可再生能源跨季储能供暖系统的制作方法

2021-03-11 14:03:42|

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可再生能源跨季储能供暖系统
[0001]
技术领域
[0002]
本发明属于地热供暖技术领域，更具体地说，是涉及一种可再生能源跨季储能供暖系统。

背景技术：

[0003]
可再生能源为来自大自然的能源，例如太阳能、风力、潮汐能、地热能等，是取之不尽，用之不竭的能源，是相对于会穷尽的不可再生能源的一种能源，对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。地热能是指来自地球内部的热能资源。我们生活的地球是一个巨大的热库，仅地下10千米厚的一层，储热量就达1.05
×
10
26
焦耳，相当于3.58
×
10
15
吨标准煤所释放的热量。地热能是在其演化进程中储存下来的，是独立于太阳能的又一自然能源，它不受天气状况等条件因素的影响，未来的发展潜力也相当大。
[0004]
现有技术中有开采地热能的设备，如地源热泵机组，通过地源热泵机组将地下土壤中热量抽取至地面上，然后利用该地热能，如在冬季给室内供暖、供热等，地源热泵只是在冬季抽取地热能，而很少向地下释放热量即储能，长期以往将会导致地下热能不平衡，地热能的供给量减少。

技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于提供一种可再生能源跨季储能供暖系统，旨在解决在冬季采用地源热泵开采地热能进行供暖，容易导致地下热能不平衡的技术问题。
[0006]
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种可再生能源跨季储能供暖系统，包括地下换热装置、地源热泵、用户换热装置和熔盐储热装置，地下换热装置埋设在地下，内部流通有换热介质，用于与地下土壤中热量进行换热；地源热泵与所述地下换热装置连通，在冬季时用于抽取地下热量并输送至用户端，在夏季时用于从用户端向地下输送热量，所述地源热泵出水温度大于回水温度；用户换热装置为多个，分别设于各个用户端，且分别与所述地源热泵连通，在冬季时用于散热经所述地源热泵抽取的地下热量，在夏季时用于收集用热区域内热量，夏季的热量通过所述地源热泵泵送至所述地下换热装置；熔盐储热装置输出端与所述用户换热装置的输入端连接，用于储热并向所述用户换热装置供热；所述地下换热装置、所述地源热泵、所述熔盐储热装置和所述用户换热装置组成循环式供热回路，冬季从地下抽取地热能并换热后为用户端供热，夏季从用户端抽取热量并换热后为地下储热，用于维持地下热能平衡。
[0007]
作为本申请另一实施例，所述熔盐储热装置与所述用户换热装置之间通过储热管道连通，在所述储热管道上设有定压装置，所述定压装置用于向所述用户换热装置内加压供水。
[0008]
作为本申请另一实施例，所述地源热泵与所述地下换热装置之间通过多根地热管
道连通，所述地下换热装置埋设于地下浅层中，用于与浅层地热换热，所述地下换热装置包括多组呈u型的换热管，多组所述换热管之间首尾相接相互连通，形成串联结构，多组所述换热管均位于同一水平面上。
[0009]
作为本申请另一实施例，可再生能源跨季储能供暖系统还包括设于所述熔盐储热装置和所述用户换热装置之间的空气源热泵机组，在冬季时所述空气源热泵机组用于制热并向所述用户换热装置内输入热量，所述空气源热泵机组可制冷。
[0010]
作为本申请另一实施例，可再生能源跨季储能供暖系统还包括设于所述空气源热泵机组的输出端与所述用户换热装置的输入端之间的电磁加热装置，所述电磁加热装置用于制热并向所述用户换热装置内输送热量，所述电磁加热装置的加热温度可控制。
