一种综合利用地热能和太阳能制热和制冷的系统及方法

本发明涉及可再生能源利用，尤其涉及一种综合利用地热能和太阳能制热和制冷的系统及方法。

背景技术：

1、随着全球经济发展和人口增长，能源需求持续攀升，传统化石能源如煤炭、石油和天然气等面临日益枯竭的问题，且使用过程中会排放大量二氧化碳等温室气体，对环境造成严重污染，引发全球气候变暖等一系列环境问题。因此，开发清洁、可再生的新能源，实现能源的可持续供应和环境保护成为迫切需求。地热能和太阳能作为可再生能源，具有分布广泛、储量丰富、环境友好等优点，受到了广泛关注。

2、地热能与太阳能作为清洁的可再生能源，广泛应用于生活中。根据地表以下温度分布特性，由地表向地下，地壳分为变温层、恒温层和增温层。变温层主要受气候温度的影响而发生变化，恒温层大致保持为当地年平均温度。增温层受控于地球的内热活动，温度随深度的增加而增加。地热能通过恒温层的低温，在夏季实现制冷功能。利用太阳能收集太阳辐射能转化为热能，结合升温层的高温绝热特点，将收集的热量存储在升温层中，在冬季根据需要向室内供暖。

3、利用地热能和太阳能实现制冷和取暖的需求，可以显著减少对传统能源的依赖，降低电力消耗和环境污染，减少碳排放。地热能与太阳能综合实现制冷和采暖系统的运行过程中不涉及燃烧，因此不存在火灾风险、煤烟或气体泄漏等安全隐患。同时，由于其系统设计的封闭性原则，能够有效避免用暖过程中产生的噪音和异味，提升了居住环境的质量。同时，由于系统简单，制冷和供暖的能力可根据实际需求进行调整，可广泛应用于楼宇或居民小区。

4、目前，地热能和太阳能的利用也有相关的研究，但一般系统较为复杂，灵活性不足，且同时利用地热能和太阳能的效率也不高，本发明提出一种新的方案，充分利用地热能和太阳冷，系统简单占地面积小，有效实现建筑物的分布式供热和制冷。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本发明提供了一种综合利用地热能和太阳能制热和制冷的系统及方法，以解决现有技术中系统复杂、利用效率偏低的技术问题。

2、本发明提供了一种综合利用地热能和太阳能制热和制冷的系统，包括：制冷子系统、供暖子系统以及储热子系统；

3、制冷子系统包括：恒温层第一地下井、恒温层抽水泵以及制冷器；

4、供暖子系统包括：供热水泵以及地源热网换热器；

5、储热子系统包括：太阳能流量调阀、直排阀、太阳能加热器、储水罐、给水泵、换热器、恒温层第二地下井、升温层第一地下井、升温层抽水泵以及升温层第二地下井；

6、恒温层第一地下井、恒温层抽水泵以及制冷器依次连通，构成冷媒通路；制冷器、直排阀以及恒温层第二地下井依次连通，构成直排通路；制冷器、太阳能流量调阀、太阳能加热器以及储水罐的进水口依次连通，构成蓄热通路；升温层第二地下井、供热水泵、地源热网换热器的热源侧以及升温层第一地下井依次连通，构成地热换热通路；储水罐的出水口、给水泵、换热器的热源侧以及恒温层第二地下井依次连通，构成储水换热通路；升温层第一地下井、升温层抽水泵、换热器的冷源侧以及升温层第二地下井依次连通，构成升温层升温通路；制冷器用于对空气降温；地源热网换热器用于对供水升温。

7、本发明还提供了一种综合利用地热能和太阳能制热和制冷系统的制冷方法，包括：

8、当需要制冷时，将恒温层第一地下井中的井水通过冷媒通路引入制冷器，用制冷器对空气进行降温，将在制冷器热交换后的井水通过直排通路引入恒温层第二地下井，或将在制冷器热交换后的井水通过蓄热通路引入储水罐，直排通路和蓄热通路择一导通；

9、当需要供热时，将升温层第二地下井中的井水通过地热换热通路引入地源热网换热器，用地源热网换热器对供水进行加热，将在地源热网换热器热交换后的井水引入升温层第一地下井。

10、进一步地，当需要供热时还包括：地源热网换热器对供热来水进行加热，加热后的供热回水进入居民住宅，放热后的供暖热源回到升温层第一地下井。

11、进一步地，在制冷过程中，当日照不足时，选择将在制冷器热交换后的井水通过直排通路引入恒温层第二地下井：当日照充足时，选择将在制冷器热交换后的井水通过蓄热通路引入储水罐。

