一种太阳能跨季度储能与土壤源热泵耦合供暖系统及控制方法与流程

本发明涉及建筑节能环保，特别是涉及一种太阳能跨季度储能与土壤源热泵耦合供暖系统及控制方法。

背景技术：

1、目前能源市场面临巨大的机遇和挑战，节能降碳成为全社会关注的热点。建筑尤其暖通空调消耗全球近30％的能耗，如何加快建筑领域能源转型，发展清洁能源，推动能源高效梯级利用势在必行。土壤源热泵通过将土壤中的低品位地热能经过热泵转化为高品质热能的装置，在采暖季将地下土壤中的热量提取出来，供热用户使用。非采暖季需要降温时再将热量转移到地下土壤中。通过采暖季和非采暖季的取热和放热，地源热泵可以稳定运行。然而，但高寒地区建筑热负荷大于夏季冷负荷，长期运行将导致土壤温度失衡。寻找一种分布范围广、稳定持续、容易获得的辅助热源用于向土壤补充热量势在必行。

2、为此，本专利以太阳能为辅助热源，来缓解高寒地区使用土壤源热泵冷热负荷不均的问题。同时采用地热能和太阳能这两种清洁能源为建筑提供所需的热水和冷/热量，降低系统整体能耗和环境污染。

技术实现思路

1、本发明目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种太阳能跨季度储能与土壤源热泵耦合供暖系统，提高系统稳定性的同时，大大提高系统能源利用效率。

2、本发明的技术方案，一种太阳能跨季度储能与土壤源热泵耦合供暖系统，包括太阳能光热光伏一体化子系统、储能子系统以及用户端；

3、太阳能光热光伏一体化子系统用于为整个系统供电以及对土壤进行跨季节储能供暖；

4、储能子系统用于与太阳能光热光伏一体化子系统换热，存储热能并供用户端使用；

5、在非采暖季由太阳能光热光伏一体化子系统向储能子系统输送热量，太阳能转换为热能储存到土壤中；

6、在采暖季土壤中储存的热能通过储能子系统换热后输送至用户端供用户使用。

7、优选的，太阳能光热光伏一体化子系统包括太阳能光热光伏一体化组件、逆变器和蓄电池；

8、通过太阳能光热光伏一体化组件产生热能和电能；其中热能向储能子系统输送，电能经过逆变器输送至蓄电池存储。

9、优选的，储能子系统包括第一换热器、水箱、第一三通阀、第一循环泵、第二三通阀、第二换热器、第二循环泵、土壤源热泵、第一地埋管、第二地埋管，锅炉、第三循环泵和阀门；

10、太阳能光热光伏一体化组件产生的热量经水路在第一换热器中与储能子系统进行热量交换；

11、第一换热器的第一输出端连接至水箱，第一换热器的第二输出端通过第四循环泵输送至太阳能光热光伏一体化组件；

12、水箱的第一输出端连接第一三通阀，第二输出端通过阀门连接至第一换热器的输入端；

13、第一三通阀的一端通过第一循环泵连接至第二三通阀的第一端，另一端通过第三循环泵连接至锅炉，锅炉的输出端连接至第二三通阀的第一端；

14、第二三通阀的第二端连接至第二换热器的输入端，第三端连接至第二地埋管；第二换热器的第一输出端通过第二循环泵连接至用户端；用户端的回流管连接至第二换热器的输入端；第二换热器的第二输出端连接至第二地埋管；第二地埋管的回流端连接至第一换热器的输入端；

15、土壤源热泵与用户端以及第一地埋管之间均构成循环回路；在采暖季，通过土壤源热泵以及第一地埋管为用户端供暖。

16、优选的，储能子系统在非采暖季，当水箱的水温未达到85℃时，阀门开启，第一三通阀关闭，水箱中的水经换热器持续升温，直至达到85℃；

17、储能子系统中水箱的水温达到85℃时，阀门关闭，第一三通阀开启接通第二地埋管支路，储能系统运行，太阳能转换为热能储存到土壤中。

18、优选的，储能子系统在采暖季时，为用户端提供生活热水和所需的热负荷；关闭阀门，开启第一三通阀经过锅炉的支路，热水经过第二换热器为热用户提供生活热水。

19、优选的，储能子系统在采暖季温度低于0℃时，第四循环泵开启。

20、优选的，第一地埋管和第二地埋管的埋管深度在50～80m之间。

21、一种太阳能跨季度储能与土壤源热泵耦合供暖控制方法，用于控制上述的供暖系统，包括以下具体步骤：

22、s1、结合所在地区的采暖数据、时间以及环境温度确定采暖季以及非采暖季；

23、s2、在采暖季按步骤s3执行，在非采暖季按步骤s5执行；

24、s3、在采暖季关闭阀门，并关闭通向第二地埋管的支路，开启经过锅炉通向用户端的第二换热器的支路，经过太阳能光热光伏一体化组件的水通过锅炉进一步加热为热用户提供生活热水；

