[发明专利]一种梯级相变储能复合太阳能和地源热泵系统

权利要求书

1.一种梯级相变储能复合太阳能和地源热泵系统，其特征在于，该系统包括太阳能环路和地源热泵环路这两个独立环路；其中：

在所述太阳能系统的独立环路中，太阳能集热器(1)产生的热水经过第一止回阀(V1)及第一三通电磁阀(V2)后分成两路，一路流经第一水泵(9)、第三三通电磁阀(V7)进入供暖末端的盘管式换热器(3)为室内供暖；另一路则经过第三电磁阀(V11)和第三止回阀(V12)进入梯级相变储热箱(2)自上而下依次进入三个储能模块将多余的热量储存起来；两路在第二三通电磁阀(V3)处汇合，汇合后温度较低的回水通过第二水泵(10)进入储热水箱(7)，低温水从储热水箱(7)经过第五电磁阀(V15)、第二止回阀(V4)与自来水混合降低水温，其中补水通过第一电磁阀(V5)进入循环，汇合后更低温的热水进入地热盘管(8)，给作物根部供暖，再经过第二电磁阀(V6)回到太阳能集热器(1)；

在所述地源热泵环路中，地源热泵(4)通过第四水泵(12)以及第五三通电磁阀(V9)后分成两路，一路经过第三三通电磁阀(V7)进入位于供暖末端的盘管式换热器(3)为室内供暖；另一路则是进入梯级相变储热箱(2)的最后一个储能模块将热量储存起来，同样，两路回水经第六三通电磁阀(V10)汇合回到地源热泵(4)；

所述梯级相变储热箱(2)与所述盘管式换热器(3)直接连接；所述第一三通电磁阀(V2)两端分别设置第三、第四温度传感器(15)、(16)；所述梯级相变储热箱(2)的三个模块中分别设置有第五至第七温度传感器(17)、(18)、(19)，所述第一电磁阀(V5)两侧分别设置第一、第二温度传感器(13)、(14)；

该系统包括以下三种模式：

夜间地源热泵供暖及储能模式：第五三通电磁阀(V9)、第六三通电磁阀(V10)开启，第三三通电磁阀(V7)开启Ⅰ、Ⅱ接口，第四三通电磁阀(V8)开启Ⅰ、Ⅱ接口，开启第三、第四水泵(11)、(12)，通过盘管式换热器(3)为大棚室内供暖，并将多余的热量储存在相变储热箱里；当第七温度传感器(19)数值高于35℃相变材料的相变温度时，关闭第五三通电磁阀(V9)及第六三通电磁阀(V10)的Ⅲ接口；当大棚地温过低，作物根部出现冻裂或者结霜现象时，则开启第四三通电磁阀(V8的Ⅲ接口，第二三通电磁阀阀门(V3)的Ⅰ、Ⅱ接口、第二止回阀(V4)、第二电磁阀(V6)、第一止回阀(V1)、第一三通电磁阀(V2)的Ⅰ、Ⅱ接口以及第一水泵(9)、第二水泵(10)；

白天太阳能供暖及储能模式：第一止回阀(V1)、第一三通电磁阀(V2)、第三三通电磁阀(V7)的Ⅰ、Ⅲ接口、第四三通电磁阀(V8)的Ⅰ、Ⅲ接口、第二三通电磁阀(V3)、第二止回阀(V4)、第二电磁阀(V6)及第二电磁阀(V11)、第三止回阀(V12)开启，通过盘管式换热器(3)为大棚室内供暖，并将多余的热量储存在梯级相变储热箱(2)里，依次流经三个相变模块进行储热；当第五、六、七温度传感器(17)、(18)、(19)的读数均高于其相变材料的相变温度时，关闭第一三通电磁阀(V2)及第二三通电磁阀(V3)的Ⅲ接口以及第二电磁阀(V11)、第三止回阀(V12)，储能结束；同时根据第一温度传感器(13)的读数，来判断是否开启第一电磁阀(V5)，进行补水，根据第二温度传感器(14)的读数，来控制第一电磁阀阀门(V5)的开度；

白天相变储能箱供暖模式：当阴天或者太阳能不够充足的时候，开启第四止回阀(V14)、第四电磁阀(V13)、第三止回阀(V2)的Ⅱ、Ⅲ接口，第三三通电磁阀(V7)的Ⅰ、Ⅲ接口以及第四三通电磁阀(V8)的Ⅰ、Ⅲ接口、第二三通电磁阀(V3)的Ⅱ、Ⅲ接口，令高温热水从相变储热箱的第一模块流出，进入盘管式换热器对大棚室内进行供暖。较低温度回水则流入相变储热箱的第三模块，完成一个循环。

2.如权利要求1所述的一种梯级相变储能复合太阳能和地源热泵系统，其特征在于，所述地源热泵(4)的地源侧设置有两种热交换器即垂直热交换器(5)和水平热交换器(6)。

3.如权利要求1所述的一种梯级相变储能复合太阳能和地源热泵系统，其特征在于，从所述梯级相变储热箱(2)流出的高温热水经阀门第四止回阀(V14)、第四电磁阀(V13)、第一三通电磁阀(V2)、第三三通电磁阀(V7)及第一水泵(9)进入盘管式换热器(3)，为室内供暖，再经过第四三通电磁阀(V8)、第二三通电磁阀(V3)回到梯级相变储热箱(2)，为一个循环。

4.如权利要求1所述的一种梯级相变储能复合太阳能和地源热泵系统，其特征在于，所述梯级相变储热箱(2)由三种不同温度的相变材料结合而成，分别是55℃相变材料、45℃相变材料以及35℃相变材料，其温差不超过10℃。