利用土壤實現太陽能綜合利用與跨季節儲能的熱源塔熱泵的製作方法

2023-06-06 22:01:21

本實用新型屬於製冷空調系統設計和製造領域，涉及一種利用土壤實現太陽能綜合利用與跨季節儲能的熱源塔熱泵。

背景技術：

傳統的建築冷熱源方案主要有三種：冷水機組加鍋爐，空氣源熱泵，水地源熱泵。冷水機組加鍋爐的方案冬夏季均存在設備閒置的問題（夏季鍋爐閒置、冬季冷水機組限制），且鍋爐一次能源利用率較低、汙染環境；空氣源熱泵在冬季制熱運行出現結霜時，其效率及供熱能力衰減嚴重並影響運行安全，且夏季機組製冷效率遠低於水冷冷水機組；水地源熱泵雖然冬夏季製冷制熱效率較高，但其受地理地質條件限制嚴重且初投資較高。熱源塔熱泵系統作為一種新型的建築冷熱源方案，突破了上述傳統冷熱源方案的局限性，實現了冬夏兩用且製冷制熱雙高效，冬季制熱無結霜問題，不受地理地質條件限制，初投資遠低於水地源熱泵，是一種具有發展前景的建築冷熱源方案。

常規建築空調系統是按照最惡劣工況下的建築最大負荷來設計選型，由此導致常規熱泵機組裝機容量過大，造成初投資增加，對熱源塔熱泵機組也存在同樣問題，同時當冬季室外溫度較低時，建築供熱負荷需求顯著增加，而熱源塔熱泵機組的供熱能力與效率隨著空氣溫度的降低而下降，熱源塔熱泵機組冬季運行時還存在因空氣中水分進入溶液導致的溶液濃度再生問題，溶液再生通常需要消耗額外的能源，進而影響系統的綜合效率。同時與太陽能等可再生能源相結合，是減少建築能源需求，提高空調系統能效的有效途徑。因此如何在滿足最惡劣的工況條件下降低建築空調機組總裝機容量，高效解決熱源塔熱泵機組溶液再生的熱源問題，有效結合可再生能源，提高熱源塔熱泵空調系統的全年綜合能效，設計出一種新型高效的熱源塔熱泵系統成為本領域技術人員迫切需要解決的技術難題。

技術實現要素：

技術問題：本實用新型提供一種解決熱源塔熱泵系統因兼顧最惡劣工況導致熱泵裝機容量過大，且隨運行環境溫度下降而引起系統性能快速衰減的問題，同時高效解決機組溶液再生熱源問題的利用土壤實現太陽能綜合利用與跨季節儲能的熱源塔熱泵。該系統將太陽能引入熱泵空調系統實現高效利用及利用土壤進行跨季節儲能，從而實現全年綜合高能效。

技術方案：本實用新型的一種利用土壤實現太陽能綜合利用與跨季節儲能的熱源塔熱泵，包括製冷劑迴路、熱源塔迴路、土壤蓄能迴路、太陽能蓄能迴路、溶液再生迴路和冷熱水迴路。其中，製冷劑迴路包括壓縮機、四通換向閥、氣液分離器、儲液器、過濾器、膨脹閥、第一單向閥、第二單向閥、第三單向閥、第四單向閥、第一換熱器、第二換熱器。製冷劑迴路中，壓縮機的輸出端與四通換向閥第一輸入端相連，四通換向閥第一輸出端與第二換熱器製冷劑側輸入端相連，第二換熱器製冷劑側輸出端同時與第二單向閥的入口和第四單向閥的出口相連，第二單向閥的出口與第一單向閥的出口匯合後同時連接到儲液器的入口，第四單向閥的入口同時與第三單向閥的入口和膨脹閥的出口相連，所述過濾器連接設置於儲液器和膨脹閥之間，第一單向閥的入口和第三單向閥的出口均與第一換熱器製冷劑側輸入端相連，第一換熱器製冷劑側輸出端與四通換向閥第二輸入端相連，四通換向閥第二輸出端與氣液分離器的入口相連，氣液分離器的出口與壓縮機的入口相連,所述第一換熱器同時是冷熱水迴路的組成部件，所述第二換熱器同時是熱源塔迴路和土壤蓄能迴路的組成部件；

熱源塔迴路包括第二換熱器、熱源塔、第一泵、第一電磁閥、第二電磁閥。熱源塔迴路中，第二換熱器溶液側輸出端經第二電磁閥分別與熱源塔第一輸入端和熱源塔第三輸入端相連，熱源塔第一輸出端經第一電磁閥與第一泵的入口相連，第一泵的出口與第二換熱器溶液側輸入端相連；

土壤蓄能迴路包括第二換熱器、第三換熱器、地埋管、第二泵、第三電磁閥、第四電磁閥、第六電磁閥、第七電磁閥、第十電磁閥。土壤蓄能迴路中，第二換熱器溶液側輸出端通過第三電磁閥與第二泵的入口相連，熱源塔第一輸出端還通過第四電磁閥與第二泵的入口相連，第三換熱器溶液側輸出端通過第七電磁閥也與第二泵的入口相連，第二泵的出口與地埋管的入口相連，地埋管的出口通過第六電磁閥與第二換熱器溶液側輸入端相連，地埋管的出口同時通過第十電磁閥與第三換熱器溶液側輸入端相連，所述地埋管、第二泵同時是太陽能蓄能迴路、溶液再生迴路的組成部件，所述第四電磁閥同時是溶液再生迴路的組成部件，所述第七電磁閥同時是太陽能蓄能迴路的組成部件，所述第三換熱器同時是冷熱水迴路的組成部件；

