[發明專利]一種基于地熱和太陽能的冷熱集成系統

有效

• 申請號: 201310464961.3
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103512273B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 何燕;張江輝;王澤鵬;張斌;張慶燾
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: F25B29/00
• 分類號: F25B29/00;F25B15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種能源綜合利用系統，特別是將淺層地溫能、太陽能、淺層水源（地熱）應用于熱泵系統中，屬能源供熱和空調技術領域。

技術背景

能源問題是人類發展面臨的一個重大問題。對現有化石能源的優化利用、提升對地熱太陽能等新能源的利用率是當前世界的主要研究課題。將不同種類能源綜合利用合理匹配，使其最大化的持續利用成為一個熱點問題。

在當前能耗行業，建筑耗能是能源消費結構中的重要組成部分，占有相對大的比重。在發達國家占到能源消費總量的35%～40%，在我國約占社會能源總消耗的近1/3。因此，在我國建筑設計領域中，一是大力提倡鼓勵節能減排、提高一次能源的利用率；二是要鼓勵在設計過程中考慮優先利用太陽能、地熱能等新能源。

當前的地熱應用還處于初級階段，多數是依靠電動熱泵提取淺層水源熱量用于供熱領域，但部分提取的熱量較少，未能充分利用；對深層地熱、淺層低溫能等利用冰島等北歐國家應用較早，在我國西藏、青海、陜西、四川等地區的深層地熱仍處于初級階段，通過對深層熱量提取應用存在不足之處。以陜西寶雞地熱供熱方式為例，深層熱井（淺層低溫能）出口溫度為90℃左右，直接用于用戶供熱，然后通過電動熱泵對地熱尾水進行熱量提取。在現有應用過程中，考慮深層地熱的熱量階梯利用，但未將淺層水源（地熱）、地表水、工業廢水等廢熱加以利用，更未將富足的太陽能加以利用，這就造成了能源的白白浪費。

發明內容

本發明針對現有的多種能源綜合利用不足的情況，提供一種將淺層地溫能、太陽能、淺層水源（地熱）綜合運用的新型熱泵系統。將淺層低溫能與太陽能、淺層水源通過吸收式熱泵系統結合起來，不但可以充分的利用淺層低溫能，而且通過熱泵機組更能最大化的利用太陽能和淺層（地表）水源、地熱能源。

為了實現上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于地熱和太陽能的新型冷熱集成系統由1套吸收式熱泵系統、1套太陽能集熱系統、1套淺層地溫能循環系統、1套淺層水源（地熱）循環系統、4臺換熱器組成，具體包括7個閥門、1臺淺層低溫能高溫熱交換器、1臺淺層低溫能低溫熱交換器、1臺太陽能低溫熱交換熱器、1臺太陽能高溫熱交換熱器、1個吸收器四通變向閥、1個蒸發器四通變向閥、1臺冷卻塔、1臺深層循環泵、1臺淺層循環泵、1臺吸收式熱泵機。其中吸收式熱泵系統為第一類吸收式熱泵機組。淺層低溫能循環系統出口與吸收式熱泵系統發生器入口相連，吸收式熱泵系統發生器出口用管道依次與淺層低溫能高溫熱交換器、淺層低溫能低溫熱交換器、深層循環泵連接，最后與淺層低溫能系統入口連接。用戶管網回水經過吸收器四通變向閥與吸收式熱泵系統吸收器相連，吸收式熱泵系統冷凝器依次與淺層低溫能高溫熱交換器和太陽能高溫熱交換熱器相連，太陽能高溫熱交換熱器出口經過蒸發器四通變向閥與用戶供熱管網去水管路連接。淺層水源（地熱）系統出口管路依次與淺層低溫能低溫熱交換器和太陽能低溫熱交換熱器串聯，太陽能高溫熱交換熱器出口經過蒸發器四通變向閥與吸收式熱泵系統的蒸發器入口相連接，吸收式熱泵系統的蒸發器出口經過蒸發器四通變向閥與淺層循環泵連接，之后與淺層水源（地熱）系統入口連接。一個太陽能集熱器出口分別與太陽能低溫熱交換熱器、太陽能高溫熱交換熱器連接，之后與太陽能集熱器入口連接，另一個太陽能集熱器出口通過閥門與吸收式熱泵系統發生器入口連接，吸收式熱泵系統發生器出口通過閥門與太陽能集熱器入口相連接。用戶管網回水管路、吸收式熱泵系統吸收器入口、吸收式熱泵系統蒸發器入口、太陽能低溫熱交換熱器出口分別與吸收器四通變向閥相連；用戶管網去水管路、太陽能高溫熱交換熱器出口管路、吸收式熱泵系統蒸發器出口管路、淺層循環泵入口管路分別與蒸發器四通變向閥相連。

淺層低溫能管網連接吸收式熱泵系統的發生器，淺層水源（地源）管網連接吸收式熱泵系統的蒸發器，由淺層低溫能驅動熱泵機組吸收淺層水源（地熱）的熱量，為供熱提供更多熱量。

從吸收式熱泵系統發生器出來的熱源水依次經過淺層低溫能高溫熱交換器和淺層低溫能低溫熱交換器，利用熱源水的梯度溫度分別加熱供熱管網水與淺層水源（地熱）來水，更大程度的利用熱源水的熱量。

此集成系統通過提取淺層水源（地熱）中的熱量加熱供熱管網的熱水。淺層水源（地熱）經過淺層低溫能低溫熱交換器，溫度進一步上升，然后經過熱泵機組，在蒸發器內放熱溫度降低，從蒸發器出來的低溫水送入淺層水源（地熱）吸收熱量，完成淺層水源（地熱）循環。用戶供熱管網來水進入熱泵系統，在熱泵系統內吸收熱量溫度上升，經過淺層低溫能高溫熱交換器使溫度進一步提高，然后進入供熱管網。