一种太阳能－地源热泵自平衡综合应用系统技术方案

本发明专利技术公开了一种太阳能－地源热泵自平衡综合应用系统，包括：空调末端系统，地源热泵系统，由地埋管换热器（６）、压缩机（１）、室内侧热交换器（３）和环境侧热交换器（５）构成；热水供应系统；太阳能集热系统；自动控制系统，用于控制所述的太阳能－地源热泵自平衡综合应用系统中所有的自动设备。本发明专利技术可以高效率地实现冷暖空调和热水供应功能，最主要的是通过控制系统自动切换地源热泵和太阳能热水系统的工作模式，解决了地源热泵冬夏季不平衡问题，同时最大限度的提高了可再生能源（太阳能、地热能）在建筑用能中的利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热泵型空调、热泵热水器以及地热能、太阳能利用领域， 尤其涉及一种太阳能-地源热泵自平衡综合应用的地源热泵空调、热水系 统。
技术介绍
地埋管地源热泵作为 一种高效节能的新型空调制冷设备，在世界各国 得到了越来越广泛的应用。但是由地源热泵使用地域差异而造成的土壤吸 收热不平衡，以及由此导致的效率降低问题乃至无法使用问题也困扰着许多使用者和设计者。2009年1月，周学文在"地源热泵竖直地埋管换热器 的热平衡问题及解决方案，，(《建筑节能》.2009.11， V37(215)， P64 66 ) 中提出了在北方地区利用太阳能辅助加热和在南方地区利用冷却塔辅助 冷却来有效解决竖直地埋管换热器取、放热不平衡的问题。但这种方案 没有脱离传统的热泵的解决方案，在冬季供暖占主要需求的北方地区，需 消耗能量向土壤储蓄太阳热能，而在夏季冷负荷占主要需求的南方地区， 则除冬季可利用地热，夏季利用部分地热外，仍需冷却塔制冷，效率得不 到应有的提高，则是牺牲夏季制冷效率来满足平衡需求，没有从根本上解 决充分利用可再生能源造成的不平衡问题。早在2003年，董玉平等的"太阳能-地源热泵综合系统的经济分析" (《燃气与动力》 .2003.12， V23(12),P734 740)中提出了一种适用于别 墅或大面积住宅的新型太阳能-地源热泵三联供综合户式中央空调系统， 可以实现供冷、供热和供生活热水三联供的太阳能-地源热泵综合系统。 但该系统仅仅从一个运行周期考虑了太阳能、地热的充分高效利用仅夏 季靠系统制取热水，冬季热泵不制取热水，春秋季没考虑，其他时段均靠电加热制取热水。由此可见，该系统没有充分考虑系统的连续运行不平衡 问题，以及没有最大P艮度的利用太阳能、地热等可再生能源。2008年Fang Wang, Maoyu Zheng等提出了针对寒冷地区辐射供冷、 供热的带太阳能量储存的地源热泵系统(可参见Numerical Simulation of heating & Cooling Air Conditioning System of Solar Aided Ground Source Heat Pump System with Soil Storage. 2008 Asia Simulation Conference — 7th Intl. Conf. on Sys. Simulation and Scientific Computing.)。 主要目的是提高 热舒适度和能效比，但也没有解决系统的冬夏季热平衡问题。中国专利技术专利申请200510134371.X提出了平衡冬夏负荷且克服热短 路的地源热泵系统，包括地下埋管换热器系统、能量提升供给系统，利用 反季节平衡蓄能系统克服了冬夏两季的负荷不平衡，实现冬夏季完全使用 地下冷热源满足冷热负荷的要求；并且解决了地埋供回水支管间的热短路 问题。但是该系统全部采用地下冷热源供冷、供热，利用能量提升供给系 统将地上冷量和热量(包括太阳能、建筑物、大气及地表层等所含冷热量) 采集后送入地下蓄存异季节利用增加了二次能耗；同时，该系统没有考虑 能量的调节问题。中国专利技术专利申请200610097401.9提出了太阳能-地源 联合供暖供热水供电制冷系统及其操作方法。系统包括温差电池、太阳能 集热管、温差继电器、蓄热箱、安全阀、辅助加热器、混合器、房间供暖 调节器、蓄电池、逆变器、电表、两向泵、压缩机、换向阀、节流阀、埋 地换热器、水源热泵机组，其特征是太阳能集热管及地源热泵系统作为供 暖部件，温差电池可白天和夜间发电，地源热泵系统作为制冷部件，太阳 能供暖系统和地源热泵系统可采取分别单独、串联、并联四种供暖方式， 地源热泵系统可实现供暖或制冷两种功能，并可实现不同温度水的供给， 其优点是设计巧妙合理，利用可再生能源，无任何污染，太阳能-地源相 互补充，能源利用效率高。但该系统没有考虑解决冬夏季不平衡问题。中 国专利技术专利申请200720097109.7、200710061457.3和200820021980.3分别 提出了太阳能辅助土壤源热泵供热系统的优化控制装置、利用多种自然环 保能源的空调装置和多能复合制冷、采暖热泵集成系统。