太陽能蓄能迴路包括地埋管、太陽能集熱板、第二泵、第五電磁閥、第七電磁閥、第十三電磁閥。太陽能蓄能迴路中，地埋管的出口通過第五電磁閥與太陽能集熱板的入口相連，還通過第十三電磁閥與太陽能集熱板的出口、第三換熱器溶液側輸出端匯合後，共同第七電磁閥與第二泵的入口相連，所述太陽能集熱板、第五電磁閥、第十三電磁閥同時是溶液再生迴路的組成部件；

溶液再生迴路包括地埋管、太陽能集熱板、再生裝置、第二泵、第三泵、第四電磁閥、第五電磁閥、第八電磁閥、第九電磁閥、第十三電磁閥。溶液再生迴路中，太陽能集熱板的出口在與第七電磁閥連接之前分出一路，通過第八電磁閥與再生裝置的入口相連，再生裝置的出口通過第九電磁閥與第三泵的入口相連，第三泵的出口與熱源塔第二輸入端相連。

冷熱水迴路包括第一換熱器、第三換熱器、第十一電磁閥及第十二電磁閥。冷熱水迴路中，機組的回水端分為兩路，一路通過第十二電磁閥與第一換熱器水側輸入端相連，另一路通過第十一電磁閥與第三換熱器水側輸入端相連，第一換熱器水側輸出端及第三換熱器水側輸出端均與機組的供水端相連。

進一步的，本實用新型系統中，熱源塔在夏季室外溼球溫度低於設定值時，單獨作為熱泵系統冷凝熱的排熱裝置，在冬季室外幹球溫度高於設定值時，為熱泵系統的蒸發器提供低位熱源。

進一步的，本實用新型系統中，熱源塔和地埋管在夏季室外溼球溫度高於設定值時串聯運行，共同作為熱泵系統夏季冷凝熱的排熱裝置，在冬季室外幹球溫度低於設定值時也串聯運行，共同為熱泵系統的蒸發器提供低位熱源。

進一步的，本實用新型系統中，熱源塔在夏季末時停止工作，由地埋管作為機組冷凝熱的排熱裝置，將第二換熱器中的冷凝熱蓄存於土壤中。

進一步的，本實用新型系統中，太陽能集熱板在過度季節機組停機時單獨運行，將太陽能蓄存於土壤中，實現利用土壤的跨季節較高溫度蓄能。

進一步的，本實用新型系統中，地埋管在夏季初當其中的循環介質與土壤換熱後，其溫度低於設定值時，將通過第三換熱器直接將冷量供給用戶，在冬季初當其中的循環介質與土壤換熱後，其溫度高於設定值時，將通過第三換熱器直接將熱量供給用戶。

進一步的，本實用新型系統中，地埋管和太陽能集熱板在冬季常規模式與調峰模式下串聯運行，共同為再生裝置中的溶液再生提供熱源。

進一步的，本實用新型系統中，地埋管的埋管間距小於2米。

進一步的，本實用新型系統中，包括至少一臺熱源塔熱泵機組和至少一臺熱源塔。

進一步的，本實用新型系統中，熱源塔為空氣與溶液流體的換熱裝置，具體為橫流型熱源塔或逆流型熱源塔。

進一步的，本實用新型系統中，也可適用於由大於一臺的熱源塔熱泵機組所組成的熱源塔熱泵系統。

利用土壤實現太陽能綜合利用與跨季節儲能的熱源塔熱泵，其夏季製冷運行模式分為五種：夏季直供模式、夏季常規模式、夏季調峰模式、夏季蓄熱模式和過渡季節蓄熱模式。

夏季直供模式：夏季初時一般建築的冷負荷較低，冬季時機組通過蒸發器將冷量蓄存於土壤之中，使得地埋管區域內的土壤溫度較低，此時利用循環介質與土壤換熱後可直接通過第三換熱器將土壤中蓄存的冷量直接輸出給用戶側，即實現在不開啟熱泵機組的情況下滿足建築冷負荷需求，從而減少機組的運行時間，提高系統全年效率。此時，第七電磁閥、第十電磁閥、第十一電磁閥開啟，其餘閥門關閉，第二泵開啟，其餘泵關閉。土壤蓄能迴路中的循環介質由第二泵泵入地埋管，在地埋管中與土壤換熱溫度降低後，經第十電磁閥進入第三換熱器，在第三換熱器中與用戶側回水換熱後溫度升高，再經第七電磁閥由第二泵吸入，完成循環。冷熱水迴路中，用戶側冷凍水從機組的回水端經第十一電磁閥進入第三換熱器，在第三換熱器中與循環介質完成換熱溫度降低後從機組的供水端流出，供給用戶側，機組其餘迴路不工作。

