热水型太阳能浅层地热能热电联产一体化系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种热水型太阳能浅层地热能热电联产一体化系统，包括太阳能热水系统，地源热泵低温发电一体化系统，供暖水系统与生活热水供应系统。其中太阳能热水系统由储水箱、第一水泵以及太阳能集热器等组成；地源热泵低温发电一体化系统由压缩膨胀双功能机头、永磁电动发电一体化电机、高低位侧换热器、膨胀阀、工质泵、两个单向阀、第二水泵与地下低位热源热汇系统等组成；供暖水系统由采暖供回水管路、储水箱与建筑供暖系统等组成；生活热水供应系统由自来水管路、生活热水供水管路、储水箱与建筑热水供应系统等组成。通过调整阀门的导通或关闭，实现在采暖期利用太阳能地源热泵供暖供热水，非采暖期利用太阳能发电并供热水。

【技术实现步骤摘要】
热水型太阳能浅层地热能热电联产一体化系统
本技术属于太阳能浅层地热能利用
，尤其涉及一种热水型太阳能浅层地热能热电联产一体化系统。
技术介绍
近年来，随着城市化建设的持续发展以及人们对居住、工作环境舒适性要求的不断提高，迎来了建筑行业的快速成长，建筑能耗呈现出持续上升的态势。我国建筑能耗占全社会终端能耗的比例已从20世纪70年代末的10％上升到30％左右。其中北方地区的冬季采暖为建筑能耗的主要部分，每年消耗约1.5亿吨标准煤以上。目前，供热采暖仍是以消耗化石燃料为主，使得温室气体及各种有害物质大量排放，生态环境不断受到威胁，也是采暖期雾霾天频繁出现的罪魁祸首，特别在城乡接合部与广大农村地区的原煤散烧，导致大范围的空气污染。因此，尽可能的利用清洁能源，加快提高清洁供暖比重已成为国家能源工作的新重点。太阳能取之不尽、用之不竭，无须开采和运输，是开发和利用新能源与可再生能源的重要内容，有着巨大的市场前景。我国太阳能资源十分丰富，三分之二的地区年辐射总量大于5020MJ/m2，年日照时数在2200h以上，具有有效开发利用的良好条件。低温太阳能的热利用是最直接的方案，发展也最为迅速，太阳能热水器、采暖技术等越来越受到人们的重视。我国主要采暖区在北方，又恰好是太阳能资源比较丰富的地区。尤其是在需要采暖的季节，晴天比较多，为太阳能采暖提供了基本的条件。太阳能采暖是指以太阳能作为采暖系统的热源，利用太阳能集热器将太阳能转化为热能，供给建筑物冬季采暖。与单纯的太阳能热水供应相比，我国太阳能供热采暖技术以及工程应用水平较低。大多以优先发展被动式太阳能采暖为主，而主动式太阳能采暖系统在我国的发展一直比较缓慢，其工程应用仍处于起步阶段。这主要是由于太阳能能流密度低，日照时间有限，易受气候的影响，且冬夏能量不均衡，造成传统的太阳能采暖系统运行温度低，集热器安装面积大，需要增设辅助热源，蓄能困难与非采暖期热量过剩等问题，都直接或间接的影响到其运行的经济性及可靠性。此外，近年发展起来的地源热泵作为一种利用可再生能源的暖通空调技术，为电能采暖开辟了一条新途径。所谓地源热泵是指以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。地源热泵可以一机多用，应用范围广，运行效率高，维护费用低，环境效益显著，因此在2005年后，随着我国对可再生能源应用与节能减排工作的不断加强，地源热泵系统的应用进入了爆发式的快速发展阶段。截止2013年，住建部公布的示范项目达到324个，以北方供热居多，各种类型建筑以及热泵形式都有应用，但大多用于城市城郊，农村很少。地源热泵的单独运行存在着冷热不平衡与初投资较高两个重要的缺点。地源热泵的应用必须要遵循因地制宜的原则，对全年冷、热负荷不均的地区，需做经济性技术分析，确定是否要增设辅助热源或冷源，使两者合理匹配，以保证整个系统高效、经济的运行。避免因冷热负荷不均，地源热泵向地下排放和吸收的热量不等，长期运行造成地下环境偏离原有的平衡状态，形成冷热岛效应，降低系统的运行效率，甚至不能正常运行。此外，地源热泵系统尽管运行费运低，但初投资较高，因此如何合理的降低初投资及运行费用也是地源热泵系统应用中值探讨的问题。
