CN101726036B

CN101726036B - 单元式住宅太阳能集中供热水系统

Info

Publication number: CN101726036B
Application number: CN2010101116863A
Authority: CN
Inventors: 白建波; 李龙华
Original assignee: Changzhou Campus of Hohai University
Current assignee: Jiangsu Gomon New Energy Co ltd
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2030-02-08
Also published as: CN101726036A

Abstract

本发明公开了一种适用于高层或者多层建筑物中独立单元的集中式太阳能供热水系统，包括一个为用户输送热水的循环回水装置，以及一个将接收的水温和液位信号进行处理后，向补水装置和循环回水装置发出控制指令的集成控制装置，集热循环管道上设有与集成控制装置电连接的水温传感器，集热水箱上设有与集成控制装置连接的检测液位的水位传感器，集热水箱上设有与集成控制装置电连接的水箱水温传感器。本发明将太阳能热水系统和建筑物融为一体，单元中的每个用户都能使用到太阳能热水，造价低、系统简单、部件较少、安装及使用方便、便于管理，运行费用低廉，易于被房地产开发商、业主及物业管理三方接受，适用于在既有建筑和新建建筑中安装。

Description

单元式住宅太阳能集中供热水系统

技术领域

本发明涉及太阳能热水器领域，具体涉及一种单元式住宅太阳能集中供热水系统。

背景技术

太阳能以其清洁、储量巨大，成本低，无地域限制和能源质量高等众多优点成为可再生能源利用的首选资源。目前我国很多地区要求在12层以下的新建建筑中要安装太阳能热水系统。在既有建筑安装太阳能集热一体化系统也开始被重视。

根据目前的技术现状，可以用于单元式住宅的太阳能热水系统主要包括户式热水系统，集中集热、分户储热系统和集中集热集中供热系统。对于这几种太阳能热水系统，分别作以下详细的介绍：

(1)户式太阳能热水系统，包括与阳台或墙面结合的分离式户式太阳能热水系统。优点：集热器与建筑立面结合，产品成熟，冷热水压力较易保证；没有热水计量收费问题；由于集热器作为完整产品可规模化生产，质量易保证。缺点：较难和建筑外观融合，各户集热资源不能共享，通常在楼层较低的用户很难使用。

(2)集中集热、分户储热、分户辅助加热系统。优点：集热器集中或分区设置，用户使用太阳能热水不受建筑楼层限制，与建筑结合容易；户内水箱承压运行并可辅助加热，冷热水压力和热水量较易保证；不存在计量收费，系统运行公摊成本较低。缺点：系统造价较高，户内需设置承压水箱。

(3)集中集热、集中供热、分户计量系统。优点：将集热系统与供热系统分开考虑，减少了问题的复杂性，适合新建和既有高层住宅，特别是既有住宅热水系统改造；集热器可集中或分区布置，建筑结合的适应性高，集中辅助加热对辅助热源的选择余地大；冷热水系统同源同区，恒温定时供水会在适当提高热水供应舒适性的同时，降低运行能耗。在确定采用集中热水供应系统时，以太阳能为主要热源系统与常规热源系统相比，可大大降低入住率较低时的热水成本。缺点：需采用热流量计计量收费。系统运行成本均摊每户，对物业管理要求较高，需住户共同配合。当入住率不高时，均摊的热水费较高。

经过对上面列出的太阳能热水系统进行分析后，可以得出，现有技术方案还未能完全满足单元中每层的用户都能使用到太阳能热水、制造成本低、物业管理方便、运行费用低廉等要求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种单元式住宅太阳能集中供热水系统，本发明能满足多层和高层建筑的每个单元的用户都能使用到太阳能热水，而且安装及使用方便、便于管理，运行费用低廉，具有易于被房地产开发商、业主及物业管理三方接受，适用于在既有建筑和新建建筑中安装的优点。

实现本发明的技术方案如下：

单元式住宅太阳能集中供热水系统，包括太阳能集热器以及通过集热循环管道与该太阳能集热器连接的集热水箱，以及一个与集热循环管道连接的补水装置，还包括一个为用户输送热水的循环回水装置，以及一个将接收的水温和液位信号进行处理后，向补水装置和循环回水装置发出控制指令的集成控制装置；所述循环回水装置分别与集热水箱上设置的循环输出口和循环输入口连接，集热循环管道上设有与集成控制装置电连接的水温传感器，集热水箱上设有与集成控制装置连接的检测液位的水位传感器，集热水箱上设有与集成控制装置电连接的水箱水温传感器。

