具体实施方式

图1示出了常规的现有技术中的与建筑物50相连的地热加热设备。地热加热设备包括地孔2或钻孔，该地孔2或钻孔设置至地下并且从地面1向下延伸至地下中。地孔2可以通过钻凿或一些其他开掘方法形成。

在本申请的上下文中，地孔2自地面1的深度可以是至少300m、或至少500m、或介于300m至3000m之间、或介于500m至2500m之间。可替代地或附加地，地孔2延伸至地下中至温度至少为15℃、或大约20℃、或至少20℃的深度处。

地孔2可以在地下中延伸至地下水位下方的一深度处，即穿过地下水位。可替代地，地孔2可以在地下中延伸至地下水位上方的一深度处。

应当注意，在附图中，相似的结构部分和结构用相同的附图标记表示并且不再关于每幅附图重复对其的描述。

此外，在本申请中，地孔2可以是延伸至地下中的任意类型的孔，地孔2可以是竖向孔、竖向直孔或者相对于地面1或竖向方向成一定角度地延伸至地下中的其他方式的直孔。此外，地孔2可以具有一个或多个弯曲部并且地孔的方向可以沿地下的长度朝向地孔2的下端部或底部改变一次或多次。附加地，应当注意，地热换热器的升管和排放管的形状或形式可以优选地符合、至少大体上符合地孔2的形状或形式，以将升管和排放管适当地安装至地孔2中。优选地，地孔2延伸至如上所述的深度，但是地孔2可以沿长度方向弯曲一次或多次或者其可以是直型的。

地孔的下端部4处的地下材料通常是岩石材料。因此，地下或地下的岩石材料可以形成地孔的表面、或者沿升管或排放管的长度的至少一部分形成地热换热器的升管或排放管的内表面。

地热换热器55布置成与地孔2相连。地热换热器55包括管道系统布置，地热工作流体在该管道系统布置中循环。管道系统布置通常包括布置成提供地热工作流体的封闭循环的闭环管道系统。地热工作流体通常是液体、如水或甲醇或乙醇基工作流体。管道系统布置包括升管11和排放管21，升管11和排放管21布置到地孔2中使得升管11和排放管21从地面1朝向地孔2的底部4延伸。升管11和排放管21在升管11和排放管21的下端部处彼此流体连通，以使地孔2中的地热工作流体在升管11和排放管21之间循环。可以存在布置到相同或不同地孔2中的一个或多个升管11和排放管21。

在优选实施例中，地孔2形成排放管21。可替代地，地孔2形成排放管21的至少一部分并且存在单独的上部排放管(未示出)，该单独的上部排放管布置到地孔2的上部部分中并且从地面1延伸预定距离到地孔2中。

因此，升管11布置在地孔2的内部。升管11在下端部17处开放。因此，升管11与排放管21或地孔2经由升管11的开放的下端部17彼此流体连通。将地孔2设置成排放管的优点在于，地热工作流体与地下直接接触从而提供有效的热传递。此外，当地孔2较深时，可能难以安装单独的排放管。

地热换热器55还包括第一泵8，第一泵8布置至管道系统布置11、21以使地热工作流体在管道系统布置中循环。第一泵8可以是能够使地热工作流体循环的任意类型的已知泵。

地热换热器55还连接至热泵30，在热泵30中，热交换在地热工作流体与热泵工作流体之间进行。此外，在热泵30中，热交换在热泵工作流体与建筑物50的建筑物空间51的初级工作流体之间进行。

在图1中，地热换热器55和热泵30布置成与建筑物50相连。地热换热器55用于加热或冷却建筑物空间51的初级工作流体。建筑物空间51的初级工作流体可以例如是建筑物或建筑物空间的通风空气或在建筑物51或建筑物空间51的加热和/或冷却系统中流动的一些其他初级工作流体。

热泵30和地热换热器55一起形成地热加热设备。热泵30和升管11可以通过第一连接管3彼此连接，热泵30和排放管21可以通过第二连接管5彼此连接。第一连接管3可以形成升管11的一部分，第二连接管5可以形成排放管5的一部分。第一泵8设置至升管11或第一连接管3处。可替代地，第一管可以设置至排放管21或第二连接管5处。

如图1至图9和图11所示，地热换热器的地热工作流体可以布置成在热泵30中循环。因此，升管11和排放管21可以直接连接至热泵30。可替代地，如图10所示，可以在热泵30与地热换热器55之间设置附加换热器，即次级换热器31。地热换热器55连接至次级换热器31，使得地热工作流体设置成与在次级管道回路32中流动的次级工作流体热传递式连接。次级管道回路32连接至热泵30以及连接至次级换热器31，使得次级工作流体可以将热能传递至热泵30或初级工作流体以及将热能从热泵30或初级工作流体中传递出来、并将热能传递至次级换热器31或地热工作流体以及从次级换热器31或地热工作流体中传递出来。在下文中，所有实施例均可以如图1所示或如图10所示地实施。因此，次级工作流体等同于地热工作流体，并且次级管道回路等同于第一连接管3和第二连接管5以及升管11和排放管21。