夏季常規模式：當夏季建築的冷負荷隨著室外溫度的升高而不斷增加，夏季直供模式難以滿足建築冷負荷需求，但此時室外溼球溫度低於設定值，熱源塔的散熱能力即可滿足機組冷凝器散熱要求時，運行此模式。此時土壤蓄能迴路、太陽能蓄能迴路及溶液再生迴路均停止運行，即熱源塔迴路中第一電磁閥、第二電磁閥開啟，冷熱水迴路中第十二電磁閥開啟，其餘電磁閥均處於關閉狀態，第一泵開啟，其餘泵處於關閉狀態。該模式下，熱源塔迴路中的循環介質為水。第一換熱器作為蒸發器，第二換熱器作為冷凝器。製冷劑迴路中低溫低壓的製冷劑氣體從氣液分離器中被壓縮機吸入壓縮後變成高溫高壓過熱蒸氣排出，經過四通換向閥進入第二換熱器中，製冷劑在其中與冷卻水換熱，放出熱量，冷凝變成液體，製冷劑從第二換熱器中流出，經過第二單向閥後依次經過儲液器、過濾器、膨脹閥後變成低溫低壓的氣液兩相，再經過第三單向閥進入第一換熱器，製冷劑在第一換熱器中吸熱蒸發，製取冷凍水，製冷劑完全蒸發後變成過熱氣體從第一換熱器出來經過四通換向閥進入氣液分離器，然後再次被吸入壓縮機，從而完成製冷循環，實現製取冷凍水。熱源塔迴路中，冷卻水在第二換熱器中吸收冷凝熱後，從第二換熱器溶液側輸出端流出經過第二電磁閥進入熱源塔，在熱源塔中冷卻水與空氣進行傳熱傳質，依靠自身部分水分蒸發實現其餘冷卻水的降溫，降溫後的冷卻水從熱源塔第一輸出端流出經第一電磁閥後被第一泵吸入，完成冷卻水的循環。冷熱水迴路中，冷凍水從機組的回水端經第十二電磁閥進入第一換熱器，在第一換熱器中與製冷劑進行換熱，溫度降低後流出，經機組的供水端供給用戶側。

夏季調峰模式：當夏季室外溼球溫度高於設定值時，此時熱源塔單獨運行將無法滿足機組冷凝器散熱要求，冷卻水溫及機組冷凝溫度都將升高，機組製冷效率和製冷能力將下降，此時土壤蓄能迴路開啟，與熱源塔迴路串聯運行，以使得機組冷凝器在較低的冷凝溫度下實現冷凝熱量的排放。此時，太陽能蓄能迴路及溶液再生迴路均停止運行，即第二電磁閥、第四電磁閥、第六電磁閥和第十二電磁閥開啟，其餘電磁閥關閉，第二泵開啟，其餘泵關閉。該運行模式下，製冷劑迴路的流程與其在夏季常規模式下的流程一致。熱源塔迴路與土壤蓄熱迴路中，冷卻水在第二換熱器中吸收冷凝熱後，從第二換熱器溶液側輸出端流出經過第二電磁閥進入熱源塔，在熱源塔中冷卻水與空氣進行傳熱傳質，依靠自身部分水分蒸發實現其餘冷卻水的降溫，降溫後的冷卻水從熱源塔第一輸出端流出經第四電磁閥被第二泵吸入加壓後被泵入地埋管，在地埋管中進一步向土壤釋放熱量，再經過第六電磁閥進入第二換熱器，完成冷卻水循環。冷熱水迴路的流程與夏季常規模式一致。

夏季蓄熱模式：由於常規地埋管佔地面積大，受地理地質條件限制，且機組夏季冷凝熱的散熱與冬季蒸發器所吸收的低位熱完全依靠地埋管，導致地埋管數量較多，初投資大。在本實用新型的系統中，地埋管僅用於調峰和蓄熱，其埋管數量遠少於常規地源熱泵需求，且埋管間距僅為2米以內（常規埋管為5米），佔地面積（即佔地需求）大幅度減小，從而避免了受地理地質條件限制。因此，在夏季建築空調負荷高峰過後，當建築冷負荷隨氣溫的下降而降低到目標值時，可僅靠地埋管就能完成冷凝熱排熱時，運行夏季蓄熱模式。此時熱源塔迴路不工作，由土壤蓄能迴路作為機組冷凝熱的排熱對象，將冷凝器散熱蓄存於土壤中。此時，第三電磁閥、第六電磁閥、第十二電磁閥開啟，其餘閥門處於關閉狀態，第二泵開啟，其餘泵處於關閉狀態。該運行模式下，製冷劑迴路的流程與其在夏季常規模式下的流程一致。土壤蓄能迴路中，冷卻水在第二換熱器中吸收冷凝熱後，從第二換熱器溶液側輸出端經過第三電磁閥被第二泵吸入加壓後被泵入地埋管，在地埋管中向土壤釋放熱量，再經過第六電磁閥進入第二換熱器，完成冷卻水循環。冷熱水迴路的流程與夏季常規模式一致。

過渡季節蓄熱模式：在秋季過度季節，機組不需要製冷，當太陽輻射強度較大時，運行該模式。該模式下，機組停止運行，製冷劑迴路、冷熱水迴路、溶液再生迴路、熱源塔迴路均不工作，土壤蓄能迴路和太陽能蓄能迴路串聯運行。此時，第五電磁閥、第七電磁閥開啟，其餘電磁閥處於關閉狀態，第二泵開啟，其餘泵處於關閉狀態。循環介質在太陽能集熱板中吸收太陽能熱量後，經第七電磁閥由第二泵泵入地埋管，在地埋管中向土壤散熱，再經第五電磁閥回到太陽能集熱板，完成蓄能循環，將太陽能集熱板所收集的熱量蓄存於土壤中，使得土壤的溫度升高至設定值。