[0011]
作为本申请另一实施例，所述用户换热装置包括风机盘管换热器和集热器，风机盘管换热器，内流通有换热介质，与所述地源热泵的输出端连接，所述风机盘管换热器用于与用热区域内换热；集热器内流通有换热介质，一端与所述风机盘管换热器的输出端连通、另一端与所述地源热泵的输入端连通，用于收集用热区域内热量，并向所述地源热泵输送，所述集热器为管片式集热器。
[0012]
作为本申请另一实施例，所述熔盐储热装置在夜间开启并储热，在白天用于为所述用户换热装置供热，所述熔盐储热装置电性连接有控制器，开启时间受控于所述控制器，所述控制器上设有定时模块，通过设置所述定时模块可控制所述熔盐储热装置，所述熔盐储热装置的设置位置可调节。
[0013]
作为本申请另一实施例，所述地源热泵的输入端和输出端分别设有集分水器，通过所述集分水器将热量呈并列式分别输送至多个所述用户换热装置和所述地下换热装置。
[0014]
作为本申请另一实施例，所述地源热泵供热不足时开启所述空气源热泵机组，所述空气源热泵机组和所述地源热泵供热均不足时开启所述电磁加热装置；所述地源热泵与所述熔盐储热装置之间、所述熔盐储热装置与所述空气源热泵机组之间、所述空气源热泵机组与所述电磁加热装置之间、所述电磁加热装置与所述用户换热装置之间的管路上均设有控制阀门、温度传感器和压力传感器。
[0015]
作为本申请另一实施例，所述电磁加热装置为抱管式电磁加热器，用于环抱所述空气源热泵机组与所述用户换热装置之间的管道上，并可均匀加热。
[0016]
本发明提供的可再生能源跨季储能供暖系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明可再生能源跨季储能供暖系统，包括地下换热装置、地源热泵、用户换热装置和熔盐储热装置，地下换热装置埋设在地下，内部流通有换热介质，用于与地下土壤中热量进行换热；地源热泵与地下换热装置连通，在冬季时用于抽取地下热量并输送至用户端，在夏季时用于从用户端向地下输送热量，地源热泵出水温度大于回水温度；用户换热装置为多个，分别设于各个用户端，且分别与地源热泵连通，在冬季时用于散热经地源热泵抽取的地下热量，在夏季时用于收集用热区域内热量，夏季的热量通过地源热泵泵送至地下换热装置；熔盐储热装置输出端与用户换热装置的输入端连接，用于储热并向用户换热装置供热；地下换热装置、地源热泵、熔盐储热装置和用户换热装置组成循环式供热回路，冬季从地下抽取地热能并换热后为用户端供热，夏季从用户端抽取热量并换热后为地下储热，用于维持地下热能平衡。本发明解决了在冬季采用地源热泵开采地热能进行供暖，容易导致地下热能不平衡的技术问题，具有能够维持地下土壤中热量在平衡区间内，冬季为用户端供暖，且热
能补充量足，夏季向地下储热，实现对地热能的跨季储能供暖，循环使用，节省能源的技术效果。
附图说明
[0017]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]
图1为本发明实施例提供的可再生能源跨季储能供暖系统的结构示意图（图中位于地面以下虚线表示低温热量）。
[0019]
图中：1、地下换热装置；2、地源热泵；3、用户换热装置；4、熔盐储热装置；5、储热管道；6、地热管道；7、空气源热泵机组；8、电磁加热装置；9、集分水器。
具体实施方式
[0020]
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]
