本发明属于跨季节储热设计，尤其涉及一种水池和深部含水层联合跨季节储热系统及方法。
背景技术：
1、由于太阳能的季节性波动和不稳定性，导致能源供给与需求之间不匹配，夏季太阳能资源丰富，能源供给盈余；而冬季采暖需求大，能源供给不足。跨季节储热技术可有效缓解该矛盾。
2、目前，跨季节储热主要有几种方式，包括储罐储热、水池储热、含水层储热、地埋管储热等。其中，水池储热发展较早，并因高储热密度和效率得到广泛应用。含水层储热起步较晚，可分为浅部含水层储热和深部含水层储热。浅部含水层一般位于500米以下，储热温度不超过50℃；深部含水层通常位于500-3000米之间，储热温度可达50-150℃。相比之下，深部含水层储热水温更高，无需额外使用热泵提升温度，节约成本。且深部含水层储热具有较高能量密度和投资回报率。
3、当前技术存在的问题和缺陷主要包括，在单一使用水池的跨季节储热系统中，冬季仍需添加额外热源以满足供暖需求，导致投资成本增加且降低可再生能源比例。
4、因此，同时采用水池和含水层跨季节储热技术，结合太阳能和地热能，不仅能满足能源供给需求，增加清洁能源的使用比例，还能减少水池的建设面积，充分利用含水层储热的优势和地热资源。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种水池和深部含水层联合跨季节储热系统及方法。
2、本发明是这样实现的，一种水池和深部含水层联合跨季节储热系统包括：
3、储热水池供暖子系统，用于储存夏季太阳能。在冬季根据水池温度，可直接供暖、利用第二换热器换热再供暖或通过热泵机组后再供暖。
4、深部含水层供暖子系统，用于获取夏季太阳能和地热能，利用第三换热器将热井中热水热能送入用户，进行供暖。换热后冷水流回冷井，循环利用。
5、进一步，所述储热水池供暖子系统，包括储热水池、温度传感器、第一换热器、第二换热器、热泵机组、第二水泵、第三水泵、第五水泵、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门。
6、进一步，所述温度传感器安装于储热水池出水管道上，用于监测出水温度，调节储热水池供暖子系统中阀门开闭。
7、进一步，所述深部含水层供暖子系统，包括热井、冷井、第三换热器、第四换热器、第六水泵、第七水泵、第十阀门、第十一阀门。
8、进一步，所述第一换热器连接储热水池和太阳能集热器，储热水池一侧布置有第二水泵和第二阀门，太阳能集热器一侧布置有第一水泵和第一阀门。
9、进一步，所述第二换热器连接储热水池和用户，储热水池一侧布置有第三水泵和第四阀门，用户一侧布置有第五水泵和第七阀门。
10、进一步，所述第三换热器连接深部含水层热井、冷井以及用户，深部含水层侧布置有第六水泵和第十阀门，用户侧布置有第四水泵和第九阀门。
11、进一步，所述第四换热器连接深部含水层热井、冷井以及太阳能集热器，深部含水层侧布置有第七水泵、第十一阀门，太阳能集热器侧布置有第八水泵和第十二阀门。
12、进一步，所述热泵机组连接储热水池和用户，储热水池一侧布置有第三水泵和第三阀门，用户一侧布置有第五水泵和第六阀门。
13、本发明的另一目的在于提供一种深部含水层和水池联合跨季节储热系统工作方法，所述深部含水层和水池联合跨季节储热系统方法包括：
14、(1)储热阶段：夏季太阳能资源充沛，一部分热能直接供给至用户，另一部分多余热量一方面通过第一换热器储存至储热水池，另一方面通过第四换热器储存至热井。此时，储热水池供暖子系统中，与第一换热器联通的第一水泵、第一阀门、第二水泵、第二阀门处于开启状态。储热水池中的水经由第二水泵和第二阀门流入换热器，吸收太阳能集热器收集的热量，再流回储热水池。另外，深部含水层供暖子系统中，与第四换热器联通的第七水泵、第十一阀门、第八水泵、第十二阀门处于开启状态。冷井中的地下水经由第七水泵和第十一阀门流入换热器，与太阳能集热器的热量交换，水温升高后流入热井。其余水泵和阀门处于关闭状态。
