用于充放热的跨季节储热系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于充放热的跨季节储热系统，属于建筑采暖领域。


背景技术：

2.地坑型水体储热是目前较为常用的一种跨季节储热技术，由于自然对流的作用，水体内的水温沿深度呈上高下低的梯度分布。水体的充热循环为冷水从水体底部抽出经加热后热水进入水体上部水体的取热循环为热水从水体顶部抽出经放热，之后冷水进入水体底部。
3.目前的取热和充热方式是在水体的底部或边部插入水体，但由于水体的防渗膜材料与水管的连接存在泄漏的隐患，严重影响了水体的安全性和寿命。该处的泄漏在水体底部，并且是存储的热水，维修几乎没有可能，一旦泄漏就得放光水体中的水后进行施工，工程量大，成本高，影响一个季节的采暖。并且维修处仍存在泄漏的风险。
4.实用新型专利cn213480347u涉及一种太阳能跨季节储热供热系统。所述系统包括：太阳能集热器、中间循环水箱、热泵机组、地埋井群、末端散热装置、集热循环泵、储热循环泵、地源循环泵、末端循环泵、第一储热控制阀、第二储热控制阀、第一集热控制阀、第二集热控制阀、第一末端控制阀、第二末端控制阀、第三末端控制阀、第一地源控制阀、第二地源控制阀、第一控制阀以及第二控制阀；进而形成太阳能直接储热循环、构成太阳能集热循环、末端供热循环、地源取热循环以及供热季储热循环。该实用新型专利采用地埋管加热泵的方式实施储热，未与水体储热技术有关。
5.发明专利《跨季节储热的多能互补分布式能源系统》(cn112325687a)，涉及一种跨季节储热的多能互补分布式能源系统。该系统包括：电网、燃料电池、光热组件、第一制冷机组、第二制冷机组和基岩储热装置，未与水体储热技术有关。
6.发明专利《一种太阳能跨季节储热供热系统》(cn112283787a)，涉及一种太阳能跨季节储热供热系统。所述系统包括太阳能直接储热循环、构成太阳能集热循环、末端供热循环、地源取热循环以及供热季储热循环，未与本发明所述的水体储热技术有关。
7.发明专利《一种基于相变材料的跨季节储热池》(cn109405615b)，所述的储热池是由底部，边壁和顶部组成的围合空间，围合空间内填充由相变材料组成的储热堆积床。储热池内设置有热水井和冷水井。热水井通过管路与热水缓冲罐连接，冷水井通过管路与冷水缓冲罐连接。热水井位于储热池中央部分，冷水井位于储热池靠近储热池侧壁的区域。热水井管路位于热水井内偏上的位置，冷水井管路位于冷水井内偏下的位置。冷水缓冲罐、热源、热水缓冲罐及管路组成热源循环系统，冷水缓冲罐、热汇、热水缓冲罐及管路组成供热循环系统，未与本发明所述的水体储热技术有关。
8.发明专利《一种跨季节储热供热系统及其供暖方法》(cn107166499b)，一种跨季节储热供热系统，其特征在于，包括：太阳能集热器、缓冲水箱、第一换热器、第二换热器以及地下蓄热系统；所述太阳能集热器通过集热循环管路与所述第一换热器的热源侧连接；所述第一换热器的换热侧通过第一换热管路与所述缓冲水箱连接；所述太阳能集热器通过所
述第一换热器对所述缓冲水箱内的水加热；所述第二换热器的热源侧通过第二换热管路与所述缓冲水箱连接；所述地下蓄热系统包括埋设在地下的蓄热池和第一换热盘管；所述第一换热盘管围绕所述蓄热池设置；所述第二换热器的换热侧与所述蓄热池连通，用于对蓄热池内的储热介质进行加热；所述第二换热器的换热侧还与所述第一换热盘管连通，并通过第一换热盘管对蓄热池周围的土壤进行加热；所述蓄热池通过管路与用于供暖的采暖末端设备连接，用于在采暖季节对所述采暖末端设备进行供热。该发明专利未涉及储热水体的侧边，底部防水层与进出水管的关系。