因此，本发明的方法的第一换热器步骤可以包括执行下述第一热交换步骤，在该第一热交换步骤中通过热泵30将热能从建筑物空间51的初级工作流体提取至地热工作流体中，以冷却建筑物空间51以及加热地热工作流体。可替代地，第一热交换步骤可以包括进一步利用次级换热器31、次级管道回路32和次级工作流体。因此，第一热交换步骤可以包括将热能从建筑物空间51的初级工作流体提取至次级工作流体，并且进一步将热能从次级工作流体提取至地热工作流体。这可以通过以下步骤进行：通过热泵30将热能从建筑物空间51的初级工作流体提取至在次级管道回路32中循环的次级工作流体、以及通过次级换热器31进一步进行从次级工作流体到地热工作流体的热交换。因此，在本发明中，第一热交换步骤包括初级工作流体与地热工作流体之间的所有可能的中间热交换步骤。

在热泵30的加热模式下以及在地热换热器的热提取模式下，地热工作流体从地孔2中、尤其是地孔2的下端部4的下部部分中或下端部4附近处的地下接收或提取热力学能，使得地热工作流体的温度升高并且加热地热工作流体。接下来地热工作流体沿升管11向上循环或输送并经由第一连接管3循环或输送到热泵30。

图2示意性地示出了与建筑物50和地热换热器相连的热泵30的一个实施例。

在热泵30的加热模式下以及在地热热交换的热提取模式下，在热泵30中，地热工作流体将热力学能释放至热泵工作流体。热泵工作流体在热泵30的次级热交换连接部104中从地热工作流体接收热力学能。热泵工作流体可以是任意合适的流体、如制冷剂。热泵30可以包括泵35，泵35设置至热泵30处以使热泵工作流体在热泵30中循环。

次级热交换连接部104可以是蒸发器，并且液态热泵工作流体在蒸发器104中从地热工作流体接收或吸收热力学能并且热泵工作流体转变成气体或变成气体。接下来气态热泵工作流体流动或循环到压缩机101中，该压缩机101布置成使压力升高以及使气态热泵工作流体的温度增加。

接下来气态热泵工作流体在热泵30的初级热交换连接部103中将热力学能释放至建筑物空间51或建筑物50的初级工作流体。初级工作流体在初级热传递连接部中从热泵工作流体接收热力学能。

初级热交换连接部103可以是冷凝器，以及气态热泵工作流体可以随其将热力学能释放至初级工作流体而凝结回成液体。接下来液态热泵工作流体流动或循环到膨胀装置102，在膨胀装置102中液态热泵工作流体的压力减小并且温度降低。

在热泵30的加热模式下，将冷的初级工作流体流52从建筑物50或建筑物空间51接收到热泵30中并且该冷的初级工作流体流52在初级热交换连接部103中接收热力学能，使得初级工作流体的温度增加。接下来将受热的初级工作流体流54供应至建筑物50或建筑物空间51。

接下来热泵工作流体流动或循环返回到次级热传递连接部104并且重复该循环。

地热工作流体在热泵30中或在热泵30的次级热传递连接部104中释放热力学能。热力学能被释放并且接收到热泵工作流体中。因此，地热工作流体的温度在热泵30中降低或随地热工作流体流经热泵30或次级热交换连接部104而降低。冷的地热工作流体从热泵30循环或流动至排放管21、经由第二连接管5循环或流动至排放管21，并且在地孔2中朝向地孔2的底部4向下循环或流动。在地孔2中，地热工作流体再次从地下接收或提取热力学能并且开始新的循环。

图2示出了上述过程的反向模式。在反向模式下，热泵30以冷却模式运转，使得热泵从建筑物50或建筑物空间51的初级工作流体接收或吸收热能。此外，在反向模式下，地热换热器在地孔2中将热力学能释放至地下。描述了反向运转模式。在热泵30的冷却模式下，热泵工作流体沿箭头36的方向流动。此外，在冷却模式下，初级热交换连接部103布置成将热力学能从热泵工作流体传递至初级工作流体，使得初级工作流体的温度降低并且热泵工作流体的温度增加。

液态热泵工作流体在热泵30的初级热交换连接部103中从建筑物空间51或建筑物50的初级工作流体接收或吸收热力学能。因此，初级工作流体52的温热流或热流在初级热传递连接部103中将热力学能释放至液态热泵工作流体。初级工作流体冷却下来或初级工作流体的温度降低。冷却的初级工作流体流54从热泵30流回到建筑物50或建筑物空间51。

初级热交换连接部103现在可以是蒸发器。液态热泵工作流体在蒸发器中从初级工作流体接收或吸收热力学能并且蒸发至气体，从而形成气态热泵工作流体。

气态热泵工作流体流动或循环到压缩机101。压缩机101布置使成压力升高以及使气态工作流体的温度增加。气态热泵工作流体从压缩机101流动或循环到次级热交换连接部104。在次级热交换连接部104中，高温热泵工作流体在次级热交换连接部104中将热能释放至地热工作流体。因此，热泵工作流体的温度降低并且热泵工作流体返回到液态。