15、(2)供暖阶段：利用夏季储存在储热水池和热井中的热量进行供暖。储热水池供暖分三种工况。
16、工况一：储热水池中水体温度满足直接供暖温度(37℃-60℃)，可直接将热水供给到用户。此时，第三水泵、第五阀门处于开启状态，储热水池中的热水送入用户。在热水被利用后，通过第五水泵、第八阀门回到储热水池。
17、工况二：储热水池温度高于直接供暖温度(60℃)，不能直接供暖，需利用第二换热器换热，降低水温，再送给用户。此时，第三水泵、第四阀门开启，储热水池中热水流入第二换热器，与用户用水进行换热后再回到储热水池。第五水泵与第七阀门开启，用户侧用水可通过第二换热器与水池热水换热，再回到用户侧进行供暖。
18、工况三：储热水池温度低于直接供暖温度(37℃)，需利用热泵提升水温。此时，热泵机组开启。第三水泵、第三阀门开启，储热水池中热水进入热泵机组，换热后回到水池。同时第五热泵、第六阀门开启，用户侧用水也进入热泵机组，升温后的水回到用户侧供热。
19、含水层储热供暖时，含水层储热侧第六水泵、第十阀门开启，同时用户侧第四水泵、第九阀门开启，热井中热水通过第三换热器与用户侧冷水换热，降温后的水流回冷井以在下一年度夏季再次利用。用户侧冷水经第三换热器加热后进行供暖。
20、本发明的另一目的在于提供一种用于实施上述的水池和深部含水层联合跨季节储热系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
21、1.在夏季太阳能资源充沛时，将太阳能集热器收集的热量通过第一换热器储存至储热水池，并将多余热量通过第四换热器储存至热井；
22、2.在储热过程中，通过控制第一水泵、第一阀门、第二水泵、第二阀门的开启状态，使储热水池中的水循环流动并吸收太阳能集热器的热量；
23、3.同时，通过控制第七水泵、第十一阀门、第八水泵、第十二阀门的开启状态，使冷井中的地下水流入换热器与太阳能集热器的热量交换后流入热井；
24、4.在储热阶段，其余水泵和阀门保持关闭状态。
25、本发明的另一目的在于提供一种水池和深部含水层联合跨季节储热系统的储热工作方法，包括以下步骤：
26、1.在夏季太阳能资源充沛时，将太阳能集热器收集的热量通过第一换热器储存至储热水池；
27、2.将多余热量通过第四换热器储存至热井；
28、3.在储热过程中，通过控制第一水泵、第一阀门、第二水泵、第二阀门的开启状态，使储热水池中的水循环流动并吸收太阳能集热器的热量；
29、4.同时，通过控制第七水泵、第十一阀门、第八水泵、第十二阀门的开启状态，使冷井中的地下水流入换热器与太阳能集热器的热量交换后流入热井。
30、本发明的另一目的在于提供一种水池和深部含水层联合跨季节储热系统的供暖工作方法，包括以下步骤：
31、1.在供暖阶段，根据储热水池中的水温，选择以下工况之一进行供暖：
32、工况一：当储热水池水温满足直接供暖温度时，通过第三水泵、第五阀门将热水直接供给到用户；
33、工况二：当储热水池水温高于直接供暖温度时，通过第三水泵、第四阀门将热水流入第二换热器与用户用水换热后供给用户；
34、工况三：当储热水池水温低于直接供暖温度时，启动热泵机组，通过第三水泵、第三阀门将热水和第五水泵、第六阀门将用户用水同时送入热泵机组进行换热升温后供给用户；
35、2.在利用深部含水层供暖时，通过第六水泵、第十阀门将热井中的热水供给到第三换热器与用户侧冷水换热，换热后的水流回冷井。
36、本发明的另一目的在于提供一种水池和深部含水层联合跨季节储热系统的热回收工作方法，包括以下步骤：
37、1.在供暖阶段，通过控制第四水泵、第九阀门的开启状态，使热井中的热水通过第三换热器与用户侧冷水换热，降低水温后的水回流至冷井中储存，以便在下一年度夏季再次利用；
