一种相变水箱联合地源热泵蓄能系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种相变水箱联合地源热泵蓄能系统，解决了现有应用在太阳能上的辅助热源通常是采用传统一次能源，因而存在能耗较高的问题。本实用新型专利技术包括具有进水管和出水管的相变水箱，还包括与相变水箱的进水管和出水管形成第一循环回路的太阳能集热板；与相变水箱的进水管和出水管形成第二循环回路的末端换热设备，以及设置在第二循环回路上且位于出水管与末端换热设备之间的地源热泵。本实用新型专利技术具有减少传统一次能源使用量，并大大缩小水箱体积，减少占地空间，降低系统能耗，维持出水温度稳定等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种相变水箱联合地源热泵蓄能系统
本技术涉及相变蓄能供能
，具体涉及一种相变水箱联合地源热泵蓄能系统。
技术介绍
随着全球能源危机的产生，作为可再生能源代表的太阳能逐步被各行各业开始利用，太阳能供暖是一种典型的太阳能利用方式，但由于太阳能具有间断性与能量密度低的特点，不能连续稳定的提供热量，因而太阳能存在着受室外诸多气象条件综合影响而变得不稳定、不可预测以及辐射能量变化大的特点，限制了太阳能的大面积使用。现阶段利用太阳能较为常规的做法是设置大容量的储热装置或者辅助热源来作为热量衰减时的补充。而常规的应用在太阳能上的辅助热源通常是采用电加热或燃气加热等方式获得的传统一次能源，因而存在能耗较高的问题。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是：现有应用在太阳能上的辅助热源通常是采用传统一次能源，因而存在能耗较高的问题，目的在于提供解决上述问题的一种相变水箱联合地源热泵蓄能系统。本技术通过下述技术方案实现：一种相变水箱联合地源热泵蓄能系统，包括具有进水管和出水管的相变水箱，还包括与相变水箱的进水管和出水管形成第一循环回路的太阳能集热板；与相变水箱的进水管和出水管形成第二循环回路的末端换热设备，以及设置在第二循环回路上且位于出水管与末端换热设备之间的地源热泵。本技术利用相变材料相变潜热大、相变过程吸放热温度恒定的特点，高效蓄存在时间上分布不均的太阳能，将波动的太阳能资源转换为稳定的热能蓄存，相较于普通水箱蓄存更多的能量，增大太阳能资源的利用率，减少传统一次能源使用量，并大大缩小水箱体积，减少占地空间，便于在建筑中放置。并且，地源热泵具有能够独立承担建筑冷、热负荷的能力，对于单一的地源热泵，由于太阳能的加入，便可实现间歇运行，进而使土壤温度在日间运行太阳能资源期间能够得到一定程度的恢复，从而使土壤源热泵性能系数得以提高；对于太阳能资源，也由于土壤热源的加入而使得本技术的系统在阴雨天也可以实现目标要求。因而，本技术通过太阳能资源的利用，并结合地热能资源，可以将两种不稳定、随时间波动的能源稳定利用，并在末端需要供热时释放热能，实现多种能源形式的高效利用，并以此降低系统能耗，而且还能有效维持出水温度稳定。同时，本技术还可以兼具多工况运行条件，冬季负荷情况小时可以采用相变水箱单独供热，负荷大时可以采用相变水箱联合太阳能供热。夏季负荷较大时可以采用地源热泵单独供冷，负荷较小时可以采用地下水联合相变水箱供冷。进一步，所述地源热泵的进水口位置处设置有水泵，所述太阳能集热板的进水口处也设置有另一个水泵；所述地源热泵的进水口还通过连通管道与进水管连通。为了进一步减小体积，增加增大太阳能资源的利用率，减少传统一次能源使用量，所述相变水箱包括箱体，设置在箱体内的相变蓄能板；所述相变蓄能板交错设置在箱体内形成流体通道，所述进水管位于流体通道的首端位置处，所述出水管位于流体通道的尾端位置处。本技术解决了普通水箱蓄热量小且体积巨大的缺点，通过相变蓄能板交错设置在箱体内形成流体通道，实现水体在箱体内呈折流形式流动，进而增加流体在水箱中的流动路程，有效增加两者换热时间，提高换热效率。更进一步地，所述相变蓄能板的三个侧面分别固定在箱体内的三个侧壁上，该相变蓄能板剩余的一个侧面与箱体内剩余的一侧侧壁之间形成水隙；所述相变蓄能板为两个以上时，当其中一个相变蓄能板上的水隙位于箱体内一侧侧壁位置处，则相邻的相变蓄能板上的水隙位于箱体内相对一侧的侧壁位置处。本技术采用在箱体被设置横置交错式的相变蓄能板，可以在以折流形式固定增加流体在水箱中的流动路程的同时，使流道内的水体上下折返，有效减少纵向温度分层，在充分换热的同时尽量减小温度分层。为了达到更加充分换热的效果，所述进水管位于箱体的底端位置处，所述出水管位于箱体的顶端位置处。且与水隙相邻的相变蓄能板一侧设置有隔板，通过隔板的设置能有效将箱体分隔成两个独立的部分，当其中一个部分为末端进行供热时，可采用另一个部分进行太阳能蓄能，独立运行，分别承担两个系统的蓄放热功能，互不影响。并且，两侧协同工作保证水箱供热时间延长，缩短辅助热源供热时间，降低辅助热源能耗。当隔板拆开后，可以在不影响单个部分储能、功能效果的同时，增大容积范围。为了便于相变蓄能板的拆卸安装以及相变蓄能板之间距离的调节，所述相变蓄能板通过可拆卸式支撑架固定在水箱内。