次级热交换连接部104现在可以是冷凝器。气态热泵工作流体在冷凝器中将热力学能释放至地热工作流体并且转变成液体，从而形成液态热泵工作流体。

当热泵30以冷却模式运转时，地热换热器以蓄充模式运转。在蓄充模式下，地热工作流体如图1中的箭头12所示地在排放管21中向上流动并且如图1中的箭头22所示地在升管11中向下流动。在地热换热器的蓄充模式下，如图1中的箭头C所示，地热工作流体在地孔2中将热力学能释放至地下。因此，地热工作流体的温度在地孔2中降低。因此，第一泵8布置成使地热工作流体沿升管11朝向地孔2的底部4向下循环。

如图2所示，经冷却的地热工作流体沿排放管21流动或循环到热泵30，或者沿排放管21并经由第二连接管5流动或循环到热泵30，如图1和图2中的箭头12所示。在热泵30中，地热工作流体在次级热交换连接部104中从热泵工作流体接收或吸收热力学能。在次级热交换连接部104中地热工作流体的温度增加。接下来受热的地热工作流体沿升管11向下流动或循环到地孔2中，或者经由第一连接管3沿升管11向下流动或循环到地孔2中，如图1和图2中的箭头22所示。在地孔2中，地热工作流体再次将热力学能释放至地下并且地热工作流体的温度降低。地孔2周围的地下从地热工作流体吸收或接收热力学能并且地下的温度增加。接下来开始地热工作流体的新的循环。

在热泵工作流体已经在次级热交换连接部104中将热力学能释放至地热工作流体并且返回到液相之后，热泵工作流体流动或循环到膨胀装置102，在膨胀装置102中热泵工作流体的压力降低并且热泵工作流体的温度也降低。接下来热泵工作流体再次从膨胀装置102流动或循环到初级热交换连接部103，并且重复以及再次开始热泵工作流体循环。

应当注意，在本发明的上下文中，热泵30可以仅包括初级热传递连接部103和次级热传递连接部104。此外，初级热传递连接部103和次级热传递连接部104可以包括任意已知类型的换热器。因此，本发明不限于任意特定类型的热泵30。热泵30可以是液-液热泵，其中地热工作流体和初级工作流体均为液体；或是液-气(或液-空气)热泵，其中地热工作流体是液体并且初级工作流体是气体、如空气。

此外，在一些实施例中，热泵30可以被替换或者热泵30可以是热力学能在地热工作流体与建筑物空间51或建筑物50的初级工作流体之间直接传递的换热器。可替代地，热泵30可以被替换或者热泵30可以是设置在初级工作流体和地热工作流体之间的任意已知类型的热交换连接部或地热换热器。

附加地，应当注意，也可以省略热泵工作流体，并且图10的初级工作流体或次级工作流体或地热工作流体可以经由压缩机101、膨胀装置102以及初级热交换连接部103和次级热交换连接部104在热泵30中循环。

在下面的图3至图8中，更详细地描述了本发明及其不同实施例。图3至图8中的地热换热器55和热泵30对应于图1和图2的总体表示。因此，省略了以上对地热换热器55和热泵30的重复描述。在图3至图8的所有实施例中，设置有用于对建筑物50或建筑物50的建筑物空间51进行加热或冷却或调温的布置，该布置包括地孔2、地热换热器55和热泵30。图3至图8公开了与地热换热器55和热泵30相连的太阳能设备的不同实施例。在图9至图13中，更详细地描述了地热换热器及其不同的实施例。应当注意，并没有单独公开太阳能设备和地热换热器的全部组合，因此，太阳能设备和地热换热器的不同实施例可以以所有可能的方式组合。

根据本发明，太阳能设备可以是布置成用以通过将太阳能分别转换成电力或热量来产生电力或热量的任意已知类型的设备。例如，太阳能设备可以是布置成用于通过太阳能产生电力的太阳能电力设备或布置成用以通过太阳能产生热能的太阳能加热设备。

太阳能电力设备可以包括一个或多个太阳能电池板或太阳能电池，这些太阳能电池板或太阳能电池布置成用以产生电力并且布置到建筑物的结构处。太阳能电池或太阳能电池板可以是任意已知类型的太阳能电池或太阳能电池板，并且本发明不限于任意特定类型的太阳能电池或太阳能电池板。

在本发明的一些实施例中，太阳能电力设备或太阳能电池或太阳能电池板可以设置成建筑物50的一部分或建筑物50的结构的一部分，或者设置成建筑物50的一体部分或建筑物50的结构的一体部分。因此，太阳能设备可以附接或安装至建筑物50或建筑物的结构、如建筑物50的屋顶，以用于将太阳能电力设备设置至建筑物50。可替代地，建筑物50本身或建筑物50本身的一部分或者结构或结构本身的一部分形成太阳能电力设备或太阳能电力设备的一部分。因此，太阳能电力设备可以包括太阳能屋顶、太阳能窗户或太阳能壁。太阳能屋顶或太阳能壁形成建筑物50的结构的至少一部分并且布置成用以产生电力。这意味着，一体式的太阳能电力设备或太阳能屋顶、太阳能窗户或太阳能壁是建筑物的常规部分并且布置成用以产生电力。

