一种季节性地下复合蓄热系统技术方案

本发明专利技术公开了一种季节性地下复合蓄热系统，该系统将热水蓄热方式和地埋管蓄热方式相结合，组成两种蓄热方式相耦合的季节性地下复合蓄热系统，解决了传统季节性地下蓄热系统热量损失大、初投资成本高、系统效率低下等问题。本发明专利技术季节性地下复合蓄热系统具有多种蓄热方式互为补充、互为协调、互为备用、蓄热方式灵活多变、系统效率高、换热效果好等优点，且可以最大限度的节约占地面积，降低建造成本，扩大季节性地下蓄热的地域适用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及蓄热
，尤其涉及一种季节性地下复合蓄热系统。
技术介绍
在我国建筑能耗构成中，暖通空调能耗约占总能耗的60％，这部分能源消费结构仍以化石能源为主，加重了我国的大气污染程度。目前，我国已成为世界上大气污染最严重的国家之一，据测算，我国因为空气污染导致呼吸系统疾病发病率的百分比在30％以上，北方城市冬季由于燃煤导致的空气污染指数是世界卫生组织推荐的最高标准的2-5倍。因此，在建筑行业，可再生能源尤其是太阳能、地热能等已被我国政府高度关注并广泛应用。然而，我国北方暖通空调供需存在显著的季节性特点，夏季太阳能和余热资源丰富，但往往不能被有效利用，冬季则相反，太阳能和余热资源匮乏，难以满足人们对热能的大量需求。因此，当太阳能等可再生能源和余热资源直接利用受到限制时，具有长期蓄能特点的季节性蓄热技术则具有广阔的应用前景。季节性蓄热技术可以将太阳能、工业余热等热量由夏季或过渡季向冬季转移，克服了短期蓄热不稳定的缺点，扩大了可再生能源利用的深度与广度，提高了可再生能源利用率。地球作为一个庞大的蓄能体，具有实现能量大规模长期存储的潜力。地下季节性蓄热系统主要分为以下几种形式：含水层蓄热、地埋管蓄热、热水蓄热和砾石-水蓄热四种蓄热方式，其中，含水层蓄热对地理条件要求高，存在回灌难题和破坏地下水质危险；砾石-水蓄热方式因热容小、占用体积大和成本较高等缺点没有得到广泛应用。事实上，虽然热水蓄热具有单位体积热容量大、流动性好和存释热量快捷等优点，但其初投资大，散热损失大、水箱保温、成本高是限制其大范围应用的难点；地埋管蓄热方式采用土壤作蓄热体，相对于含水层蓄热，其不存在回灌难题，不破坏地下水质，因此被认为是季节性蓄热最有发展前途的蓄热方式之一。然而，土壤导热系数低、蓄热速率慢，当负荷较大时需要较大的换热和占地面积等问题也一直制约着其快速发展。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种季节性地下复合蓄热系统。该系统将热水蓄热方式和地埋管蓄热方式相结合，组成两种蓄热方式相耦合的季节性地下复合蓄热系统，具有多种蓄热方式互为补充、互为协调、互为备用、蓄热方式灵活多变、系统效率高、换热效果好等优点，且可以最大限度的节约占地面积，降低建造成本，扩大季节性地下蓄热的地域适用范围。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是：一种季节性地下复合蓄热系统，包括热源单元、储热单元和释热单元，其特征在于，--所述热源单元包括集热器和热交换器，所述太阳能集热器通过管路与所述热交换器的热侧通路形成回路；所述集热器用以收集太阳能热、和/或工业余热和废热；--所述储热单元包括地埋管换热器和地下储热水箱，其中，所述地埋管换热器和地下储热水箱的进口均通过一三通换向阀Ⅰ与所述热交换器的冷侧通路的出口连通，所述地埋管换热器和地下储热水箱的出口均通过一三通换向阀Ⅱ与所述热交换器的冷侧通路的进口连通；所述三通换向阀Ⅰ包括端口a、端口b和端口c，所述三通换向阀Ⅱ包括端口d、端口e和端