利用土壤實現太陽能綜合利用與跨季節儲能的熱源塔熱泵，其冬季運行模式可分為三種：冬季直供模式、冬季常規模式、冬季調峰模式。

冬季直供模式：由於機組在夏季運行夏季蓄熱模式和過渡季節蓄熱模式，將機組冷凝熱及過渡季節的太陽能蓄存於土壤之中，地埋管區域內的土壤溫度較高，冬季初時一般建築的熱負荷較低，此時利用循環介質與土壤換熱後可直接通過第三換熱器將土壤中蓄存的熱量直接輸出給用戶側，即可實現在不開啟熱泵機組的情況下滿足建築熱負荷需求，從而減少機組的運行時間，提高系統全年效率。此時，第七電磁閥、第十電磁閥、第十一電磁閥開啟，其餘閥門關閉，第二泵開啟，其餘泵關閉。循環介質由第二泵泵入地埋管，在地埋管中與土壤換熱溫度升高後，經第十電磁閥進入第三換熱器，在第三換熱器中與用戶側回水換熱，溫度降低後再經第七電磁閥由第二泵吸入，完成循環。冷熱水迴路中，用戶側熱水從機組的回水端經第十一電磁閥進入第三換熱器，在第三換熱器中與循環介質完成換熱溫度升高後從機組的供水端流出，供給用戶側，機組其餘迴路不工作。

冬季常規模式：在冬季室外幹球溫度高於設定值時，利用熱源塔從室外空氣中所吸熱量即能滿足機組的低位熱量需求，此時熱源塔單獨作為機組的低位熱源，同時地埋管、太陽能集熱板串聯運行，為機組的再生裝置提供溶液再生所需的熱量。此時，第一電磁閥、第二電磁閥、第四電磁閥、第八電磁閥、第九電磁閥、第十二電磁閥開啟，其餘電磁閥關閉（第五電磁閥、第十三電磁閥的動作視太陽輻射強度而定），第一泵、第二泵和第三泵開啟。該運行模式下，熱源塔迴路中的循環介質為溶液，第一換熱器作為冷凝器，第二換熱器作為蒸發器。製冷劑迴路中低溫低壓的製冷劑氣體從氣液分離器中被壓縮機吸入壓縮後變成高溫高壓過熱蒸氣排出，經過四通換向閥進入第一換熱器中，製冷劑與熱水換熱，放出熱量，冷凝變成液體，從第一換熱器中流出，經過第一單向閥後依次經過儲液器、過濾器、膨脹閥後變成低溫低壓的氣液兩相，再經過第四單向閥進入第二換熱器，製冷劑在第二換熱器中與溶液進行換熱，製冷劑吸熱完全蒸發後變成過熱氣體從第二換熱器流出經過四通換向閥進入氣液分離器，然後再次被壓縮機吸入壓縮，從而完成制熱循環，實現製取熱水。熱源塔迴路中，溶液在第二換熱器內與製冷劑換熱，放出熱量溫度降低後流出，經第二電磁閥進入熱源塔，溶液在熱源塔內與空氣進行傳熱傳質，溶液溫度升高後，從熱源塔第一輸出端流出的溶液分成兩部分，大部分溶液經第一電磁閥後由第一泵泵入第二換熱器，完成溶液循環。土壤蓄能迴路、太陽能蓄能迴路及溶液再生迴路中，熱源塔第一輸出端流出的小部分溶液經第四電磁閥後由第二泵吸入加壓後泵入地埋管，溶液在地埋管中與土壤換熱，從土壤中吸熱使得溫度升高，溶液從地埋管流出，當太陽輻射強度達到設定值時，溶液經第五電磁閥進入太陽能集熱板（此時第十三電磁閥關閉），溶液由太陽能集熱板進一步加熱升溫後經第八電磁閥進入再生裝置；當太陽輻射強度低於設定值時，從地埋管流出的溶液經第十三電磁閥（此時第五電磁閥關閉）、第八電磁閥後進入再生裝置。進入再生裝置的溶液在再生裝置中進行再生，溶液的溫度降低，同時溶液的濃度升高，再生後的濃溶液從再生裝置流出經第九電磁閥後由第三泵吸入加壓後由熱源塔第二輸入端進入熱源塔，完成溶液的再生，並實現對熱源塔熱泵系統中溶液濃度的控制。冷熱水迴路中，用戶側熱水從機組的回水端經第十二電磁閥進入第一換熱器，在第一換熱器中與製冷劑換熱，熱水溫度升高後從第一換熱器流出，經機組的供水端流出供給用戶。

冬季調峰模式：在冬季室外幹球溫度低於設定值時，從熱源塔中所吸收的熱量已無法滿足機組的低位熱源需求時，循環溶液溫度將降低，機組的蒸發溫度下降，導致機組制熱效率和制熱能力下降，為保證機組的效率和供熱能力，運行此模式。此時，將地埋管與熱源塔串聯運行，以滿足機組的低位取熱要求。此時，第二電磁閥、第四電磁閥、第六電磁閥、第八電磁閥、第九電磁閥、第十二電磁閥開啟，其餘電磁閥關閉（第五電磁閥、第十三電磁閥的動作視太陽輻射強度而定），第二泵、第三泵開啟，其餘泵關閉。該運行模式下，製冷劑迴路與冬季常規模式一致。熱源塔迴路及土壤蓄能迴路中，溶液在第二換熱器內與製冷劑換熱，放出熱量溫度降低後流出經第二電磁閥進入熱源塔，溶液在熱源塔內與空氣進行傳熱傳質，溶液溫度升高後，從熱源塔第一輸出端流出經第四電磁閥後由第二泵吸入加壓後泵入地埋管，溶液在地埋管中與土壤換熱，吸收土壤的熱量，溫度進一步升高，溶液從地埋管的出口流出後，被分成兩路，一路經過第六電磁閥後進入第二換熱器，另一路，當太陽輻射強度達到設定值時，溶液經第五電磁閥進入太陽能集熱板（此時第十三電磁閥關閉），溶液由太陽能集熱板進一步加熱升溫後經第八電磁閥進入再生裝置；當太陽輻射強度低於設定值時，從地埋管流出的溶液經第十三電磁閥（此時第五電磁閥關閉）、第八電磁閥後進入再生裝置。進入再生裝置的溶液在再生裝置中進行再生，溶液的溫度降低，同時溶液的濃度升高，再生後的濃溶液從再生裝置流出經第九電磁閥由第三泵吸入加壓後從熱源塔第二輸入端進入熱源塔，完成溶液的再生，實現在運行過程中對溶液濃度的控制。冷熱水迴路與冬季常規模式一致。