请参阅图1，现对本发明提供的可再生能源跨季储能供暖系统进行说明。所述可再生能源跨季储能供暖系统，包括地下换热装置1、地源热泵2、用户换热装置3和熔盐储热装置4，地下换热装置1埋设在地下，内部流通有换热介质，用于与地下土壤中热量进行换热；地源热泵2与地下换热装置1连通，在冬季时用于抽取地下热量并输送至用户端，在夏季时用于从用户端向地下输送热量，地源热泵2出水温度大于回水温度；用户换热装置3为多个，分别设于各个用户端，且分别与地源热泵2连通，在冬季时用于散热经地源热泵2抽取的地下热量，在夏季时用于收集用热区域内热量，夏季的热量通过地源热泵2泵送至地下换热装置1；熔盐储热装置4输出端与用户换热装置3的输入端连接，用于储热并向用户换热装置3供热；地下换热装置1、地源热泵2、熔盐储热装置4和用户换热装置3组成循环式供热回路，冬季从地下抽取地热能并换热后为用户端供热，夏季从用户端抽取热量并换热后为地下储热，用于维持地下热能平衡。
[0022]
本发明提供的可再生能源跨季储能供暖系统，与现有技术相比，本发明可再生能源跨季储能供暖系统，包括地下换热装置1、地源热泵2、用户换热装置3和熔盐储热装置4，地下换热装置1埋设在地下，内部流通有换热介质，用于与地下土壤中热量进行换热；地源热泵2与地下换热装置1连通，在冬季时用于抽取地下热量并输送至用户端，在夏季时用于从用户端向地下输送热量，地源热泵2出水温度大于回水温度；用户换热装置3为多个，分别设于各个用户端，且分别与地源热泵2连通，在冬季时用于散热经地源热泵2抽取的地下热量，在夏季时用于收集用热区域内热量，夏季的热量通过地源热泵2泵送至地下换热装置1；熔盐储热装置4输出端与用户换热装置3的输入端连接，用于储热并向用户换热装置3供热；地下换热装置1、地源热泵2、熔盐储热装置4和用户换热装置3组成循环式供热回路，冬季从地下抽取地热能并换热后为用户端供热，夏季从用户端抽取热量并换热后为地下储热，用于维持地下热能平衡。本发明解决了在冬季采用地源热泵2开采地热能进行供暖，容易导致
地下热能不平衡的技术问题，具有能够维持地下土壤中热量在平衡区间内，冬季为用户端供暖，且热能补充量足，夏季向地下储热，实现对地热能的跨季储能供暖，循环使用，节省能源的技术效果。
[0023]
本发明主要是为建筑物内各用热区域供热，包括机房、宿舍楼、办公楼、研发中心等，通过管网向各个用热区域内铺设，实现对各个用热区域的供热，除了布置管网之外，该供暖系统还包括电路、控制系统、配电系统、循环泵等，以上各器件的设置均为现有技术中使用地源热泵2后的常规器件的布置，布置位置可采用常规布置位置进行设置，在此不再赘述。对于管网、给排水、泵张、采暖设备、地源热泵2系统的布置和建设均参考国际标准的相关设计规范进行施工。在布置用户换热装置3时，要根据用户的供暖面积进行布置，布置的数量要与区域面积相互配套。
[0024]
将地下土壤作为一个巨大的蓄热体，夏季制冷时，将制冷过程排放出的热能通过地下换热装置1（地埋管）存储至土壤中，地下土壤温度由浅入深呈现10-12℃温度梯差，冬季每次提取2-3℃热能通过地源热泵2机组制取45-65℃供暖，供暖结束地下温度恢复10-12℃；次年夏季，再提取此温度通过用户换热装置3（水冷风盘）直接制冷，同时注热为冬季供暖准备，保持系统冷热平衡体系，实现能量循环使用，也就是夏热冬用，冬暖夏凉。
[0025]
该系统设计一次投资，解决供暖和制冷两大需求，采用冷热平衡循环能源和长效跨季储能，能源循环利用，极大限度提高能源利用效率，低碳环保经济实惠。采用可再生清洁能源，无排放无污染。采用智能运行策略，免维护，更节能、更经济、更省心。采用智能终端，极大提升体感舒适度。
[0026]
使用该跨季储能供暖系统后，宿舍楼的冬季供暖期间的室内温度在20℃以上，夏季的室温为25-28℃。
