專利名稱：土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)及供熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用能源供熱系統(tǒng)和供熱方法，更具體地說，是涉及利用太陽能供熱系統(tǒng)和供熱方法。
背景技術(shù)：
熱泵是一種公認(rèn)的高效節(jié)能的供熱空調(diào)方式，但其在北方地區(qū)冬季供熱運(yùn)行時(shí)，空氣源存在著室外換熱器體積龐大、頻繁融霜、性能系數(shù)較低等缺點(diǎn)，地下水源存在著破環(huán)地下水資源等問題，土壤源有初投資高等缺點(diǎn)。
太陽能是一種豐富、干凈、安全的能源，70年代以來，鑒于常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力的增加，世界上許多國(guó)家掀起了開發(fā)利用太陽能的熱潮。然而目前有效地利用太陽能還存在一些問題，主要是收集、轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存的效率不高。
熱泵與太陽能供熱聯(lián)合運(yùn)行(即太陽能熱泵)，利用熱泵使太陽能集熱器的熱水進(jìn)一步升溫，集熱溫度10～20℃就可以，采用無玻璃的平板集熱器就可以達(dá)到很高的集熱效率，集熱成本非常低，這種集熱器還可以作為夏季制冷時(shí)夜間的冷卻水放熱板用，同時(shí)還可以全年提供生活熱水，大大提高了設(shè)備利用率。由于太陽能熱泵無需采用空氣換熱器時(shí)不可避免的融霜循環(huán)，同時(shí)由于太陽能的輸入將提高熱泵的蒸發(fā)溫度，改善熱泵裝置的性能系數(shù)，因而具有顯著的節(jié)能特性。但是由于太陽能的不可靠性和間斷性，蓄熱是太陽能利用的必要條件，蓄熱可縮小能源供求之間在時(shí)間或流量上的不匹配，起到重要的節(jié)能作用。而通常所使用水蓄熱或相變蓄熱，使得蓄熱槽體積龐大、造價(jià)高。而且在冬天或太陽能不足時(shí)，太陽能集熱器不能將載熱流體升溫，系統(tǒng)不能供熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種綠色環(huán)保、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，造價(jià)低，供熱時(shí)間長(zhǎng)的太陽能熱泵供熱系統(tǒng)和供熱方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)，它包括太陽能集熱器1、熱泵裝置3和循環(huán)泵4，太陽能集熱器1的出口與換熱器2的進(jìn)口相連，換熱器2的出口通過熱泵裝置3、循環(huán)泵4與太陽能集熱器1的進(jìn)口相連，從而形成載熱流體的閉合循環(huán)通道，熱泵裝置3的供熱側(cè)進(jìn)出口與用戶相連，換熱器2埋于地下土壤中，以土壤作為系統(tǒng)的蓄熱體。另外，太陽能集熱器1的入口、出口和循環(huán)泵4還可以分別與三通閥6相連接。
一種土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)，包括太陽能集熱器1、熱泵裝置3、循環(huán)泵4，太陽能集熱器1的出口與換熱器2的進(jìn)口相連，換熱器2的出口通過循環(huán)泵4、熱泵裝置3與太陽能集熱器1的進(jìn)口相連，從而形成載熱流體的閉合循環(huán)通道，換熱器2設(shè)置于地下土壤中，以土壤作為系統(tǒng)的蓄熱體。
一種土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)，包括太陽能集熱器1、熱泵裝置3、循環(huán)泵4，太陽能集熱器1的出口與循環(huán)泵4相連，循環(huán)泵4的出口與換熱器2的進(jìn)口相連，換熱器2的出口通過熱泵裝置3與太陽能集熱器1的進(jìn)口相連，從而形成載熱流體的閉合循環(huán)通道，換熱器2設(shè)置于地下土壤中，以土壤作為系統(tǒng)的蓄熱體。
上述的土壤蓄熱式太陽能熱泵系統(tǒng)中太陽能集熱器1可以為無蓋板、無底部保溫、表面涂有光譜選擇性材料的平板集熱器，熱泵裝置3為機(jī)械壓縮式或吸收式。
