[发明专利]一种梯级相变储能复合太阳能和地源热泵系统

说明书

本发明公开了一种梯级相变储能复合太阳能和地源热泵系统，该系统主要包括太阳能集热器(1)、梯级相变储热箱(2)、盘管式换热器(3)、地源热泵(4)、由垂直热交换器(5)和水平热交换器6)构成的热交换器、储热水箱(7)、地热盘管(8)以及第一至第四水泵(9)、(10)、(11)、(12)以及各种阀门等部件，形成了太阳能环路和地源热泵环路这两个独立环路。本发明充分利用了地热和太阳能两种可再生资源，减少了煤炭等不可再生能源的消耗，同时相变储能箱起到了削峰填谷的作用，解决了大棚供暖能源短缺、污染严重以及运行成本高的问题。

技术领域

本发明涉及一种供暖系统，尤其涉及一种用于农业大棚供暖的梯级相变储能复合太阳能和地源热泵系统。

背景技术

在我国北方，温室大棚的建造给冬季植物创造了温暖的生长环境，但是由于目前我国大部分地区大棚供暖技术还比较落后，大棚供暖依然面临成本高，污染严重，效果不好的现象。除此之外，为了降低大棚建造时的初投资，大棚的围护结构往往由塑料薄膜或者玻璃板简单搭建而成，因此冬季大棚内热负荷需求很大。

传统的燃煤取暖污染较高，热风取暖温度不均匀，因此，随着环境污染的日益严重，能源逐渐短缺，国家大力推行节能减排、治理雾霾等政策，各地政府也纷纷出台取代传统燃煤锅炉、减排降耗的应对方法。随着政策的推行以及农户的积极响应，温室大棚采暖中最常用的热风炉、燃煤采暖炉等采暖方式将逐渐被新型的供暖系统所代替，对清洁能源的开发利用是今后大棚取暖的一大趋势。

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源的高效节能环保的能源利用技术，可以通过输入少量高品位电能实现能量从低温热源向高温热源的转移。北方地区的冬季热负荷远远高于夏季的冷负荷，而土壤的热恢复能力有限，因此，单一的地源热泵长期运行则会面临土壤温度下降的问题，导致其蒸发温度降低，从而影响其COP。

太阳能作为一种世界公认的清洁能源，由于其可以直接开发利用、便于采集以及无限可再生的特点，应用十分广泛。但单一的太阳能则受天气影响较大，具有间歇性和不可靠性，在长期阴雨连绵的时期和夜间都无法为大棚提供连续的、稳定的、高密度的能源。

专利号为ZL201710830052.5的中国专利公开了一种太阳能地源热泵联合供能系统及其运行控制方法。该系统包括了太阳能集热系统、地源热泵系统以及地埋管系统等等。通过计算太阳能以及地源热泵联合运行的参数，对太阳能地源热泵联合供能系统的集热过程、储热过程和补热过程进行运行控制。在用户需要生活热水的时间段，通过控制相关开关和设备，利用太阳能和地源热泵联合供能；在用户不需要生活热水的时间段，则通过换热器将太阳能集热器中的热量传递给地埋管换热器并输送到土壤中，对土壤进行补热过程。该系统存在的问题是，当用户末端较为分散时，他们的用热没有规律可循，不能实现用热和补热的规律切换。同时，如果用户用热的时间远远大于非用热时间，土壤的温度依然呈现下降的趋势，太阳能补热的效果大打折扣。

专利号为ZL201120402886.4的中国专利公开了一种太阳能光热与地源热泵结合系统。该系统包括了太阳能光热辅助系统、地源热泵系统、室内采暖系统以及控制装置等等。当阳光充足，太阳能集热器温度较高时，其将热量储存在储热水箱中，并通过换热器将热量转移给地埋管系统，使土壤的温度场得以较快的恢复。当太阳能光热辅助系统不能满足建筑无需求是，则采用地源热泵系统为其供暖。该系统存在的问题是，采用水箱储存热量，对水质有一定的要求，因此管路设计复杂，并且，储热量较少。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提出一种梯级相变储能复合太阳能和地源热泵系统，用于农业大棚供暖，利用供回水温差提高了地源侧进口的温度，从而提高其蒸发温度，实现太阳能及地热能的储存再利用，解决目前北方地区地源热泵cop较低的问题。

本发明的一种梯级相变储能复合太阳能和地源热泵系统，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：