本实用新型涉及显示技术领域，尤其涉及一种适用于寒冷地区的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统。
背景技术：
土壤源热泵是一种国家大力推广的节能减排技术，它利用浅层土壤温度相对稳定、全年波动小的特点，在夏季时将热量排入土壤为建筑降温，在冬季时将土壤中储存的热量提取出来为建筑供暖。目前，土壤源热泵系统在我国中东部地区推广比较顺利，但是在北方寒冷地区却进展缓慢，究其原因主要是北方寒冷地区的冬季热负荷远远大于夏季冷负荷，土壤源热泵系统冬季从土壤中提取的热量得不到及时的补充，导致土壤温度逐年下降，无法保证供暖效果。因此，解决土壤温度场的平衡问题是土壤源热泵系统在北方寒冷地区推广的关键。
技术实现要素：
为解决上述问题，本实用新型提供一种适用于寒冷地区的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统，至少部分解决上述技术问题。
为此，本实用新型提供一种适用于寒冷地区的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统，包括太阳能系统、地下换热系统、末端供暖系统和土壤源热泵，所述太阳能系统包括太阳能集热器、太阳能集热循环泵和蓄热水箱，所述太阳能集热器通过管道分别与所述太阳能集热循环泵和所述蓄热水箱连接，所述蓄热水箱内设置有换热盘管，所述换热盘管通过调节阀门与所述地下换热系统连接，所述蓄热水箱通过管道与外部的软化水装置连接；
所述地下换热系统包括地埋管换热器和土壤侧循环泵，所述地埋管换热器与所述土壤侧循环泵通过管道连接，所述地埋管换热器通过调节阀门与所述土壤源热泵连接，所述土壤侧循环泵通过调节阀门与所述土壤源热泵连接，所述地下换热系统用于通过所述调节阀门的切换在供热时与所述土壤源热泵的蒸发器连接，在供冷时与所述土壤源热泵的冷凝器连接；
所述末端供暖系统包括风机盘管和负荷侧循环泵，所述风机盘管和所述负荷侧循环泵通过管道连接，所述风机盘管通过调节阀门与所述土壤源热泵连接，所述负荷侧循环泵通过调节阀门与所述土壤源热泵连接，所述末端供暖系统用于通过所述调节阀门的切换在供热时与所述土壤源热泵的冷凝器连接，在供冷时与所述土壤源热泵的蒸发器连接。
可选的，所述太阳能集热循环泵用于当所述太阳能集热器的水温与所述蓄热水箱的水温之差大于或者等于15℃时开始运行；
所述太阳能集热循环泵用于当所述太阳能集热器的水温与所述蓄热水箱的水温之差小于或者等于5℃时停止运行。
可选的，所述太阳能集热循环泵用于当管道的水温小于7℃时开始运行。
可选的，所述太阳能系统用于当所述蓄热水箱的水温大于或者等于45℃时，关闭所述地埋管换热器与所述土壤源热泵之间的调节阀门，同时打开所述换热盘管与所述地下换热系统之间的调节阀门；
所述太阳能系统用于当所述蓄热水箱的水温小于或者等于25℃时，打开所述地埋管换热器与所述土壤源热泵之间的调节阀门，同时关闭所述换热盘管与所述地下换热系统之间的调节阀门。
可选的，所述土壤侧循环泵用于当所述蓄热水箱的水温大于或者等于45℃时开始运行；
所述土壤侧循环泵用于当所述蓄热水箱的水温小于或者等于25℃时停止运行。
可选的，所述土壤源热泵的制热量为209kW，所述土壤源热泵的额定输入功率为55.2kW。
可选的，所述地埋管换热器为地埋管换热井，所述地埋管换热井的数量为64，所述地埋管换热井的井深为100m，所述地埋管换热井之间的距离为5m；
所述土壤侧循环泵的流量为88mm3/h，所述土壤侧循环泵的扬程为28m，所述土壤侧循环泵的输入功率为11kW。
可选的，所述负荷侧循环泵的流量为44mm3/h，所述负荷侧循环泵的扬程为28m，所述负荷侧循环泵的输入功率为5.5kW。
可选的，所述太阳能集热循环泵的流量为11m3/h，所述太阳能集热循环泵的扬程为28m，所述太阳能集热循环泵的输入功率为2.2kW；
所述太阳能集热器的数量为49，所述太阳能集热器的集热面积为4m2。
可选的，所述软化水装置的处理量为1t/h，所述蓄热水箱的长度为2.5m，宽度为2.5m，高度为2m。
本实用新型具有下述有益效果：
本实用新型提供的适用于寒冷地区的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统，包括太阳能系统、地下换热系统、末端供暖系统和土壤源热泵，所述太阳能系统包括太阳能集热器、太阳能集热循环泵和蓄热水箱，所述地下换热系统包括地埋管换热器和土壤侧循环泵，所述末端供暖系统包括风机盘管和负荷侧循环泵，所述地下换热系统用于通过所述调节阀门的切换在供热时与所述土壤源热泵的蒸发器连接，在供冷时与所述土壤源热泵的冷凝器连接，所述末端供暖系统用于通过所述调节阀门的切换在供热时与所述土壤源热泵的冷凝器连接，在供冷时与所述土壤源热泵的蒸发器连接。本实用新型提供的技术方案在冬季时使用土壤源热泵与太阳能联合供暖，在其它季节时利用太阳能向浅层土壤补充热量。因此，本实用新型提供的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统从根本上解决了北方寒冷地区采用土壤源热泵系统供暖造成的土壤温度逐年下降的问题，同时太阳能作为一种免费热源，能耗低，经济效益显著。本实用新型提供的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统自动化程度高，操作灵活方便，安全可靠，具有较强的针对性、实用性和推广价值。