口f，其中，所述地埋管换热器和地下储热水箱的进口均与三通换向阀Ⅰ的端口b连通，所述热交换器的冷侧通路的出口与三通换向阀Ⅰ的端口a连通，所述地埋管换热器和地下储热水箱的出口均与三通换向阀Ⅱ的端口e连通，所述热交换器的冷侧通路的进口与三通换向阀Ⅱ的端口d连通；--所述释热单元包括用热部件，所述用热部件的供水口与所述三通换向阀Ⅱ的端口f连通，所述用热部件的回水口与所述三通换向阀Ⅰ的端口c连通；--所述季节性地下复合蓄热系统储热过程在春季、夏季或秋季启用；释热过程在用热高峰的冬季启用。优选地，所述热交换器为一水箱及浸没于于所述水箱中的换热盘管Ⅰ和换热盘管Ⅱ，其中，所述集热器的出口与换热盘管Ⅰ的进口相连接，换热盘管Ⅰ的出口与集热器的进口相连通。优选地，所述换热盘管Ⅰ的出口通过水泵与集热器的进口相连接。优选地，所述热交换器的冷侧通路的进口与三通换向阀Ⅱ的端口d之间的管路上设置有水泵连通。优选地，所述储热单元包括地埋管换热器Ⅰ、地埋管换热器Ⅱ和地下储热水箱，所述地下储热水箱中设置有换热盘管Ⅲ，所述地埋管换热器Ⅰ和地埋管换热器Ⅱ设置于地下土壤中，其中，地埋管换热器Ⅰ的进口、地下储热水箱中换热盘管Ⅲ的进口、地埋管换热器Ⅱ的进口分别通过阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ与三通换向阀Ⅰ的端口b相连接，地埋管换热器Ⅰ的出口、地下储热水箱中换热盘管Ⅲ的出口、地埋管换热器Ⅱ的出口与三通换向阀Ⅱ的端口e相连接。优选地，所述用热部件包括一热泵和一散热器，所述热泵的吸热侧进水口与所述三通换向阀Ⅱ的端口f相连接，所述热泵的吸热侧回水口与所述三通换向阀Ⅰ的端口c相连接，所述热泵的放热侧与所述散热器构成循环回路；或，所述用热部件包括一散热器，所述散热器进水口与所述三通换向阀Ⅱ的端口f相连接，所述散热器回水口与所述三通换向阀Ⅰ的端口c相连接。优选地，所述用热部件包括一生活热水水箱及置于所述生活热水水箱中的换热盘管Ⅳ，所述换热盘管Ⅳ的进水口与所述三通换向阀的端口f相连接，所述换热盘管Ⅳ的回水口与所述三通换向阀Ⅰ的端口c相连接。优选地，三通换向阀Ⅱ的端口f与所述用热部件的进水口之间的管路上设置有控制阀门。优选地，三通换向阀Ⅰ的端口c与所述用热部件的回水口之间的管路上设置有回水泵。优选地，所述地下储热水箱四周布置地埋管换热器，起到热屏的作用，抑制地下储热水箱热量向周围土壤扩散。优选地，所述地下储热水箱可以不采取保温措施，或可以大幅度减少地下储热水箱保温层厚度。优选地，所述地下储热水箱加热了埋管换热器周围的土壤，增强了埋管换热器的取热能力。优选地，所述地埋管换热器和所述地下储热水箱形成地下复合蓄热系统，两种蓄热方式互为补充、互为协调、互为备用。优选地，所述地埋管换热器和地下储热水箱进口设置有阀门，可调节地埋管换热器和地下储热水箱间的负荷协调配置模式，以及储热、释热运行模式。优选地，所述地下复合蓄热系统储热时，三通换向阀Ⅰ的端口a与端口b连通，三通换向阀Ⅱ的端口d与端口e连通，端口a与端口c关闭，端口e与端口f关闭；所述三通换向阀的端口b、端口e与地埋管换热器和地下储热水箱的进口之间的阀门打开；所述水箱中的热量被换热盘管吸收后进入到所述地下储热水箱和地下土壤中储存。优选地，所述地下复合蓄热系统释热时，三通换向阀的端口a与端口b关闭，端口d与端口e关闭，端口c与端口b连通，端口e与端口f连通；所述三通换向阀的端口b、端口e与地埋管换热器和地下储热水箱的进口之间的阀门打开；所述地下储热水箱和地下土壤中的热量在水泵的驱动下经过热泵和生活热水水箱提供给建筑物。优选地，所述蓄存单元温度较高，可以直接满足供暖需求时，直接进入散热器进行散热。