太阳能加热设备可以包括一个或多个太阳能收集器或收集器管，这些太阳能收集器或收集器管布置成收集太阳能热能并且在太阳能加热设备中加热太阳能工作流体。太阳能加热设备可以布置至建筑物的结构。太阳能加热设备可以是任意已知类型的太阳能加热设备，并且本发明不限于任意特定类型的太阳能加热设备。

在本发明的一些实施例中，太阳能加热设备或太阳能收集器设备可以设置成建筑物50的一体部分或建筑物50的结构的一部分，或者设置成建筑物50的一体部分或建筑物50的结构的一体部分。因此，太阳能加热设备可以附接或安装至建筑物50或建筑物的结构、如建筑物50的屋顶，以用于将太阳能加热设备设置至建筑物50。可替代地，建筑物50本身或建筑物50本身的一部分或者结构或结构本身的一部分形成太阳能加热设备或太阳能加热设备的一部分。因此，太阳能加热设备可以包括例如壁或屋顶元件，该壁或屋顶元件具有一体式或嵌入式的太阳能加热设备或太阳能收集器或太阳能收集器的收集器管。壁或屋顶元件形成建筑物50的结构的至少一部分并且布置成用以产生热量或受热的太阳能工作流体。这意味着，一体式的太阳能加热设备是建筑物的常规部分并且布置成用以产生热量或受热的太阳能工作流体。

图3示出了本发明的一个实施例，其中布置包括太阳能设备110。太阳能设备110是布置成用以产生电力的太阳能电力设备110。太阳能电力设备110设置成与建筑物50相连或设置至建筑物50，并且太阳能电力设备110连接至热泵30，以用于将太阳能、所产生的太阳能电力、供应至地热加热设备、尤其供应至热泵30。因此，太阳能电力设备110连接至地热加热设备的热泵30并且布置成用以使热泵30运转。太阳能电力设备110经由电连接部112或电缆线112连接至热泵30。因此，太阳能电力设备110布置成将电力供应至热泵30以用于使热泵30运转。

如图3所示，太阳能电力设备110可以设置有电池111或者太阳能电力设备110可以包括电池111、以用于储存通过太阳能电力设备产生的电力，使得可以在需要时使用该电力。

在通过太阳能电力设备110产生电力的本发明的任意实施例中均可以设置有电池111。为简单起见，电池在所有实施例中均未单独示出，但是任意实施例中均可以设置有电池。

太阳能电力设备110可以连接至热泵30，使得热泵可以将来自太阳能电力设备的电力应用至热泵30的所有运转和部件。可替代地，太阳能电力设备110可以连接至以下部件中的一者或多者并使其运转、以用于使热泵30运转，这些部件为：压缩机101、膨胀装置102、控制装置(未示出)、初级热交换连接部103、次级热交换连接部104或泵35或热泵30的一些其他装置。控制装置可以是布置成用以控制热泵30的运转的任意装置。这与本发明的将太阳能电力设备110连接至热泵30的所有实施方式有关。

根据上述内容，图3示出了将通过太阳能电力设备110产生的电力用于使热泵30以冷却模式运转的实施例。因此，热力学能经由热泵30从建筑物50或建筑物空间51传递至地热工作流体并且在地热换热器55以蓄充模式运转时在地孔2中进一步传递至地下。因此，通过太阳能电力设备110、热泵30和地热换热器55将太阳能储存至地下。

图4A示出了替代实施例，其中布置包括太阳能设备110。太阳能设备110是布置成用以产生电力的太阳能电力设备110。太阳能电力设备110设置成与建筑物50相连或设置至建筑物50，并且太阳能电力设备110连接至地热换热器55，以用于将太阳能、所产生的太阳能电力、供应至地热加热设备、尤其供应至地热换热器55。因此，太阳能电力设备110连接至地热加热设备的地热换热器55并且布置成用以使地热换热器55运转。太阳能电力设备110通过电连接部112或电缆线112连接至地热换热器55。因此，太阳能电力设备110布置成将电力供应至地热换热器55以用于使地热换热器55运转。太阳能电力设备110还可以包括电池111。

太阳能电力设备110可以连接至地热换热器55，使得地换热器55可以将来自太阳能电力设备的电力应用至地热换热器55的所有运转和部件。太阳能电力设备110可以连接至例如第一泵8或地热换热器55的控制装置(未示出)。第一泵8布置成使地热工作流体在地热换热器55中循环。控制装置可以是布置成用以控制地热换热器55的运转的任意装置。这与本发明的将太阳能电力设备110连接至热泵30的所有实施方式有关。