本實用新型利用地埋管及土壤儲能的調峰作用，解決了熱源塔熱泵系統因需考慮極端天氣導致的機組裝機容量過大、初投資增加的問題，同時依靠土壤儲能實現冬夏季初土壤所儲存的冷熱量直供給用戶側，無需開啟熱泵機組，大幅提高系統能效，在冬季常規模式下，太陽能集熱器與地埋管共同為熱源塔溶液再生提供熱源，保證機組的安全穩定運行，實現系統的全年綜合高效運行。

有益效果：本實用新型與現有技術相比，具有以下優點：

1、本實用新型裝置的熱源塔和地埋管在夏季室外溼球溫度高於設定值或冬季室外幹球溫度低於設定值時串聯運行，共同作為熱泵機組冷凝熱的排熱裝置或為蒸發器提供低位熱源，實現了機組在惡劣工況下的正常穩定運行，避免了常規熱源塔熱泵系統在惡劣工況下的性能大幅衰減，使得熱源塔熱泵系統機組總裝機容量大幅減小。

2．本實用新型裝置的熱源塔在夏季末時停止工作，由地埋管作為機組冷凝熱的排熱裝置，將機組冷凝熱蓄存於土壤中，同時太陽能集熱板在秋季過渡季節機組停止工作時單獨運行，將太陽能蓄存於土壤中，實現了利用土壤的跨季節較高溫度蓄能，為冬季直供模式和提高冬季制熱效率提供了保障。

3、本實用新型裝置的地埋管在夏季初，當其中循環介質與土壤換熱後，其溫度低於設定值及冬季初循環介質溫度高於設定值時，採取直接通過第三換熱器將冷量、熱量直供給用戶，無需熱泵機組的提升，大幅度降低系統機組能耗，實現系統綜合效率的大幅提升。

4、本實用新型裝置的地埋管和太陽能集熱板在冬季常規模式與調峰模式下串聯運行，共同作為再生裝置的溶液再生的熱源，高效的解決了常規溶液再生所需的額外提供能源的問題，實現溶液高效再生的同時系統的綜合能效大幅提高。

5、本實用新型裝置的地埋管的埋管間距小於2米，而常規水地源熱泵的地埋管間距為5米，大幅降低了地埋管的佔地面積，突破地理地質條件對系統使用的限制。

附圖說明

圖1是本實用新型基於土壤及光熱蓄能的熱源塔熱泵系統的示意圖。

圖中有：壓縮機1；四通換向閥2；四通換向閥第一輸入端2a；四通換向閥第一輸出端2b；四通換向閥第二輸入端2c；四通換向閥第二輸出端2d；氣液分離器3；儲液器4；過濾器5；膨脹閥6；第一單向閥7；第二單向閥8；第三單向閥9；第四單向閥10；第一換熱器11；第一換熱器水側輸入端11a；第一換熱器水側輸出端11b；第一換熱器製冷劑側輸入端11c；第一換熱器製冷劑側輸出端11d；第二換熱器12；第二換熱器製冷劑側輸入端12a；第二換熱器製冷劑側輸出端12b；第二換熱器溶液側輸入端12c；第二換熱器溶液側輸出端12d；第三換熱器13；第三換熱器水側輸入端13a；第三換熱器水側輸出端13b；第三換熱器溶液側輸入端13c；第三換熱器溶液側輸出端13d；熱源塔14；熱源塔第一輸入端14a；熱源塔第一輸出端14b；熱源塔第二輸入端14c；熱源塔第三輸入端14d；地埋管15；太陽能集熱板16；再生裝置17；第一泵18；第二泵19；第三泵20；第一電磁閥21；第二電磁閥22；第三電磁閥23；第四電磁閥24；第五電磁閥25；第六電磁閥26；第七電磁閥27；第八電磁閥28；第九電磁閥29；第十電磁閥30；第十一電磁閥31；第十二電磁閥32；第十三電磁閥33。

具體實施方式

下面結合圖1和具體實施例來進一步說明本實用新型。

本實用新型一種利用土壤實現太陽能綜合利用與跨季節儲能的熱源塔熱泵，包括製冷劑迴路、熱源塔迴路、土壤蓄能迴路、太陽能蓄能迴路、溶液再生迴路和冷熱水迴路。製冷劑迴路中，壓縮機1的輸出端與四通換向閥第一輸入端2a相連，四通換向閥第一輸出端2b與第二換熱器製冷劑側輸入端12a相連，第二換熱器製冷劑側輸出端12b同時與第二單向閥8的入口和第四單向閥10的出口相連，第二單向閥8的出口與第一單向閥7的出口匯合後同時連接到儲液器4的入口，第四單向閥10的入口同時與第三單向閥9的入口和膨脹閥6的出口相連，所述過濾器5連接設置於儲液器4和膨脹閥6之間，第一單向閥7的入口和第三單向閥9的出口均與第一換熱器製冷劑側輸入端11c相連，第一換熱器製冷劑側輸出端11d與四通換向閥第二輸入端2c相連，四通換向閥第二輸出端2d與氣液分離器3的入口相連，氣液分離器3的出口與壓縮機1的入口相連,所述第一換熱器11同時是冷熱水迴路的組成部件，所述第二換熱器12同時是熱源塔迴路和土壤蓄能迴路的組成部件；