本专利技术的季节性地下复合蓄热系统，其相对于现有技术的优点在于：将热水蓄热方式和地埋管蓄热方式相结合，组成两种蓄热方式相耦合的季节性地下复合蓄热系统，解决了传统季节性地下蓄热系统热量损失大、初投资成本高、系统效率低下等问题，具有多种蓄热方式互为补充、互为协调、互为备用、蓄热方式灵活多变、系统效率高、换热效果好等优点，且可以最大限度的节约占地面积，降低建造成本，扩大季节性地下蓄热的地域适用范围。附图说明图1为本专利技术的季节性地下复合蓄热系统实施例1的结构示意图。图2为本专利技术的季节性地下复合蓄热系统实施例2的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种季节性地下复合蓄热系统，包括热源单元、储热单元和释热单元，其特征在于，‑‑所述热源单元包括集热器和热交换器，所述太阳能集热器通过管路与所述热交换器的热侧通路形成回路；所述集热器用以收集太阳能热、和/或工业余热和废热；‑‑所述储热单元包括地埋管换热器和地下储热水箱，其中，所述地埋管换热器和地下储热水箱的进口均通过一三通换向阀Ⅰ与所述热交换器的冷侧通路的出口连通，所述地埋管换热器和地下储热水箱的出口均通过一三通换向阀Ⅱ与所述热交换器的冷侧通路的进口连通；所述三通换向阀Ⅰ包括端口a、端口b和端口c，所述三通换向阀Ⅱ包括端口d、端口e和端口f，其中，所述地埋管换热器和地下储热水箱的进口均与三通换向阀Ⅰ的端口b连通，所述热交换器的冷侧通路的出口与三通换向阀Ⅰ的端口a连通，所述地埋管换热器和地下储热水箱的出口均与三通换向阀Ⅱ的端口e连通，所述热交换器的冷侧通路的进口与三通换向阀Ⅱ的端口d连通；‑‑所述释热单元包括用热部件，所述用热部件的供水口与所述三通换向阀Ⅱ的端口f连通，所述用热部件的回水口与所述三通换向阀Ⅰ的端口c连通；‑‑所述季节性地下复合蓄热系统储热过程在春季、夏季或秋季启用；释热过程在用热高峰的冬季启用。...

【技术特征摘要】
1.一种季节性地下复合蓄热系统，包括热源单元、储热单元和释热单元，其特征在于，--所述热源单元包括集热器和热交换器，所述太阳能集热器通过管路与所述热交换器的热侧通路形成回路；所述集热器用以收集太阳能热、和/或工业余热和废热；--所述储热单元包括地埋管换热器和地下储热水箱，其中，所述地埋管换热器和地下储热水箱的进口均通过一三通换向阀Ⅰ与所述热交换器的冷侧通路的出口连通，所述地埋管换热器和地下储热水箱的出口均通过一三通换向阀Ⅱ与所述热交换器的冷侧通路的进口连通；所述三通换向阀Ⅰ包括端口a、端口b和端口c，所述三通换向阀Ⅱ包括端口d、端口e和端口f，其中，所述地埋管换热器和地下储热水箱的进口均与三通换向阀Ⅰ的端口b连通，所述热交换器的冷侧通路的出口与三通换向阀Ⅰ的端口a连通，所述地埋管换热器和地下储热水箱的出口均与三通换向阀Ⅱ的端口e连通，所述热交换器的冷侧通路的进口与三通换向阀Ⅱ的端口d连通；--所述释热单元包括用热部件，所述用热部件的供水口与所述三通换向阀Ⅱ的端口f连通，所述用热部件的回水口与所述三通换向阀Ⅰ的端口c连通；--所述季节性地下复合蓄热系统储热过程在春季、夏季或秋季启用；释热过程在用热高峰的冬季启用。2.根据权利要求1所述的季节性地下复合蓄热系统，其特征在于：所述地埋管换热器和地下储热水箱进口设置有阀门，可调节地埋管换热器和地下储热水箱间的负荷协调配置模式，以及储热、释热运行模式。3.根据权利要求2所述的季节性地下复合蓄热系统，其特征在于：所述地下复合蓄热系统储热时，三通换向阀Ⅰ和三通换向阀Ⅱ中的端口a...

【专利技术属性】
技术研发人员：周学志，徐玉杰，汪翔，郭丛，陈海生，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11