根据上述内容，图4A示出了将通过太阳能电力设备110产生的电力用于使地热换热器55以蓄充模式运转的实施例。因此，当地热换热器55以蓄充模式运转并且热泵30以冷却模式运转时，热力学能经由热泵30从建筑物50或建筑物空间51传递至地热工作流体并且在地孔2中进一步传递至地下。因此，通过太阳能电力设备110、热泵30和地热换热器55将太阳能储存至地下。

图4B示出了本发明的另一实施例，其中布置包括太阳能设备110。太阳能设备110是布置成用以产生电力的太阳能电力设备110。太阳能电力设备110设置成与建筑物50相连或设置至建筑物50，并且太阳能电力设备110连接至地热换热器55以及连接至热泵30，以将太阳能、所产生的太阳能电力、供应至地热加热设备、尤其供应至地热换热器55和热泵30。因此，太阳能电力设备110分别连接至地热加热设备的地热换热器55和热泵30并且布置成分别使地热换热器55和热泵运转。因此，图4B示出了为上述图3和图4A的实施例的组合的实施例。

根据上述内容，图4B示出了将通过太阳能电力设备110产生的电力用于使地热换热器55以蓄充模式运转以及使热泵30以冷却模式运转的实施例。

图5A和图5B示出了本发明的替代实施例，其中布置包括太阳能设备110。太阳能设备110是布置成用以产生电力的太阳能电力设备110。太阳能电力设备110设置成与建筑物50相连或设置至建筑物50。地热加热设备或地热换热器55还包括具有加热元件118的电加热装置116。电加热装置116可以是任意已知类型的电加热装置，加热元件118可以是加热电阻器等。太阳能电力设备110通过电连接部114或电缆线114连接至电加热装置116。因此，太阳能电力设备110布置成将电力供应至电加热装置116以用于使电加热装置116运转和/或通过电加热装置116产生热能。太阳能电力设备110还可以包括电池111以在需要时通过电加热装置116产生热能。

电加热装置116布置成与地热换热器55或地热换热器55的管道系统布置或升管11和/或第一连接管3相连或者设置至地热换热器55或地热换热器55的管道系统布置或升管11和/或第一连接管3。

电加热装置116优选地在热泵30与升管10的下端部17之间布置至升管10或第一连接管3，以用于在冷却模式和蓄充模式下加热热泵30下游的地热工作流体。因此，电加热装置116可以布置成用以加热从热泵30流动或循环到地孔2的地热工作流体，以用于在地孔2中将热力学能释放至地下。因此，电加热装置116和太阳能电力设备110一起使得能够在地孔2中将太阳能传递至地热工作流体以及将太阳能储存至地下。

在图5A的实施例中，如上所述，太阳能电力设备110分别连接至热泵30和电加热装置116二者。因此，太阳能电力设备110通过电连接部112连接至热泵30以通过所产生的电力使热泵30运转。太阳能电力设备110通过电连接部114连接至电加热装置116，以用于使电加热装置运转和/或以利用所产生的电力通过电加热装置116产生热力学能。

在图5B的实施例中，如上所述，太阳能电力设备110仅连接至电加热装置116。因此，太阳能电力设备110通过电连接部114连接至电加热装置116，以用于使电加热装置运转和/或以利用所产生的电力通过电加热装置116产生热力学能。

根据上述内容，图5A和图5B示出了这样的实施例，其中，当地热换热器55以蓄充模式运转并且热泵30以冷却模式运转时，将通过太阳能电力设备110产生的电力用于产生热能并且通过地热换热器55将所产生的热能蓄充至地下。

在本申请的上下文中，太阳能电力设备连接至建筑物电网112、114、115。建筑物电网是指建筑物的独立于全国或本地电网的电网或者经由建筑物电力枢纽连接至全国或本地电网的电网。因此，将通过设置至建筑物的太阳能电力设备产生的电力供应至建筑物电网或直接供应至待使用的热泵或地热换热器，以用于使地热加热设备运转以及用于将热力学能蓄充至地孔2。

图6A和图6B示出了本发明的一个实施例，其中布置包括太阳能设备120。太阳能设备120是布置成用以产生热能的太阳能加热设备120。太阳能加热设备120设置成与建筑物50相连或设置至建筑物50，并且太阳能加热设备120连接至地热换热器55，以用于将热能、所产生的太阳能热能、供应至地热加热设、尤其供应至地热换热器55。因此，太阳能加热设备120连接至地热加热设备的地热换热器55并且布置成将热量传递至地热工作流体55。太阳能加热设备120通过太阳能热交换连接部126连接至地热换热器55。因此，太阳能加热设备120布置成将热能供应至地热换热器55和地热工作流体。

太阳能加热设备120可以是太阳能工作流体在其中循环的太阳能热收集器。太阳能加热设备120可以具有收集器元件120和布置成与地热换热器55热传递式连接的太阳能换热器126。太阳能换热器126布置成与地热换热器55或地热换热器55的管道系统布置相连，或设置至地热换热器55或地热换热器55的管道系统布置，或者设置至升管11和/或第一连接管3。