一種土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)的供熱方法，它包括下列步驟(1)將換熱在器2埋入地下土壤中；(2)用管路將太陽能集熱器1的出口與換熱器2的進(jìn)口相連，換熱器2的出口通過熱泵裝置3、循環(huán)泵4與太陽能集熱器1的進(jìn)口相連，從而形成載熱流體的閉合循環(huán)通道；(3)用管路將熱泵裝置3的供熱側(cè)進(jìn)出口與熱用戶的供熱網(wǎng)相連；(4)載熱流體充入系統(tǒng)，通過太陽能集熱器1集熱；(5)開通循環(huán)泵4，載熱流體在系統(tǒng)中循環(huán)；(6)啟動(dòng)熱泵裝置，給用戶供熱。
本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn)用大地土壤代替通常所用的水或相變蓄熱槽，利用土壤的熱容量蓄熱并起均衡負(fù)荷的作用，彌補(bǔ)太陽能的不可靠性和間斷性，使冬季供熱能夠?qū)崿F(xiàn)，四季皆宜，提高了系統(tǒng)的利用率，特別適用于冬季寒冷的中部和北方地區(qū)使用。大地的熱容量很大，也不需要做容器，價(jià)廉易得，而且可以節(jié)省設(shè)備占地空間。


圖1為土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)示意圖；圖2為土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)示意圖；圖3為土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)示意圖；圖4為土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)示意圖。圖中1.太陽能集熱器； 2.換熱器；3.熱泵裝置；4.循環(huán)泵；5.載熱介質(zhì)； 6.三通閥。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明整個(gè)系統(tǒng)由太陽能集熱器1、換熱器2、熱泵裝置3、循環(huán)泵4組成。按照本技術(shù)領(lǐng)域通常的方法將換熱器2埋于地下土壤中(一般在凍土以下)。用管路將太陽能集熱器1的出口與換熱器2的進(jìn)口相連，換熱器2的出口通過熱泵裝置3、循環(huán)泵4與太陽能集熱器1的進(jìn)口相連；或者用管路將太陽能集熱器1的出口與換熱器2的進(jìn)口相連，換熱器2的出口通過循環(huán)泵4、熱泵裝置3與太陽能集熱器1的進(jìn)口相連；或者用管路將太陽能集熱器1的出口與循環(huán)泵4相連，循環(huán)泵4的出口與換熱器2的進(jìn)口相連，換熱器2的出口通過熱泵裝置3與太陽能集熱器1的進(jìn)口相連，從而形成載熱流體的閉合循環(huán)通道，熱泵裝置3的供熱側(cè)進(jìn)出口與熱用戶相連。熱泵裝置為機(jī)械壓縮式或吸收式。
載熱流體為水或防凍液，通過打開太陽能集熱器上的閥門進(jìn)入系統(tǒng)。在循環(huán)泵4的驅(qū)動(dòng)下在系統(tǒng)中循環(huán)。白天有太陽時(shí)，集熱器收集太陽能，水或防凍液在集熱器中被加熱，并把熱量帶到熱泵裝置3，由熱泵進(jìn)一步升溫后由載熱介質(zhì)5輸送給熱用戶，集熱器收集到的多余熱量通過換熱器2儲(chǔ)存到地下土壤中；夜晚或陰雨天無太陽時(shí)，系統(tǒng)中循環(huán)的水或防凍液通過換熱器2將土壤中的熱量取出，通過熱泵裝置3升溫后輸送給熱用戶。
在系統(tǒng)中可以設(shè)置一個(gè)三通閥或兩個(gè)兩通閥的組合6，三通閥或兩個(gè)兩通閥的組合6的一端與太陽能集熱器1的入口相連，一端與太陽能集熱器1的出口相連，一端與循環(huán)泵4相連。供熱運(yùn)行時(shí)，如果太陽能充足，則三通閥6的A路關(guān)閉，水或防凍液全部通過太陽能集熱器1吸收熱量；太陽能不足時(shí)調(diào)整A、B兩路的流量，部分或全部水或防凍液不通過太陽能集熱器1，直接被送往換熱器2，吸收地下土壤中儲(chǔ)存的熱量，再流向熱泵，由熱泵升溫后，由供熱介質(zhì)5輸送給用戶。
權(quán)利要求
