太阳能‑地源热泵系统模拟试验平台的制作方法

本实用新型涉及太阳能集热器与地源热泵相结合对建筑物进行供热或制冷的系统及用于此系统相关浅层地温能勘查评价、地源热泵系统性能测试及太阳能与地源热泵耦合效果测试的技术领域。

背景技术：

单纯利用太阳能时,寒冷天气、阴天、雪天有热量不足的缺点；而地热能在长时间供暖季时会产生地温变低，热泵效率降低的问题。

技术实现要素：

为了解决太阳能和地热系统存在的不足，本实用新型提供一种系统，可以将太阳能和地热能结合起来，提高系统运行的可靠性和效率。进一步，本实用新型提出了一个可以对上述体系进行评价研究的实验平台。

本实用新型解决其技术问题使用的技术方案是：蓄热水箱通过切换用阀门分别与地埋管、热源侧循环泵和风机盘管、用户侧循环泵串联。通过阀门切换可将太阳能蓄热水箱与风机盘管连通向室内供热，或与地埋管连通向土壤补热。

热泵机组的热源侧出水管上设有第一温度传感器、第一压力传感器和第一流量传感器，热源侧进水管上设有第二温度传感器、第二压力传感器；热泵机组的用户侧出水管上设有第四温度传感器、第四压力传感器和第二流量传感器，用户侧进水管上设有第三温度传感器、第三压力传感器；太阳能集热板出口处设有第五温度传感器。

第一流量传感器和第二流量传感器为电磁流量计。

本实用新型的有益效果是，结合太阳能和地热能的优点，提高系统的运行效能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型一种太阳能-地源热泵系统模拟试验平台的原理示意图；

图2为本实用新型一种太阳能-地源热泵系统模拟试验平台的使用状态原理示意图。

图中，1-补水箱，2-补水增压泵，3-电磁阀，4-用户侧循环泵，5-第三压力传感器，6-第三温度传感器，7-第四温度传感器，8-第四压力传感器，9-第二流量传感器，10-热泵机组，11-第一流量传感器，12-第一压力传感器，13-第一温度传感器，14-地埋管进水管，15-地埋管出水管，16-第二温度传感器，17-第二压力传感器，18-热源侧循环泵，19-电加热器，20-蓄热水箱，21-太阳能循环泵，22-第五温度传感器，23-太阳能集热板，24-风机盘管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图2所示，本实用新型一种太阳能-地源热泵系统模拟试验平台，包括用于给热泵系统进行补水的补水箱1、用于给补水提供动力的补水增压泵2、控制补水启停的电磁阀3、提供热泵机组用户侧循环动力的用户侧循环泵4、用于监测热泵机组用户侧出水管路压力和温度的第三压力传感器5和第三温度传感器6、用于监测热泵机组用户侧进水管路温度、压力和流量的第四温度传感器7、第四压力传感器8和第二流量传感器9、热泵机组10、用于监测热泵机组热源侧管路流量、压力和温度的第一流量传感器11、第一压力传感器12和第一温度传感器13、地埋管进水管14、地埋管出水管15、用于监测热泵机组热源侧进水管路温度和压力的第二温度传感器16和第二压力传感器17、提供热泵机组热源侧循环动力的热源侧循环泵18、用于系统内水加热的电加热器19、用于储存交换太阳能热量的蓄热水箱20、用于给太阳能循环管路提供循环动力的太阳能循环泵21、用于监测太阳能集热板出口处介质温度的第五温度传感器22、用于收集太阳能的太阳能集热板23、用于给建筑供热或制冷的风机盘管24和控制系统。

热泵机组10的热源侧出水口与地埋管进水管14连接，地埋管出水管15与热源侧循环泵18的进水口连接，热源侧循环泵18的出水口与热泵机组10的热源侧进水口连接；热泵机组10的用户侧出水口与风机盘管24的进水口连接，风机盘管24的出水口与用户侧循环泵4的进水口连接，用户侧循环泵4的出水口与热泵机组10的用户侧进水口连接；电加热器19的出水口与地埋管进水管14连接，地埋管出水管15与热源侧循环泵18的进水口连接，热源侧循环泵18的出水口与电加热器19的进水口连接；蓄热水箱20的出水口与地埋管进水管14连接，地埋管出水管15与热源侧循环泵18的进水口连接，热源侧循环泵18的出水口与蓄热水箱20的进水口连接；蓄热水箱20的出水口与风机盘管24的进水口连接，风机盘管24的出水口与用户侧循环泵4的进水口连接，用户侧循环泵4的出水口与蓄热水箱20的进水口连接。

为方便设备维护或更换装置，电加热器19、热泵机组10、蓄热水箱20、风机盘管24、补水增压泵2、用户侧循环泵4、热源侧循环泵18、太阳能循环泵21与管路的连接方式采用可拆卸连接，可以为法兰连接和螺纹连接方式。