太阳能换热器126优选地在热泵30和升管10的下端部17之间布置至升管10或第一连接管3，以用于在冷却模式和蓄充模式下加热热泵30下游的地热工作流体。因此，太阳能换热器126可以布置成用以加热从热泵30流动或循环到地孔2的地热工作流体，以用于在地孔2中将热力学能释放至地下。因此，太阳能换热器126和太阳能加热设备120一起使得能够在地孔2中将太阳能传递至地热工作流体以及将太阳能储存至地下。

太阳能换热器16可以是任意已知类型的换热器或热交换连接部。

在太阳能加热设备中，太阳能工作流体在太阳能收集器元件120中被加热。太阳能收集器元件120布置成用以将太阳能热能传递至太阳能工作流体以及用以加热太阳能工作流体。太阳能加热装置120还可以包括第一收集器管道122，该第一收集器管道122设置在收集器元件120与太阳能换热器126之间以用于将受热的太阳能工作流体从太阳能收集器元件120循环到太阳能换热器126。在太阳能换热器126中，太阳能工作流体将热力学能释放至地热工作流体，并且地热工作流体从太阳能工作流体接收热力学能。因此，地热工作流体的温度增加并且太阳能工作流体的温度降低。太阳能加热设备还包括第二收集器管道124，第二收集器管道124在太阳能换热器126与太阳能收集器元件120之间延伸以用于使经冷却的太阳能工作流体从太阳能换热器126循环返回到太阳能收集器元件120，如图6A所示。

根据上述内容，太阳能加热设备120通过太阳能热交换连接部126连接至地热换热器，使得太阳能热交换连接部126布置成用以将热能从太阳能加热设备120传递至地热换热器，或从太阳能加热设备120的太阳能工作流体传递至地热换热器的地热工作流体。接下来地热换热器55或其地热工作流体在地孔2中将热能进一步传递至地下。

图6B示出了为图3和图6A的实施例的组合的替代实施例。在该实施例中，如图3的实施例中那样，太阳能电力设备110连接至地热加热设备的热泵30并且布置成用以使热泵30运转。因此，太阳能电力设备110布置成将电力供应至热泵30以用于使热泵30运转。此外，如图6A的实施例中那样，该实施例包括太阳能加热设备120，该太阳能加热设备120设置成与地热换热器55相连并且布置成用以将热能传递或释放至地热工作流体。因此，在该实施例中，将通过太阳能电力设备产生的电力和通过太阳能加热设备产生的热能二者均用于通过地热换热器将热力学能储存至地下。

图7A示出了其他实施例和图6B的实施例的变型。

如图7A所示，太阳能加热设备120包括布置成用以使太阳能工作流体循环的太阳能工作流体泵125。在图7A中，太阳能工作流体泵125设置至第二收集器管道124。可替代地，太阳能工作流体泵125可以设置至第一收集器管道122、太阳能热收集器120或设置至太阳能换热器126。

太阳能电力设备110可以连接至太阳能加热设备120以用于使太阳能加热设备120运转。在图7A和图7B中，太阳能电力设备110通过电连接部115连接至太阳能加热设备120。太阳能电力设备110连接至太阳能加热设备120并且布置成用以使太阳能工作流体泵125运转以用于使太阳能工作流体循环。然而，太阳能电力设备110也可以布置成用以使太阳能加热设备120的任意其他部件、如太阳能加热设备的控制装置(未示出)运转。因此，将太阳能和通过太阳能电力设备110产生的太阳能电力用于使太阳能加热设备120运转。

在图7A的实施例中，太阳能电力设备110仅连接至太阳能加热设备120。在图7B的实施例中，太阳能电力设备110连接至太阳能加热设备120和热泵30以用于使二者运转。

图8A和图8B示出了本发明的其他实施例。

图8A的实施例是图5B和图6A的组合。在该实施例中，太阳能电力设备110通过电连接部114连接至电加热装置116，以用于使电加热装置运转和/或以用于利用所产生的电力通过电加热装置116产生热力学能。因此，利用太阳能电力设备110和电加热装置116来加热地热工作流体以及将热力学能储存至地下。此外，在该实施例中，太阳能加热设备120设置成与建筑物50相连或设置至建筑物50，并且太阳能加热设备120连接至地热换热器55，以用于将热能、所产生的太阳能热能供应至地热加热设备、尤其供应至地热换热器55。因此，太阳能加热设备120连接至地热加热设备的地热换热器55并且布置成用以将热量传递至地热工作流体55。因此，在该实施例中，将太阳能以两种方式用于加热地热工作流体。

图8B的实施例对应于图8A的实施例，但是如图3的实施例中那样，太阳能电力设备110还连接至热泵30以用于使热泵30运转。然而，太阳能电力设备110可以附加地或可替代地连接至太阳能加热设备120以用于使太阳能加热设备120运转。

应当注意，在图6B、图7A、图7B、图8A和图8B的利用太阳能电力设备110的实施例中，太阳能加热设备120或其收集器元件120可以用废热源120替代。废热源120可以设置有或连接至废热换热器126，该废热换热器126设置成与地热换热器相连并且布置成用以将热能从废热源120传递至地热换热器55或从废热流体传递至地热换热器55的地热工作流体或者将热能传递至地热换热器55的地热工作流体。