25、s4、在采暖季用户端通过非采暖季节储存在土壤中的热量通过第一地埋管和地源热泵供暖；

26、s5、在非采暖季关闭向土壤输送热量的第一三通阀，阀门开启直至水箱中的水温升至85℃后，关闭阀门，开启第一三通阀至第二地埋管的支路，经过太阳能光热光伏一体化组件的水一部分进入第二换热器后为用户提供生活热水，另一部分转换为热能储存到土壤中；

27、s6、在非采暖季根据建筑物室内外的温差开启地源热泵和第一地埋管吸收建筑物墙体的热量转移至土壤中，降低建筑物的制冷需求。

28、优选的，步骤s1中采暖数据包括当地的历史气温数据、供暖日数据、供暖周期数据。

29、优选的，当室外温度与室内温度温差达到4摄氏度时步骤s6启动。

30、与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

31、(1)本发明通过利用太阳能光热光伏技术，不仅为储能子系统提供热量，还为系统重的循环泵等用电设备供电，实现可再生能源的高效利用。

32、(2)本发明通过在耦合太阳能光热光伏和土壤源热泵为热用户供暖和生活热水，有助于土壤冷热负荷平衡，维持土壤源热泵全年高效运行，降低生态环境。

33、(3)本发明通过利用太阳能和地热能，可有效削弱极端天气建筑用电负荷和燃气负荷，在尽可能满足热用户需求的情况下降低电网压力，降低生态环境影响。

1.一种太阳能跨季度储能与土壤源热泵耦合供暖系统，其特征在于，包括太阳能光热光伏一体化子系统(1)、储能子系统(2)以及用户端(3)；

2.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季度储能与土壤源热泵耦合供暖系统，其特征在于，太阳能光热光伏一体化子系统(1)包括太阳能光热光伏一体化组件(101)、逆变器(102)和蓄电池(103)；

3.根据权利要求2所述的一种太阳能跨季度储能与土壤源热泵耦合供暖系统，其特征在于，储能子系统(2)包括第一换热器(201)、水箱(202)、第一三通阀(203)、第一循环泵(204)、第二三通阀(205)、第二换热器(206)、第二循环泵(207)、土壤源热泵(208)、第一地埋管(209)、第二地埋管(210)，锅炉(211)、第三循环泵(212)和阀门(213)；

4.根据权利要求3所述的一种太阳能跨季度储能与土壤源热泵耦合供暖系统，其特征在于，储能子系统(2)在非采暖季，当水箱(202)的水温未达到85℃时，阀门(213)开启，第一三通阀(203)关闭，水箱(202)中的水经换热器(201)持续升温，直至达到85℃；

5.根据权利要求3所述的一种太阳能跨季度储能与土壤源热泵耦合供暖系统，其特征在于，储能子系统(2)在采暖季时，为用户端(3)提供生活热水和所需的热负荷；关闭阀门(213)，开启第一三通阀(203)经过锅炉(211)的支路，热水经过第二换热器(206)为热用户提供生活热水。

6.根据权利要求4或5所述的一种太阳能跨季度储能与土壤源热泵耦合供暖系统，其特征在于，储能子系统(2)在采暖季温度低于0℃时，第四循环泵(104)开启。

7.根据权利要求3所述的一种太阳能跨季度储能与土壤源热泵耦合供暖系统，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之间。

8.一种太阳能跨季度储能与土壤源热泵耦合供暖控制方法，用于控制权利要求1-7任一项所述的供暖系统，其特征在于，包括以下具体步骤：

9.根据权利要求8所述的太阳能跨季度储能与土壤源热泵耦合供暖控制方法，其特征在于，步骤s1中采暖数据包括当地的历史气温数据、供暖日数据、供暖周期数据。

10.根据权利要求8所述的太阳能跨季度储能与土壤源热泵耦合供暖控制方法，其特征在于，当室外温度与室内温度温差达到4摄氏度时步骤s6启动。