地埋管进水管14前设有第一流量传感器11、第一压力传感器12、第一温度传感器13；地埋管出水管15后设有第二温度传感器16、第二压力传感器17；风机盘管24的进水口侧设有第四温度传感器7、第四压力传感器8、第二流量传感器9，风机盘管24的出水口侧设有第三温度传感器6、第三压力传感器5；太阳能蓄热板23出口设有第五温度传感器22；第一压力传感器12、第一温度传感器13、第一流量传感器11、第二温度传感器16、第二压力传感器17、第二流量传感器9、第三温度传感器6、第三压力传感器5、第四温度传感器7、第四压力传感器8、第五温度传感器22与控制系统连接；流量传感器优选电磁流量计，控制系统内的电路线布局整齐、紧凑，没有交叉，使电路线拆装方便，便于更换零部件。

为方便设备维护或更换装置，管路上的第一压力传感器12、第一温度传感器13、第一流量传感器11、第二温度传感器16、第二压力传感器17、第二流量传感器9、第三温度传感器6、第三压力传感器5、第四温度传感器7、第四压力传感器8、第五温度传感器22与管路的连接方式采用可拆卸连接，可以为法兰连接和螺纹连接等方式。

太阳能-地源热泵系统模拟试验平台的出水口和进水口设有快接接头，使用时，与现场地埋管进行快速连接，需要借助连接管，连接管可选用PE管或编织软管。

控制系统包括数据存储模块、数据采集模块、远程控制及数据发布模块；数据采集模块可对现场温度、流量、电量和电加热功率进行采集；控制系统可在测试过程中形成温度的数据曲线，方便用户监控数据趋势。

为保证设备内各装置正常维护，对于易储水的用户侧循环泵4、热源侧循环泵18、补水增压泵2、热泵机组10、电加热器19、蓄热水箱20和补水箱1设有独立排水阀。

本实用新型的测试装置、循环管路和控制系统设置在集装箱活动房内，集装箱活动房底部安装车轮，试验平台及其载体轻体房可以移动。

工作原理：

本设备具备以下功能：1、空调系统模式，利用太阳能-地源热泵系统为建筑物提供供暖和制冷，冷热负荷主要由地源热泵系统承担，系统供热不足时，太阳能系统进行调峰补热；2、热响应测试模式，可实现岩土体初始温度测试、稳定工况（夏季工况）测试和稳定热流（恒定功率）测试；3、岩土体补热模式，在过渡季太阳能系统为岩土体补热。4、太阳能蓄热模式，储蓄的热量提供生活热水。

其中初始温度测试可采用无功循环法、水温平衡法两种方法进行测试，获得岩土体平均初始温度；稳定工况（夏季工况）测试 、稳定热流测试是利用测试设备向地埋管提供热流，通过监测地埋管的进、出水温度的变化和流量数据，利用传热模型进行数据分析计算岩土体热物性参数。

试验过程，整个设备无水的情况下连接到地埋管，形成闭合回路；在补水箱1内补足整个系统所需的水后，调节不同阀门的开启状态，通过人机界面选择不同运行模式；系统运行时控制系统对热泵机组热源侧和用户侧进、出水温度、太阳能集热板出水温度、电加热功率、电量参数和流量进行实时监控，测试数据自动储存在控制系统内，用户可用移动硬盘拷贝。

空调系统模式：通过人机界面，点击模式选择→空调系统模式，系统自动开启电磁阀3、热源侧循环水泵18、用户侧循环水泵4和热泵机组10，系统为建筑物进行供暖或制冷；冷热负荷主要由地源热泵系统承担，系统供热不足时，打开蓄热水箱与热泵机组用户侧之间以及与太阳能集热板之间的阀门，打开太阳能循环水泵21，太阳能系统进行调峰补热。

热响应测试模式：模式选择→热响应测试模式→岩土体初始温度测试，系统自动开启电磁阀3、热源侧循环水泵18，系统水开始循环；热响应测试模式→稳定工况（夏季工况）测试，系统自动开启电磁阀3、热源侧循环水泵18和电加热器19，系统水开始循环和加热，以保持地埋管的进水温度保持稳定；热响应测试模式→稳定热流（恒定功率）测试，系统自动开启电磁阀3、热源侧循环水泵18和电加热器19，系统水开始循环和恒定功率加热。

岩土体补热模式：模式选择→岩土体补热模式，打开蓄热水箱与地埋管之间以及与太阳能集热板间的阀门，系统自动开启电磁阀3、热源侧循环水泵18、太阳能循环泵21，太阳能系统开始对岩土体进行补热。

太阳能蓄热模式：太阳能储蓄的热量用于提供生活热水。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。