本发明的优点在于：

1.该太阳能集中供热水系统适用于在已建或者在建的高层或者多层建筑物中的每个单元安装，每个用户在使用该太阳能热水系统过程中，仅需要支付普通自来水水费即可；集热水箱可以根据建筑物实际情况安装于坡形屋顶下的阁楼内、平屋顶的楼面上或者建筑物的地下室中。这样，安装的选择性得到拓展。

2.通过在太阳能集热器上设有与集成控制装置电连接的水温传感器，集热水箱上设有与集成控制装置连接的检测多个液位的水位传感器，集热水箱上设有与集成控制装置电连接的水箱水温传感器。通过这些传感器采集的信号，可以使集成控制装置及时地获知集热水箱中的水温及液位状态。集成控制装置根据集中水箱装置的水温和太阳能集热器的出口水温的情况来控制定温补水装置工作，将太阳能集热器中的热水顶入集热水箱中，使得使用过程中能较早地使用到太阳能热水；而当集热水箱中的液面低于设置的最低警戒水位时，集成控制装置将驱动快速补水装置工作，向集热水箱补水。

3.通过集成控制装置的控制循环回水装置工作，可以定时地将集热水箱中热水在循环回水装置和集热水箱中进行循环流动，以保证每个用户终端的水温和集热水箱的温度保持一致，这样即可满足多层和高层建筑的每个单元的用户都能使用到太阳能热水。通过循环回水装置上设置的减压阀，对位于较低楼层处的太阳能热水的供水循环总管中的热水进行减压，可解决用户在使用太阳能热水时冷热混水不易调节的问题，保证低层住户正常使用。

4.通过用户终端显示装置，以及集成控制装置的控制作用，可以为每户用水终端处提供温度及液位显示，让每个用户时刻都能了解到集热水箱中热水的温度和液位情况，以便于是否作出需要使用家用辅助热源对太阳能热水进行加热的决定，不但充分利用太阳能，发挥太阳能利用的最大效率及家庭现有热源的作用，同时也为用户提供了极大的便利性。而且在每户供热水子管安装有流量计，用于指示使用太阳能热水的流量情况。另外，使用本系统的太阳能热水的用户按照普通自来水流量计费。

5.采用集成控制装置，还可以对各温度设置值及液位设定值根据不同使用要求和季节变换进行现场调整。通过通讯模块对系统运行情况进行远程监控，并将其中温度传感器信号和液位信号通过串行通讯总线传递到每个用户终端，以进行温度及液位显示。以及通过其集成显示装置实现人机界面的对话方式，对太阳能集热供热水系统的运行情况进行现场实时监测。

综上所述，本发明将太阳能热水系统和建筑物融为一体，太阳能集中供热、用户共享太阳能的热量，有造价低、系统简单、部件较少、安装及使用方便、便于管理，运行费用低廉，易于被房地产开发商、业主及物业管理三方接受的优点，并且无论是在已有建筑还是在新建建筑安装该系统施工简单，对住户中已有辅助热源的使用、水路布置及其他装修无影响。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中的集成控制装置的电路方框图；

附图中，1为太阳能集热器，2为集热水箱，3为自动排气阀，4为水温传感器，5为水箱水温传感器，6为定温补水装置，7为快速补水装置，8为供水循环总管，9为回水循环总管，10为水位传感器，11为显示装置，12为流量计，13为回水循环水泵，14为集热循环水泵，15为截止阀，16为止回阀，17为闸阀，18为增压泵，19为辅助热源，20为集成控制装置，21为排污阀，22为减压阀，23为集热循环管道，201为中央控制器，202为模拟量输入模块，203为数字量输出模块，204为通信模块，205为通讯协议转换装置，206为集成显示装置，207为电源模块。