废热源120设置至建筑物50或位于建筑物50中，并且废热源120可以是通风废热或空气调节废热、来自装置诸如计算机服务器或冷却装置或冷冻装置的废热、或其他废热。

图9示出了地热换热器55的一个实施例。在该实施例中，第一隔热部25从地面1延伸至升管11的下端部17。因此，第一隔热部25可以沿升管11的整个长度延伸、至少在地孔2或排放管21的内部延伸。第一隔热部25也可以沿升管11的整个长度延伸。在该实施例中，升管11布置在排放管21的内部。升管11和排放管21可以同轴布置和/或布置成彼此平行并且一者位于另一者内。

在该实施例中，升管11可以是真空管，该真空管包括包围升管11的流动通道的真空层。因此，真空层布置成形成第一隔热部25。升管11也可以设置有任意其他隔热材料。

图9的地热换热器55包括第一泵8，该第一泵8布置至管道系统布置以用于在蓄充模式下使地热工作流体在管道系统布置中循环，在蓄充模式下，地热工作流体沿朝向升管11的下端部17的方向或在升管11中沿向下的方向循环以及在排放管21中沿向上的方向循环，如通过箭头22和12所示的那样。第一泵8可以是能够使地热工作流体循环的任意类型的已知泵。地热换热器55还包括第二泵9，该第二泵9布置成在地热换热器和地热热布置处于热提取模式时，使地热工作流体在在排放管21中沿向下的方向以及在升管11中沿向上的方向循环。第二泵9可以是能够使地热工作流体循环的任意类型的已知泵。因此，第一泵8布置成在热蓄充模式下运转，第二泵9布置成在热提取模式下运转。因此，第一泵8布置成使地热工作流体以如下方式循环：作为受热的地热工作流22在立管11中沿向下的方向循环，而作为较冷的地热流在在排放管20中沿向上的方向循环，因为地热工作流体将热力学能C从受热的地热工作流释放至地下。

在图9中，未设置单独的排放管21，但是地孔2布置成形成排放管21。这使得能够在地热工作流体与地下之间进行有效的热传递。在该实施例中，地下可以由岩石形成，从而能够将地下用作排放管21。

图10示出了升管11布置在排放管21的内部的另一实施例。在该实施例中，升管11和排放管21布置成一者嵌套在另一者内或升管11和排放管21可以同轴地布置成一者位于另一者内，使得升管11位于排放管21的内部，如图9所示那样。受热的地热流22在具有第一隔热部25的升管11中向下流动，并且从升管11的开放下端部17流出升管11、流入包围升管11的排放管21中。地热工作流体在排放管21的下端部13处或在地孔2的下端部4处将热力学能C释放至地下，接下来作为较冷的地热流12沿排放管21向上流动。第一隔热部25降低或以最大限度减小升管11与排放管21之间以及受热流22与较冷流12之间的热传递。

如图10所示，隔热部25延伸到与升管17的下端部17相距一距离处。

在图10的实施例中，排放管21是具有封闭下端部13并且在地孔2的内部延伸至地孔的下端部4或下端部4附近的管道。因此，升管11在地孔2中完全位于排放管21的内部，并且地热工作流体不与地下直接接触。

在该实施例中，仅设置有第一泵8。第一泵8可以是可逆泵，该可逆泵布置成在在升管10中沿向下的方向以及在排放管20中沿向上的方向泵送地热工作流体，或可替代地在在排放管20中沿向下的方向以及在升管10中沿向上的方向泵送地热工作流体。第一模式是将热力学能蓄充至地下的蓄充模式，第二模式是反向模式，即从地下提取所蓄充的热力学能的提取模式。

在图11的实施例中，升管10和排放管20布置成彼此相距一距离并且通过位于升管10和排放管20的下端部处的连接管部分18或弯曲部彼此连接。换句话说，升管10和排放管20形成U形管道结构。然而，应当注意，本发明不限于升管10和排放管20的任意特定的管道结构，也不限于升管10和排放管20的任意数量。

在图11的实施例中，第一隔热部沿升管10延伸至与升管10的下端部或连接管部分18或弯曲部相距一距离处。

在一个实施例中，地热换热器55的管道系统布置3、5、10、11、20、21的升管3、10、11可以包括内管壁、外管壁以及设置在升管3、10、11的内管壁与外管壁之间的隔离材料层。隔离材料层可以布置成形成第一隔热部25，该第一隔热部25包围升管3、10、11并且沿升管3、10、11的长度的至少一部分延伸。

隔热层可以由阻止或减少地热工作流体的热交换的任意合适的材料形成。隔热部是指能够隔离热量传输的材料，或是导热率较低、用于保护流体防止热量因辐射、对流或传导而损失或进入的材料。可以使用几种不同的隔热材料或真空。

