一种太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统技术方案

本实用新型专利技术涉及太阳能热利用技术领域，具体涉及一种太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统，包括设置在采暖建筑上的太阳能集热器、采暖建筑内置的散热器、设置在地表下方的蓄热池、连通三者的传输管路、设置在传输管路内部的传热载体等；蓄热池由从中心呈放射状分布的换热井组成，换热井内均设置有U型换热管，U型换热管上端借助地埋汇流管串联，换热井深度为30‑50m。本实用新型专利技术比地源热泵土壤蓄能方式占地面积减少了70％；造价降低40％，蓄能时间缩短50％，同期供热温度提高12‑15℃，供热时间延长1.5‑1.8倍，经济效益和热性能指标都有大幅提高。

A solar energy cross season soil energy storage heating system

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统
本专利技术涉及太阳能热利用
，尤其适用于华北大部分地区的冬季采暖，具体涉及一种太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统。
技术介绍
目前北方雾霾减排的瓶颈是冬季燃煤采暖的排放问题，使用太阳能作为辅助采暖能源是解决雾霾成因的一项有力措施，长期经济效益及生态、社会效益显著。但由于太阳能系统受天气、夜间制约，不可能全天候工作，目前利用太阳能采暖，必须配有其它辅助能源及相应设备。为解决太阳能在采暖季有效利用问题，与太阳能热利用系统配套的各种蓄能技术应运而生，其中太阳能跨季节土壤蓄能技术适用国情，发展也很快。已有的太阳能跨季节土壤蓄能供暖方式，往往沿用较为成熟的地源热泵土壤蓄能技术。但地源热泵土壤蓄能与太阳能跨季节土壤蓄能有本质区别。地源热泵土壤蓄能要求换热井周围土壤温度稳定，以便冬季取热、夏季取冷。为减小换热井外温度变化，防止各换热井之间热干扰，井间距一般选择4-6m或更大，井位布置采用方格型或矩形，换热井深均在100-180m之间。按地源热泵土壤蓄能方法建造太阳能土壤蓄能蓄热池，为100m2建筑面积蓄能供暖，单眼换热井造价需1-1.2万元，投资很高，并且由于布局不合理和地下水位的影响，采暖应用效果并不好。
技术实现思路
本专利技术提供了一种太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统，实现四季供暖取暖，结构简单、便于操作，与地源热泵土壤蓄能技术相比，采暖系统整体成本大幅降低，占地面积少，蓄能时间短，热性能指标大幅改善。本专利技术的具体技术方案是：一种太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统，包括设置在采暖建筑上的太阳能集热器、采暖建筑内置的散热器、设置在地表下方的蓄热池、连通三者的传输管路、设置在传输管路内部的传热载体；所述的蓄热池由从中心呈放射状分布的换热井组成，所述的换热井内均设置有U型换热管，所述的U型换热管上端借助地埋汇流管串联，所述的换热井深度为30-50m。所述的换热井由中心向外间距逐渐变大形成变间距设置，所述换热井分布在多个同心正多边形端点或边长上。所述的正多边形为正六边形，最内层的正六边形半径D＝1-1.5m，从内到外依次排列的正六边形第N层半径与第N-1层半径差值为D+(N-1)d，其中d＝0.2-0.3m，N≥1且N为正整数；所述的换热井与相邻层的两个换热井等边设置。所述的U型换热管由中心向外、6-7只形成U型换热管串联组，所有U型换热管串联组由中心呈放射状分布，最外层的U型换热管并联设置。所述的地埋汇流管中心端与进水管连通；最外层的U型换热管并联与回水管连通。所述的蓄热池上面铺设有保温层，保温层厚度＞30cm,保温层上面铺设的土层厚度为0.7-1m。所述的蓄热池中心设置有中心温度测量井，所述的中心温度测量井内置有蓄热池温度传感器，所述的蓄热池外围设置有外围温度测量井，所述的外围温度测量井内置有蓄热池温度传感器，所述的外围温度测量井与相邻外围的两个换热井等边设置；所述的太阳能集热器内部设置有集热器温度传感器。所述的中心温度测量井与外围温度测量井内部设置有温度测量点，温度测量点包括上部测量点、中间测量点和下部测量点，所述的下部测量点设置在距离U型换热管底部上方1-1.5m处，所述的上部测量点设置在保温层下方0.5-1m处，所述的中间测量点设置1-3个。所述的传热载体为水时，所述的供暖系统包括连通太阳能集热器与U型换热管的阀门B和水泵A、连通太阳能集热器与散热器的阀门A和水泵B、连通散热器与U型换热管的水泵B、连接地埋汇流管的进水管和回水管、设置在采暖建筑内部的控制器、与控制器分别相连的集热器温度传感器和蓄热池温度传感器。所述的传热载体为空气时，所述的供暖系统包括连通太阳能集热器与U型换热管的气阀B和管道泵、连通太阳能集热器与散热器的气阀A和管道泵B、连通散热器与U型换热管的气阀C和管道泵B、连接U型换热管的进气管和排气管、设置在采暖建筑内部的控制器、与控制器分别相连的集热器温度传感器和蓄热池温度传感器、与排气管连接的气阀D和气阀E，所述的采暖建筑内设置有空气滤清器，所述的空气滤清器与气阀D相连接。本专利技术的有益效果是：与现有技术地源热泵土壤蓄能方法建造的蓄热池进行比较，同样为2000㎡建筑面积供热，本专利技术系统需要深35m换热井84眼，地源热泵土壤蓄能需要深100m换热井28眼，两者蓄热池蓄能土壤体积基本相等。深35m换热井造价1000-1200元/眼，深100m换热井造价5000-6000元/眼，按现有技术方格型布置换热井，84眼换热井的蓄热池，占地面积＝36×36＝1296㎡，本专利技术84眼换热井的蓄热池占地面积＝10.52×π＝346㎡，占地面积减少了70％，造价降低40％，蓄能时间缩短50％，同期供热温度提高12-15℃，供热时间延长1.5-1.8倍，经济效益和热性能指标都有大幅提高。太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统的结构优势具体表现在以下几个方面：(1)为减小散热损失，同等蓄热池容积，外围表面积越小越好。为减小蓄热池表面积，换热井深度应与蓄热池直径相近，一般以30-50m为宜，因此换热井深度为30-50m。(2)为减少蓄热池表面积，换热井由中心呈放射状分布，它们分布在多个同心正多边形端点或边长上；为进一步减少蓄热池表面积，可对称减掉正六边形顶角处的1-3眼换热井，使外围换热井连线更趋近圆形，减小散热表面积，进一步减少热量损失。(3)换热井是由中心向外间距逐渐变大形成变间距设置，蓄热池中心换热井密集布置，加大热量积聚效应，尽量提高蓄热池中心温度，蓄热池外周换热井间距加大，尽量降低蓄热池外围温度，形成温度梯度，减少热量向外散失。换热井与相邻层的两个换热井等边设置，近似等腰三角形布置，使相邻换热井的水平热场死角最小。(4)U型换热管呈放射状分组经过地埋汇流管与进水管连通，蓄热池最外层U型换热管并联设置再分别与回水管连通，进水管与回水管设置，进一步减小温度损耗。(5)为了进一步减小温度损耗，蓄热池顶部设置有30cm以上的保温层，保温层上面覆盖土层0.7-1m。(6)换热井深度为30-50m，因为本专利技术换热井比地源热泵需要的蓄热井浅很多，基于华北地区水文分布情况，可以不考虑流动地下水对蓄热池温度的影响。(7)为方便控制向蓄热池供暖蓄能及取热，蓄热池中心设置有中心温度测量井，中心温度测量井内置蓄热池温度传感器，蓄热池外围设置有外围温度测量井，外围温度测量井内置蓄热池温度传感器。附图说明图1为太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统工作示意图；图2为图1中蓄热池的纵向剖面图；图3为换热井变间距分布平面图；图4为84眼换热井布置及进出水管路布置图；图5为90眼换热井布置及进出水管路布置图；图6为108眼换热井布置及进出水管路布置图；图7为120眼换热井布置及进出水管路布置图；图8为132眼换热井布置及进出水管路布置图；图9为150眼换热井布置及进出水管路布置图；图10为162眼换热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统，包括设置在采暖建筑(18)上的太阳能集热器(19)、采暖建筑(18)内置的散热器(17)、设置在地表下方的蓄热池(7)、连通三者的传输管路、设置在传输管路内部的传热载体；其特征在于：所述的蓄热池(7)由从中心呈放射状分布的换热井(2)组成，所述的换热井(2)内均设置有U型换热管(1)，所述的U型换热管(1)上端借助地埋汇流管(4)串联，所述的换热井(2)深度为30-50m。/n

