一种基于地热和太阳能的新型冷热集成系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种基于地热和太阳能的新型冷热集成系统，由1套吸收式热泵系统、1套太阳能集热系统、1套浅层地温能循环系统、1套浅层水源（地热）循环系统、4台换热器组成。供热时，将浅层低温能作为吸收式热泵系统的主要驱动热源，提取浅层水源（地热）等低品位热源中的热量，通过太阳能辅助加热，最大程度的为用户提供热量；制冷时，浅层水源（地热）在冷却塔辅助下为吸收式热泵的冷却水降温，太阳能集热器可辅助作为吸收式热泵的高温热源，充分利用夏季太阳能集热器温度高和浅层水源（水源）温度低的特点。通过吸收式热泵系统将浅层低温能、太阳能和浅层水源（地热）结合起来并充分利用，克服了现有的多种能源综合利用不足的情况。
【专利说明】一种基于地热和太阳能的新型冷热集成系统所属【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能源综合利用系统，特别是将浅层地温能、太阳能、浅层水源(地热)应用于热泵系统中，属能源供热和空调【技术领域】。技术背景
[0002]能源问题是人类发展面临的一个重大问题。对现有化石能源的优化利用、提升对地热太阳能等新能源的利用率是当前世界的主要研究课题。将不同种类能源综合利用合理匹配，使其最大化的持续利用成为一个热点问题。
[0003]在当前能耗行业，建筑耗能是能源消费结构中的重要组成部分，占有相对大的比重。在发达国家占到能源消费总量的35%~40%，在我国约占社会能源总消耗的近1/3。因此，在我国建筑设计领域中，一是大力提倡鼓励节能减排、提高一次能源的利用率；二是要鼓励在设计过程中考虑优先利用太阳能、地热能等新能源。
[0004]当前的地热应用还处于初级阶段，多数是依靠电动热泵提取浅层水源热量用于供热领域，但部分提取的热量较少，未能充分利用；对深层地热、浅层低温能等利用冰岛等北欧国家应用较早，在我国西藏、青海、陕西、四川等地区的深层地热仍处于初级阶段，通过对深层热量提取应用存在不足之处。以陕西宝鸡地热供热方式为例，深层热井(浅层低温能)出口温度为90°C左右，直接用于用户供热，然后通过电动热泵对地热尾水进行热量提取。在现有应用过程中，考虑深层地热的热量阶梯利用，但未将浅层水源(地热)、地表水、工业废水等废热加以利用，更未将富足的太阳能加以利用，这就造成了能源的白白浪费。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有的多种能源综合利用不足的情况，提供一种将浅层地温能、太阳能、浅层水源(地热)综合运用的新型热泵系统。将浅层低温能与太阳能、浅层水源通过吸收式热泵系统结合起来，不但可以充分的利用浅层低温能，而且通过热泵机组更能最大化的利用太阳能和浅层(地表)水源、地热能源。
[0006]为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]—种基于地热和太阳能的新型冷热集成系统由I套吸收式热泵系统、I套太阳能集热系统、I套浅层地温能循环系统、I套浅层水源(地热)循环系统、4台换热器组成，具体包括7个阀门、I台浅层低温能高温热交换器、I台浅层低温能低温热交换器、I台太阳能低温热交换热器、I台太阳能高温热交换热器、I个吸收器四通变向阀、I个蒸发器四通变向阀、I台冷却塔、I台深层循环泵、I台浅层循环泵、I台吸收式热泵机。其中吸收式热泵系统为第一类吸收式热泵机组。浅层低温能循环系统出口与吸收式热泵系统发生器入口相连，吸收式热泵系统发生器出口用管道依次与浅层低温能高温热交换器、浅层低温能低温热交换器、深层循环泵连接，最后与浅层低温能系统入口连接。