CN103743131B - 提高太阳能热水系统热效率及热利用率的方法及应用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种提高太阳能热水系统热效率及热利用率的方法及应用系统，其方法为：设置辅助热源、高温热水保温水箱、混水装置及混水控制子系统，辅助热源制备高温热水储存于高温热水保温水箱中；辅助热源的高温水箱与太阳能热水箱分开设置，以降低太阳能热水箱下部水温从而提高太阳能热水系统的热效率；优先使用太阳能热水，当太阳能热水低于设定的供水温度时，在混水控制子系统控制下，低温太阳能热水与高温热水通过混水装置按一定比例混合，以满足供水温度要求，并可完全利用太阳能热水。采用本发明的太阳能热水系统与常规的太阳能热水系统相比，不仅热效率高，而且太阳能热水利用率可达100％，具有节能、环保之优点。

Description

提高太阳能热水系统热效率及热利用率的方法及应用系统
技术领域
本发明属于采暖及供热技术领域，尤其是一种提高太阳能热水系统热效率及热利用率的方法及应用该方法的太阳能热水系统。
背景技术
太阳能是一种清洁的可再生能源，其分布广泛，不受地域的限制。太阳能热水系统以太阳能为热源，不仅清洁卫生，还可有效减少能源的消耗。但是，受气候的影响，单一太阳能热水系统不能全天候运行。为实现太阳能热水系统全天候运行，需设置辅助热源。现行的带辅助热源的太阳能热水系统，需辅助加热时，其辅助热源直接加热太阳能热水箱中的水。此种带辅助热源的热水器，一方面在进行辅助加热时提高了太阳能热水箱中的水温，因而使得太阳能集热器入口水温升高从而导致太阳能热水系统效率降低；另一方面，不需要辅助热源加热天气下，当太阳能热水箱中水温低于供水温度时就不能供水，不仅使得太阳能热水利用率低，而且使得第二天太阳能热水系统太阳能集热器入口水温升高从而导致太阳能热水系统效率降低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种提高太阳能热水系统热效率及热利用率的方法及应用系统，以提高太阳能热水系统的热力性能，一方面可提高现行太阳能热水系统的热效率，另一方面提高太阳能热水系统热水利用率，在相同的热负荷条件下，有效减少太阳能集热器面积，并减少辅助热源的能源消耗量，以实现热水供应及采暖的节能减排。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种提高太阳能热水系统热效率及热利用率的方法，在太阳能热水子系统（Ⅰ）的基础上设置辅助热源（15）、高温热水保温水箱（14）、混水装置（III）及混水控制子系统（II），辅助热源（15）的高温热水保温水箱（14）与太阳能热水箱（6）分开设置，辅助热源（15）制备高温热水储存于高温热水保温水箱（14）中，当太阳能热水温度高于设定的供水温度时，单一由太阳能热水箱（6）供水；当太阳能热水低于设定的供水温度时，在混水控制子系统（Ⅱ）控制下，低温太阳能热水与高温热水通过混水装置（Ⅲ）按一定比例混合，满足供水温度要求，并可在各种气候条件下完全利用太阳能热水。
本发明的高温热水保温水箱的容积按当地最不利的气候条件确定。为减少辅助热源能源消耗量，在不同气候条件下按需供热，水位采用控制多档控制。其档位数可以取2、3、4或5，用于调整不同气候条件下辅助热源制取的高温热水量，利于按需供热。同时，为减低供水温度的波动，高温热水保温水箱采用非连续补水，仅当水箱水位低于设置值时才进行补水，以应对极端气候条件或热负荷突增的场合。
一种提高太阳能热水系统热效率及热利用率的方法的应用系统，包括由下循环管（1）、太阳能集热器（2）、集热器循环泵（3）、温差控制器（4）、上循环管（5）和太阳能热水箱（6）组成的太阳能热水子系统（Ⅰ），在所述太阳能热水子系统（Ⅰ）的基础上设置混水装置（Ⅲ）、混水控制子系统（Ⅱ）、辅助热源（15）和高温热水保温水箱（14），混水装置（Ⅲ）包括混水电磁阀a（17）、混水电磁阀b（18）、混水箱（20）、补水电磁阀（21）及热水供水管（22），热水供水管（22）连接于混水箱（20）的底部，混水控制子系统（Ⅱ）包括可编程逻辑控制器（11）、液位传感器（13）、液位