本發(fā)明涉及建筑節(jié)能環(huán)保，特別是涉及一種太陽能跨季度儲能與土壤源熱泵耦合供暖系統(tǒng)及控制方法。

背景技術：

1、目前能源市場面臨巨大的機遇和挑戰(zhàn)，節(jié)能降碳成為全社會關注的熱點。建筑尤其暖通空調(diào)消耗全球近30％的能耗，如何加快建筑領域能源轉型，發(fā)展清潔能源，推動能源高效梯級利用勢在必行。土壤源熱泵通過將土壤中的低品位地熱能經(jīng)過熱泵轉化為高品質熱能的裝置，在采暖季將地下土壤中的熱量提取出來，供熱用戶使用。非采暖季需要降溫時再將熱量轉移到地下土壤中。通過采暖季和非采暖季的取熱和放熱，地源熱泵可以穩(wěn)定運行。然而，但高寒地區(qū)建筑熱負荷大于夏季冷負荷，長期運行將導致土壤溫度失衡。尋找一種分布范圍廣、穩(wěn)定持續(xù)、容易獲得的輔助熱源用于向土壤補充熱量勢在必行。

2、為此，本專利以太陽能為輔助熱源，來緩解高寒地區(qū)使用土壤源熱泵冷熱負荷不均的問題。同時采用地熱能和太陽能這兩種清潔能源為建筑提供所需的熱水和冷/熱量，降低系統(tǒng)整體能耗和環(huán)境污染。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是針對背景技術中存在的問題，提出一種太陽能跨季度儲能與土壤源熱泵耦合供暖系統(tǒng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時，大大提高系統(tǒng)能源利用效率。

2、本發(fā)明的技術方案，一種太陽能跨季度儲能與土壤源熱泵耦合供暖系統(tǒng)，包括太陽能光熱光伏一體化子系統(tǒng)、儲能子系統(tǒng)以及用戶端；

3、太陽能光熱光伏一體化子系統(tǒng)用于為整個系統(tǒng)供電以及對土壤進行跨季節(jié)儲能供暖；

4、儲能子系統(tǒng)用于與太陽能光熱光伏一體化子系統(tǒng)換熱，存儲熱能并供用戶端使用；

5、在非采暖季由太陽能光熱光伏一體化子系統(tǒng)向儲能子系統(tǒng)輸送熱量，太陽能轉換為熱能儲存到土壤中；

6、在采暖季土壤中儲存的熱能通過儲能子系統(tǒng)換熱后輸送至用戶端供用戶使用。

7、優(yōu)選的，太陽能光熱光伏一體化子系統(tǒng)包括太陽能光熱光伏一體化組件、逆變器和蓄電池；

8、通過太陽能光熱光伏一體化組件產(chǎn)生熱能和電能；其中熱能向儲能子系統(tǒng)輸送，電能經(jīng)過逆變器輸送至蓄電池存儲。

9、優(yōu)選的，儲能子系統(tǒng)包括第一換熱器、水箱、第一三通閥、第一循環(huán)泵、第二三通閥、第二換熱器、第二循環(huán)泵、土壤源熱泵、第一地埋管、第二地埋管，鍋爐、第三循環(huán)泵和閥門；

10、太陽能光熱光伏一體化組件產(chǎn)生的熱量經(jīng)水路在第一換熱器中與儲能子系統(tǒng)進行熱量交換；

11、第一換熱器的第一輸出端連接至水箱，第一換熱器的第二輸出端通過第四循環(huán)泵輸送至太陽能光熱光伏一體化組件；

12、水箱的第一輸出端連接第一三通閥，第二輸出端通過閥門連接至第一換熱器的輸入端；

13、第一三通閥的一端通過第一循環(huán)泵連接至第二三通閥的第一端，另一端通過第三循環(huán)泵連接至鍋爐，鍋爐的輸出端連接至第二三通閥的第一端；

14、第二三通閥的第二端連接至第二換熱器的輸入端，第三端連接至第二地埋管；第二換熱器的第一輸出端通過第二循環(huán)泵連接至用戶端；用戶端的回流管連接至第二換熱器的輸入端；第二換熱器的第二輸出端連接至第二地埋管；第二地埋管的回流端連接至第一換熱器的輸入端；