用户管网回水经过吸收器四通变向阀与吸收式热泵系统吸收器相连，吸收式热泵系统冷凝器依次与浅层低温能高温热交换器和太阳能高温热交换热器相连，太阳能高温热交换热器出口经过蒸发器四通变向阀与用户供热管网去水管路连接。浅层水源(地热)系统出口管路依次与浅层低温能低温热交换器和太阳能低温热交换热器串联，太阳能高温热交换热器出口经过蒸发器四通变向阀与吸收式热泵系统的蒸发器入口相连接，吸收式热泵系统的蒸发器出口经过蒸发器四通变向阀与浅层循环泵连接，之后与浅层水源(地热)系统入口连接。一个太阳能集热器出口分别与太阳能低温热交换热器、太阳能高温热交换热器连接，之后与太阳能集热器入口连接，另一个太阳能集热器出口通过阀门与吸收式热泵系统发生器入口连接，吸收式热泵系统发生器出口通过阀门与太阳能集热器入口相连接。用户管网回水管路、吸收式热泵系统吸收器入口、吸收式热泵系统蒸发器入口、太阳能低温热交换热器出口分别与吸收器四通变向阀相连；用户管网去水管路、太阳能高温热交换热器出口管路、吸收式热泵系统蒸发器出口管路、浅层循环泵入口管路分别与蒸发器四通变向阀相连。
[0008]浅层低温能管网连接吸收式热泵系统的发生器，浅层水源(地源)管网连接吸收式热泵系统的蒸发器，由浅层低温能驱动热泵机组吸收浅层水源(地热)的热量，为供热提供更多热量。
[0009]从吸收式热泵系统发生器出来的热源水依次经过浅层低温能高温热交换器和浅层低温能低温热交换器，利用热源水的梯度温度分别加热供热管网水与浅层水源(地热)来水，更大程度的利用热源水的热量。
[0010]此集成系统通过提取浅层水源(地热)中的热量加热供热管网的热水。浅层水源(地热)经过浅层低温能低温热交换器，温度进一步上升，然后经过热泵机组，在蒸发器内放热温度降低，从蒸发器出来的低温水送入浅层水源(地热)吸收热量，完成浅层水源(地热)循环。用户供热管网来水进入热泵系统，在热泵系统内吸收热量温度上升，经过浅层低温能高温热交换器使温度进一步提高，然后进入供热管网。
[0011]此集成系统可充分利用太阳能的热量。通过太阳能集热系统吸收太阳能，使集热系统内水温度上升，检测集热器内水的温度控制集热器内水的循环，当检测温度Ts高于供热管网温度时，集热器内水加热用户管网水，当检测温度Ts低于供热管网温度时，集热器内水加热经过太阳能低温热交换热器的浅层水源(地热)，为热泵机组提供更多热量。
[0012]此集成系统可为用户供冷。在制冷过程中，浅层水源(地热)为吸收式热泵的冷却水降温，吸收冷却水热量并存储以回补冬季供热开采的能量。当冷却水温度不满足要求时，还可在冷却塔辅助下降低吸收式热泵的冷却水，太阳能集热器可辅助作为吸收式热泵的高温热源，充分利用夏季太阳能集热器温度高和浅层水源(水源)温度低的特点。
[0013]浅层水源(地热)可以为其他低品位热源形式，如地表水、污水、海水、工业废水等，还可以是浅层土壤源。
[0014]供热时，此集成系统将浅层低温能作为吸收式热泵系统的主要驱动热源，提取浅层水源(地热)等低品位热源中的热量，通过太阳能辅助加热，最大程度的为用户提供热量；不但可以充分的利用浅层低温能，而且通过吸收式热泵系统更能最大化的利用太阳能和浅层水源(地热)等低品位能源。制冷时，此集成系统浅层水源(地热)在冷却塔辅助下为吸收式热泵系统的冷却水降温，太阳能集热器可辅助作为吸收式热泵系统的高温热源，充分利用夏季太阳能集热器温度高和浅层水源(水源)温度低的特点。
[0015]本发明的有益效果是，将浅层低温能与太阳能、浅层水源通过吸收式热泵系统结合起来，不但可以充分的利用浅层低温能，而且通过热泵机组更能最大化的利用太阳能和 浅层水源(地热)。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为一种基于地热和太阳能的新型冷热集成系统的原理示意图。