变送器（9）、温度传感器a（12）、温度变送器a（7）、温度传感器b（16）、温度变送器b（8）、温度传感器c（19）和温度变送器c（10），可编程逻辑控制器（11）上连接液位变送器（9）、温度变送器a（7）、温度变送器b（8）和温度变送器c（10），液位传感器（13）连接液位变送器（9）、温度传感器a（12）连接温度变送器a（7）、温度传感器b（16）连接温度变送器b（8）、温度传感器c（19）连接温度变送器c（10），液位传感器（13）设置在高温热水保温水箱（14）中，温度传感器a（12）设置于太阳能热水箱（6）中，温度传感器b（16）设置于高温热水保温水箱（14）中，温度传感器c（19）设置于混水箱（20）中，辅助热源（15）安装在高温热水保温水箱（14）上，高温热水保温水箱（14）的出水管通过混水电磁阀a(17)与混水箱（20）的顶部相连，太阳能热水箱（6）的出水管通过混水电磁阀b（18）与混水箱（20）的顶部相连，所述混水电磁阀a（17）、混水电磁阀b（18）、补水电磁阀（21）及辅助热源（15）的运行均由混水控制子系统的可编程逻辑控制器（11）按设定的程序进行控制。
所述太阳能热水子系统（Ⅰ）的循环方式采用机械循环或是自然循环，采用机械循环时，集热器循环泵（3）由温差控制器（4）单独控制。
所述辅助热源（15）可以是电加热器，也可以是高温热泵热水器。
本发明的有益效果是：通过分开设置辅助热源的高温水箱与太阳能热水箱分，以降低太阳能热水下部水温从而提高太阳能热水系统的热效率。采用混水装置，可完全利用太阳能热水。本发明涉及的太阳能热水系统不仅热效率高，而且太阳能热水利用率可达100％，具有节能、环保之优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图1中各标号依次表示为：I-太阳能热水子系统、II-混水控制子系统、III-混水装置、1-下循环管、2-太阳能集热器、3-集热器循环泵、4-温差控制器、5-上循环管、6-太阳能热水箱、7-温度变送器a、8-温度变送器b、9-液位变送器、10-温度变送器c、11-可编程逻辑控制器、12-温度传感器a、13-液位传感器、14-高温热水保温水箱、15-辅助热源、16-温度传感器b、17-混水电磁阀a、18-混水电磁阀b、19-温度传感器c、20-混水箱、21-补水电磁阀、22-供水热水管。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例及所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些实施例及附图获得其他等同替换和改进的技术方案。
本实施例所述的太阳能热水系统由太阳能热水子系统I、混水装置III、混水控制子系统II、辅助热源15、高温热水保温水箱14等部件构成。其太阳能热水子系统I采用机械循环太阳能热水系统，设有集热器循环泵3和温差控制器4。辅助热源15采用常规的电加热器。该太阳能热水系统通过设置辅助热源15、高温热水保温水箱14、混水装置III及混水控制子系统II，辅助热源15制备的高温热水储存于高温热水保温水箱14中；辅助热源15的高温热水保温水箱14与太阳能热水箱6分开设置，以降低太阳能热水箱6下部水温从而提高太阳能热水系统的热效率。
高温热水保温水箱14的液位控制可采用3档控制，分别对应水箱总容量的90％、60％、30％。其补水采用非连续补水，仅当水箱中的水位低于水箱总容量的20％所对应的水位时才进行补水。补水电磁阀21的启闭由混水控制子系统II进行控制。
该太阳能热水系统的热水供水温度可设定为55℃。优先使用太阳能热水，当温度传感器a12检测到太阳能热水箱6中的热水温度高于设定的供水温度55℃时，仅由太阳能热水箱6供水（单一太阳能热水供水模式）。当温度传感器a12检测到太阳能热水箱6中的热水温度低于设定的供水温度55℃时，切换到由低温太阳能热水与高温热水混合供水模式。在此种模式下，温度传感器a12检测太阳能热水箱6中的热水温度，温度传感器b16检测热水保温水箱14中的热水温度，混水控制子系统II根据温度传感器a12与温度传感器b16检测的水温，调节混水电磁阀a17与混水电磁阀b18的开度，以实现所需的供水温度。实际的供水温度由温度传感器c19检测。当实际的供水温度低于设定的供水温度55℃时，混水控制子系统II自动调整混水电磁阀a17与混水电磁阀b18的开度，以确保所需的供水温度，并可在各种气候条件下完全利用太阳能热水箱6中的太阳能热水。
