具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1-2所示，一种中深层地热能耦合太阳能的零排放供热系统，包括产能单元1、储能单元2以及用能单元3，产能单元1具有中深层地埋管换热装置11、太阳能光热集热装置12以及光伏发电系统13，储能单元2具有与用能单元3相连的电储热锅炉21，中深层地埋管换热装置11与电储热锅炉21直接相连，或者，中深层地埋管换热装置11通过中深层地热热泵22与电储热锅炉21和/或用能单元3相连，且太阳能光热集热装置12与电储热锅炉21和/或用能单元3相连，光伏发电系统13连接有储电设备23，且储电设备23与电储热锅炉21、中深层地热热泵22以及用能单元3中的至少一个相连。优选地，这里的储电设备23分别连接有电储热锅炉21、中深层地热热泵22、用能单元3的电地暖设备33以及中深层井循环水泵112。

其中，产能单元1主要是通过中深层地热能、太阳能生产热能和电能，实现能源侧百分百可在生能源应用，从而实现零排放供热，储能单元2主要是通过储电设备23和电储热锅炉21存储热电，并通过电加热或者热泵的方式，将电能转化成热能，用能单元3包括：建筑终端采暖辐射地板31与建筑墙体毛细辐射系统32组合，或者建筑墙体毛细辐射系统32和电地暖设备33组合，或者三者组合。主要包含了建筑终端用于采暖的设备和用热水设备。系统通过智能控制和调解储能手段，高效实现产能单元的热电生产，并转化成终端所需的热能，实现智能热网的供需平衡。

具体来讲，这里的电储热锅炉21设置在供热负荷侧管路24上，供热负荷侧管路24一端分别与中深层地埋管换热装置11和太阳能光热集热装置12并联接，另一端与用能单元3的建筑终端采暖辐射地板31相连，且中深层地热热泵22连接在供热负荷侧管路24上。

其中，这里的供热负荷侧管路24上设有位于电储热锅炉21一侧的负荷侧一级水泵25以及位于电储热锅炉21另一侧的负荷侧二级水泵26，且负荷侧一级水泵25通过电储热锅炉21与负荷侧二级水泵26相连或者负荷侧一级水泵25和负荷侧二级水泵26直接相连。

本实施例中的中深层地埋管换热装置11包括若干依次设置的中深层封闭式循环井111，且中深层封闭式循环井111分别通过中深层井循环水泵112与供热负荷侧管路24相连。

优选地，这里的中深层封闭式循环井111中至少一个通过旁通管路113直接连接用能单元3的建筑墙体毛细辐射系统32。中深层封闭式循环井111内一部分5~15℃水直供进入墙体毛细辐射系统32中，从而利用较低温度水提高建筑维护结构的保温性能，承担了部分室外冷负荷。

进一步地，这里的太阳能光热集热装置12包括太阳能光热集热器121，太阳能光热集热器121通过集热循环水泵122与蓄热水箱123相连，且蓄热水箱123连接在供热负荷侧管路24上。

其中，中深层封闭式循环井111中与建筑墙体毛细辐射系统32相连的中深层封闭式循环井111分别通过第一阀门114与建筑墙体毛细辐射系统32相连以及通过第二阀门115连接在供热负荷侧管路24上，且供热负荷侧管路24的供水管241上设有位于中深层地热热泵22的两个进水端之间的第三阀门116，供热负荷侧管路24的回水管242上设有位于中深层地热热泵22的两个回水端之间的第四阀门117。

如图3-4所示，这里的建筑墙体毛细辐射系统32包括设置在内墙抹灰321和外墙抹灰322之间的墙体323，所述的墙体323靠近外墙抹灰322一侧具有毛细系统板材324，且所述的毛细系统板材324包括设置在墙体323一侧的固定格栅325，所述的固定格栅325上固定有毛细管网326，所述的毛细管网326分布于墙体323一侧且所述的毛细管网326的进出水口分别与中深层封闭式循环井111相连。

本实施例中，一种中深层地热能耦合太阳能的零排放供热系统的工作工况如下：

单供热工况：

中深层地热热泵地板采暖单供热工况：启动中深层封闭式循环井111，开启中深层井循环水泵112，开启中深层地热热泵22以及供热负荷侧一级水泵25和负荷侧二级水泵26，为建筑终端采暖辐射地板31提供45℃温度的热水。

太阳能光热系统地板采暖单供热工况：开启太阳能光热集热器121、蓄热水箱123、集热循环水泵122，建立太阳能集热循环，开启供热负荷侧一级水泵25和负荷侧二级水泵26，为建筑终端采暖辐射地板31提供45℃温度的热水。

电储热锅炉地板采暖单供热工况：开启电储热锅炉21电加热功能或者储热释热功能，开启负荷侧二级水泵26，为建筑终端采暖辐射地板31提供45℃温度的热水。

太阳能光伏发电电采暖单供热工况：开启光伏发电系统13，将电力通过储电设备23存储起来，并直接供应给建筑终端室内的采用地暖电热膜的电地暖设备33，实现地面辐射电供暖方式，由于末端已用中深层水地板采暖，可在主要活动区域铺设电热膜作为辅助供暖。

中深层地热直供墙体保温供热工况：开启与旁通管路113连接的中深层封闭式循环井111，开启中深层井循环水泵112，通过旁通管路113直接连接建筑墙体毛细辐射系统32，提供5~15℃温度的热水用于墙体热辐射，减少维护结构带来的冷负荷。

