本發(fā)明涉及能源控制，尤其涉及一種太陽能跨季節(jié)蓄熱冷熱雙供系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著可再生能源的快速發(fā)展，太陽能作為一種清潔、環(huán)保的能源在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用；太陽能跨季節(jié)蓄熱系統(tǒng)利用太陽能集熱模塊在夏季收集并儲存熱量，以滿足冬季供暖需求；現(xiàn)有的太陽能蓄熱系統(tǒng)通常采用相變材料作為儲能介質(zhì)，通過其物理特性實現(xiàn)熱能的存儲和釋放；然而，現(xiàn)有技術(shù)中，這類系統(tǒng)常面臨土壤溫度變化大、蓄熱體溫度難以有效調(diào)控的問題，導致系統(tǒng)在不同季節(jié)、不同環(huán)境條件下的熱量分配不均，難以保持蓄熱系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性。

2、當前的技術(shù)方案往往缺乏動態(tài)調(diào)節(jié)機制，無法實時調(diào)整蓄熱系統(tǒng)的溫度分層，使得高溫載熱介質(zhì)和相變材料的熱交換效率大打折扣；同時，在極端氣候條件下，土壤溫度可能會超過蓄熱系統(tǒng)的設(shè)計溫度范圍，導致過熱或過冷現(xiàn)象，進而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和能效；此外，現(xiàn)有技術(shù)中大多缺少有效的土壤溫度監(jiān)測及控制方法，導致無法精確調(diào)節(jié)冷熱雙供管路的切換，不能根據(jù)實際需求進行智能化調(diào)整，從而影響整體系統(tǒng)的熱量調(diào)配和溫度管理。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于上述目的，本發(fā)明提供了一種太陽能跨季節(jié)蓄熱冷熱雙供系統(tǒng)。

2、一種太陽能跨季節(jié)蓄熱冷熱雙供系統(tǒng)，包括太陽能集熱模塊、分層蓄熱模塊、土壤溫度監(jiān)測模塊、蓄熱控制模塊、冷熱雙供切換模塊和地源熱泵補償模塊；其中：

3、太陽能集熱模塊：用于將太陽能轉(zhuǎn)化為高溫載熱介質(zhì)；

4、分層蓄熱模塊：包括有蓄熱體，所述蓄熱體用于接收太陽能集熱模塊提供的高溫載熱介質(zhì)；

5、土壤溫度監(jiān)測模塊：用于實時采集目標區(qū)域地下10-20米深度土壤溫度數(shù)據(jù)；

6、蓄熱控制模塊：用于根據(jù)土壤溫度數(shù)據(jù)生成介質(zhì)流向指令，控制高溫載熱介質(zhì)依次注入分層蓄熱模塊的各個溫度層，確保蓄熱體內(nèi)熱量的分布和儲存；

7、冷熱雙供切換模塊：包括三通換向閥，并與分層蓄熱模塊的輸出端連接，用于根據(jù)季節(jié)模式切換至供熱管路或供冷管路，實現(xiàn)冷熱雙供功能；

8、地源熱泵補償模塊：通過u型地埋管與蓄熱控制模塊聯(lián)動，用于在土壤溫度超過預(yù)設(shè)閾值時啟動地源熱泵進行溫度補償，以保持系統(tǒng)溫度在預(yù)定范圍內(nèi)。

9、可選的，所述太陽能集熱模塊包括太陽能集熱板單元、熱交換管道單元以及熱傳導介質(zhì)單元；其中：

10、太陽能集熱板單元：包括多個太陽能集熱板，集熱板的表面均涂覆有吸熱材料，包括鉻合金、鋁合金、銅合金或石墨烯，用于吸收太陽輻射熱能，將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能；

11、熱交換管道單元：包括多個熱交換管道，熱交換管道通過流體連接至太陽能集熱板，所述流體為選自水或乙二醇溶液熱的傳導介質(zhì)；

12、熱傳導介質(zhì)單元：包括有載熱介質(zhì)，該載熱介質(zhì)為選自水、乙二醇溶液或聚丙烯醇溶液的熱傳導液，能在低流速下吸收和傳遞熱量。

13、可選的，所述分層蓄熱模塊包括蓄熱體單元、熱交換通道單元以及防熱短路隔板單元；其中：

14、蓄熱體單元：包括多個相變材料蓄熱體，用于在接收到高溫載熱介質(zhì)時吸收并存儲熱能；蓄熱體為多孔結(jié)構(gòu)；所述相變材料的熔點范圍設(shè)置在50-90℃之間；

