一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统及其工作方法与流程

1.本发明属于供热技术领域，具体涉及一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统及其工作方法。


背景技术：

2.随着“双碳”目标的提出，新能源的应用越来越普遍。而供热乃民生之本，每年用于供热而消耗的能量占比很大，因此推广可再生能源供热是大势所趋。使用可再生能源供热可以大大降低传统化石燃料的使用，从而降低碳排放。但是，单一的可再生能源可能因为热量不足，不能满足热用户需求。因此需要两种或多种的可再生能源进行耦合，从而保证供热质量。多种能源的提取会增加系统功耗，因此急需一种高效节能的可再生能源提取和利用技术。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统及其工作方法，能够高效节能的对地热能和太阳能进行提取和传输，防止可再生能源因为热量不足导致无法满足热用户需求的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
5.一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统，包括太阳能集热器、第一分离式热管、第二分离式热管、储热罐、第一换热管和地热能系统，热用户配置有所述储热罐和所述第一换热管，所述第一换热管的热端与所述储热罐连接，所述第一换热管的冷端设置在热用户内，所述第一换热管上设置有循环泵；所述第一分离式热管的热端与所述太阳能集热器连接，所述第一分离式热管的冷端与所述储热罐连接，所述第二分离式热管的热端与所述地热能系统连接，所述第二分离式热管的冷端与所述储热罐连接。
6.进一步地，还包括第二换热管，所述第一换热管上还设置有第一控制阀门，所述第二换热管的热端与所述第一换热管连接，且所述第二换热管的热端位于所述循环泵与所述第一控制阀门之间，所述第二换热管的冷端设置在地下土体中预定深度。
7.进一步地，所述第二换热管上设置有第二控制阀门。
8.进一步地，还包括第三分离式热管，所述第三分离式热管的热端与所述第二换热管所在位置的地下土体连接，所述第三分离式热管的冷端设置在热用户内，所述第三分离式热管上设置有第三控制阀门。
9.进一步地，所述第三控制阀门位于热用户内。
10.进一步地，所述第二换热管的冷端设置在地下土体中10m～15m。
11.进一步地，所述第一控制阀门位于热用户内。
12.进一步地，所述第二换热管的冷端设置在位于热用户下方的地下土体中。
13.进一步地，所述储热罐中填充有相变材料，所述第一分离式热管的冷端和所述第二分离式热管的冷端均埋设在所述相变材料中。
14.一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统的工作方法，包括：所述第一分离式热管将所述太阳能集热器中的热能输送给所述储热罐，所述第二分离式热管将所述地热能系统中的热能输送给所述储热罐，所述循环泵打开，所述第一换热管将所述储热罐的热能输送至热用户内。
15.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明提供的一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统，利用太阳能集热器吸收太阳能，利用地热能系统收集地热能，然后通过第一分离式热管将太阳能集热器中的热能输送给储热罐，并且通过第二分离式热管将地热能系统中的热能输送给储热罐，打开循环泵，循环泵给第一换热管内的工质提供循环动力，第一换热管将储热罐的热能输送至热用户内。本发明采用储热罐相变储热技术，同时将太阳能和地热能进行储存供热，可以实现向热用户的稳定供热，不会产生大幅度的温度波动，能够高效节能的对地热能和太阳能进行提取和传输，防止可再生能源因为热量不足导致无法满足热用户需求的问题。
16.进一步地，本发明通过设置第二换热管，在第一换热管上设置第一控制阀门，将第二换热管的热端与第一换热管连接，且第二换热管的热端位于循环泵与第一控制阀门之间，确保第一换热管与第二换热管与储热罐之间的循环不受干涉，将第二换热管的冷端设置在地下土体中预定深度中，可以将热能储存在地下土体中，当炎热的夏天时，可关闭第一控制阀，实现将热能全部储存在地下土体中，当天气寒冷时，则地下存储的热能会反馈至地面热用户，对热能实现充分的利用。
17.进一步地，本发明在第二换热管上设置第二控制阀门，在寒冷天气时，关闭第二控制阀门，确保储热罐中的热能充分的被热用户利用。
18.进一步地，本发明通过设置第三分离式热管，将第三分离式热管的热端与第二换热管所在位置的地下土体连接，将第三分离式热管的冷端设置在热用户内，在第三分离式热管上设置有第三控制阀门，在天气寒冷时，打开第三控制阀门，通过第三分离式热管将地下土体中储存的热能输送至热用户内，提高储存在地下热能的利用率。在天气炎热时，关闭第三控制阀门，第三分离式热管停止将地下土体中储存的热能输送至热用户内。
