[发明专利]一种利用土壤源热泵进行太阳能跨季节蓄能的供暖系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种供暖系统，尤其涉及一种利用土壤源热泵进行太阳能跨季节蓄能的供暖系统。

背景技术

土壤源热泵技术是利用地下浅层地热资源的高效节能空调系统，通过输入少量的高品位能源，实现低品位热能向高品位能源转移的过程，具有较高的一次能源利用率。通常土壤源热泵消耗IKW的能量，用户可以得到4KW以上的热量或冷量，多出来的能量来自于土壤。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠稳定，保证了系统的高效性和经济性。冬季，将土壤中的热量“取”出来，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到土壤中去。

土壤是热惰性很大的物质，因而暴露于外部气象条件下的土壤表面的温度波动会随着深度的增加而发生较大幅度的衰减，而且波动周期越短，振幅衰减越快。根据温度的变化特性，可以将地壳层划分为三个温度带：可变温度带，厚度为15～20m；恒温带，深度为20～30米；增温带，30m以下。不发生土壤冻结的情况下，恒温带及部分增温带的土壤温度近似等于当年的年平均气温。意味着夏季土壤温度低于室外空气温度，而冬季土壤温度高于室外空气温度。于是通过土壤源热泵机组，这种天然的能源可以作为建筑的空调冷热源。

太阳辐射能作为一种能源,在能源开发利用中具有其独特的优势，主要表现为：首先，储量丰富。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW，一年内到达地球表明的太阳能总量折合标准煤约1.892×10¹³千亿吨，是目前世界主要能源探明储量的一万倍，太阳能是取之不尽用之不竭的。其次，分布区域广。相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有普遍存在性，可以就地取用。这为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。再次，属于可再生清洁能源。太阳能在开发利用时安全卫生，对环境毫无污染，可以当值无愧地被称为清洁能源。最后，具有良好的经济性。利用太阳能不征收任何“税”，可以随地取用；可以将太阳能光热、光电技术和其它形式的建筑节能技术任意结合，最大可能实现建筑节能。

随着各种太阳能利用技术的开发以及太阳能与建筑一体化技术的日益完善，太阳能热水器的应用领域不再局限于提供生活热水，正逐步向取暖、制冷、烘干和工业应用方向拓展，利用潜力很大。近年来，国家推出的绿色建筑评价体系、新能源示范建筑应用、既有建筑的节能改造政策等都会给太阳能热利用产业打开新的发展空间。国家节能减排等政策的制定和实施，将极大地促进太阳能行业的发展。太阳能与建筑节能技术一体化将是未来建筑节能领域重要的研究方向。

夏季，大多数北方地区太阳能的辐射强度大，很多太阳能热水器中的热水不能充分利用，造成了能源的浪费。冬季是需要供暖的季节，但太阳能的辐射强度低，不能满足供暖的需求。所以，将夏季的太阳能“储存”起来，到了供暖季“取”出来使用，实现太阳能的“乾坤大挪移”成为了一个需要研究的课题。

土壤源热泵技术有其弊端，焦点主要是单独利用土壤源热泵系统解决供热问题时，无法实现冬夏季土壤源的热平衡问题。对于热负荷占优的地区，机组在土壤中的取热量大于释热量，会导致土壤温度逐年降低，破坏土壤中微生态环境。土壤温度逐年降低也会造成土壤源热泵机组的效率逐年降低，从此便进入了恶性循环。利用太阳能热水系统进行蓄热，将会提升土壤温度，上述提到的问题都能够迎刃而解。同时，利用地源热泵的地埋管系统，将集热器的热量储存在土壤中，降低了集热器的水温，反而有利于更好地吸收太阳能，增加了太阳能集热器系统的效率。所以，利用土壤源热泵进行太阳能跨季节蓄能是一个新的课题，有其积极的重要的现实意义。