附图说明
图1为本实用新型实施例一提供的适用于寒冷地区的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统的结构示意图；
其中，附图标记为：1-土壤源热泵、2-地埋管换热器、3-土壤侧循环泵、4-负荷侧循环泵、5-风机盘管、6-太阳能集热循环泵、7-换热盘管、8-蓄热水箱、9-太阳能集热器、10～12-调节阀门。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型提供的适用于寒冷地区的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统进行详细描述。
实施例一
本实施例提供一种适用于寒冷地区的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统，在冬季时使用土壤源热泵与太阳能联合供暖，在其它季节时利用太阳能向浅层土壤补充热量。因此，本实施例提供的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统从根本上解决了北方寒冷地区采用土壤源热泵系统供暖造成的土壤温度逐年下降的问题，同时太阳能作为一种免费热源，能耗低，经济效益显著。
图1为本实用新型实施例一提供的适用于寒冷地区的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统的结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种适用于寒冷地区的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统，包括太阳能系统、地下换热系统、末端供暖系统和土壤源热泵1，所述太阳能系统包括太阳能集热器9、太阳能集热循环泵6和蓄热水箱8，所述太阳能集热器9通过管道分别与所述太阳能集热循环泵6和所述蓄热水箱8连接，所述蓄热水箱8内设置有换热盘管7，所述换热盘管7通过调节阀门与所述地下换热系统连接，所述蓄热水箱8通过管道与外部的软化水装置连接。
所述地下换热系统包括地埋管换热器2和土壤侧循环泵3，所述地埋管换热器2与所述土壤侧循环泵3通过管道连接，所述地埋管换热器2通过调节阀门与所述土壤源热泵1连接，所述土壤侧循环泵3通过调节阀门与所述土壤源热泵1连接，所述地下换热系统用于通过所述调节阀门的切换在供热时与所述土壤源热泵1的蒸发器连接，在供冷时与所述土壤源热泵1的冷凝器连接。
所述末端供暖系统包括风机盘管5和负荷侧循环泵4，所述风机盘管5和所述负荷侧循环泵4通过管道连接，所述风机盘管5通过调节阀门与所述土壤源热泵1连接，所述负荷侧循环泵4通过调节阀门与所述土壤源热泵1连接，所述末端供暖系统用于通过所述调节阀门的切换在供热时与所述土壤源热泵1的冷凝器连接，在供冷时与所述土壤源热泵1的蒸发器连接。
本实施例提供的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统的具体运行如下：
在太阳能蓄热的情况之下，本实施例提供的太阳能集热器9的传热介质(软化水)接收太阳辐射能升温，当太阳能集热器9的水温T1－蓄热水箱8的水温T2≥预设的上限温度(例如15℃)时，太阳能集热循环泵6启动，将太阳能集热器9的热量转移至蓄热水箱8，直到太阳能集热器9的水温T1－蓄热水箱8的水温T2≤预设的下限温度(例如5℃)，太阳能集热循环泵6停止工作。
在土壤源热泵与太阳能联合供暖的情况之下，当蓄热水箱8的水温T2≥预设的上限温度(例如45℃)时，关闭调节阀门12，同时打开调节阀门10和调节阀门11，土壤侧循环水依次流经地埋管换热器2和换热盘管7，吸收热量之后的土壤侧循环水进入土壤源热泵1的蒸发器，经土壤源热泵1提升为高品位热源为建筑供暖。
在土壤源热泵与太阳能联合供暖的情况之下，当蓄热水箱8的水温T2≤预设的下限温度(例如25℃)时，打开调节阀门12，同时关闭调节阀门10和调节阀门11，土壤侧循环水流经地埋管换热器2吸收热量之后进入土壤源热泵1的蒸发器，经土壤源热泵1提升为高品位热源为建筑供暖。
在太阳能补热的情况之下，当夏季土壤源热泵1供冷时，本实施例提供的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统打开调节阀门12，同时关闭调节阀门10和调节阀门11，土壤侧循环水流经地埋管换热器2释放热量之后进入土壤源热泵1的冷凝器，经土壤源热泵1为建筑供冷。