熱源塔迴路中，第二換熱器溶液側輸出端12d經第二電磁閥22分別與熱源塔第一輸入端14a和熱源塔第三輸入端14d相連，熱源塔第一輸出端14b經第一電磁閥21與第一泵18的入口相連，第一泵18的出口與第二換熱器溶液側輸入端12c相連；

土壤蓄能迴路中，第二換熱器溶液側輸出端12d通過第三電磁閥23與第二泵19的入口相連，熱源塔第一輸出端14b還通過第四電磁閥24與第二泵19的入口相連，第三換熱器溶液側輸出端13d通過第七電磁閥27也與第二泵19的入口相連，第二泵19的出口與地埋管15的入口相連，地埋管15的出口通過第六電磁閥26與第二換熱器溶液側輸入端12c相連，地埋管15的出口同時通過第十電磁閥30與第三換熱器溶液側輸入端13c相連，所述地埋管15、第二泵19同時是太陽能蓄能迴路、溶液再生迴路的組成部件，所述第四電磁閥24同時是溶液再生迴路的組成部件，所述第七電磁閥27同時是太陽能蓄能迴路的組成部件，所述第三換熱器13同時是冷熱水迴路的組成部件；

太陽能蓄能迴路中，地埋管15的出口通過第五電磁閥25與太陽能集熱板16的入口相連，還通過第十三電磁閥33與太陽能集熱板16的出口、第三換熱器溶液側輸出端13d匯合後，共同通過第七電磁閥27與第二泵19的入口相連，所述太陽能集熱板16、第五電磁閥25、第十三電磁閥33同時是溶液再生迴路的組成部件；

溶液再生迴路中，太陽能集熱板16的出口在與第七電磁閥27連接之前分出一路，通過第八電磁閥28與再生裝置17的入口相連，再生裝置17的出口通過第九電磁閥29與第三泵20的入口相連，第三泵20的出口與熱源塔第二輸入端14c相連。

冷熱水迴路中，機組的回水端分為兩路，一路通過第十二電磁閥32與第一換熱器水側輸入端11a相連，另一路通過第十一電磁閥31與第三換熱器水側輸入端13a相連，第一換熱器水側輸出端11b及第三換熱器水側輸出端13b均與機組的供水端相連。

利用土壤實現太陽能綜合利用與跨季節儲能的熱源塔熱泵，其夏季製冷運行模式分為五種：夏季直供模式、夏季常規模式、夏季調峰模式、夏季蓄熱模式和過渡季節蓄熱模式。

夏季直供模式：夏季初時一般建築的冷負荷較低，冬季時機組通過蒸發器將冷量蓄存於土壤之中，使得地埋管區域內的土壤溫度較低，此時利用循環介質與土壤換熱後可直接通過第三換熱器13將土壤中蓄存的冷量直接輸出給用戶側，即實現在不開啟熱泵機組的情況下滿足建築冷負荷需求，從而減少機組的運行時間，提高系統全年效率。此時，第七電磁閥27、第十電磁閥30、第十一電磁閥31開啟，其餘閥門關閉，第二泵19開啟，其餘泵關閉。土壤蓄能迴路中的循環介質由第二泵19泵入地埋管15，在地埋管15中與土壤換熱溫度降低後，經第十電磁閥30進入第三換熱器13，在第三換熱器13中與用戶側回水換熱後溫度升高，再經第七電磁閥27由第二泵19吸入，完成循環。冷熱水迴路中，用戶側冷凍水從機組的回水端經第十一電磁閥31進入第三換熱器13，在第三換熱器13中與循環介質完成換熱溫度降低後從機組的供水端流出，供給用戶側，機組其餘迴路不工作。

夏季常規模式：當夏季建築的冷負荷隨著室外溫度的升高而不斷增加，夏季直供模式難以滿足建築冷負荷需求，但此時室外溼球溫度低於設定值，熱源塔的散熱能力即可滿足機組冷凝器散熱要求時，運行此模式。此時土壤蓄能迴路、太陽能蓄能迴路及溶液再生迴路均停止運行，即熱源塔迴路中第一電磁閥21、第二電磁閥22開啟，冷熱水迴路中第十二電磁閥32開啟，其餘電磁閥均處於關閉狀態，第一泵18開啟，其餘泵處於關閉狀態。該模式下，熱源塔迴路中的循環介質為水。第一換熱器11作為蒸發器，第二換熱器12作為冷凝器。製冷劑迴路中低溫低壓的製冷劑氣體從氣液分離器3中被壓縮機1吸入壓縮後變成高溫高壓過熱蒸氣排出，經過四通換向閥2進入第二換熱器12中，製冷劑在其中與冷卻水換熱，放出熱量，冷凝變成液體，製冷劑從第二換熱器12中流出，經過第二單向閥8後依次經過儲液器4、過濾器5、膨脹閥6後變成低溫低壓的氣液兩相，再經過第三單向閥9進入第一換熱器11，製冷劑在第一換熱器11中吸熱蒸發，製取冷凍水，製冷劑完全蒸發後變成過熱氣體從第一換熱器11出來經過四通換向閥2進入氣液分離器3，然後再次被吸入壓縮機1，從而完成製冷循環，實現製取冷凍水。熱源塔迴路中，冷卻水在第二換熱器12中吸收冷凝熱後，從第二換熱器溶液側輸出端12d流出經過第二電磁閥22進入熱源塔14，在熱源塔14中冷卻水與空氣進行傳熱傳質，依靠自身部分水分蒸發實現其餘冷卻水的降溫，降溫後的冷卻水從熱源塔第一輸出端14b流出經第一電磁閥21後被第一泵18吸入，完成冷卻水的循環。冷熱水迴路中，冷凍水從機組的回水端經第十二電磁閥32進入第一換熱器11，在第一換熱器11中與製冷劑進行換熱，溫度降低後流出，經機組的供水端供給用戶側。