15、熱交換通道單元：包括多個熱交換通道，該通道沿蓄熱體內(nèi)部布置，設(shè)計為蛇形或螺旋形結(jié)構(gòu)，以最大化與高溫載熱介質(zhì)的接觸面積；高溫載熱介質(zhì)通過熱交換管道進入熱交換通道，與蓄熱體接觸，傳遞熱量至相變材料，促使相變材料吸收熱量；

16、防熱短路隔板單元：用于在蓄熱體的不同溫度層之間部署防熱短路隔板，防止不同溫度層之間的熱量混合，確保熱量的分層存儲；所述防熱短路隔板采用不銹鋼或陶瓷材料制成。

17、可選的，所述土壤溫度監(jiān)測模塊包括土壤溫度傳感單元、數(shù)據(jù)采集單元以及數(shù)據(jù)傳輸單元；其中：

18、土壤溫度傳感單元：包括多個溫度傳感器，并埋設(shè)在目標區(qū)域地下10-20米深度的不同位置，用于實時監(jiān)測目標區(qū)域的土壤溫度；每個傳感器的測量范圍設(shè)定為-40至100℃；

19、數(shù)據(jù)采集單元：用于接收來自土壤溫度傳感單元的信號，并對信號進行放大、濾波和數(shù)字化處理，確保數(shù)據(jù)的準確性和穩(wěn)定性；

20、數(shù)據(jù)傳輸單元：用于將處理后的土壤溫度數(shù)據(jù)傳輸至蓄熱控制模塊，數(shù)據(jù)傳輸采用無線通信方式，通信協(xié)議選擇rs485、zigbee或lora。

21、可選的，所述蓄熱控制模塊包括溫度數(shù)據(jù)處理單元、溫度閾值判斷單元以及介質(zhì)流向指令生成單元；其中：

22、溫度數(shù)據(jù)處理單元：用于接收來自土壤溫度監(jiān)測模塊的實時土壤溫度數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)清洗與濾波處理，處理后的溫度數(shù)據(jù)通過插值算法平滑處理，以獲得土壤溫度變化趨勢；

23、溫度閾值判斷單元：用于根據(jù)處理后的土壤溫度數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的上下溫度閾值進行比對，判斷當前土壤溫度是否處于預(yù)定范圍內(nèi)，進而決定是否需要調(diào)整介質(zhì)流向；

24、介質(zhì)流向指令生成單元：用于根據(jù)溫度閾值判斷單元的判斷結(jié)果，結(jié)合土壤溫度變化趨勢與設(shè)定的工作模式，生成控制高溫載熱介質(zhì)流向的指令。

25、可選的，所述溫度數(shù)據(jù)處理單元包括：

26、數(shù)據(jù)清洗：使用統(tǒng)計方法對溫度數(shù)據(jù)進行異常值識別；通過計算每個數(shù)據(jù)點的z-score值來判斷該數(shù)據(jù)點是否為異常值；若z-score值超過設(shè)定的閾值，則該數(shù)據(jù)點被視為異常值，并從數(shù)據(jù)集中刪除；

27、數(shù)據(jù)濾波：在清洗后的溫度數(shù)據(jù)上應(yīng)用低通濾波器進行平滑處理，以去除高頻噪聲；

28、插值算法：對處理后的數(shù)據(jù)應(yīng)用插值算法，以平滑數(shù)據(jù)曲線并填補缺失數(shù)據(jù)，其計算公式為：其中，s(x)為插值函數(shù)，xi為數(shù)據(jù)點，ai,bi,ci,di為樣條插值的系數(shù)，n為插值數(shù)據(jù)點的總數(shù)；

29、趨勢分析：使用平滑后的數(shù)據(jù)進行趨勢分析，計算土壤溫度變化的長期趨勢和短期波動，以識別土壤溫度變化的規(guī)律。

30、可選的，所述溫度閾值判斷單元包括：

31、預(yù)設(shè)溫度范圍確定：設(shè)定土壤溫度的理想工作范圍，包括上限溫度tmax和下限溫度tmin；

32、當前土壤溫度獲?。航邮諄碜酝寥罍囟缺O(jiān)測模塊的實時土壤溫度數(shù)據(jù)，記為tcurrent，并與設(shè)定的溫度范圍進行比對；

33、溫度范圍比對：判斷當前土壤溫度tcurrent是否處于預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)，若當前土壤溫度tcurrent大于上限溫度，則表示系統(tǒng)進入過熱狀態(tài)，需啟動降溫措施；若當前土壤溫度tcurrent小于下限溫度tmin，則表示土壤溫度過低，需啟用加熱功能。

