9，阀门V8和阀门V9分别设置在反冲洗水泵8的两侧。
所述地源热泵系统还包括设置有阀门V13的连接管路，该连接管路的一端与阀门V6和水泵组之间的管路连通、另一端则与水泵组和地埋管出水温度传感器5之间的管路连通。
实施例4
本实施例与实施例1-3的区别在于，本实施例中优化了蓄热水箱1的结构，具体设置如下：
所述蓄热水箱1包括壳体，安装在壳体内且填充有相变蓄热材料的相变储能板。所述相变蓄热材料为石蜡。所述蓄热水箱温度传感器包括设置在蓄热水箱1出水口位置处的出水温度传感器9，设置在蓄热水箱1进水口位置处的进水温度传感器11，以及一个以上设置在蓄热水箱1中间部位的中部温度传感器10。本实施例中该中部温度传感器10的数量设置为两个，分别设置在壳体上部和下部位置处，如图1所示。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。