CN103216870A - 一种多能源转换控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多能源转换控制系统，其包括环境温度传感器、控制器和太阳能—地热能—燃气能耦合系统，所述的太阳能—地热能—燃气能耦合系统包括一个三通电磁阀，所述的环境温度传感器和三通电磁阀均与控制器电连接。本发明通过将太阳能与地源热泵及燃气炉构建在一起，实现了太阳能、地热能、燃气能三者之间的耦合利用，不仅具有各自特有经济、环保的特性，而且可取长补短、合理补给；另外，本发明还可根据环境温度进行智能转换控制，可实现真正意义上的环保节能效果，具有极强的实用价值和广阔的应用前景。

Description

一种多能源转换控制系统

技术领域

本发明涉及一种多能源转换控制系统，具体说，是涉及一种实现太阳能、地热能、燃气能三种能源之间智能转换的多能源转换控制系统，属于新能源技术领域。

背景技术

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的绿色能源，但是太阳能有两个严重不足：一是能流密度低；二是其强度受各种因素的影响不能维持常量，这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源的高效节能环保型能源利用技术。通过输入少量的高品位电能，即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。地源热泵技术是可再生能源应用的主要方向之一，具有良好的节能与环保效益，近年来在国内得到了日益广泛的应用。但是地源热泵长期运行将会使土壤温度场得不到有效恢复，蒸发温度及冷凝温度波动较大，热泵机组运行效率较低。

燃气炉能够非常迅速、方便地为人们提供热量，并可用热水提供采暖和制冷；但如果单独采用燃气炉生产热水，将消耗大量的常规能源。

综上所述可见，如果将太阳能与地源热泵及燃气炉构建在一起，“取长补短，合理补给”，将具有显著的环保节能效果和经济价值，但至今未见相关技术报道。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种多能源转换控制系统，以实现太阳能、地热能、燃气能三者之间的耦合利用，且可根据不同环境温度进行智能转换，达到最佳的环保节能效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多能源转换控制系统，包括环境温度传感器、控制器和太阳能—地热能—燃气能耦合系统，所述的太阳能—地热能—燃气能耦合系统包括一个三通电磁阀，所述的环境温度传感器和三通电磁阀均与控制器电连接。

作为一种优选方案，所述的控制器包括数据处理模块、数据分析模块、数据推理模块和数据输出模块，所述的数据处理模块的输入端与环境温度传感器的输出端相连接，所述的数据处理模块的输出端与数据分析模块的输入端相连接，所述的数据分析模块的输出端与数据推理模块的输入端相连接，所述的数据推理模块的输出端与数据输出模块的输入端相连接，所述的数据输出模块的输出端与三通电磁阀的输入端相连接。

作为一种优选方案，所述的太阳能—地热能—燃气能耦合系统包括真空热管集热器、集热系统循环泵、蓄热水箱、太阳能热水循环泵、热泵主机、室外地埋管、室外地埋管循环泵、燃气壁挂炉、室内末端循环泵、采暖盘管和三通电磁阀，所述真空热管集热器与蓄热水箱相连接，所述蓄热水箱通过太阳能热水循环泵分别与采暖盘管、热泵主机、室外地埋管和燃气壁挂炉相连接；所述热泵主机的一路通过三通电磁阀与燃气壁挂炉相连接，另一路通过蓄热水箱和集热系统循环泵与真空热管集热器相连接；所述室外地埋管的输入端与热泵主机相连接，所述室外地埋管的输出端通过室外地埋管循环泵和三通电磁阀与燃气壁挂炉相连接；所述采暖盘管的一路通过热泵主机分别与室外地埋管和燃气壁挂炉相连接，另一路通过室内末端循环泵、蓄热水箱和集热系统循环泵与真空热管集热器相连接；所述三通电磁阀的三路端口分别与热泵主机、室外地埋管循环泵和燃气壁挂炉相连接。

作为进一步优选方案，在蓄热水箱与集热系统循环泵的连接管路上设有膨胀定压罐。

作为进一步优选方案，在太阳能热水循环泵与室外地埋管的连接管道上设有分水器。

作为进一步优选方案，在室外地埋管与室外地埋管循环泵之间设有集水器。

作为进一步优选方案，在采暖盘管与热泵主机的连接管路上设有分水器。

作为进一步优选方案，在采暖盘管与室内末端循环泵的连接管路上设有集水器。

与现有技术相比，本发明提供的多能源转换控制系统，通过将太阳能与地源热泵及燃气炉构建在一起，实现了太阳能、地热能、燃气能三者之间的耦合利用，不仅具有各自特有经济、环保的特性，而且可取长补短、合理补给；另外，本发明还可根据环境温度进行智能转换控制，可实现真正意义上的环保节能效果，具有极强的实用价值和广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明提供的一种多能源转换控制系统的结构示意图；

