[发明专利]基于雨水蓄渗及太阳能蓄热—土壤源热泵一体化系统有效
申请号: | 201110056550.1 | 申请日: | 2011-03-09 |
公开(公告)号: | CN102679619A | 公开(公告)日: | 2012-09-19 |
发明(设计)人: | 高岩;安玉娇;荆亚州;李飞 | 申请(专利权)人: | 北京建筑工程学院 |
主分类号: | F25B29/00 | 分类号: | F25B29/00 |
代理公司: | 北京众合诚成知识产权代理有限公司 11246 | 代理人: | 童晓琳 |
地址: | 100044*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基于 雨水 太阳能 蓄热 土壤 源热泵 一体化 系统 | ||
技术领域
本发明围绕合理利用能源、加大可再生能源的开发,充分利用雨水资源、改善城镇水环境等方面,特别涉及一种基于雨水蓄渗及太阳能蓄热-土壤源热泵一体化系统。
背景技术
建筑能耗的快速增长,使能源与环境问题日益突出,人们对建筑节能问题空前关注,在这种背景下,太阳能-土壤源热泵系统的出现为建筑节能带来了广阔的发展前景,此系统以太阳能和土壤源蓄存的能量为复合热源,弥补了单一热源应用时存在的缺陷,提高资源的利用率,成为当今一种新型节能、环保的系统形式。
但是,传统太阳能-土壤源热泵系统的设计与运行存在诸多问题:太阳能集热系统在夏季使用时,太阳能集热器通常处于空晒状态。相关文献给出空晒对太阳能集热器热效率以及使用寿命的影响:平板型集热器在空晒88天后,集热器的工作效率下降87%,热管式真空管式集热器在空晒151天后,集热器工作效率下降89%,可见,太阳能集热器的“过热”危害不容忽视。
太阳能-土壤源热泵系统在运行时,地下埋管换热器提取或释放的热量主要是依靠换热器内流体与土壤之间的导热方式进行。当太阳能-土壤源热泵系统在夏季运行时,大地作为排热场所,室内热量、压缩机耗能以及太阳能均通过地埋管排入土壤中。但同时,随着蓄热量的不断增加,埋管周围的土壤含水率会随之下降,含水率对土壤的导热系数的影响非常显著,当土壤含水率每降低5%时,土壤的导热系数会相应降低0.2W/m·K。土壤导热系数的不断减小,势必会造成地埋管与流体之间换热性能的降低,影响热泵机组效率;并且,夏季热泵运行时,对地下土壤的蓄热过程将会使土壤温度不断升高,对空调运行冷凝热排热产生不利影响,冷凝温度提高,热泵系统在亚稳定状态下运行,热泵系统的运行效率降低,最终可能导致系统不能正常运行。
综上所述,传统太阳能-土壤源热泵系统的设计与使用,应考虑上述方面问题:1)如何避免在夏季大量太阳能由于无法被利用而造成的“过热”现象,减少空晒对太阳能集热系统的集热效率、使用寿命等造成的危害。2)如何避免土壤在夏季充当蓄热体接受太阳能集热系统的排热而导致的土壤温度提高,空调运行冷凝热排热不利,冷凝温度升高,系统运行效率下降的问题。
在我国,城镇雨水排放一直未被关注。传统城市雨水排放方式以单一的防洪涝和快排为指导思想,追求在最短的时间内将雨水径流排放。此种雨水管理方式存在诸多问题:1)由于现代城市道路多为不透水表面,传统雨水管理模式将加大城市洪灾风险,雨水径流污染严重,生态环境随之恶化;2)我国北方地区缺水严重,城市地下水抽采入不敷出,地下水(尤其是浅层地下水)的补给被隔断,破坏了原有水系的自然循环过程。目前改善方式可采用雨水蓄渗装置,如下凹式绿地、雨水花园、蓄渗浅沟等。此种方式不但可以有效减少洪涝灾害和径流污染,促进城镇雨水的减排,同时可以调节土壤含水量,使得土壤导热系数的增大,提高土壤的换热性能,有利于土壤源热泵的运行、蓄热效果的提高。
上述问题是目前优化太阳能-土壤源热泵系统成败的关键,如果可以通过有效途径将太阳能-土壤源热泵系统与雨水蓄渗系统有机的结合,将能够最优、最大程度上发挥系统的节能潜力。
发明内容
从提高能源利用效率和雨水资源化率的角度,本发明提供一种基于雨水蓄渗及太阳能蓄热-土壤源热泵一体化系统,该系统包括五套管路系统:太阳能集热系统、垂直与水平地埋管换热系统、土壤源热泵系统、雨水蓄渗系统以及空调末端系统;
所述太阳能集热系统包括太阳能集热器,采暖储热水箱,太阳能集热器通过循环管路与采暖储热水箱连通,其循环管路上有循环水泵,形成加热介质的环路;
所述垂直与水平地埋管换热系统采用垂直地埋管换热器与水平地埋管换热器相结合的方式;
所述土壤源热泵系统包括蒸发器/冷凝器、冷凝器/蒸发器、压缩机和四通换向阀,蒸发器/冷凝器的出水管与空调末端系统的供水管相连接,蒸发器/冷凝器的进水管与空调末端系统的回水管相连接,冷凝器/蒸发器出水管与垂直与水平地埋管换热系统的供水管连接,冷凝器/蒸发器的进水管与垂直与水平地埋管换热系统的回水管相连;
所述采暖储热水箱的出水管与所述垂直与水平地埋管换热系统的供水管连接,所述采暖储热水箱的进水管与所述垂直与水平地埋管换热系统的回水管相连。
所述采暖储热水箱的出水管与所述空调末端系统的供水管相连,所述采暖储热水箱的进水管与所述空调末端系统的回水管相连。
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