1.一種土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)，包括太陽能集熱器[1]、熱泵裝置[3]和循環(huán)泵[4]，其特征是，所述的太陽能集熱器[1]的出口與換熱器[2]的進(jìn)口相連，換熱器[2]的出口通過熱泵裝置[3]、循環(huán)泵[4]與太陽能集熱器[1]的進(jìn)口相連，從而形成載熱流體的閉合循環(huán)通道，所述的換熱器[2]設(shè)置于地下土壤中，以土壤作為系統(tǒng)的蓄熱體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)，其特征是，所述的太陽能集熱器[1]的入口、出口和循環(huán)泵[4]分別與三通閥[6]相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的太陽能集熱器[1]為平板集熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)，其特征在于所述的熱泵裝置[3]為機(jī)械壓縮式或吸收式。
5.一種土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)，包括太陽能集熱器[1]、熱泵裝置[3]和循環(huán)泵[4]，其特征是，所述的太陽能集熱器[1]的出口與換熱器[2]的進(jìn)口相連，換熱器[2]的出口通過循環(huán)泵[4]、熱泵裝置[3]與太陽能集熱器[1]的進(jìn)口相連，從而形成載熱流體的閉合循環(huán)通道，所述的換熱器[2]設(shè)置于地下土壤中，以土壤作為系統(tǒng)的蓄熱體。
6.一種土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)，包括太陽能集熱器(1)、熱泵裝置[3]和循環(huán)泵[4]，其特征是，所述的太陽能集熱器[1]的出口與循環(huán)泵[4]相連，循環(huán)泵[4]的出口與換熱器[2]的進(jìn)口相連，換熱器[2]的出口通過熱泵裝置[3]與太陽能集熱器[1]的進(jìn)口相連，從而形成載熱流體的閉合循環(huán)通道，所述的換熱器[2]設(shè)置于地下土壤中，以土壤作為系統(tǒng)的蓄熱體。
7.一種土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)的供熱方法，其特征是，它包括下列步驟(1)將換熱器[2]埋于地下土壤中；(2)用管路將太陽能集熱器[1]的出口與換熱器[2]的進(jìn)口相連，換熱器[2]的出口通過熱泵裝置[3]、循環(huán)泵[4]與太陽能集熱器[1]的進(jìn)口相連；(3)用管路將熱泵裝置[3]的供熱側(cè)進(jìn)出口與熱用戶供熱管網(wǎng)相連；(4)載熱流體充入系統(tǒng)，通過太陽能集熱器[1]集熱；(5)開通循環(huán)泵[4]，使載熱流體在系統(tǒng)中循環(huán)；(6)啟動(dòng)熱泵裝置[3]給用戶供熱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種土壤蓄熱式太陽能熱泵供熱系統(tǒng)，旨在提供一種綠色環(huán)保、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，造價(jià)低的太陽能熱泵系統(tǒng)。它主要由太陽能集熱器、換熱器、熱泵裝置、循環(huán)泵組成，太陽能集熱器(1)的出口與換熱器(2)的進(jìn)口相連，換熱器(2)的出口通過熱泵裝置(3)、循環(huán)泵(4)與太陽能集熱器(1)的進(jìn)口相連，從而形成載熱流體的閉合循環(huán)通道，熱泵裝置(3)的供熱側(cè)進(jìn)出口與用戶相連，換熱器(2)設(shè)置于地下土壤中，以土壤作為系統(tǒng)的蓄熱體。本發(fā)明為熱泵冬季運(yùn)行的熱源選擇問題提供了一種可行方案，所提出的新系統(tǒng)特別適用于冬季寒冷的中部和北方地區(qū)使用。
文檔編號(hào)F25B30/06GK1415923SQ0214630
公開日2003年5月7日 申請(qǐng)日期2002年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月8日
發(fā)明者楊昭, 張世鋼, 程珩, 吳志光, 郁文紅, 趙海波 申請(qǐng)人:天津大學(xué)