12、进一步地，在制冷过程中，对恒温层第一地下井中井水的抽水量的计算公式为：

13、，

14、其中，

15、；

16、式中，为每小时所需制冷量；为每平米在每小时需要的制冷量；为所需制冷的面积；为恒温层第一地下井中井水的焓值；为经制冷器热交换后井水的焓值；

17、在供热过程中，对升温层第二地下井中井水的抽水量的计算公式为：

18、；

19、其中，

20、；

21、式中，为每小时所需制热量；为每平米在每小时需要的制热量；为所需制热的面积；为升温层第二地下井中井水实际供热时的焓值；为经地源热网换热器热交换后井水的焓值。

22、进一步地，所述方法还包括：当需要蓄热时，储水罐中的储水通过储水换热通路引入换热器的热源侧，升温层第一地下井中的井水通过升温层升温通路引入换热器的冷源侧，用换热器换热器将储水与井水进行热交换，将热交换后的储水引入恒温层第二地下井；将热交换后的井水引入升温层第二地下井。

23、进一步地，在蓄热过程中，储水罐储水的放水量的计算公式为：

24、；

25、升温层第一地下井中井水的抽水量的计算公式为：

26、；

27、式中，h为升温层第二地下井注入储水时的焓值；为升温层第二地下井中井水实际供热时的焓值；为供暖时长；为蓄热时长；为每小时所需制热量；为储水罐中储水的焓值；为经过换热器热交换后储水的焓值；为升温层第一地下井中井水的焓值。

28、进一步地，当日照充足时，同步进行蓄热过程。

29、进一步地，从蓄热结束至供暖开始期间，散热损失的热量为：

30、；

31、式中，为升温层第一地下井中井水的抽水量；为升温层第二地下井中井水实际供热时的焓值；为升温层第一地下井中井水的焓值；为蓄热时长。

32、本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器；处理器执行存储器中存储的实现如权利要求2-9中任一项所述的综合利用地热能和太阳能制热和制冷系统的制冷方法的计算机程序。

33、本发明的有益效果：

34、本发明利用地热能恒温层的低温，在夏季为制冷设备提供冷源，满足居民制冷的需求。本发明利用太阳能收集太阳辐射能并热量存储在升温层中，结合地下升温层温度衰减小，保温效果好的特点，为地源热网提供热源，满足居民冬季采暖的需求。

1.一种综合利用地热能和太阳能制热和制冷的系统，其特征在于，包括：制冷子系统、供暖子系统以及储热子系统；

2.一种如权利要求1所述的综合利用地热能和太阳能制热和制冷系统的制冷方法，其特征在于，包括：

3.如权利要求2所述的综合利用地热能和太阳能制热和制冷系统的制冷方法，其特征在于，当需要供热时还包括：地源热网换热器对供热来水进行加热，加热后的供热回水进入居民住宅，放热后的供暖热源回到升温层第一地下井。

4.如权利要求2所述的综合利用地热能和太阳能制热和制冷系统的制冷方法，其特征在于，在制冷过程中，当日照不足时，选择将在制冷器热交换后的井水通过直排通路引入恒温层第二地下井：当日照充足时，选择将在制冷器热交换后的井水通过蓄热通路引入储水罐。

5.如权利要求2或4所述的综合利用地热能和太阳能制热和制冷系统的制冷方法，其特征在于，在制冷过程中，对恒温层第一地下井中井水的抽水量的计算公式为：

6.如权利要求2所述的综合利用地热能和太阳能制热和制冷系统的制冷方法，其特征在于，还包括：当需要蓄热时，储水罐中的储水通过储水换热通路引入换热器的热源侧，升温层第一地下井中的井水通过升温层升温通路引入换热器的冷源侧，用换热器换热器将储水与井水进行热交换，将热交换后的储水引入恒温层第二地下井；将热交换后的井水引入升温层第二地下井。

7.如权利要求6所述的综合利用地热能和太阳能制热和制冷系统的制冷方法，其特征在于，在蓄热过程中，储水罐储水的放水量的计算公式为：

8.如权利要求4或6所述的综合利用地热能和太阳能制热和制冷系统的制冷方法，其特征在于，当日照充足时，同步进行蓄热过程。

9.如权利要求6或8所述的综合利用地热能和太阳能制热和制冷系统的制冷方法，其特征在于，从蓄热结束至供暖开始期间，散热损失的热量为：

10.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器；处理器执行存储器中存储的实现如权利要求2-9中任一项所述的综合利用地热能和太阳能制热和制冷系统的制冷方法的计算机程序。