具体实施方式

参照图1和图2，为本发明的单元式住宅太阳能集中供热水系统，包括太阳能集热器1以及通过集热循环管道23与该太阳能集热器连接的集热水箱2，太阳能集热器1由多块太阳能集热板组成，这些太阳能集热板安装在建筑物的顶部。太阳能集热器1上安装有与循环管道连接的自动排气阀3，用于排除与太阳能集热器1连接的水管中的多余气体、提高管路使用效率及降低能耗。集热循环管道23包括串联在太阳能集热板上的加热水管，太阳能集热器向集热水箱输送热水的水管，以及用于从集热水箱2输出需加热的水的待加热水管，这些水管分别与太阳能集热器1和集热水箱连接后，形成一个循环的路径。集热循环管道23还包括闸阀17、集热循环水泵14以及止回阀16，闸阀17、集热循环水泵14以及止回阀16均设置在连接集热水箱2的待加热水管上。集热循环管道23上还设有与集成控制装置电连接的水温传感器4，水温传感器4靠近太阳能集热器的一侧，水温传感器4与集成控制装置20电连接。

将集热水箱2置于建筑物单元的屋顶或者公用阁楼时，用户供水方式采用自然循环，回水方式采用机械循环。如果在供水时单元楼层较高处由于压力相对较低，用户可根据更具实际情况安装增压水泵。集热水箱2上设有与集成控制装置连接的检测多个液位的水位传感器10，集热水箱内设有最高液位、最低警戒液位和快速补水液位，水位传感器10用于对这三个液位的情况进行检测，并将检测的信号输送到集成控制装置20。集热水箱2上设有与集成控制装置电连接的水箱水温传感器5，水箱水温传感器5将检测的水温信号传递到集成控制装置20。这样，集成控制装置20能随时获知水温和液位的情况，以便于对其它设备发出控制指令。在集热水箱2的底部安装有排污阀21，可定期对集热水箱中的污物进行排放，提高太阳能热水使用的清洁度。

在本发明中，为了能使集热水箱2中的水能够及时地得到补充，在所述的循环管道的待加热水管上通过水管连接一个补水装置，这个补水装置包括快速补水装置7以及定温补水装置6，快速补水装置7以及定温补水装置6中均设有电磁阀，它们通过水管以并联的方式连接在一起，补水装置的输入端连接民用自来水管道。为了能够自动地控制快速补水装置7以及定温补水装置6，将快速补水装置以及定温补水装置电气部分均与集成控制装置20连接。这样，定温补水装置6由集中控制器根据集热水箱2中的水温和太阳能集热器1出口水温的情况来控制定温补水装置6。例如，当水温传感器4检测到太阳能集热器出口处的水温低于集成控制装置20设置的温度时，这时，集成控制装置20将发出驱动指令到定温补水装置6，使定温补水装置6工作，自来水经过定温补水装置6输送到循环管道中，从而将太阳能集热器1中的热水顶入集热水箱中2，使得太阳能热水系统使用过程中用户能较早地使用到热水。通过这个定温补水过程后，当水温传感器4检测太阳能集热器出口处的水温高于集成控制装置20设置的温度时，集成控制装置20将控制定温补水装置6关闭，定温补水过程结束。而对快速补水装置7的控制过程是：通过水位传感器10的检测，当集热水箱2的液位为设定的最低警戒位时，集成控制装置20发出打开快速补水装置7的指令，自来水通过快速补水电磁阀以及循环管道，快速地补充到集热水箱中2，以避免集热水箱2的水被耗尽。

在本发明中，为了能使多层和高层建筑的每个单元的用户都能从集热水箱2中取到太阳能热水，在集热水箱2上连接有为用户输送热水的循环回水装置，以及用户终端显示装置。循环回水装置包括供水循环总管8、回水循环总管9以及回水循环水泵13，供水循环总管8与集热水箱上的循环输出口相连接的，回水循环总管9与供水循环总管8连接，回水循环总管9与回水循环水泵13连接，回水循环水泵13连接集热水箱上的循环输出口，回水循环水泵还与集成控制装置20电连接，以便于得到集成控制装置20的控制。集成控制装置20可以控制回水循环水泵13在指定的时刻启动。例如，本发明通过循环回水装置可以定时地进行回水循环，即：每天上午6:30、中午11:00、下午4:30和晚上7:30四个时间段，集成控制装置20启动回水循环水泵13工作，将供水循环总管8和回水循环总管9中的水送至集热水箱2进行循环，持续时间为4-5分钟。供水循环总管8上还设有减压阀22，减压阀的位置是位于较低楼层处的供水循环总管8的管段上，对较低楼层处实行减压后，解决用户在使用太阳能热水时因水压较高而与冷水产生混水不易调节的问题，以保证低层住户正常使用。用户终端显示装置根据用户的数量进行安装，当用户终端显示装置为两个以上时，它们以并联的方式与循环回水装置连接。