在太阳能补热的情况之下，当其它时间土壤源热泵1停止工作时，关闭调节阀门12，同时打开调节阀门10和调节阀门11，当蓄热水箱8的水温T2≥预设的上限温度(例如45℃)时，土壤侧循环泵3启动，土壤侧循环水流经换热盘管7吸收热量之后，通过地埋管换热器2将热量转移至土壤，直到蓄热水箱8的水温T2≤预设的下限温度(例如25℃)，土壤侧循环泵3停止运行。
本实施例提供的技术方案在冬季时使用土壤源热泵与太阳能联合供暖，在其它季节时利用太阳能向浅层土壤补充热量。因此，本实施例提供的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统从根本上解决了北方寒冷地区采用土壤源热泵系统供暖造成的土壤温度逐年下降的问题，同时太阳能作为一种免费热源，能耗低，经济效益显著。本实施例提供的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统自动化程度高，操作灵活方便，安全可靠，具有较强的针对性、实用性和推广价值。
本实施例以山西省某高速公路收费站的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统为例，对实施例提供的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统时行说明。高速公路收费站的建筑面积为2432m2，冬季最低气温为-28℃，供暖期为7个月。高速公路收费站的地埋管换热器2为换热井，所述换热井的数量为64口，井深为100m，间距为5m。高速公路收费站的土壤源热泵1的数量为1台，制热量为209kW，额定输入功率为55.2kW。土壤侧循环泵3的数量为2台，其中1台为备用设备，土壤侧循环泵3的流量为88mm3/h，扬程为28m，输入功率为11kW。负荷侧循环泵4的数量为2台，其中1台为备用设备，负荷侧循环泵4的流量为44mm3/h，扬程为28m，输入功率为5.5kW。太阳能集热循环泵6的数量为2台，其中1台为备用设备，太阳能集热循环泵6的流量为11m3/h，扬程为28m，输入功率为2.2kW。软化水装置的数量为1套，处理量为1t/h，蓄热水箱8的数量为1台，所述蓄热水箱8的长度为2.5m，宽度为2.5m，高度为2m。室外屋面设置的太阳能集热器9的数量为49台，单台集热面积为4.0m2。
白天太阳能集热器9的传热介质(软化水)接收太阳辐射能升温，当太阳能集热器9的水温T1－蓄热水箱8的水温T2≥15℃时，太阳能集热循环泵6启动，将太阳能集热器9的热量转移至蓄热水箱8，直到太阳能集热器9的水温T1－蓄热水箱8的水温T2≤5℃，太阳能集热循环泵6停止工作。同时，本实施例在集热循环管路最不利的位置设置温度传感器，冬季集热循环管路内的水温低于7℃时，太阳能集热循环泵6启动，从而防止管道冻裂。
当蓄热水箱8的水温T2≥45℃时，关闭调节阀门12，同时打开调节阀门10和调节阀门11，土壤侧循环水依次流经地埋管换热器2和换热盘管7，吸收热量之后的土壤侧循环水进入土壤源热泵1的蒸发器，经土壤源热泵1提升为高品位热源为建筑供暖。
当蓄热水箱8的水温T2≤25℃时，打开调节阀门12，同时关闭调节阀门10和调节阀门11，土壤侧循环水流经地埋管换热器2吸收热量之后进入土壤源热泵1的蒸发器，经土壤源热泵1提升为高品位热源为建筑供暖。
夏季的收费站不需要供冷，供暖结束之后，土壤源热泵1停止工作，关闭调节阀门12，同时打开调节阀门10和调节阀门11。当蓄热水箱8的水温T2≥45℃时，土壤侧循环泵3启动，土壤侧循环水流经换热盘管7吸收热量之后，通过地埋管换热器2将热量转移至土壤，直到蓄热水箱8的水温T2≤25℃，土壤侧循环泵3停止运行。
本实施例提供的适用于寒冷地区的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统，包括太阳能系统、地下换热系统、末端供暖系统和土壤源热泵，所述太阳能系统包括太阳能集热器、太阳能集热循环泵和蓄热水箱，所述地下换热系统包括地埋管换热器和土壤侧循环泵，所述末端供暖系统包括风机盘管和负荷侧循环泵，所述地下换热系统用于通过所述调节阀门的切换在供热时与所述土壤源热泵的蒸发器连接，在供冷时与所述土壤源热泵的冷凝器连接，所述末端供暖系统用于通过所述调节阀门的切换在供热时与所述土壤源热泵的冷凝器连接，在供冷时与所述土壤源热泵的蒸发器连接。本实施例提供的技术方案在冬季时使用土壤源热泵与太阳能联合供暖，在其它季节时利用太阳能向浅层土壤补充热量。因此，本实施例提供的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统从根本上解决了北方寒冷地区采用土壤源热泵系统供暖造成的土壤温度逐年下降的问题，同时太阳能作为一种免费热源，能耗低，经济效益显著。本实施例提供的土壤源热泵与太阳能联合供暖系统自动化程度高，操作灵活方便，安全可靠，具有较强的针对性、实用性和推广价值。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。