15、土壤源熱泵與用戶端以及第一地埋管之間均構成循環(huán)回路；在采暖季，通過土壤源熱泵以及第一地埋管為用戶端供暖。

16、優(yōu)選的，儲能子系統(tǒng)在非采暖季，當水箱的水溫未達到85℃時，閥門開啟，第一三通閥關閉，水箱中的水經(jīng)換熱器持續(xù)升溫，直至達到85℃；

17、儲能子系統(tǒng)中水箱的水溫達到85℃時，閥門關閉，第一三通閥開啟接通第二地埋管支路，儲能系統(tǒng)運行，太陽能轉換為熱能儲存到土壤中。

18、優(yōu)選的，儲能子系統(tǒng)在采暖季時，為用戶端提供生活熱水和所需的熱負荷；關閉閥門，開啟第一三通閥經(jīng)過鍋爐的支路，熱水經(jīng)過第二換熱器為熱用戶提供生活熱水。

19、優(yōu)選的，儲能子系統(tǒng)在采暖季溫度低于0℃時，第四循環(huán)泵開啟。

20、優(yōu)選的，第一地埋管和第二地埋管的埋管深度在50～80m之間。

21、一種太陽能跨季度儲能與土壤源熱泵耦合供暖控制方法，用于控制上述的供暖系統(tǒng)，包括以下具體步驟：

22、s1、結合所在地區(qū)的采暖數(shù)據(jù)、時間以及環(huán)境溫度確定采暖季以及非采暖季；

23、s2、在采暖季按步驟s3執(zhí)行，在非采暖季按步驟s5執(zhí)行；

24、s3、在采暖季關閉閥門，并關閉通向第二地埋管的支路，開啟經(jīng)過鍋爐通向用戶端的第二換熱器的支路，經(jīng)過太陽能光熱光伏一體化組件的水通過鍋爐進一步加熱為熱用戶提供生活熱水；

25、s4、在采暖季用戶端通過非采暖季節(jié)儲存在土壤中的熱量通過第一地埋管和地源熱泵供暖；

26、s5、在非采暖季關閉向土壤輸送熱量的第一三通閥，閥門開啟直至水箱中的水溫升至85℃后，關閉閥門，開啟第一三通閥至第二地埋管的支路，經(jīng)過太陽能光熱光伏一體化組件的水一部分進入第二換熱器后為用戶提供生活熱水，另一部分轉換為熱能儲存到土壤中；

27、s6、在非采暖季根據(jù)建筑物室內(nèi)外的溫差開啟地源熱泵和第一地埋管吸收建筑物墻體的熱量轉移至土壤中，降低建筑物的制冷需求。

28、優(yōu)選的，步驟s1中采暖數(shù)據(jù)包括當?shù)氐臍v史氣溫數(shù)據(jù)、供暖日數(shù)據(jù)、供暖周期數(shù)據(jù)。

29、優(yōu)選的，當室外溫度與室內(nèi)溫度溫差達到4攝氏度時步驟s6啟動。

30、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益的技術效果：

31、(1)本發(fā)明通過利用太陽能光熱光伏技術，不僅為儲能子系統(tǒng)提供熱量，還為系統(tǒng)重的循環(huán)泵等用電設備供電，實現(xiàn)可再生能源的高效利用。

32、(2)本發(fā)明通過在耦合太陽能光熱光伏和土壤源熱泵為熱用戶供暖和生活熱水，有助于土壤冷熱負荷平衡，維持土壤源熱泵全年高效運行，降低生態(tài)環(huán)境。

33、(3)本發(fā)明通過利用太陽能和地熱能，可有效削弱極端天氣建筑用電負荷和燃氣負荷，在盡可能滿足熱用戶需求的情況下降低電網(wǎng)壓力，降低生態(tài)環(huán)境影響。

技術特征：

1.一種太陽能跨季度儲能與土壤源熱泵耦合供暖系統(tǒng)，其特征在于，包括太陽能光熱光伏一體化子系統(tǒng)(1)、儲能子系統(tǒng)(2)以及用戶端(3)；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種太陽能跨季度儲能與土壤源熱泵耦合供暖系統(tǒng)，其特征在于，太陽能光熱光伏一體化子系統(tǒng)(1)包括太陽能光熱光伏一體化組件(101)、逆變器(102)和蓄電池(103)；