进一步，所述可拆卸式支撑架由可拆卸底座以及设置在可拆卸底座上端面的卡接凹槽组成；所述卡接凹槽的槽体呈相互对称的阶梯状结构。通过该结构的设置，能有效适用于不同厚度相变蓄能板的安装固定。优选地，所述相变蓄能板由采用不锈钢板或者塑料板进行封装的壳体，以及填充在壳体内相变温度为-20～100℃的相变材料构成；所述相变材料中还添加有金属粉末或/和金属骨架。为了达到补水和排水的作用，所述水箱上还设置有补水管和泄水管。为了防止热量过多损失，所述相变水箱外还包裹有一层保温层。本技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本技术利用相变材料相变潜热大，在相变温度附近蓄放热温度稳定的特点，封装成板片形式放置于普通蓄热水箱之中，将时间和空间上不稳定的太阳能转化为稳定的热能储存在相变材料中，可以增大太阳能资源的利用率，减少传统一次能源使用量；2、本技术采用相变材料相变潜热大的特点，并且通过结构的优化，可有效减小传统蓄热水箱体积，减少占地空间；3、本技术通过太阳能资源的利用，并结合地热能资源，可以将两种不稳定、随时间波动的能源稳定利用，并在末端需要供热时释放热能，实现多种能源形式的高效利用，并以此降低系统能耗，而且还能有效维持出水温度稳定；4、本技术适用于任意需要蓄能的供能系统，特别是建筑供热系统，应用范围广。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本技术实施例的限定。在附图中：图1为本技术的整体结构示意图。图2为本技术中相变水箱的主视方向的内部结构示意图。图3为本技术中相变水箱的左视方向的内部结构示意图。图4为本技术中相变水箱的俯视方向的内部结构示意图。图5为可拆卸式支撑架的结构示意图。附图中标记及对应的零部件名称：1-可拆卸式支撑架，2-相变蓄能板，3-保温层，4-进水管，5-出水管，6-泄水管，7-补水管，8-可拆卸隔板，9-相变水箱，10-太阳能集热板，11-水泵，12-地源热泵，13-末端换热设备。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本技术作进一步的详细说明，本技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本技术，并不作为对本技术的限定。实施例1一种相变水箱联合地源热泵蓄能系统，如图1所示，包括具有进水管4和出水管5的相变水箱9，还包括与相变水箱9的进水管4和出水管5形成第一循环回路的太阳能集热板10；与相变水箱9的进水管4和出水管5形成第二循环回路的末端换热设备13，以及设置在第二循环回路上且位于出水管5与末端换热设备13之间的地源热泵12。本技术中所述相变水箱为开式非承压式水箱，连接的地源热泵可为开式也可为闭式，连接的末端换热设备可为开式也可为闭式。所述的太阳能集热板可以为串联形式也可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变水箱联合地源热泵蓄能系统，包括具有进水管(4)和出水管(5)的相变水箱(9)，其特征在于，还包括与相变水箱(9)的进水管(4)和出水管(5)形成第一循环回路的太阳能集热板(10)；与相变水箱(9)的进水管(4)和出水管(5)形成第二循环回路的末端换热设备(13)，以及设置在第二循环回路上且位于出水管(5)与末端换热设备(13)之间的地源热泵(12)。

【技术特征摘要】
1.一种相变水箱联合地源热泵蓄能系统，包括具有进水管(4)和出水管(5)的相变水箱(9)，其特征在于，还包括与相变水箱(9)的进水管(4)和出水管(5)形成第一循环回路的太阳能集热板(10)；与相变水箱(9)的进水管(4)和出水管(5)形成第二循环回路的末端换热设备(13)，以及设置在第二循环回路上且位于出水管(5)与末端换热设备(13)之间的地源热泵(12)。2.根据权利要求1所述的一种相变水箱联合地源热泵蓄能系统，其特征在于，所述地源热泵(12)的进水口位置处设置有水泵(11)，所述太阳能集热板(10)的进水口处也设置有另一个水泵(11)；所述地源热泵(12)的进水口还通过连通管道与进水管(4)连通。3.根据权利要求1所述的一种相变水箱联合地源热泵蓄能系统，其特征在于，所述相变水箱(9)包括箱体，设置在箱体内的相变蓄能板(2)；所述相变蓄能板(2)交错设置在箱体内形成流体通道，所述进水管(4)位于流体通道的首端位置处，所述出水管(5)位于流体通道的尾端位置处。4.根据权利要求3所述的一种相变水箱联合地源热泵蓄能系统，其特征在于，所述相变蓄能板(2)的三个侧面分别固定在箱体内的三个侧壁上，该相变蓄能板(2)剩余的一个侧面与箱体内剩余的一侧侧壁之间形成水隙；所述相变蓄能板(2)的数量为两个以上时，当...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟军，吕怿非，
申请(专利权)人：四川省建筑设计研究院，
类型：新型
国别省市：四川,51