隔热部25、在升管10中设置有第一泵8的情况下连同受热的地热流22、降低或以最大限度减小来自升管10中的受热的初级流22的热传递，使得地热工作流体可以以受热的形式或在升高的温度下输送至第一管道10的下端部和地孔2的下端部4。因此，地热工作流体在升高的温度下在地孔2的下端部处将热力学能C释放至包围地孔2的地下，并且因此向地下蓄充热力学能以供以后使用。这适用于使用第一隔热部25的所有实施例。

应当注意，排放管20、21也可以设置有第二隔热部，该第二隔热部以类似于第一隔热部的方式从地面朝向地孔2的下端部4延伸。

根据上述内容，应当注意，本发明提供了这样的布置，其能够利用太阳能通过地热换热器将热力学能储存至地下。因此，第一泵8布置成使地热工作流体沿升管10、11、优选地隔离的升管、向下循环到具有与地面1相距至少300米的深度的地孔2中。在该深度处，包围地孔2的地下的温度足够高以防止热能从地孔2的周围逸出。

在优选实施例中，地孔2的深度为至少600米、或至少1000米、或最优选地介于1500至3000米之间，使得可以达到更高的地下温度。

在图3、图4A和图4B的优选实施例中，太阳能直接用于使热泵30和/或地热换热器55运转。因此，布置可以设置成尽可能能量自给。

此外，在本发明中，热泵30和太阳能设备110、120设置或安装至建筑物50。此外，地热换热器55连接至建筑物50和热泵30。因此，这使得能够实现建筑物50的能量管理。

因此，本发明提供了与建筑物50相连以对建筑物50的建筑物空间51调温的方法。应当注意的是，上述关于图1至图11的所有内容也直接适用于本发明的方法。

如所描述的，方法包括使热泵30以冷却模式运转以及使地热换热器55以热蓄充模式运转。

因此，方法可以包括以下步骤：执行第一热交换步骤和第三热交换步骤，在该第一热交换步骤中，通过热泵30的初级热交换连接部103将热能从建筑物空间50的初级工作流体提取至热泵工作流体以用于冷却建筑物空间50，在该第三热交换步骤中，热能通过热泵30的次级热交换连接部104从热泵工作流体释放至设置在地孔2中的地热换热器的地热工作流体。这对应于使热泵30以冷却模式运转。当热泵30利用单独的热泵工作流体时，第一热交换步骤可以包括第一热交换步骤和第三热交换步骤两者。当初级工作流体、次级工作流体或地热工作流体在热泵30中循环时，省略第三热交换步骤。此外，第一热交换步骤还可以包括利用次级换热器31和次级工作流体。这样，在第一热交换步骤中，热能经由热泵30和次级工作流体从初级工作流体传递至地热工作流体。

方法还可以包括执行第二热交换步骤，在该第二热交换步骤中，热能在地孔2中从地热换热器的地热工作流体释放至地下，或在地孔2的下部部分处释放至地下，地孔2具有至少300米的深度。这连同第一热交换步骤对应于使地热换热器55以热提取模式运转或者第一热交换步骤和第二热交换步骤对应于使地热换热器55以热提取模式运转。

本发明还包括通过设置至建筑物50的太阳能设备110、120产生太阳能，以及将所产生的太阳能供应至热泵30或供应至地热换热器55或供应至热泵30和地热换热器55。

所产生的太阳能可以是电力。因此，方法可以包括将通过太阳能电力设备110产生的电力供应至热泵30以用于使热泵30以冷却模式运转，和/或供应至地热换热器55以用于使地热换热器55以蓄充模式运转，和/或供应至设置成与地热换热器55相连的电加热装置116。

可替代地或附加地，所产生的太阳能可以是热能。因此，方法可以包括执行第四热交换步骤，在该第四热交换步骤中，热能从太阳能工作流体释放至从热泵30流动至地孔2的地热工作流体，或者在该第四热交换步骤中，热能从太阳能工作流体释放至从热泵30流动至地孔2的地热工作流体。

方法还可以包括将通过太阳能电力设备110产生的电力供应至太阳能加热设备120以用于使太阳能加热设备120运转。

方法还可以包括利用建筑物50中产生的废热以及执行第五热传递步骤，在该第五热传递步骤中，建筑物50中产生的废热能传递至从热泵30流动至地孔2的地热工作流体、或者传递至从热泵30流动至地孔2的地热工作流体。

因此，地热换热器55的蓄充模式包括使地热工作流体在升管3、10、11中沿向下方向循环以及在排放管5、20、21中沿向上方向循环以朝向地孔2的下端部4输送热力学能，使得地热工作流体在第二热交换步骤中从热泵工作流体接收热力学能并且在蓄充模式下地热工作流体在第三热交换步骤中将热能释放至地下。此外，使地热工作流体在地热换热器中循环包括使地热工作流体在地热换热器55中沿具有第一隔热部25的升管10、11循环，该第一隔热部25沿升管3、10、11的长度的至少一部分设置。

上面已经参照附图中示出的示例描述了本发明。然而，本发明决不限于以上示例，而是可以在权利要求的范围内变化。