图2是本发明提供的一种太阳能—地热能—燃气能耦合系统的结构示意图。

图中：1、真空热管集热器；2、集热系统循环泵；3、蓄热水箱；4、太阳能热水循环泵；5、热泵主机；6、室外地埋管；7、室外地埋管循环泵；8、燃气壁挂炉；9、室内末端循环泵；10、采暖盘管；11、三通电磁阀；12、膨胀定压罐；13、分水器；14、集水器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细阐述：

如图1所示：本发明提供的一种多能源转换控制系统，包括环境温度传感器、控制器和太阳能—地热能—燃气能耦合系统，所述的太阳能—地热能—燃气能耦合系统包括一个三通电磁阀，所述的环境温度传感器和三通电磁阀均与控制器电连接；所述的控制器包括数据处理模块、数据分析模块、数据推理模块和数据输出模块，所述的数据处理模块的输入端与环境温度传感器的输出端相连接，所述的数据处理模块的输出端与数据分析模块的输入端相连接，所述的数据分析模块的输出端与数据推理模块的输入端相连接，所述的数据推理模块的输出端与数据输出模块的输入端相连接，所述的数据输出模块的输出端与三通电磁阀的输入端相连接。

如图2所示：本发明所述的太阳能—地热能—燃气能耦合系统包括真空热管集热器1、集热系统循环泵2、蓄热水箱3、太阳能热水循环泵4、热泵主机5、室外地埋管6、室外地埋管循环泵7、燃气壁挂炉8、室内末端循环泵9、采暖盘管10和三通电磁阀11，所述真空热管集热器1与蓄热水箱3相连接，所述蓄热水箱3通过太阳能热水循环泵4分别与采暖盘管10、热泵主机5、室外地埋管6和燃气壁挂炉8相连接；所述热泵主机5的一路通过三通电磁阀11与燃气壁挂炉8相连接，另一路通过蓄热水箱3和集热系统循环泵2与真空热管集热器1相连接；所述室外地埋管6的输入端与热泵主机5相连接，所述室外地埋管6的输出端通过室外地埋管循环泵7和三通电磁阀11与燃气壁挂炉8相连接；所述采暖盘管10的一路通过热泵主机5分别与室外地埋管6和燃气壁挂炉8相连接，另一路通过室内末端循环泵9、蓄热水箱3和集热系统循环泵2与真空热管集热器1相连接；所述三通电磁阀11的三路端口分别与热泵主机5、室外地埋管循环泵7和燃气壁挂炉8相连接；在蓄热水箱3与集热系统循环泵2的连接管路上设有膨胀定压罐12；在太阳能热水循环泵4与室外地埋管6的连接管道上设有分水器13；在室外地埋管6与室外地埋管循环泵7之间设有集水器14；在采暖盘管10与热泵主机5的连接管路上设有分水器13；在采暖盘管10与室内末端循环泵9的连接管路上设有集水器14。

本发明的工作原理如下：

在天气晴朗的初冬和末冬的夜晚，房间热负荷较小，太阳能集热效果良好，经过一天的集热后，蓄热水箱温度T>45℃，水箱里的热水可直接用来给房间供暖；通过混水阀，还可使水箱出水温度恒定在45℃，保证供水温度的稳定。

当水箱温度（15±2）℃<T<（45±2）℃时（±2℃是死区温度，可使能源转换得到缓冲），太阳能与地热能联合供热，此时水温中等，不能直接用来给末端进行供热，考虑到其与系统末端的回水温度接近，太阳能出水至热泵冷凝器入口，进一步提升温度后再送到末端进行供暖，此时水箱还充当一个缓冲水箱的作用，可减小系统管路内的水温波动，提升末端供暖的舒适性。

在采暖季的阴雨天或晚上，太阳能集热系统不起作用，当水箱温度5℃<T<15℃时，三通电磁阀左右相通，应用地源热泵系统进行供暖，此时，不需要启动燃气炉加热系统。在该模式下，蒸发器进行热交换，土壤作为热泵低温热源。

在寒冷冬季，当水箱温度T<（5±2）℃时，燃气炉与三通电磁阀相通，燃气炉水泵启动，燃烧器点燃，将水加热后再通过热泵向末端供暖。同时蓄热水箱与燃气炉连接，必要时可直接加热水箱的水，并将加热后的水送回蓄热水箱，一旦蓄热水箱中的热水温度达到了要求，控制器将会控制三通电磁阀转向热水供应。