技术实现思路
我国建筑采暖区主要集中在严寒和寒冷地区，包括东北、华北和西北等地区，其面积约占我国国土面积的70％。为了探寻适宜于广大北方地区的新型采暖技术和替代能源，将热水型太阳能采暖、地源热泵、低温发电技术有机的耦合在一起，构成太阳能浅层地热能综合利用系统，实现太阳能资源全年范围内最大化及跨季节的利用，采暖期采暖，非采暖期发电储能，同时还可以根据需要提供生活热水。有效的解决传统太阳能采暖系统中运行温度低，集热器安装面积大，需要增设辅助热源，蓄能困难与非采暖期热量过剩等技术难点，以及地源热泵采暖系统中冷热不平衡与初投资较高的问题。为了解决上述技术问题，本技术提出的一种热水型太阳能浅层地热能热电联产一体化系统，包括储水箱、第一水泵、太阳能集热器、低位侧换热器、压缩膨胀双功能机头、永磁电动发电一体化电机、高位侧换热器、膨胀阀、工质泵、地下低位热源热汇系统和第二水泵；上述各设备和阀体之间通过连接管路连接，连接关系是：所述储水箱内设有两路盘管，从而将所述储水箱的腔体分为壳程、第一个管程和第二管程，所述储水箱的壳程设有两组进出口，所述太阳能集热器的出口端经过所述储水箱的壳程后经过所述第一水泵后连接至所述太阳能集热器的进口端，形成太阳能热水循环管路；所述储水箱的壳程通过所述第二水泵与高位侧换热器的水侧连接，形成地源热泵热水循环管路；所述储水箱的第一管程串联在采暖供-回水管路上，所述储水箱的第二管程串联在自来水管路与生活热水管路之间；采暖供水管路、采暖回水管路、自来水管路和生活热水管路上均设有截止阀；所述压缩膨胀双功能机头与所述永磁电动发电一体化电机连接；所述低位侧换热器的工质侧的出口端通过所述压缩膨胀双功能机头后连接至所述高位侧换热器的工质侧的进口端，所述高位侧换热器的工质侧的出口端与所述低位侧换热器的工质侧的进口端并联有第一旁路和第二旁路，其中，第一旁路上设有膨胀阀，第一旁路上，位于所述膨胀阀的进口处设有一个截止阀，位于所述膨胀阀的出口处设有热泵单向阀，从而形成地源热泵工质侧循环管路；第二旁路上设有工质泵，第二旁路上，位于所述工质泵的进口处设有一个截止阀，位于所述工质泵的出口处设有发电单向阀，从而形成低温发电工质侧循环管路；所述低位侧换热器的水侧串联在所述地下低位热源热汇系统供-回水管路上。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术提出的热水型太阳能浅层地热能热电联产一体化系统利用热水型太阳能采暖、地源热泵以及有机朗肯循环低温发电技术的有机耦合，构成太阳能浅层地热能综合利用系统。实现在采暖期采暖，非采暖期实施太阳能热发电并向地下储能，同时还可以根据需要全年提供生活热水的功能。其主要有益效果如下：1.热水型太阳能浅层地热能热电联产一体化系统利用太阳能与浅层地热能实现采暖期采暖，非采暖期发电，全年供热水的建筑需求，是适宜于我国广大北方地区采暖的可再生能源新型应用技术，可有效的改善传统采暖方式给我国能源与环境带来的双重压力。同时地源热泵与低温发电系统的有机耦合，也降低了常规的太阳能地源热泵复合式采暖系统的初投资以及设备长期闲置带来的能源浪费和经济损失。2.热水型太阳能浅层地热能热电联产一体化系统有效的解决了由于太阳能能流密度低，日照时间有限，易受气候的影响，且冬夏能量不均衡，造成的传统太阳能采暖系统运行温度低，集热器安装面积大，需要增设辅助热源，蓄能困难与非采暖期热量过剩等问题。例如，若建筑采暖末端选用普通散热器，供热温度要求在70℃以上，而市场上大量销售的太阳能集热器，冬季集热温度一般在50～70℃之间。