[0027]
地源热泵2制热时，通过从地下土壤储热系统中提取热量并将温度提升至供热所需温度输出到室内的散热终端。制冷时，如果地下冷量不足，也可以通过提取室内空气中的热量。
[0028]
熔盐储热装置4包括熔盐储罐和加热器，熔盐储罐内的熔盐，被加热后可以储热，然后放热，提供热量。熔融盐是一种可流动液体，作为传热介质已经广泛应用于化工和冶炼行业的离子膜烧碱、koh、三聚氰胺、氧化铝等生产过程中，因其具有价格低廉、使用温区大、比热容高、换热性能好等优点，近几年在太阳能光热发电系统中得到越来越多的应用。熔融盐的使用温度为200-1000℃，通过加热器对熔融盐加热，熔融盐融化储存热量，需要放热时，关闭加热器，熔融盐无法继续吸收热量，温度下降凝固，凝固过程中放出热量，熔融盐中插接有油管，循环油以油为介质将此热量传递到储热装置外部的水箱中，则水箱加热，水箱中循环水再将热量传递出去，供用户换热装置3使用（如供暖等）。
[0029]
作为本发明提供的可再生能源跨季储能供暖系统的一种具体实施方式，请参阅图1，熔盐储热装置4与用户换热装置3之间通过储热管道5连通，在储热管道5上设有定压装置，定压装置用于向用户换热装置3内加压供水。储热管道5上可社哟阀门，用于控制储热管道5的通断。
[0030]
具体的，定压装置用于采暖、空调系统中作为稳压膨胀补水设备使用，一般称之为囊式落地式膨胀水箱；用于能够保证储热管道5内的水流为稳定的压力。
[0031]
作为本发明提供的可再生能源跨季储能供暖系统的一种具体实施方式，请参阅图
1，地源热泵2与地下换热装置1之间通过多根地热管道6连通，地下换热装置1埋设于地下浅层中，用于与浅层地热换热，地下换热装置1包括多组呈u型的换热管，多组换热管之间首尾相接相互连通，形成串联结构，多组换热管均位于同一水平面上。
[0032]
具体的，在布置换热管时要兼具使用面积，地理环境等因素，一般布置深度为地表以下1.5米以下，布置垂直深度为27-31米，换热管内流通有水，与地源热泵2进行封闭式换热循环，未经蓄热（初系统）的地下土壤可以提供12℃左右的温度，这部分温度通过在u型换热管中封闭流动的水经过地源热泵2蒸发端提取后温降为5℃左右，在经过长达数千米的u型换热管，温度重新回升至7-9℃左右。该过程循环往复为地源热泵2提供热源。
[0033]
夏季系统提供制冷时，土壤中12℃的温度通过u型换热管中的水直接传到用户换热装置3（风机盘管散热器），与室内热空气进行交换。在降低室温的同时，提升了密闭循环的u型换热管中水的温度，水通过u型换热管壁与地下土壤进行热交换从而提升土壤的温度，为冬季供热提供优质热源。
[0034]
作为本发明提供的可再生能源跨季储能供暖系统的一种具体实施方式，请参阅图1，可再生能源跨季储能供暖系统还包括设于熔盐储热装置4和用户换热装置3之间的空气源热泵机组7，在冬季时空气源热泵机组7用于制热并向用户换热装置3内输入热量，属于辅助补充热量，空气源热泵机组7可制冷。空气源热泵机组7可采用现有技术中的设备，其连接方式和操作原理与现有技术相同，在此不再赘述。
[0035]
空气源热泵机组7可以设置在各用热区域内，空气源热泵机组7的输入功率为10千瓦，制热量为31.5千瓦。
[0036]
地源热泵2机组采用的型号为vhxw03021nga(rn-wshp-030121wm），空气源热泵机组7采用的型号为rn041-138/142。
[0037]
空气源热泵机组7作为地源热泵2的补充热量的设备，本系统采用二台制热量分别为141kw和26.5kw的机组，总制热量为167.5kw。
[0038]