夏季調峰模式：當夏季室外溼球溫度高於設定值時，此時熱源塔單獨運行將無法滿足機組冷凝器散熱要求，冷卻水溫及機組冷凝溫度都將升高，機組製冷效率和製冷能力將下降，此時土壤蓄能迴路開啟，與熱源塔迴路串聯運行，以使得機組冷凝器在較低的冷凝溫度下實現冷凝熱量的排放。此時，太陽能蓄能迴路及溶液再生迴路均停止運行，即第二電磁閥22、第四電磁閥24、第六電磁閥26和第十二電磁閥32開啟，其餘電磁閥關閉，第二泵19開啟，其餘泵關閉。該運行模式下，製冷劑迴路的流程與其在夏季常規模式下的流程一致。熱源塔迴路與土壤蓄熱迴路中，冷卻水在第二換熱器12中吸收冷凝熱後，從第二換熱器溶液側輸出端12d流出經過第二電磁閥22進入熱源塔14，在熱源塔14中冷卻水與空氣進行傳熱傳質，依靠自身部分水分蒸發實現其餘冷卻水的降溫，降溫後的冷卻水從熱源塔第一輸出端14b流出經第四電磁閥24被第二泵19吸入加壓後被泵入地埋管15，在地埋管15中進一步向土壤釋放熱量，再經過第六電磁閥26進入第二換熱器12，完成冷卻水循環。冷熱水迴路的流程與夏季常規模式一致。

夏季蓄熱模式：由於常規地埋管佔地面積大，受地理地質條件限制，且機組夏季冷凝熱的散熱與冬季蒸發器所吸收的低位熱完全依靠地埋管，導致地埋管數量較多，初投資大。在本實用新型的系統中，地埋管15僅用於調峰和蓄熱，其埋管數量遠少於常規地源熱泵需求，且埋管間距僅為2米以內（常規埋管為5米），佔地面積（即佔地需求）大幅度減小，從而避免了受地理地質條件限制。因此，在夏季建築空調負荷高峰過後，當建築冷負荷隨氣溫的下降而降低到目標值時，可僅靠地埋管15就能完成冷凝熱排熱時，運行夏季蓄熱模式。此時熱源塔迴路不工作，由土壤蓄能迴路作為機組冷凝熱的排熱對象，將冷凝器散熱蓄存於土壤中。此時，第三電磁閥23、第六電磁閥26、第十二電磁閥32開啟，其餘閥門處於關閉狀態，第二泵19開啟，其餘泵處於關閉狀態。該運行模式下，製冷劑迴路的流程與其在夏季常規模式下的流程一致。土壤蓄能迴路中，冷卻水在第二換熱器12中吸收冷凝熱後，從第二換熱器溶液側輸出端12d經過第三電磁閥23被第二泵19吸入加壓後被泵入地埋管15，在地埋管15中向土壤釋放熱量，再經過第六電磁閥26進入第二換熱器12，完成冷卻水循環。冷熱水迴路的流程與夏季常規模式一致。

過渡季節蓄熱模式：在秋季過度季節，機組不需要製冷，當太陽輻射強度較大時，運行該模式。該模式下，機組停止運行，製冷劑迴路、冷熱水迴路、溶液再生迴路、熱源塔迴路均不工作，土壤蓄能迴路和太陽能蓄能迴路串聯運行。此時，第五電磁閥25、第七電磁閥27開啟，其餘電磁閥處於關閉狀態，第二泵19開啟，其餘泵處於關閉狀態。循環介質在太陽能集熱板16中吸收太陽能熱量後，經第七電磁閥27由第二泵19泵入地埋管15，在地埋管15中向土壤散熱，再經第五電磁閥25回到太陽能集熱板16，完成蓄能循環，將太陽能集熱板16所收集的熱量蓄存於土壤中，使得土壤的溫度升高至設定值。

利用土壤實現太陽能綜合利用與跨季節儲能的熱源塔熱泵，其冬季運行模式可分為三種：冬季直供模式、冬季常規模式、冬季調峰模式。

冬季直供模式：由於機組在夏季運行夏季蓄熱模式和過渡季節蓄熱模式，將機組冷凝熱及過渡季節的太陽能蓄存於土壤之中，地埋管區域內的土壤溫度較高，冬季初時一般建築的熱負荷較低，此時利用循環介質與土壤換熱後可直接通過第三換熱器13將土壤中蓄存的熱量直接輸出給用戶側，即可實現在不開啟熱泵機組的情況下滿足建築熱負荷需求，從而減少機組的運行時間，提高系統全年效率。此時，第七電磁閥27、第十電磁閥30、第十一電磁閥31開啟，其餘閥門關閉，第二泵19開啟，其餘泵關閉。循環介質由第二泵19泵入地埋管15，在地埋管15中與土壤換熱溫度升高後，經第十電磁閥30進入第三換熱器13，在第三換熱器13中與用戶側回水換熱，溫度降低後再經第七電磁閥27由第二泵19吸入，完成循環。冷熱水迴路中，用戶側熱水從機組的回水端經第十一電磁閥31進入第三換熱器13，在第三換熱器13中與循環介質完成換熱溫度升高後從機組的供水端流出，供給用戶側，機組其餘迴路不工作。