[0017]图中:1?7.阀门，8.浅层低温能高温热交换器，9.浅层低温能低温热交换器，
10.太阳能低温热交换热器，11.太阳能高温热交换热器，12.吸收器四通变向阀，13.蒸发器四通变向阀，14.冷却塔，15.深层循环泵，16.浅层循环泵，17.吸收式热泵系统，18.太阳能集热器，a?d.吸收器四通变向阀的四个端口，a'?d'-蒸发器四通变向阀的四个端口，Tl.入口温度，T2.出口温度，in1.太阳能集热器入口 1，in2.太阳能集热器入口 2，in3.太阳能集热器入口 3，outl.太阳能集热器出口 l，out2.太阳能集热器出口 2，Α、Β.附属管道接口。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实例对本发明进一步说明。
[0019]如附图1所示，一种基于地热和太阳能的新型冷热集成系统具体包括7个阀门、I台浅层低温能高温热交换器、I台浅层低温能低温热交换器、I台太阳能低温热交换热器、I台太阳能高温热交换热器、I个吸收器四通变向阀、I个蒸发器四通变向阀、I台冷却塔、I台深层循环泵、I台浅层循环泵、I台吸收式热泵机。
[0020]浅层低温能循环系统出口与吸收式热泵系统(17)发生器入口相连，吸收式热泵系统(17)发生器出口用管道依次与浅层低温能高温热交换器(8)、浅层低温能低温热交换器
(9)、深层循环泵(15)连接，最后与浅层低温能系统入口连接。用户管网回水经过吸收器四通变向阀(12)与吸收式热泵系统(17)吸收器相连，吸收式热泵系统(17)冷凝器依次与浅层低温能高温热交换器(8)和太阳能高温热交换热器(11)相连，太阳能高温热交换热器
(11)出口经过蒸发器四通变向阀(13)与用户供热管网去水管路连接。浅层水源(地热)系统出口管路依次与浅层低温能低温热交换器(9)和太阳能低温热交换热器(10)串联，太阳能低温热交换热器(10)出口经过蒸发器四通变向阀(13)与吸收式热泵系统(17)的蒸发器入口相连接，吸收式热泵系统(17)的蒸发器出口经过蒸发器四通变向阀(13)与浅层循环泵(16)连接，之后与浅层水源(地热)系统入口连接。一个太阳能集热器(18)出口(outl)分别与太阳能低温热交换热器(10)、太阳能高温热交换热器(11)连接，之后分别通过阀门(I)、阀门(2)与太阳能集热器(18)入口(in1、in2)连接，另一个太阳能集热器(18)出口(out2)通过阀门(4)与吸收式热泵系统(17)发生器入口连接，吸收式热泵系统(17)发生器出口通过阀门(3)与太阳能集热器(18)入口(in3)相连接。用户管网回水管路、吸收式热泵系统(17)吸收器入口、吸收式热泵系统(17)蒸发器入口、太阳能低温热交换热器(10)出口分别与吸收器四通变向阀(12)相连；用户管网去水管路、太阳能高温热交换热器(11)出口管路、吸收式热泵系统(17)蒸发器出口管路、浅层循环泵(16)入口管路分别与蒸发器四通变向阀(13)相连。
[0021]本发明工作原理和工作过程为:
[0022]冬季供热过程:调节吸收器四通变向阀(12)和蒸发器四通变向阀四通变向阀
(13)，b、d端口通连，a'、b'端口通连，开启阀门(7)。使来自浅层低温能所蕴含的热量加热循环管道内的热水，热水充当热源驱动吸收式热泵系统(17)，从吸收式热泵系统(17)发生器出来的热水依次经过浅层低温能高温热交换器(8)和浅层低温能低温热交换器(9)进一步降低温度，然后由深层循环泵(15)送入深层地下，吸收浅层低温能，完成浅层低温能循环。供热回水经过吸收器四通变向阀(12)b、d端口进入吸收式热泵系统(17)，在其吸收器、冷凝器内吸热温度上升，之后在浅层低温能高温热交换器(8)内与来自吸收式热泵系统(17)发生器的高温水进一步换热，温度提高到Tl，供热水流经太阳能高温热交换热器