【技术特征摘要】
1.一种太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统，包括设置在采暖建筑(18)上的太阳能集热器(19)、采暖建筑(18)内置的散热器(17)、设置在地表下方的蓄热池(7)、连通三者的传输管路、设置在传输管路内部的传热载体；其特征在于：所述的蓄热池(7)由从中心呈放射状分布的换热井(2)组成，所述的换热井(2)内均设置有U型换热管(1)，所述的U型换热管(1)上端借助地埋汇流管(4)串联，所述的换热井(2)深度为30-50m。


2.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统，其特征在于：所述的换热井(2)由中心向外间距逐渐变大形成变间距设置，所述换热井(2)分布在多个同心正多边形端点或边长上。


3.根据权利要求2所述的一种太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统，其特征在于：所述的正多边形为正六边形，最内层的正六边形半径D＝1-1.5m，从内到外依次排列的正六边形第N层半径与第N-1层半径差值为D+(N-1)d，其中d＝0.2-0.3m，N≥1且N为正整数；所述的换热井(2)与相邻层的两个换热井(2)等边设置。


4.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统，其特征在于：所述的U型换热管(1)由中心向外、6-7只形成U型换热管串联组，所有U型换热管串联组由中心呈放射状分布，最外层的U型换热管(1)并联设置。


5.根据权利要求4所述的一种太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统，其特征在于：所述的地埋汇流管(4)中心端与进水管(6)连通；最外层的U型换热管(1)并联与回水管(8)连通。


6.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统，其特征在于：所述的蓄热池(7)上面铺设有保温层(3)，保温层(3)厚度＞30cm,保温层(3)上面铺设的土层厚度为0.7-1m。


7.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季节土壤蓄能供暖系统，其特征在于：所述的蓄热池(7)中心设置有中心温度测量井(5)，所述的中心温度测量井(5)内置有蓄热池温度传感器(15)，所述的蓄热池(7)外围设置有外围温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建辉，王兰顺，潘书通，
申请(专利权)人：河北聚日新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：河北;13