因此，常规的太阳能采暖系统末端形式大多选用供水温度要求更低的地板辐射系统或者是水-空气处理设备，但造价相对较高。但是本系统可以通过调控地源热泵的运行状态，适时的调节储水箱的热水温度，使采暖供水达到各种末端设备的温度要求；太阳能采暖往往需要较大面积的太阳能集热器，但对于大部分建筑却没有足够的位置来安装能够担负起整栋建筑负荷的太阳能集热器，这就需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热水型太阳能浅层地热能热电联产一体化系统，其特征在于，包括储水箱(1)、第一水泵(2)、太阳能集热器(3)、低位侧换热器(4)、压缩膨胀双功能机头(5)、永磁电动发电一体化电机(6)、高位侧换热器(7)、膨胀阀(8)、工质泵(9)、地下低位热源热汇系统(10)和第二水泵(11)；上述各设备和阀体之间通过连接管路连接，连接关系如下：所述储水箱(1)内设有两路盘管，从而将所述储水箱(1)的腔体分为壳程、第一个管程和第二管程，所述储水箱(1)的壳程设有两组进出口，所述太阳能集热器(3)的出口端经过所述储水箱(1)的壳程后经过所述第一水泵(2)后连接至所述太阳能集热器(3)的进口端，形成太阳能热水循环管路；所述储水箱(1)的壳程通过所述第二水泵(11)与高位侧换热器(7)的水侧连接，形成地源热泵热水循环管路；所述储水箱(1)的第一管程串联在采暖供‑回水管路上，所述储水箱(1)的第二管程串联在自来水管路与生活热水管路之间；采暖供水管路、采暖回水管路、自来水管路和生活热水管路上均设有截止阀；所述压缩膨胀双功能机头(5)与所述永磁电动发电一体化电机(6)连接；所述低位侧换热器(4)的工质侧的出口端通过所述压缩膨胀双功能机头(5)后连接至所述高位侧换热器(7)的工质侧的进口端，所述高位侧换热器(7)的工质侧的出口端与所述低位侧换热器(4)的工质侧的进口端并联有第一旁路和第二旁路，其中，第一旁路上设有膨胀阀(8)，第一旁路上，位于所述膨胀阀(8)的进口处设有一个截止阀(V5)，位于所述膨胀阀(8)的出口处设有热泵单向阀(C1)，从而形成地源热泵工质侧循环管路；第二旁路上设有工质泵(9)，第二旁路上，位于所述工质泵(9)的进口处设有一个截止阀(V6)，位于所述工质泵(9)的出口处设有发电单向阀(C2)，从而形成低温发电工质侧循环管路；所述低位侧换热器(4)的水侧串联在所述地下低位热源热汇系统(10)供‑回水管路上。...

【技术特征摘要】
1.一种热水型太阳能浅层地热能热电联产一体化系统，其特征在于，包括储水箱(1)、第一水泵(2)、太阳能集热器(3)、低位侧换热器(4)、压缩膨胀双功能机头(5)、永磁电动发电一体化电机(6)、高位侧换热器(7)、膨胀阀(8)、工质泵(9)、地下低位热源热汇系统(10)和第二水泵(11)；上述各设备和阀体之间通过连接管路连接，连接关系如下：所述储水箱(1)内设有两路盘管，从而将所述储水箱(1)的腔体分为壳程、第一个管程和第二管程，所述储水箱(1)的壳程设有两组进出口，所述太阳能集热器(3)的出口端经过所述储水箱(1)的壳程后经过所述第一水泵(2)后连接至所述太阳能集热器(3)的进口端，形成太阳能热水循环管路；所述储水箱(1)的壳程通过所述第二水泵(11)与高位侧换热器(7)的水侧连接，形成地源热泵热水循环管路；所述储水箱(1)的第一管程串联在采暖供-回水管路上，所述储水箱(1)的第二管程串联在自来水管路与...

【专利技术属性】
技术研发人员：张于峰，姚胜，邓娜，张高峰，董胜明，张彦，庞俊伟，吕梦一，孟艺伟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12