(11)、蒸发器四通变向阀(13)返回供热管网。浅层水源(地热)经过浅层低温能低温热交换器(9)和太阳能低温热交换热器(10)，吸热温度升高，流经吸收器四通变向阀(12)的ac端口进入吸收式热泵系统(17)蒸发器，在吸收式热泵系统(17)蒸发器内放热温度降低，最后经过蒸发器四通变向阀(13)由浅层循环泵(16)送入浅层水源(地热)，完成循环。太阳能集热器系统内温度Ts，若Ts > Tl，则开启阀门(2)，在太阳能高温热交换热器(11)内将热水温度由Tl提高到T2，返回供热管网；若Ts < Tl，则开启阀门(I)，在太阳能低温热交换热器
(10)内加热浅层水源(地热)来水。
[0023]在深层循环泵(15)与浅层低温能低温热交换器(9)之间管路A段、浅层循环泵
(16)与浅层水源(地热)之间管路B段可安装离心机、螺杆机等电能驱动型热泵，可提取更
多热量。
[0024]夏季制冷过程:调节吸收器四通变向阀(12)、蒸发器四通变向阀(13)，be端口通连，b'、d'端口通连，开启阀门(3)、阀门(4)、阀门(6)，关闭阀门(7)，浅层低温能管路循环不变，太阳能集热器(18)供热给吸收式热泵系统(17)发生器，作为吸收式热泵系统(17)的辅助热源。
[0025]用户管网回水经过吸收器四通变向阀(12)进入吸收式热泵系统(17)蒸发器，在蒸发器内放热温度降低，流经蒸发器四通变向阀(13)的d'、b'端口返回用户管网。浅层水源(地热)流经阀门(6)、吸收器四通变向阀(12)的ad端口进入吸收式热泵系统(17)吸收器，给吸收式热泵系统(17)提供冷却水，在吸收式热泵系统(17)的吸收器和冷凝器吸热后经过蒸发器四通变向阀(13)的a'、c'端口、浅层循环泵(16)返回浅层水源(地热)，向浅层水源(地热)放热，以补偿冬夏季的热平衡，完成循环。在机组制冷工况时，若检测到浅层水源(地热)温度过高，开启阀门(5)和冷却塔(14)，通过冷却塔(14)辅助降温，达到冷却水的标准。
【权利要求】
1.一种基于地热和太阳能的新型冷热集成系统由I套吸收式热泵系统、I套太阳能集热系统、I套浅层地温能循环系统、I套浅层水源(地热)循环系统、4台换热器组成，具体包括7个阀门、I台浅层低温能高温热交换器、I台浅层低温能低温热交换器、I台太阳能低温热交换热器、I台太阳能高温热交换热器、I个吸收器四通变向阀、I个蒸发器四通变向阀、I台冷却塔、I台深层循环泵、I台浅层循环泵、I台吸收式热泵机，其中吸收式热泵系统为第一类吸收式热泵机组，其特征在于:浅层低温能循环系统出口与吸收式热泵系统(17)发生器入口相连，吸收式热泵系统(17)发生器出口用管道依次与浅层低温能高温热交换器(8)、浅层低温能低温热交换器(9)、深层循环泵(15)连接，最后与浅层低温能系统入口连接；用户管网回水经过吸收器四通变向阀(12)与吸收式热泵系统(17)吸收器相连，吸收式热泵系统(17)冷凝器依次与浅层低温能高温热交换器(8)和太阳能高温热交换热器(11)相连，太阳能高温热交换热器(11)出口经过蒸发器四通变向阀(13)与用户供热管网去水管路连接；浅层水源(地热)系统出口管路依次与浅层低温能低温热交换器(9)和太阳能低温热交换热器(10)串联，太阳能低温热交换热器(10)出口经过蒸发器四通变向阀(13)与吸收式热泵系统(17)的蒸发器入口相连接，吸收式热泵系统(17)的蒸发器出口经过蒸发器四通变向阀(13)与浅层循环泵(16)连接，之后与浅层水源(地热)系统入口连接；一个太阳能集热器(18)出口(outl)分别与太阳能低温热交换热器(10)、太阳能高温热交换热器(11)连接，之后与太阳能集热器(18 )入口( in1、in2 )连接，另一个太阳能集热器(18 )出口(out2)通过阀门(4 )与吸收式热泵系统(17)发生器入口连接，吸收式热泵系统(17)发生器出口通过阀门(3)与太阳能集热器(18)入口(in3)相连接；用户管网回水管路、吸收式热泵系统(17)吸收器入口、吸收式热泵系统(17)蒸发器入口、太阳能低温热交换热器(10)出口分别与吸收器四通变向阀(12)相连；用户管网去水管路、太阳能高温热交换热器(11)出口管路、吸收式热泵系统(17)蒸发器出口管路、浅层循环泵(16)入口管路分别与蒸发器四通变向阀(13)相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于地热和太阳能的新型冷热集成系，其特征在于:浅层低温能管网连接吸收式热泵系统的发生器，浅层水源(地源)管网连接吸收式热泵系统的蒸发器，由浅层低温能驱动热泵机组吸收浅层水源(地热)的热量，为供热提供更多热量。
3.根据权利要求1所述的一种基于地热和太阳能的新型冷热集成系，其特征在于太阳能集热器系统内温度Ts，若Ts > Tl，则开启阀门(2)，在太阳能高温热交换热器(11)内将热水温度由Tl提高到T2，返回供热管网；若1'8<1'1，则开启阀门(1)，在太阳能低温热交换热器(10)内加热浅层水源(地热)来水。
4.根据权利要求1所述的一种基于地热和太阳能的新型冷热集成系，其特征在于:其特征在于:在深层循环泵(15)与浅层低温能低温热交换器(9)之间管路A段、浅层循环泵(16)与浅层水源(地热)之间管路B段可安装离心机、螺杆机等电能驱动型热泵，可提取更多热量。
5.根据权利要求1所述的一种基于地热和太阳能的新型冷热集成系，其特征在于:用户管网回水管路、吸收式热泵系统(17)吸收器入口、吸收式热泵系统(17)蒸发器入口、热交换器(10)出口分别与吸收器四通变向阀(12)相连，用户管网去水管路、太阳能高温热交换热器(11)出口管路、蒸发器出口管路、浅层循环泵(16)入口管路分别与蒸发器四通变向阀(13)相连，通过四通变向阀的操作改变供暖供冷的进出水管路。
6.根据权利要求1所述的一种基于地热和太阳能的新型冷热集成系，其特征在于:在机组制冷工况时，若检测到浅层水源(地热)温度过高，开启阀门(5)和冷却塔(14)，通过冷却塔(14)辅助降温，达到冷却水的标准。
7.根据权利要求1所述的一种基于地热和太阳能的新型冷热集成系，其特征在于:调节吸收器四通变向阀(12)、蒸发器四通变向阀(13)，be端口通连，b'、d'端口通连，开启阀门(3)、阀门(4)、阀门(6)，关闭阀门(7)，浅层低温能管路循环不变，太阳能集热器(18)供热给吸收式热泵系统(17)发生器，作为吸收式热泵系统(17)的辅助热源。
8.根据权利要求1所述的一种基于地热和太阳能的新型冷热集成系，其特征在于:从吸收式热泵系统(17)发生器出来的热源水依次经过浅层低温能高温热交换器(8)和浅层低温能低温热交换器(9)，利用热源水的梯度温度分别加热供热管网水与浅层水源(地热)来水，更大程度的利用热源水的热量。
【文档编号】F25B15/00GK103512273SQ201310464961
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】何燕, 张江辉, 王泽鹏, 张斌, 张庆焘 申请人:青岛科技大学