这些系统优越性在于地下埋管换热器循环水泵和太阳能集热系统循环水泵能够根据空调 系统负荷的变化开启或关闭，实现太阳能、空气能、地热能等多种可再生能源的多能回补、互为备用；节省了空调系统的运行费用。但仍然没有考 虑冬夏季不平衡问题和热水综合供给问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种太阳能-地源热泵自平衡综合应用系统，满足冬夏季 热量不平衡条件下的地源热泵高效利用，并在建筑能耗中最大程度的利用 可再生能源。一种太阳能-地源热泵自平衡综合应用系统，包括a) 空调末端系统，带有用于与外部连通的第一热水口和第一冷水口， 第一热水口和第一冷水口在空调末端系统内部相连通；b) 地源热泵系统，由地埋管换热器、压缩机、室内侧热交换器和环境侧热交换器构成，压缩机、室内侧热交换器和环境侧热交换器内部连通形成制冷剂工作循环所述的其中室内侧热交换器带有用于与外部连通的第二热水口和第二冷水口，第二热水口和第二冷水口在室内侧热交换器内部相连通；所述的环境侧热交换器带有用于与外部连通的第三热水口和第三冷水口，第三热水口和第三冷水口在环境側热交换器内部相连通；所述的地埋管换热器带有用于与外部连通的第四热水口和第四冷水口，第四热水口和第四冷水口在地埋管换热器内部相连通；c) 热水供应系统，所述的热水供应系统带有用于与外部连通的第五热 水口和第五冷水口以及第六热水口、第六冷水口和第一自来水口，第五热水口和第五冷水口以及第六热水口 、第六冷水口和第一 自来水口在热水供应系统内部分别相连通；d) 太阳能集热系统，带有分别与热水供应系统中第六热水口、第六冷 水口通过管路及阀门连通的第七热水口、第七冷水口，和第二自来水口， 第七热水口、第七冷水口和第二自来水口在太阳能集热系统内部相连通；e)自动控制系统，用于控制所述的太阳能-地源热泵自平衡综合应用系统中所有的自动设备；其中所述的第一热水口、第二热水口、第三热水口、第四热水口和第五热水口通过管路及阀门彼此连通，所述的第一冷水口、第二冷水口、第三冷水口、第四冷水口和第五冷水口通过管路及阀门彼此连通。空调末端系统、地源热泵系统与太阳能集热系统联合可以达到建筑物供热、供冷功能；地源热泵系统、太阳能集热系统与热水供应系统联合可以达到建筑物供热水功能；热水供应系统和自动控制系统联合解决地源热泵系统浅层地热源冬夏季热量不平衡问题。由于整个综合应用系统及各个系统运行时均需要形成循环水的回路，作为各个系统而言至少需要两个管路接口来形成回路，通常而言，为了利用热能各个系统中都有热交换存在，所以为形成回路而设置的热水口及冷水口中的流体(水)会有温度差异，但本专利技术中所述的热水口及冷水口主要为了表示形成回路的两个管路接口，及相互连接关系的明确，并不一定表示温度的高低。为了实现所述的第一热水口、第二热水口、第三热水口、第四热水口和第五热水口通过管路及阀门彼此连通，以及所述的第一冷水口、第二冷水口、第三冷水口、第四冷水口和第五冷水口通过管路及阀门彼此连通可以采用现有技术中各种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能－地源热泵自平衡综合应用系统，其特征在于，包括：　ａ）空调末端系统，带有用于与外部连通的第一热水口和第一冷水口，第一热水口和第一冷水口在空调末端系统内部相连通；　ｂ）地源热泵系统，由地埋管换热器（６）、压缩机（１）、室内侧热交换器（３）和环境侧热交换器（５）构成，压缩机（１）、室内侧热交换器（３）和环境侧热交换器（５）内部连通形成制冷剂工作循环：　所述的其中室内侧热交换器（３）带有用于与外部连通的第二热水口和第二冷水口，第二热水口和第二冷水口在室内侧热交换器（３）内部相连通；　所述的环境侧热交换器（５）带有用于与外部连通的第三热水口和第三冷水口，第三热水口和第三冷水口在环境侧热交换器（５）内部相连通；　所述的地埋管换热器（６）带有用于与外部连通的第四热水口和第四冷水口，第四热水口和第四冷水口在地埋管换热器（６）内部相连通；　ｃ）热水供应系统，所述的热水供应系统带有用于与外部连通的第五热水口和第五冷水口以及第六热水口、第六冷水口和第一自来水口，第五热水口和第五冷水口以及第六热水口、第六冷水口和第一自来水口在热水供应系统内部分别相连通；　ｄ）太阳能集热系统，带有分别与热水供应系统中第六热水口、第六冷水口通过管路及阀门连通的第七热水口、第七冷水口，和第二自来水口，第七热水口、第七冷水口和第二自来水口在太阳能集热系统内部相连通；　ｅ）自动控制系统，用于控制所述的太阳能－地源热泵自平衡综合应用系统中所有的自动设备；　其中所述的第一热水口、第二热水口、第三热水口、第四热水口和第五热水口通过管路及阀门彼此连通，所述的第一冷水口、第二冷水口、第三冷水口、第四冷水口和第五冷水口通过管路及阀门彼此连通。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光明，巩学梅，王勤，蔡永宁，张顺宝，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]