由此可见，在冬季，考虑到较大的热负荷，联合使用太阳能和土壤热作为热泵的低位热源，如果过冷则可以以燃气作为补充，夏季，因冷负荷不大而只使用土壤冷源来进行空调，太阳能系统则主要用于提供生活用热水。过渡季节，可以利用地下埋管将太阳能引入地下蓄热，为冬季供热储备能量。

由于每个季节的每天气温和室外环境不尽相同，如果只是笼统地根据水箱温度来选择启用不同能源，会造成一定的浪费或供应的不足；其次，越来越严格的工况要求进行更人性化的温度设置。因此，本发明通过设置环境温度传感器和控制器，使所述的环境温度传感器和三通电磁阀均与控制器电连接，通过控制器对获取的环境温度数据进行处理、分析和推理后，输出三通电磁阀的导向信号，进行智能切换。其中的数据分析模块是根据流体力学和热交换理论公式及运行机理进行相关数据分析；其中的数据推理模块是采用精确推理方法，选用事实驱动方式，进行控制策略的推理。

由于太阳能的加入，可实现地源热泵的间歇运行，使土壤温度可以在一定程度上得到恢复，提高热泵运行效率；土壤热源的加入，可使太阳能热泵系统在阴雨天及夜间太阳辐照量低的环境下仍能够在适宜热源温度下运行；燃气能的加入，可不受天气及环境的影响，适时开启，补充前二者的不足。

综上所述可见：本发明提供的多能源转换控制系统，通过将太阳能与地源热泵及燃气炉构建在一起，实现了太阳能、地热能、燃气能三者之间的耦合利用，不仅具有各自特有经济、环保的特性，而且取长补短、合理补给；另外，本发明还可根据环境温度进行智能转换控制，可实现真正意义上的环保节能效果，具有极强的实用价值和广阔的应用前景。

最后有必要在此指出的是，上述说明只用于对本发明的技术方案作进一步详细说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多能源转换控制系统，其特征在于：包括环境温度传感器、控制器和太阳能—地热能—燃气能耦合系统，所述的太阳能—地热能—燃气能耦合系统包括一个三通电磁阀，所述的环境温度传感器和三通电磁阀均与控制器电连接。

2.如权利要求1所述的多能源转换控制系统，其特征在于：所述的控制器包括数据处理模块、数据分析模块、数据推理模块和数据输出模块，所述的数据处理模块的输入端与环境温度传感器的输出端相连接，所述的数据处理模块的输出端与数据分析模块的输入端相连接，所述的数据分析模块的输出端与数据推理模块的输入端相连接，所述的数据推理模块的输出端与数据输出模块的输入端相连接，所述的数据输出模块的输出端与三通电磁阀的输入端相连接。

3.如权利要求1所述的多能源转换控制系统，其特征在于：所述的太阳能—地热能—燃气能耦合系统包括真空热管集热器、集热系统循环泵、蓄热水箱、太阳能热水循环泵、热泵主机、室外地埋管、室外地埋管循环泵、燃气壁挂炉、室内末端循环泵、采暖盘管和三通电磁阀，所述真空热管集热器与蓄热水箱相连接，所述蓄热水箱通过太阳能热水循环泵分别与采暖盘管、热泵主机、室外地埋管和燃气壁挂炉相连接；所述热泵主机的一路通过三通电磁阀与燃气壁挂炉相连接，另一路通过蓄热水箱和集热系统循环泵与真空热管集热器相连接；所述室外地埋管的输入端与热泵主机相连接，所述室外地埋管的输出端通过室外地埋管循环泵和三通电磁阀与燃气壁挂炉相连接；所述采暖盘管的一路通过热泵主机分别与室外地埋管和燃气壁挂炉相连接，另一路通过室内末端循环泵、蓄热水箱和集热系统循环泵与真空热管集热器相连接；所述三通电磁阀的三路端口分别与热泵主机、室外地埋管循环泵和燃气壁挂炉相连接。

4.如权利要求3所述的多能源转换控制系统，其特征在于：在蓄热水箱与集热系统循环泵的连接管路上设有膨胀定压罐。

5.如权利要求3所述的多能源转换控制系统，其特征在于：在太阳能热水循环泵与室外地埋管的连接管道上设有分水器。

6.如权利要求3所述的多能源转换控制系统，其特征在于：在室外地埋管与室外地埋管循环泵之间设有集水器。

7.如权利要求3所述的多能源转换控制系统，其特征在于：在采暖盘管与热泵主机的连接管路上设有分水器。

8.如权利要求3所述的多能源转换控制系统，其特征在于：在采暖盘管与室内末端循环泵的连接管路上设有集水器。

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