辅助热源15的运行由混水控制子系统II的可编程逻辑控制器11按设定的程序进行控制。混水控制子系统II根据当天的实际气候条件选择高温热水保温水箱14的液位，并使辅助热源15将高温热水保温水箱14中的水加热至用户设定的温度。
本发明的技术方案及其应用和热水系统包括但不限于上述实施例，凡是采用本发明权利要求限定的技术路线的以及在此基础上的其它简单变换或增添的技术方案均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高太阳能热水系统热效率及热利用率的方法，其特征在于：包括由下循环管（1）、太阳能集热器（2）、集热器循环泵（3）、温差控制器（4）、上循环管（5）和太阳能热水箱（6）组成的太阳能热水子系统（Ⅰ），在所述太阳能热水子系统（Ⅰ）的基础上设置混水装置（Ⅲ）、混水控制子系统（Ⅱ）、辅助热源（15）和高温热水保温水箱（14），所述的混水装置（Ⅲ）包括混水电磁阀a（17）、混水电磁阀b（18）、混水箱（20）、补水电磁阀（21）及热水供水管（22），所述的热水供水管（22）连接于混水箱（20）的底部，混水控制子系统（Ⅱ）包括可编程逻辑控制器（11）、液位传感器（13）、液位变送器（9）、温度传感器a（12）、温度变送器a（7）、温度传感器b（16）、温度变送器b（8）、温度传感器c（19）和温度变送器c（10），可编程逻辑控制器（11）上连接液位变送器（9）、温度变送器a（7）、温度变送器b（8）和温度变送器c（10），液位传感器（13）连接液位变送器（9）、温度传感器a（12）连接温度变送器a（7）、温度传感器b（16）连接温度变送器b（8）、温度传感器c（19）连接温度变送器c（10），液位传感器（13）设置在高温热水保温水箱（14）中，温度传感器a（12）设置于太阳能热水箱（6）中，温度传感器b（16）设置于高温热水保温水箱（14）中，温度传感器c（19）设置于混水箱（20）中，辅助热源（15）安装在高温热水保温水箱（14）上，高温热水保温水箱（14）的出水管通过混水电磁阀a(17)与混水箱（20）的顶部相连，太阳能热水箱（6）的出水管通过混水电磁阀b（18）与混水箱（20）的顶部相连，所述混水电磁阀a（17）、混水电磁阀b（18）、补水电磁阀（21）及辅助热源（15）均与可编程逻辑控制器（11）连接；
在太阳能热水子系统（Ⅰ）的基础上设置辅助热源（15）、高温热水保温水箱（14）、混水装置（III）及混水控制子系统（II），辅助热源（15）的高温热水保温水箱（14）与太阳能热水箱（6）分开设置，辅助热源（15）制备高温热水储存于高温热水保温水箱（14）中，当太阳能热水温度高于设定的供水温度时，单一由太阳能热水箱（6）供水；当太阳能热水低于设定的供水温度时，在混水控制子系统（Ⅱ）控制下，低温太阳能热水与高温热水通过混水装置（Ⅲ）按一定比例混合，满足供水温度要求。
2.根据权利要求1所述的提高太阳能热水系统热效率及热利用率的方法，其特征在于：所述高温热水保温水箱（14）的水位采用多档控制，其档位数取2、3、4或5，以调整不同气候条件下辅助热源制取的高温热水量。
3.根据权利要求1所述的提高太阳能热水系统热效率及热利用率的方法，其特征在于：所述高温热水保温水箱（14）采用非连续补水，仅当高温热水保温水箱（14）水位低于设置值时才进行补水。
4.根据权利要求1所述的提高太阳能热水系统热效率及热利用率的方法，其特征在于：所述太阳能热水子系统（Ⅰ）的循环方式采用机械循环或是自然循环，采用机械循环时，集热器循环泵（3）由温差控制器（4）单独控制。
5.根据权利要求1所述的提高太阳能热水系统热效率及热利用率的方法，其特征在于：所述辅助热源（15）选择电加热器或是高温热泵热水器。
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