19.进一步地，第三控制阀门位于热用户内，便于操控。
20.进一步地，第二换热管的冷端设置在地下土体中10m～15m，该深度存储效果最佳。
21.进一步地，第一控制阀门位于热用户内，便于操控。
22.进一步地，第二换热管的冷端设置在位于热用户下方的地下土体中，更好的利用到地下存储的热能。
23.使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统示意图。
26.图中：1-太阳能集热器；2-第一分离式热管；3-第二分离式热管；4-储热罐；5-第一换热管；6-地热能系统；7-热用户；8-循环泵；9-第二换热管；10-第一控制阀门；11-第二控制阀门；12-第三分离式热管；13-第三控制阀门。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.作为本发明的某一具体实施方式，如图1所示，一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统，包括太阳能集热器1、第一分离式热管2、第二分离式热管3、储热罐4、第一换热管5和地热能系统6，热用户7配置有储热罐4和第一换热管5，第一换热管5的热端与储热罐4连接，第一换热管5的冷端设置在热用户7内，第一换热管5上设置有循环泵8；第一分离式热管2的热端与太阳能集热器1连接，第一分离式热管2的冷端与储热罐4连接，第二分离式热管3的热端与地热能系统6连接，第二分离式热管3的冷端与储热罐4连接。本实施方式中，储热罐4中填充有相变材料，第一分离式热管2的冷端和第二分离式热管3的冷端均埋设在相变材料中。
29.具体地说，太阳能集热器1用于吸收太阳能，地热能系统6用于吸收地热能。第一分离式热管2是一种封闭型的热管换热装置，该装置是一个闭式环形回路，用于提取太阳能集中器1的太阳能，在闭式环形回路中填充定量的制冷剂(如r-134a和r-125)，制冷剂在第一分离式热管2的热端(太阳能集热器中)受热成汽相，在浮升力的作用下流至第一分离式热管2的冷端，与储热罐4完成换热，冷凝成液相，在重力的作用下，返回至第一分离式热管2的热端，完成一个换热循环。同理，第二分离式热管3是一种封闭型的热管换热装置，该装置是一个闭式环形回路，用于提取地热能，在闭式环形回路中填充定量的制冷剂(如r-134a和r-125)，制冷剂在第二分离式热管3的热端(地热能系统6)受热成汽相，在浮升力的作用下流至第二分离式热管3的冷端，与储热罐4完成换热，冷凝成液相，在重力的作用下，返回至第二分离式热管3的热端，完成一个换热循环。
30.也就是说，通过第一分离式热管2将太阳能集热器1中的热能输送给储热罐4，通过第二分离式热管3将地热能系统6中的热能输送给储热罐4，打开循环泵8，循环泵8给第一换热管5内的工质提供循环动力，第一换热管5将储热罐4的热能输送至热用户7内。
31.作为本发明更加优选的实施方案，如图1所示，在炎热天气时，热用户7内不需要热量，因此本发明还包括第二换热管9，利用第二换热管9将储热罐4中的热能存储至地下土体中。具体地说，在第一换热管5上设置有第一控制阀门10，第二换热管9的热端与第一换热管5连接，且第二换热管9的热端位于循环泵8与第一控制阀门10之间，第二换热管9的冷端设置在地下土体中预定深度。优选的，第二换热管9的冷端设置在地下土体中10m～15m，本实施例中，第二换热管9的冷端设置在地下土体中10m位置处。
32.循环泵8为常开状态，当热用户7内不需要热量时，只需要关闭第一控制阀门10，则热能通过第二换热管9传递至地下土体中储存，以便在天气寒冷时该部分热能对地上部分进行一定程度的加热。当然，优选的，在第二换热管9上设置有第二控制阀门11，当热用户7
内需要热量时，通过打开第一控制阀门10，关闭第二控制阀门11，则可切换至储热罐4向热用户7内提供充足的热能。
33.在上述实施方式的基础上，为了便于热用户7方便的对第一控制阀门10以及第二控制阀门11进行控制，将第一控制阀门10和第二控制阀门11安装在热用户7内便于操作的位置。
34.在上述实施方式的基础上，更加优选的，本发明一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统还包括第三分离式热管12，第三分离式热管12的热端与第二换热管9所在位置的地下土体连接，优选的，第二换热管9的冷端设置在位于热用户7下方的地下土体中，第三分离式热管12的冷端设置在热用户7内，第三分离式热管12上设置有第三控制阀门13。在天气寒冷时，打开第三控制阀门13，通过第三分离式热管12将地下土体中储存的热能输送至热用户7内。在天气炎热时，关闭第三控制阀门13，第三分离式热管12停止将地下土体中储存的热能输送至热用户7内。