9.发明专利《一种跨季节储热供暖方法》(cn110701661a)，主要由集热器、集热水箱、相变储热器、蒸发器、冷凝器、压缩机和用户组成的，其特征在于，所述集热器和集热水箱相连接，集热水箱和相变储热器相连接，相变储热器和蒸发器相连接，蒸发器和冷凝器相连接，冷凝器两端连接连接蒸发器与压缩机，集热水箱与相变储热器与用户相连接。该发明专利未涉及储热水体的侧边，底部防水层与进出水管的关系。
10.发明专利《一种跨季节与短期储热结合的太阳能供暖系统》(cn207674577u)，其涉及一种跨季节与短期储热结合的太阳能供暖系统，涉及太阳能热利用及热储存领域。包括太阳能集热器、短期储热水池、跨季节储热水池、水源热泵、板式换热器、辐射散热装置、阀门、水泵和控制系统。所述的短期储热水池能为跨季节储热水池提供稳定的热源，减少现有技术中储热循环水泵频繁启停的损耗，并在供暖中后期跨季节储热水池内水温较低时，从短期储热水池取热向末端辐射散热装置供暖。该系统能适应不同储热水池水温状况，进行多种工作模式，其控制方法配合不同取热形式，使供热系统的供热量与用户需热量匹配。该专利未涉及储热水体的侧边，底部防水层与进出水管的关系。
11.实用新型专利《一种太阳能大容量跨季节储热与冬季供暖装置》(cn205825193u)，该供暖装置由集热器、跟踪器、水箱、储热室、地暖盘管、管路、电磁阀、泵及温感探头组成，水箱下部与循环泵、电磁阀、地暖盘管、水箱中下部顺序连通。水箱上装设有液位感应器和水箱温度感应器，在地暖盘管、集热器和储热盘管上分别装设有温感探头。该专利未涉及储热水体的侧边，底部防水层与进出水管的关系。
12.发明专利《太阳能地下跨季节储热方法》(cn101539335a)，涉及一种太阳能地下跨季节储热方法。在粘土地层区采用高压喷射注浆技术在换热器周围的粘土层中高压注入高导热混合材料，构成一个高导热的储热体，通过换热器将太阳能快速的储存到土壤当中。该专利未涉及水体储热技术。
13.发明专利《太阳能跨季节分区储热装置》(cn103822375a)，其特征在于，储热介质是由水、土、砂石按一定配比均匀混合形成的固体储热介质，该专利未涉及水体储热技术。
14.实用新型专利《一种发电厂储热发电供暖系统》(cn212057455u)，公开了一种发电厂储热发电供暖系统，包括第一熔盐罐，第一熔盐罐底面的两侧均固定安装支撑板，第一熔盐罐一侧的上方固定安装加料管，加料管与第一熔盐罐内部相通，第一熔盐罐另一侧的内部固定安装横向的固定板，固定板的顶面固定安装第二熔盐罐，第一熔盐罐内部两侧均固定安装电加热器，该专利未涉及水体储热技术。


技术实现要素：

15.为了防止水体的防渗膜材料与水管的连接存在泄漏的隐患，增强水体的安全性并
延长使用寿命，减小施工工程量，降低维修成本，减小维修后的泄露风险，本发明提出利用在水体顶盖插入进出水管路实现储热水体与外界的热交换，从而避免了过去采用的在水体底部和侧壁进口带来的防水可靠性问题，从而使得防水寿命超过25年，水体成本大大降低。
16.本发明的技术方案为：一种用于充放热的跨季节储热系统，其特征在于：包括具有上开口的储热水体、覆盖该上开口的保温顶盖、水体充热部分和水体放热部分；水体充热部分包括相连通的充热热水管路、充热循环泵、充热换热器、充热冷水管路；水体放热部分包括相连通的放热冷水管路、放热换热器、放热循环泵、放热热水管路；水体充热部分和水体放热部分从保温顶盖上方穿过保温顶盖插入至储热水体内部。
17.进一步的，所述水体充热部分的充热热水管路、充热冷水管路及所述水体放热部分的放热冷水管路、放热热水管路通过保温顶盖上设置的贯穿管孔插入水体。
18.进一步的，所述充热热水管路和放热热水管路为多个，距离储热水体中心的水平距离大于所述保温顶盖长度的25％；相对于保温顶盖下沿，插入储热水体内部的距离的为所述储热水体深度的20％以内。
19.进一步的，所述充热冷水进口管路，放热冷水管路为多个，相对于所述保温顶盖的下沿，插入所述储热水体内部的距离为所述储热水体深度的80％以上。