为了使用户能时刻获知水箱中液位和水温的情况，该太阳能集中供热水系统还设置了一个用户终端显示，用户终端显示装置包括指示集热水箱中的液位和水温的显示装置11，显示装置11与集成控制装置20电连接，其可以安装在用户家庭中任意方便查看的位置，显示装置11为一个显示屏，用于显于集热水箱2中的水温和液位情况。该太阳能集中供热水系统还括用户组件，该用户组件包括流量计12以及设置于流量计输出端的截止阀15。流量计12为普通家庭使用的水表，流量计12的一端连接供水循环总管8，流量计的输出端连接截止阀15。截止阀15的输出端可以连接增压泵18，增压泵18用于高层单元的用户，对于低层单元的用户无需使用。如果无需使用增压泵18，那么截止阀15的输出端可以连接第一管道和第二管道，其中第一管道直接与终端放水设备连接，该终端放水设备为水龙头或者浴室的喷淋头等。第二管道连接家用辅助热源19的一端，家用辅助热源的另一端连接终端放水设备，家用辅助热源为电热水器或者燃气热水器等，家用辅助热源19可以在集热水箱中水温不高的情况下启用。如果需要在高层单元上使用增压泵18时，增压泵18一端连接截止阀15的输出端，另一端连接第一管道和第二管道的输入端即可。

对于本发明来说，要实现上述诸多功能，集成控制装置20是一个必不可少的设备。集成控制装置20是用于将接收的水温和液位信号进行处理后，向补水装置、集热循环水泵14、循环回水装置13发出控制指令，以使这些设备运行或停止运行，达到自动控制的目的。集成控制装置20包括中央控制器201、模拟量输入模块202、数字量输出模块203、通信装置、集成显示装置206以及电源模块207。集成控制装置20的控制逻辑如下：

1)定时回水循环

每天上午6:30、中午11:00、下午4:30和晚上7:30四个时间段，集成控制装置20启动回水循环水泵13工作，将供水循环总管8和回水循环总管9中的水送至集热水箱2进行循环，持续时间为4-5分钟。

2)定温上水循环

当太阳能集热器1出口的水温传感器4检测的温度达到设定值50度时，集成控制装置20驱动定温补水装置6开启，来自自来水的补给自动将热水顶入集热水箱，当水温传感器4检测水温温度降至45度时，集成控制装置20停发出止驱动定温补水装置6开启的指令，定温补水装置6关闭。定温上水功能可使系统一天中尽可能早地使用太阳能产生热水。

3)温差循环

当太阳能集热器不断产生热水使集热水箱2达到最高水位h₁后，定温补水装置6不再开启，系统自动比较太阳能集热器出口水温T₁与集热水箱出口水温T₂，当T₁比T₂大于设定温差5℃时，集成控制装置20将启动集热循环水泵14自动开启进行温差循环，当T₁与T₂的温差小于1度时，集热循环水泵14停止运行；当T₂的温度达到80℃时，集热循环水泵14也停止运行。

4)快速补水

在用户使用过程中，由于用量较大，集热水箱2中水位不断下降至最低警戒水位h₃时，集成控制装置20驱动快速补水装置7打开，系统快速补水，当水系统水位上升至时快速补水水位时h₂，快速补水装置7关闭，以下系统可进入定温上水过程继续补水。

5)防冻循环

当室外管路T₁水温低于2℃时，集热循环水泵14自动启动进行防冻循环，当温度上升至2℃以上时停止循环，保证室外管路冬季不产生冰冻危险。

根据上述的集成控制装置20，其中中央控制器201为可编程逻辑控制器，即PLC。中央控制器201按给其系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，并将这些控制指号输出到数字量输出模块203、通信装置204、集成显示装置206等电路单元。

模拟量输入模块202与中央控制器201连接，模拟量输入模块将接收的水温和液位的电信号变换成数字信号输出到中央控制器，在本系统中模拟量输入模块202接收水温传感器4