融雪供热工况：

如附图7所示：中深层封闭式循环井111是由同心套管结构组成，外管111a由石油钢管通过水泥固定在地下2000米的钻井中，内管111b为耐高温的改性PE管材，内管111b底部为筛管，起到支撑内管和流通介质的作用，循环水从外管外管111a环空区域进入，从内管111b底部被水泵抽上地面，并与建筑墙体毛细辐射系统32连接，北方地区，岩土100米浅层温度大约在10℃左右，2000米中深层温度至少60℃，所以中深层封闭式循环井111的供回水温度在间歇后启动运行瞬时可高达60℃，足以快速融雪，并快速提高室内温度，改善辐射系统升温慢的特性，稳定供热后可在15℃供水工况下运行，也能保持外墙不被冰雪附着，同时承担部分室内热负荷,这样防止极寒地区的建筑外墙产生冰雪，较低温度可以融雪，从而减少室内热负荷需求。

复合供热工况：

如附图2所示，根据负荷变化比例，优先启动中深层地埋管换热装置11和直供系统，作为基础供热热源，此时运行的是中深层地热热泵22单供热工况和中深层地热直供墙体保温供热工况，当中深层地热供应热负荷满足不了峰值负荷，再启动太阳能光热集热装置12进行联合供热，此时复合运行了太阳能光热系统供热工况，对于极端寒冷天气，启动电储热锅炉21电加热或者储热释热进行供热，同时启动电采暖，此时运行的是中深层地热热泵复合太阳能光热和电储热锅炉供热系统供热工况，辅助电采暖单供热工况。复合系统根据系统供热能效最优作为控制目标，切换热源系统，以降低系统能耗，同时提高系统稳定性。

储能工况：

相变锅炉储热工况：

如附图5所示，在非供暖季节或者供暖季节的间歇供暖期间，可开启太阳能光热集热器121和光伏发电系统13，太阳能光热集热器可以制备热水，光伏发电系统发电可以通过电储热锅炉21制备热水，从而把太阳能转化的热能储存到锅炉相变储热材料中。

中深层岩土体储热工况：

如附图6所示，在非供暖季节或者供暖季节的间歇停暖期间，可开启太阳能光热集热器121和光伏发电系统13，太阳能光热集热器可以制备热水，光伏发电系统发电可以通过电储热锅炉21制备50℃以上的热水，同时开启中深层井循环水泵112，将太阳能光热光伏制备的50℃以上的热水在中深层封闭式循环井111中循环，从而把太阳能，通过光热和光电两种方式储存到地下中深层岩土体中，使得岩土体上半部分平均温度得到提高，有利于提升地热井供热工况效率。驱动水系统循环的水泵电力又来自于太阳能光伏系统，所以储热本身不产生能耗。

太阳能光伏储电工况：

开启光伏发电系统13，将电力通过储电设备23存储起来，使得在热网系统需要的时候，可以稳定输送给中深层地热热泵22、电储热锅炉21以及电地暖设备33。

储热的热量可作为调峰热源使用，从而进一步降低整体运行能耗。对于多个中深层封闭式地热井的井群，可以将部分井作为储热井，部分井作为供热井，在运行期间灵活配置，提高整体运营效率。

本实施例的有益效果在于：

可在生能源多能互补：能源侧百分百利用可在生能源，即太阳能光伏、太阳能光热以及中深层地热能多能互补，通过创新的光热地热系统与建筑用能的耦合梯级设计，减少了太阳能光伏的装机容量，优化了系统配置，减少零排放系统的初投资，使得系统推广范围更广泛。

跨周期储用结合：除了在供暖季期间采用相变锅炉储热和太阳能光伏储电进行调峰，即在充分利用中深层地热能作为基础热源，辅助太阳能作为调峰措施，同时利用太阳能在非供暖季节或者供暖季节的间歇供暖期对地下岩土体和相变锅炉进行蓄能，利用多能互补系统调峰、蓄能技术，极大地增强了中深层封闭式地热井的换热能力，还创新地采用了中深层岩土体储热技术，即在非供暖季节或者供暖季节的间歇停暖期间，将来自太阳能光伏光热制备的热水反向存储到中深层岩土体中，使得中深层埋管周围的岩土体平均温度升高，极大提高了中深层地热热泵供热和直供供热工况的效率。不仅实现了中深层地下换热的热平衡，还克服了太阳能不稳定的缺点，系统整体运行能效高。

地热能梯级利用：传统中深层地热供暖是水热型，而非封闭式换热，面临着回灌难题，本发明中所述中深层地热供暖，是采用中深层封闭式循环的热泵系统，用中深层地热井内换热器加热循环出来的热水作为热源，没有回灌问题，但是换热能力有限，此时可进行梯级利用，根据200~2000米深度不同，利用循环水温在5~15℃之间，如果用于末端供暖，至少需要45℃水进入地板采暖系统，部分5~15℃水进入热泵机组蒸发器，通过热泵机组的提升，达到建筑物地板采暖系统45℃水供热要求，同时一部分5~15℃水直供进入墙体毛细辐射系统中，如附图3-4所示，从而利用较低温度水提高建筑维护结构的保温性能，承担了部分室外冷负荷。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了产能单元1、中深层地埋管换热装置11、中深层封闭式循环井111、外管111a、内管111b、中深层井循环水泵112、旁通管路113、第一阀门114、第二阀门115、第三阀门116、第四阀门117、太阳能光热集热装置12、太阳能光热集热器121、集热循环水泵122、蓄热水箱123、光伏发电系统13、储能单元2、电储热锅炉21、中深层地热热泵22、储电设备23、供热负荷侧管路24、供水管241、回水管242、负荷侧一级水泵25、负荷侧二级水泵26、用能单元3、建筑终端采暖辐射地板31、建筑墙体毛细辐射系统32、电地暖设备33、内墙抹灰321、外墙抹灰322、墙体323、毛细系统板材324、固定格栅325、毛细管网326等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。