38、2.用户侧冷水经第三换热器加热后进行供暖。
39、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
40、第一，本发明耦合储热水池供暖系统和深部含水层供暖系统。一方面，深部含水层的利用可以减小水池设计容量，减小占地面积，节约投入成本。另一方面，同时利用太阳能和地热能，可扩大清洁能源使用比例，满足更多供暖需求。
41、本发明描述的储热水池供暖子系统三种运行工况，尽挖掘水池的供热潜力，提高供暖期中太阳能供热比例。
42、本发明利用深部含水层进行跨季节储热，相比于浅部含水层储热，地热温度恢复更快，不需要考虑含水层能量平衡，且深层含水层温度更高，无需安装热泵。
43、本发明在技术方案转化后，将非供暖期收集太阳能储存至储热水池和深部含水层中，并在冬季供暖期使用，解决了太阳能在夏季和冬季的供需不匹配的问题，实现夏热冬用，提高太阳能全年利用率。
44、第二，本发明解决的现有技术的技术问题：
45、1.单一热源依赖性：现有技术中，季节性储热系统通常依赖单一热源，如仅利用太阳能或地热能，无法充分利用不同季节的多种热能资源，导致储热效率低下。
46、2.季节性储热能力不足：传统的季节性储热系统在冬季供暖需求高峰时往往难以提供足够的热能，无法保障持续稳定的供暖。
47、3.系统效率低：现有储热系统的热能转换和利用效率较低，热能损失较大，导致供暖效果不佳，能源利用率低。
48、4.缺乏智能化控制：传统系统缺乏智能化控制手段，难以实现对热能储存和利用过程的精确监控和动态调节，影响了系统的整体性能。
49、本发明获得的显著技术进步：
50、1.联合多种热源，提高储热效率：本发明通过水池和深部含水层联合利用太阳能和地热能，充分发挥了两种热源的优势，提高了储热和供暖效率。夏季利用太阳能储热，冬季结合地热能供暖，实现了跨季节的高效热能利用。
51、2.跨季节储热，保障供暖稳定性：本发明的系统设计能够在夏季储存热能，冬季释放热能，有效应对冬季供暖需求高峰，保障了供暖的持续性和稳定性，提升了供暖质量。
52、3.多种供暖模式，灵活调节供暖方式：本发明提供了多种供暖模式，包括直接供暖、通过第二换热器换热供暖和通过热泵机组供暖，能够根据储热水池温度灵活调节，最大限度地提高热能利用效率，减少热能损失。
53、4.智能化控制，提高系统效率：本发明在储热水池供暖子系统中引入温度传感器和多个阀门，通过智能化控制，实现对热能储存和供暖过程的实时监测和动态调节，提高了系统的整体运行效率和可靠性。
54、5.循环利用，节能环保：本发明的深部含水层供暖子系统通过第三换热器和热井、冷井的循环利用，实现了热能的高效转换和循环利用，减少了能源消耗，具有显著的节能环保优势。
55、通过这些技术进步，本发明有效解决了现有技术中的关键问题，提高了储热和供暖系统的效率和可靠性，为跨季节储热和供暖提供了先进的解决方案。
56、第三，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：
57、本发明联合储热水池和含水层，结合太阳能和地热能，充分发掘两种可再生能源潜力，不仅确保供暖稳定性，还能在节能环保方面树立标杆，彰显绿色发展理念。另外，该系统通过引入多样化的供暖模式，实现了灵活的调节，从而提高系统运行效率。同时，智能化控制的引入可优化能源分配，有效降低投资成本，最终实现经济效益与环境效益的双赢。
58、第四，现有的供暖和制冷系统在能源利用效率和环境影响方面存在诸多问题。传统的化石燃料供热系统能效低下，排放大量温室气体，对环境造成严重污染。现有的储热系统在季节变化的能源需求调整上存在技术瓶颈，难以实现高效的跨季节热量存储和利用。同时，太阳能、风能等可再生能源的间歇性和不稳定性，使得能源系统难以平衡供需，无法稳定提供高质量的能源服务。