作为本发明提供的可再生能源跨季储能供暖系统的一种具体实施方式，请参阅图1，可再生能源跨季储能供暖系统还包括设于空气源热泵机组7的输出端与用户换热装置3的输入端之间的电磁加热装置8，电磁加热装置8用于制热并向用户换热装置3内输送热量，电磁加热装置8的加热温度可控制。电磁加热装置8内设有加热丝，通电后可产生热量，能够将管路内的水加热，从而实现了对用户端供暖温度提高的效果。电磁加热装置8的加热温度可调节和控制，通过人工和自动均可实现。
[0039]
电磁加热装置8作为辅助加热源，当地源热泵2和空气源热泵机组7的供给热量不足时自动开启，总装机制热量为5kw。
[0040]
作为本发明提供的可再生能源跨季储能供暖系统的一种具体实施方式，请参阅图1，用户换热装置3包括风机盘管换热器和集热器，风机盘管换热器内流通有换热介质，与地源热泵2的输出端连接，风机盘管换热器用于与用热区域内换热；集热器内流通有换热介质，一端与风机盘管换热器的输出端连通、另一端与地源热泵2的输入端连通，用于收集用热区域内热量，并向地源热泵2输送，集热器为管片式集热器。当使用风机盘管换热器时，可不使用集热器，这两者可以分开使用，也可以结合在一起使用，两者为串联连接的关系，水是先通过风机盘管换热器，后通过集热器，在集热器上覆盖有集热膜，可以很好的吸热，也可以将集热器放置在室外，也可以将集热器关闭，只采用风机盘管换热器换热和集热，然后
再输出给地源热泵2。
[0041]
具体的，当空气源热泵机组7与地源热泵2连接后，则风机盘管换热器的输入端连接空气源热泵机组7的输出端，集热器的输出端连接地源热泵2的输入端。
[0042]
作为本发明提供的可再生能源跨季储能供暖系统的一种具体实施方式，请参阅图1，熔盐储热装置4在夜间开启并储热，在白天用于为用户换热装置3供热，熔盐储热装置4电性连接有控制器，开启时间受控于控制器，控制器上设有定时模块，通过设置定时模块可控制熔盐储热装置4，熔盐储热装置4的设置位置可调节。熔盐储热装置4就是利用夜间低谷电进行加热熔盐的，夜间低谷电的成本较低，因此可节省成本。
[0043]
具体的，在熔盐储热装置4的底部设有车体，车体可移动，进而可推动熔盐储热装置4移动位置，或根据不同的情况，使熔盐储热装置4置于室外或室内，移动较灵活，方便用户使用。
[0044]
作为本发明提供的可再生能源跨季储能供暖系统的一种具体实施方式，请参阅图1，地源热泵2的输入端和输出端分别设有集分水器9，通过集分水器9将热量呈并列式分别输送至多个用户换热装置3和地下换热装置1。在具体施工中，可采用现有的集分水器9对热量进行集合和分隔。
[0045]
集分水器9或是分集水器是指地暖系统中，用于连接采暖主干供水管和回水管的装置。分为分水器和集水器两部分。分水器是在水系统中，用于连接各路加热管供水管的配水装置。集水器是在水系统中，用于连接各路加热管回水管的汇水装置。分集水器由分水主管和集水主管组成，分水主管连接于管网系统的供水管，它的主要作用是将来自于管网系统热水通过埋在地板下的地暖管分配到室内需地板采暖的各房间。热水在地暖管中流动时，将热量传递到地板，再通过地板向室内辐射传热。
[0046]
作为本发明提供的可再生能源跨季储能供暖系统的一种具体实施方式，请参阅图1，地源热泵2供热不足时开启空气源热泵机组7，空气源热泵机组7和地源热泵2供热均不足时开启电磁加热装置8；地源热泵2与熔盐储热装置4之间、熔盐储热装置4与空气源热泵机组7之间、空气源热泵机组7与电磁加热装置8之间、电磁加热装置8与用户换热装置3之间的管路上均设有控制阀门、温度传感器和压力传感器。控制阀门、温度传感器和压力传感器各自有各自的功能，设置在管路上，能够很好的控制热量的流动，更好的为用于端供暖。
[0047]