3.根據(jù)權利要求2所述的一種太陽能跨季度儲能與土壤源熱泵耦合供暖系統(tǒng)，其特征在于，儲能子系統(tǒng)(2)包括第一換熱器(201)、水箱(202)、第一三通閥(203)、第一循環(huán)泵(204)、第二三通閥(205)、第二換熱器(206)、第二循環(huán)泵(207)、土壤源熱泵(208)、第一地埋管(209)、第二地埋管(210)，鍋爐(211)、第三循環(huán)泵(212)和閥門(213)；

4.根據(jù)權利要求3所述的一種太陽能跨季度儲能與土壤源熱泵耦合供暖系統(tǒng)，其特征在于，儲能子系統(tǒng)(2)在非采暖季，當水箱(202)的水溫未達到85℃時，閥門(213)開啟，第一三通閥(203)關閉，水箱(202)中的水經(jīng)換熱器(201)持續(xù)升溫，直至達到85℃；

5.根據(jù)權利要求3所述的一種太陽能跨季度儲能與土壤源熱泵耦合供暖系統(tǒng)，其特征在于，儲能子系統(tǒng)(2)在采暖季時，為用戶端(3)提供生活熱水和所需的熱負荷；關閉閥門(213)，開啟第一三通閥(203)經(jīng)過鍋爐(211)的支路，熱水經(jīng)過第二換熱器(206)為熱用戶提供生活熱水。

6.根據(jù)權利要求4或5所述的一種太陽能跨季度儲能與土壤源熱泵耦合供暖系統(tǒng)，其特征在于，儲能子系統(tǒng)(2)在采暖季溫度低于0℃時，第四循環(huán)泵(104)開啟。

7.根據(jù)權利要求3所述的一種太陽能跨季度儲能與土壤源熱泵耦合供暖系統(tǒng)，其特征在于，第一地埋管(209)和第二地埋管(210)的埋管深度在50～80m之間。

8.一種太陽能跨季度儲能與土壤源熱泵耦合供暖控制方法，用于控制權利要求1-7任一項所述的供暖系統(tǒng)，其特征在于，包括以下具體步驟：

9.根據(jù)權利要求8所述的太陽能跨季度儲能與土壤源熱泵耦合供暖控制方法，其特征在于，步驟s1中采暖數(shù)據(jù)包括當?shù)氐臍v史氣溫數(shù)據(jù)、供暖日數(shù)據(jù)、供暖周期數(shù)據(jù)。

10.根據(jù)權利要求8所述的太陽能跨季度儲能與土壤源熱泵耦合供暖控制方法，其特征在于，當室外溫度與室內(nèi)溫度溫差達到4攝氏度時步驟s6啟動。

技術總結
本發(fā)明涉及節(jié)能環(huán)保技術領域，特別是涉及一種太陽能跨季度儲能與土壤源熱泵耦合供暖系統(tǒng)。本發(fā)明包括太陽能光熱光伏一體化子系統(tǒng)，土壤源熱泵耦合蓄熱系統(tǒng)和熱用戶末端系統(tǒng)，其中太陽能光熱光伏一體化子系統(tǒng)包括光熱光伏一體化組件、換熱器、蓄電池和循環(huán)泵，同時用于對系統(tǒng)用電設備供電和集熱；所述土壤源熱泵耦合蓄熱系統(tǒng)包括土壤源熱泵機組，板式換熱器，土壤作為儲熱介質。末端用戶通過換熱器維持室內(nèi)適宜的溫度和所需的熱水。本發(fā)明將太陽能和地熱能結合起來，通過在非采暖季將豐富的太陽能轉化為熱能儲存在土壤中，再在采暖季通過地源熱泵將熱能取出用于供暖，充分利用可再生能源，并有效防止土壤長期運行冷熱負荷不均的現(xiàn)狀，最終達到高效節(jié)能減排的目的。

技術研發(fā)人員：生麗莎
受保護的技術使用者：宜興市日生元科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/11/28