20.进一步的，所述充热热水管路、充热冷水管路、放热冷水管路、放热热水管路的端部分别设置有充热热水扩散器、充热冷水扩散器、放热冷水扩散器、放热热水扩散器，各扩散器外侧均设置过滤网。
21.进一步的，所述充热热水管路、充热冷水管路、放热冷水管路、放热热水管路的管壁均设置保温层，防止热干扰。
22.进一步的，所述保温顶盖的贯通管孔与各管路能够分离，以使得所述保温顶盖与各管路为可分离式地连接，以在水位波动时保证各管路不阻碍所述保温顶盖随水位的变化上下浮动。
23.进一步的，所述水体充热部分和水体放热部分均以桥架的方式跨接到所述保温顶盖上。
24.进一步的，该管孔的长度不低于所述保温顶盖的厚度，该管孔内设置挡圈，防止雨雪漏入。
25.进一步的，在所述充热热水管路、充热冷水管路、放热冷水管路、放热热水管路的至少一个管路中沿插入深度设置由温度控制的布水开关，以根据需要对进出水进行控制；也可以是在一条管路上只设置一个进出水口。
26.有益效果：
27.本发明采用使得管路不穿透水体的底部和侧面防水层，从水体的顶盖进入水体中，能够防止水体的防渗膜材料与水管的连接存在泄漏的隐患，增强水体的安全性并延长使用寿命，减小施工工程量，降低维修成本，减小维修后的泄露风险，避免了过去采用的在水体底部和侧壁进口带来的防水可靠性问题，降低了水体的成本。同时为保温顶盖的圆孔设置挡圈，具有防雨雪的功能。同时，使得各管路与顶盖之间的连接为可分离式的，在水位波动的条件下该管路不会阻碍顶盖随水位的上下浮动，与原有的底部进水模式相比可最大限度保护顶盖。进出水口可以是直管也可以是吸收热应力的螺旋管，也可以在其中使用波纹管段，以缓解充放热应力疲劳带来的管路断裂问题。
附图说明
28.图1是本发明储热系统结构示意图；
29.图2是本发明保温顶盖结构示意图。
30.图中：1储热水体；2保温顶盖；3储热水体底部；16侧壁和底部防渗材料。
31.水体充热部分：4充热热水扩散器；5充热热水管路；6充热换热器；7充热冷水扩散器；8充热冷水管路；14充热循环泵。
32.水体放热部分：9放热冷水扩散器；10放热冷水管路；11放热热水扩散器；12放热热水管路；13放热换热器；15放热循环泵。
33.保温顶盖2：17耐温防水膜；18第一排水层；19保温层；20第二排水层；21顶部防水土工膜。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
35.如图1所示，跨季节储热系统包括具有上开口的储热水体1、覆盖该上开口的正方形的保温顶盖2、水体充热部分、水体放热部分。储热水体1呈倒正四棱台形，上开口为正方形，底部也为正方形。水体充热部分包括相连通的充热热水管路5、充热循环泵14、充热换热器6、充热冷水管路8；水体放热部分包括相连通的放热冷水管路10、放热换热器13、放热循环泵15、放热热水管路12；水体充热部分和水体放热部分从保温顶盖2上方穿过保温顶盖2插入至储热水体1内部。
36.保温顶盖2上设置有贯穿管孔，其可为圆形，管孔的四周使用硅橡胶材料制作一个挡圈进行遮挡，防止雨雪注入。被插入的各管路能与所述保温顶盖的贯通管孔相分离，以使得保温顶盖2与各管路为可分离式地连接，以在水位波动时保证各管路不阻碍保温顶盖2随水位的变化上下浮动。向挡圈形成的孔内插入水体充热部分的充热热水管路5，充热冷水管路8；向挡圈形成的孔内插入水体放热部分的放热热水管路12，放热冷水管路10。充热热水管路5、放热热水管路12、充热冷水管路8和放热冷水管路10的管路与挡圈之间也可以利用波纹橡胶管连接。在波纹橡胶管外包裹保温材料，优选保温材料的厚度不低于0.04m。水平方向伸入水体的管路的距离中心的位置为15/2＝7.5m。充热热水管路5与充热冷水管路8通过水平设置的第一管路连通，第一管路上设置有充热换热器6和充热循环泵14。放热冷水管路10与放热热水管路12通过水平设置的第二管路连通，第二管路上设置有放热换热器13和放热循环泵15，以使得所述水体充热部分和水体放热部分均以桥架的方式跨接到所述保温顶盖2上。