59、本发明通过将风电、太阳能光伏光热、燃料电池等多种能源互补结合，显著提高了系统的能源利用效率。系统在夏季利用太阳能集热器将热量存储至储热水池和深部含水层，在冬季则通过储热系统提供稳定的供暖服务，实现了跨季节的热量存储与利用。这一技术进步不仅提高了能源利用率，还有效减少了化石燃料的使用和温室气体的排放，具有显著的环境效益。
60、本发明采用智能控制系统，根据实时能源供需情况，动态调整各能源子系统的运行状态。在电负荷需求不同的情况下，通过智能控制风电、燃料电池、光伏发电、电锅炉等设备的运行，实现能源的高效利用和灵活调度。尤其在用电高峰和低谷时段，系统能够自动切换至不同的能源供应模式，确保用户端的稳定供电和供暖。这一进步大幅提高了能源系统的可靠性和稳定性。
61、本发明在供暖阶段，根据储热水池中的水温，灵活选择直接供暖、换热供暖和热泵升温供暖三种工况，确保不同温度条件下的高效供暖。同时，系统在供暖过程中还集成了热回收功能，通过热井和冷井的循环利用，实现了热量的高效回收和再利用。这一技术进步不仅提高了供暖效率，还优化了热量的循环利用，降低了能源消耗。
62、通过利用可再生能源和跨季节储热技术，本发明大幅减少了对化石燃料的依赖，降低了温室气体的排放。系统在实现高效供暖和供电的同时，最大限度地利用了太阳能、风能等清洁能源，促进了能源系统的可持续发展。这一进步不仅符合当前节能减排和环保政策的要求，还为未来的绿色能源发展提供了重要的技术支持。
1.一种水池和深部含水层联合跨季节储热系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的水池和深部含水层联合跨季节储热系统，其特征在于，所述储热水池供暖子系统，包括储热水池、温度传感器、第一换热器、第二换热器、热泵机组、第二水泵、第三水泵、第五水泵、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门；
3.如权利要求1所述的水池和深部含水层联合跨季节储热系统，其特征在于，所述深部含水层供暖子系统，包括热井、冷井、第三换热器、第四换热器、第六水泵、第七水泵、第十阀门、第十一阀门。
4.如权利要求2所述的水池和深部含水层联合跨季节储热系统，其特征在于，所述第一换热器连接储热水池和太阳能集热器，储热水池一侧布置有第二水泵和第二阀门，太阳能集热器一侧布置有第一水泵和第一阀门。
5.如权利要求2所述的水池和深部含水层联合跨季节储热系统，其特征在于，所述第二换热器连接储热水池和用户，储热水池一侧布置有第三水泵和第四阀门，用户一侧布置有第五水泵和第七阀门；所述第三换热器连接深部含水层热井、冷井以及用户，深部含水层侧布置有第六水泵和第十阀门，用户侧布置有第四水泵和第九阀门。
6.如权利要求3所述的水池和深部含水层联合跨季节储热系统，其特征在于，所述第四换热器连接深部含水层热井、冷井以及太阳能集热器，深部含水层侧布置有第七水泵、第十一阀门，太阳能集热器侧布置有第八水泵和第十二阀门；所述热泵机组连接储热水池和用户，储热水池一侧布置有第三水泵和第三阀门，用户一侧布置有第五水泵和第六阀门。
7.一种用于实施权利要求1-6任意一项所述的水池和深部含水层联合跨季节储热系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.一种水池和深部含水层联合跨季节储热系统的储热工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.一种水池和深部含水层联合跨季节储热系统的供暖工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.一种水池和深部含水层联合跨季节储热系统的热回收工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