作为本发明提供的可再生能源跨季储能供暖系统的一种具体实施方式，请参阅图1，电磁加热装置8为抱管式电磁加热器，用于环抱空气源热泵机组7与用户换热装置3之间的管道上，并可均匀加热。
[0048]
太阳能一年四季分布不均，冬季的辐照总量仅占全年的20%左右，所以人们一直有一个期盼，希望可以把春夏秋的热量也能用于冬季采暖，让采暖更廉价，能源更清洁。太阳能跨季节储热采暖技术与蓄冷技术类似，只是存储的不是“冷”而是“热”。
[0049]
跨季节储热采暖是将春夏秋三季的太阳能储存起来，在冬季用于大规模区域性集中采暖和热水供应，是国内外最先进的太阳能集中供热新模式。跨季节储热采暖共有四种方式，最常用的蓄热方式为水蓄热和土壤蓄热，根据不同的实际情况可采用不同的方式进行蓄热。太阳能作为最低廉、最丰富的清洁能源之一，利用太阳能实现的跨季节蓄热采暖既经济又环保，安装简单还可以持续使用25年，非常适用于区域供热。跨季储能恒温系统集供暖、制冷技术为一体，一次投资，解决供暖和制冷两大需求，采用冷热平衡循环能源和长效
跨季储能，能源循环利用，极大限度提高能源利用效率，低碳环保经济实惠；采用可再生清洁能源，无排放无污染；采用智能运行策略，无人值守，免维护，更节能、更经济、更省心；采用智能终端，极大提升体感舒适度。
[0050]
用土壤储热的太阳能长期储热系统，具有储热能力大、热损失小的优点，他可以将太阳能集热器所获得的热量储存于土壤中，满足建筑供暖需求。经济分析表明，土壤储热太阳能供暖系统的年度成本仅为电加热系统的1/3左右，为常规太阳能供暖系统的2/3左右。因此，从长远的观点来看，地下土壤储热被认为是跨季节储热的最有前途的方式之一。土壤储热系统的特点是在地下埋设许多垂直放置的同心套管或u型管。实践表明，土壤储热效率可达75%以上，是目前成本最低的季节性储热方式。
[0051]
将春、夏、秋三个季节的太阳能热量储存于地下的土壤中，以供冬季供暖之用，实现低能耗无煤化清洁供暖。依据《太阳能供热采暖工程技术规范（gb50495-2009）》，对于太阳能跨季节蓄热，土壤蓄热最具可行性和推广价值。太阳能跨季节土壤蓄热系统由太阳能集热子系统、跨季节土壤蓄热子系统和热泵供暖子系统3部分组成。土壤蓄热通常以120m以上的浅层土壤作为蓄热体，通过打井埋设地埋管换热管，在管内走循环水由管壁导热对土壤进行加热或冷却，从而实现蓄热和取热。与水池式蓄热相比，土壤蓄热温度相对要低，故此在供热时需要热泵提高供水温度以达到末端供暖需要；土壤蓄热可以根据末端热负荷改变打井的数目和深度，因而可大可小，既可用于区域集中供暖，也可用于分布式供暖，此外，由于土壤温度相对稳定约15～20℃，在夏热冬冷地区，还可以兼顾夏天室内制冷需求。土壤蓄热具有蓄热材料便宜、蓄热潜能大、热损失较小、无环境污染等优点。
[0052]
地源跨季储能恒温系统系列化研究项目，结合项目实施地点的具体情况，以土壤蓄热系统为主体，配合空气源热泵、复合谷电熔盐蓄能缓释技术等实现多能互补，冷热一体化系统。土壤蓄热通过u型导管与土壤换热，夏季取冷储热冬季取热蓄冷。将地下土壤作为一个巨大的蓄热体，夏季制冷时，将制冷过程排放出的热能通过地埋管存储至土壤中，地下土壤温度由浅入深呈现14-17℃温度梯差，冬季每次提取2-3℃热能通过热泵机组制取50-60℃供暖，供暖结束地下温度恢复10-12℃；次年夏季，再提取此温度通过水冷风盘直接制冷，同时注热为冬季供暖准备，保持系统冷热平衡体系。
[0053]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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