37.优选的，充热换热器6和放热换热器13与太阳能集热器连接以与其进行热交换。
38.优选的，储热水体1的深度为10m，上开口为正方形，尺寸为15m
×
15m，保温顶盖2的厚度为0.4m。
39.优选的，圆孔的直径为0.5m，挡圈的高度为0.2m。
40.优选的，保温顶盖2从下到上依次设置有耐温防水膜17、第一排水层18、保温层19、
第二排水层20、顶部防水土工膜21。当雨雪以及水体1中的水渗透到保温顶盖2中时，其聚集在两排水层，通过水泵将积水排出保温顶盖。
41.优选的，储热水体1外部设置有侧壁和底部防渗材料16。
42.优选的，充热热水管路5的端部设置有充热热水扩散器4，放热热水管路12的端部设置有放热热水扩散器11，充热冷水管路8的端部设置有充热冷水扩散器7，放热冷水管路10的端部设置有放热冷水扩散器9，各扩散器外侧均设置过滤网。
43.优选的，波纹橡胶管的材料可以是三元乙丙橡胶或硅橡胶。
44.优选的，充热热水管路5和放热热水管路12为多个，多个充热热水管路5和多个放热热水管路12插入的保温顶盖2的贯穿管孔与保温顶盖2的中心点在同一水平线上，且在水平方向上距离保温顶盖2中心的距离大于所述保温顶盖2长度的25％。相对于保温顶盖2下沿，插入储热水体1内部的距离为所述储热水体1深度的20％以内，优选的，插入的充热热水管路5和放热热水管路12的端部距离保温顶盖2底面的距离为1.5m。
45.优选的，充热循环泵14和放热循环泵15可为自吸泵或耐温潜水泵。
46.优选的，所述充热冷水管路，放热冷水管路为多个，相对于所述保温顶盖的下沿，插入所述储热水体内部的距离为所述储热水体深度的80％以上，优选的，插入的充热冷水管路8和放热冷水管路10的端部距离储热水体1的底部的距离为1.5m。
47.优选的，所述充热热水管路、充热冷水管路、放热冷水管路、放热热水管路的管壁均设置保温层，防止热干扰。
48.优选的，贯穿管孔的长度不低于所述保温顶盖的厚度。
49.优选的，在所述充热热水管路、充热冷水管路、放热冷水管路、放热热水管路的至少一个管路中沿插入深度设置由温度控制的布水开关，以根据需要对进出水进行控制；也可以是在每条管路上只设置一个进出水口。
50.优选的，各管路可以是直管也可以是吸收热应力的螺旋管，也可以在其中使用波纹管段，以缓解充放热应力疲劳带来的管路断裂问题。
51.储热系统进行充热和取热的过程如下：
52.充热过程：充热过程开始时，储热水体1中的水为25℃，充热循环泵14工作，将储热水体1中的冷水抽出并使其通过充热冷水扩散器7和充热冷水管路8，再流过充热换热器6，此时水被加热到95℃后通过充热热水管路5和充热热水扩散器4进入储热水体1的上部，不断循环，直到储热水体1中的水的平均温度达到设定温度。当充热换热器6连接太阳能集热器时，由于太阳能跨季节储热水体的充热时段一般长达7月，在北京是从4月10日到11月10日，能够尽可能多的与清洁能源相结合。
53.取热过程：取热过程开始时1储热水体1上部的水温为95℃，下部的水温为40℃，放热循环泵15工作，将储热水体1中的热水抽出通过放热热水扩散器11和放热热水管路12再流过放热换热器13放热，当水冷却到40℃时，通过放热冷水管路10和放热冷水扩散器9；回到储热水体1，不断循环，直到储热水体1顶部的水温达到40℃，放热完成。当放热换热器13与太阳能集热器连接时，太阳能跨季节储热水体的放热时间一般长达5月，在北京是从11月11日到次年4月9日，能够尽可能多的与清洁能源相结合。
54.需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未
详细阐述部分属于本领域的公知技术。
55.以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。