冬季常規模式：在冬季室外幹球溫度高於設定值時，利用熱源塔14從室外空氣中所吸熱量即能滿足機組的低位熱量需求，此時熱源塔14單獨作為機組的低位熱源，同時地埋管15、太陽能集熱板16串聯運行，為機組的再生裝置17提供溶液再生所需的熱量。此時，第一電磁閥21、第二電磁閥22、第四電磁閥24、第八電磁閥28、第九電磁閥29、第十二電磁閥32開啟，其餘電磁閥關閉（第五電磁閥25、第十三電磁閥33的動作視太陽輻射強度而定），第一泵18、第二泵19和第三泵20開啟。該運行模式下，熱源塔迴路中的循環介質為溶液，第一換熱器11作為冷凝器，第二換熱器12作為蒸發器。製冷劑迴路中低溫低壓的製冷劑氣體從氣液分離器3中被壓縮機1吸入壓縮後變成高溫高壓過熱蒸氣排出，經過四通換向閥2進入第一換熱器11中，製冷劑與熱水換熱，放出熱量，冷凝變成液體，從第一換熱器11中流出，經過第一單向閥7後依次經過儲液器4、過濾器5、膨脹閥6後變成低溫低壓的氣液兩相，再經過第四單向閥10進入第二換熱器12，製冷劑在第二換熱器12中與溶液進行換熱，製冷劑吸熱完全蒸發後變成過熱氣體從第二換熱器12流出經過四通換向閥2進入氣液分離器3，然後再次被壓縮機1吸入壓縮，從而完成制熱循環，實現製取熱水。熱源塔迴路中，溶液在第二換熱器12內與製冷劑換熱，放出熱量溫度降低後流出，經第二電磁閥22進入熱源塔，溶液在熱源塔14內與空氣進行傳熱傳質，溶液溫度升高後，從熱源塔第一輸出端14b流出的溶液分成兩部分，大部分溶液經第一電磁閥21後由第一泵18泵入第二換熱器12，完成溶液循環。土壤蓄能迴路、太陽能蓄能迴路及溶液再生迴路中，熱源塔第一輸出端14b流出的小部分溶液經第四電磁閥24後由第二泵19吸入加壓後泵入地埋管15，溶液在地埋管15中與土壤換熱，從土壤中吸熱使得溫度升高，溶液從地埋管15流出，當太陽輻射強度達到設定值時，溶液經第五電磁閥25進入太陽能集熱板16（此時第十三電磁閥33關閉），溶液由太陽能集熱板16進一步加熱升溫後經第八電磁閥28進入再生裝置17；當太陽輻射強度低於設定值時，從地埋管15流出的溶液經第十三電磁閥33（此時第五電磁閥25關閉）、第八電磁閥28後進入再生裝置17。進入再生裝置17的溶液在再生裝置17中進行再生，溶液的溫度降低，同時溶液的濃度升高，再生後的濃溶液從再生裝置17流出經第九電磁閥29後由第三泵20吸入加壓後由熱源塔第二輸入端14c進入熱源塔14，完成溶液的再生，並實現對熱源塔熱泵系統中溶液濃度的控制。冷熱水迴路中，用戶側熱水從機組的回水端經第十二電磁閥32進入第一換熱器11，在第一換熱器11中與製冷劑換熱，熱水溫度升高後從第一換熱器11流出，經機組的供水端流出供給用戶。

冬季調峰模式：在冬季室外幹球溫度低於設定值時，從熱源塔14中所吸收的熱量已無法滿足機組的低位熱源需求時，循環溶液溫度將降低，機組的蒸發溫度下降，導致機組制熱效率和制熱能力下降，為保證機組的效率和供熱能力，運行此模式。此時，將地埋管15與熱源塔14串聯運行，以滿足機組的低位取熱要求。此時，第二電磁閥22、第四電磁閥24、第六電磁閥26、第八電磁閥28、第九電磁閥29、第十二電磁閥32開啟，其餘電磁閥關閉（第五電磁閥25、第十三電磁閥33的動作視太陽輻射強度而定），第二泵19、第三泵20開啟，其餘泵關閉。該運行模式下，製冷劑迴路與冬季常規模式一致。熱源塔迴路及土壤蓄能迴路中，溶液在第二換熱器12內與製冷劑換熱，放出熱量溫度降低後流出經第二電磁閥22進入熱源塔14，溶液在熱源塔14內與空氣進行傳熱傳質，溶液溫度升高後，從熱源塔第一輸出端14b流出經第四電磁閥24後由第二泵19吸入加壓後泵入地埋管15，溶液在地埋管15中與土壤換熱，吸收土壤的熱量，溫度進一步升高，溶液從地埋管15的出口流出後，被分成兩路，一路經過第六電磁閥26後進入第二換熱器12，另一路，當太陽輻射強度達到設定值時，溶液經第五電磁閥25進入太陽能集熱板16（此時第十三電磁閥33關閉），溶液由太陽能集熱板16進一步加熱升溫後經第八電磁閥28進入再生裝置17；當太陽輻射強度低於設定值時，從地埋管15流出的溶液經第十三電磁閥33（此時第五電磁閥25關閉）、第八電磁閥28後進入再生裝置17。進入再生裝置17的溶液在再生裝置17中進行再生，溶液的溫度降低，同時溶液的濃度升高，再生後的濃溶液從再生裝置17流出經第九電磁閥29由第三泵20吸入加壓後從熱源塔第二輸入端14c進入熱源塔14，完成溶液的再生，實現在運行過程中對溶液濃度的控制。冷熱水迴路與冬季常規模式一致。

上述實施例僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出：對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和等同替換，這些對本實用新型權利要求進行改進和等同替換後的技術方案，均落入本實用新型的保護範圍。