34、可選的，所述介質(zhì)流向指令生成單元包括：

35、接收溫度判斷結(jié)果：接收溫度閾值判斷單元的判斷結(jié)果，確定當前土壤溫度是否超過設(shè)定的溫度范圍；

36、土壤溫度變化趨勢：根據(jù)溫度數(shù)據(jù)處理單元輸出的土壤溫度變化趨勢數(shù)據(jù)，通過插值算法計算土壤溫度變化速率；

37、判斷工作模式：根據(jù)設(shè)定的工作模式，判定是否處于加熱模式、降溫模式或正常模式；

38、流向指令生成：根據(jù)溫度判斷結(jié)果、土壤溫度變化速率及工作模式，生成控制高溫載熱介質(zhì)流向的指令；

39、當系統(tǒng)進入加熱模式時，且土壤溫度變化速率為負值，表示溫度正在下降，則生成指令增加熱介質(zhì)流量，優(yōu)先注入低溫層以加熱土壤；

40、當系統(tǒng)進入降溫模式時，且土壤溫度變化速率為正值，表示溫度正在上升，則生成指令增加冷介質(zhì)流量，優(yōu)先注入高溫層以降溫；

41、若土壤溫度變化速率為零，表示溫度變化趨勢平穩(wěn)，則指令維持當前流向和流量。

42、可選的，所述冷熱雙供切換模塊包括季節(jié)模式判斷單元、管路切換控制單元以及三通換向閥驅(qū)動單元；其中：

43、季節(jié)模式判斷單元：用于根據(jù)外部環(huán)境溫度或用戶設(shè)定的時間段判斷當前季節(jié)模式，判斷結(jié)果為加熱模式或降溫模式；

44、管路切換控制單元：用于根據(jù)季節(jié)模式判斷單元的判斷結(jié)果，控制三通換向閥切換供熱管路或供冷管路；若進入加熱模式，管路切換控制單元控制三通換向閥切換至供熱管路，將高溫載熱介質(zhì)輸送至需要加熱的區(qū)域；若進入降溫模式，控制三通換向閥切換至供冷管路，將冷卻介質(zhì)輸送至需要降溫的區(qū)域；

45、三通換向閥驅(qū)動單元：用于接收管路切換控制單元的指令，通過電動或氣動驅(qū)動三通換向閥進行物理切換，確保載熱介質(zhì)能夠正確進入供熱或供冷管路。

46、可選的，所述地源熱泵補償模塊包括溫度閾值判斷單元、地源熱泵啟動單元以及溫度補償控制單元；其中：

47、溫度閾值判斷單元：用于根據(jù)預(yù)設(shè)的土壤溫度閾值tthreshold判斷當前土壤溫度tcurrent是否超過該閾值；若當前土壤溫度tcurrent大于tthreshold，判斷單元輸出啟動信號給熱泵驅(qū)動單元；若土壤溫度未超過閾值，則系統(tǒng)維持當前狀態(tài)，無需進行補償；

48、地源熱泵啟動單元：用于在溫度閾值判斷單元判斷土壤溫度tcurrent超過設(shè)定閾值tthreshold，向地源熱泵提供啟動信號；

49、溫度補償控制單元：用于根據(jù)土壤溫度tcurrent與目標溫度ttargett的差值，計算需要補償?shù)臏囟攘?，并通過調(diào)節(jié)地源熱泵的輸出功率來補償多余的熱量。

50、本發(fā)明的有益效果：

51、本發(fā)明，通過結(jié)合土壤溫度實時監(jiān)測與動態(tài)溫度調(diào)節(jié)，能夠精準地控制高溫載熱介質(zhì)的流向與溫度變化，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于土壤溫度波動導致的系統(tǒng)穩(wěn)定性差、熱量分配不均等問題；通過引入分層蓄熱模塊和溫度控制模塊，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)溫度分層存儲和精確調(diào)節(jié)，確保相變材料的最佳工作溫度范圍得到維持，大大提升了熱能存儲和釋放效率。

52、本發(fā)明，通過智能化切換冷熱雙供管路，根據(jù)季節(jié)變化自動調(diào)整供熱與供冷模式，進一步提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和靈活性；地源熱泵的加入，使得系統(tǒng)能夠在土壤溫度超過預(yù)設(shè)閾值時及時啟動，進行溫度補償，避免了過熱或過冷的現(xiàn)象，確保系統(tǒng)在不同季節(jié)和氣候條件下都能高效運行。