35.同样的，为了便于对第三控制阀门13进行控制，将第三控制阀门13安装在热用户7内便于操控的位置。
36.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统，其特征在于，包括太阳能集热器(1)、第一分离式热管(2)、第二分离式热管(3)、储热罐(4)、第一换热管(5)和地热能系统(6)，热用户(7)配置有所述储热罐(4)和所述第一换热管(5)，所述第一换热管(5)的热端与所述储热罐(4)连接，所述第一换热管(5)的冷端设置在热用户(7)内，所述第一换热管(5)上设置有循环泵(8)；所述第一分离式热管(2)的热端与所述太阳能集热器(1)连接，所述第一分离式热管(2)的冷端与所述储热罐(4)连接，所述第二分离式热管(3)的热端与所述地热能系统(6)连接，所述第二分离式热管(3)的冷端与所述储热罐(4)连接。2.根据权利要求1所述的一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统，其特征在于，还包括第二换热管(9)，所述第一换热管(5)上还设置有第一控制阀门(10)，所述第二换热管(9)的热端与所述第一换热管(5)连接，且所述第二换热管(9)的热端位于所述循环泵(8)与所述第一控制阀门(10)之间，所述第二换热管(9)的冷端设置在地下土体中预定深度。3.根据权利要求2所述的一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统，其特征在于，所述第二换热管(9)上设置有第二控制阀门(11)。4.根据权利要求2所述的一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统，其特征在于，还包括第三分离式热管(12)，所述第三分离式热管(12)的热端与所述第二换热管(9)所在位置的地下土体连接，所述第三分离式热管(12)的冷端设置在热用户(7)内，所述第三分离式热管(12)上设置有第三控制阀门(13)。5.根据权利要求4所述的一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统，其特征在于，所述第三控制阀门(13)位于热用户(7)内。6.根据权利要求2所述的一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统，其特征在于，所述第二换热管(9)的冷端设置在地下土体中10m～15m。7.根据权利要求2所述的一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统，其特征在于，所述第一控制阀门(10)位于热用户(7)内。8.根据权利要求2所述的一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统，其特征在于，所述第二换热管(9)的冷端设置在位于热用户(7)下方的地下土体中。9.根据权利要求1所述的一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统，其特征在于，所述储热罐(4)中填充有相变材料，所述第一分离式热管(2)的冷端和所述第二分离式热管(3)的冷端均埋设在所述相变材料中。10.根据权利要求1至9任一项所述的一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统的工作方法，其特征在于，包括：所述第一分离式热管(2)将所述太阳能集热器(1)中的热能输送给所述储热罐(4)，所述第二分离式热管(3)将所述地热能系统(6)中的热能输送给所述储热罐(4)，所述循环泵(8)打开，所述第一换热管(5)将所述储热罐(4)的热能输送至热用户(7)内。

技术总结
本发明公开了一种地热能和太阳能耦合应用的供热系统及其工作方法，包括太阳能集热器、第一分离式热管、第二分离式热管、储热罐、第一换热管和地热能系统，热用户配置有所述储热罐和所述第一换热管，所述第一换热管的热端与所述储热罐连接，所述第一换热管的冷端设置在热用户内，所述第一换热管上设置有循环泵；所述第一分离式热管的热端与所述太阳能集热器连接，所述第一分离式热管的冷端与所述储热罐连接，所述第二分离式热管的热端与所述地热能系统连接，所述第二分离式热管的冷端与所述储热罐连接。本发明能够高效节能的对地热能和太阳能进行提取和传输，防止可再生能源因为热量不足导致无法满足热用户需求的问题。量不足导致无法满足热用户需求的问题。量不足导致无法满足热用户需求的问题。


技术研发人员：白烨 彭烁 钟迪 黄永琪 安航 周贤 姚国鹏
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
技术研发日：2021.12.09
技术公布日：2022/1/28