、水箱水温传感器5及水位传感器10发出的电信号。数字量输出模块203与中央控制器201连接，数字量输出模块201将中央控制器输出的数字信号转换为用于驱动循环回水装置的控制指令，数字量输出模块驱动的电气设备还有集热循环水泵14、回水循环水泵13、快速补水装置7以及定温补水装置6。

通信装置与中央控制器201连接，该通信装置将中央控制器计算的集热水箱2中的水温及液位情况输送到用户终端显示装置。通信装置包括通信模块204以及通讯协议转换装置205，通信模块204用于扩展集成控制装置的通讯功能，采用该装置后能在远程通过计算机实时监控系统运行，另外通过和通讯协议转换装置205的配合，用户终端处的温度及液位显示装置可以实时读取中中央控制器201中的温度及液位信号。

集成显示装置206与中央控制器201连接，集成显示装置为集成控制装置的人机界面，在系统中采用液晶屏或触摸屏作为集成显示装置对太阳能集热供热水系统的运行情况进行实时监测，并可对参数进行现场调整。电源模块207用于为集成控制装置20各模块或装置的集成电路提供工作电源，同时还为输入电路提供24V的工作电源。

上述实施例是用于说明或解释本实发明，而不是对本发明的限制，在本发明的权利要求书以及说明书的构思前提下进行改进，都属于本发明权利要求书的保护范围。

Claims

1.单元式住宅太阳能集中供热水系统，包括太阳能集热器(1)以及通过集热循环管道(23)与该太阳能集热器连接的集热水箱(2)，以及一个与集热循环管道连接的补水装置，其特征在于：还包括一个为用户输送热水的循环回水装置，以及一个将接收的水温和液位信号进行处理后，向补水装置和循环回水装置发出控制指令的集成控制装置(20)；所述循环回水装置分别与集热水箱(2)上设置的循环输出口和循环输入口连接，集热循环管道(23)上设有与集成控制装置电连接的水温传感器(4)，集热水箱(2)上设有与集成控制装置(20)连接的检测液位的水位传感器(10)，集热水箱上设有与集成控制装置电连接的水箱水温传感器(5)，所述集成控制装置(20)包括中央控制器(201)；以及与中央控制器连接的模拟量输入模块(202)，模拟量输入模块将接收的水温和液位的电信号变换成数字信号输出到中央控制器；以及与中央控制器连接的数字量输出模块(203)，数字量输出模块将中央控制器输出的数字信号转换为用于驱动循环回水装置和补水装置的控制指令。

2.根据权利要求1所述的单元式住宅太阳能集中供热水系统，其特征在于：循环回水装置包括供水循环总管(8)、回水循环总管(9)以及回水循环水泵(13)，供水循环总管(8)与集热水箱上的循环输出口相连接的，回水循环总管(9)与供水循环总管(8)连接，回水循环总管(9)与回水循环水泵(13)连接，回水循环水泵(13)连接集热水箱上的循环输入口，回水循环水泵还与集成控制装置(20)电连接。

3.根据权利要求2所述的单元式住宅太阳能集中供热水系统，其特征在于：所述供水循环总管(8)上设有减压阀(22)。

4.根据权利要求1所述的单元式住宅太阳能集中供热水系统，其特征在于：还包括一个与集成控制装置(20)连接的用户终端显示装置。

5.根据权利要求1所述的单元式住宅太阳能集中供热水系统，其特征在于：还包括用户组件，该用户组件包括流量计(12)以及设置于流量计输出端的截止阀(15)。

6.根据权利要求5所述的单元式住宅太阳能集中供热水系统，其特征在于：所述截止阀(15)的输出端设置第一管道和第二管道，其中第一管道直接与终端放水设备连接，第二管道连接家用辅助热源(19)的一端，家用辅助热源的另一端连接终端放水设备。

7.根据权利要求1所述的单元式住宅太阳能集中供热水系统，其特征在于：所述集成控制装置(20)还包括与中央控制器连接的通信装置，通信装置包括通信模块(204)以及通讯协议转换装置(205)。

8.根据权利要求1所述的单元式住宅太阳能集中供热水系统，其特征在于：所述集成控制装置(20)还包括一个连接中央控制器的集成显示装置(206)。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的单元式住宅太阳能集中供热水系统，其特征在于：所述补水装置包括快速补水装置(7)以及定温补水装置(6)，快速补水装置(7)以及定温补水装置(6)均连接集成控制装置。