CN104567092A - 一种跨季节储能式供冷与供暖装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跨季节储能式供冷与供暖装置及控制方法，通过集热场收集天然冷能和热能，在地下设置两个储能罐，实现跨季节储能，并为建筑提供辐射空调所需的冷量和热量。整个装置主要由控制柜来控制主要设备，实现系统的智能化控制。该系统装置主要部件包括集热场、储能罐、换热器、回收池、控制柜、分水器及集水器，同时还包括控制阀门、温度传感器、液位传感器及水泵等装置。本发明主要面向以辐射末端进行采暖和制冷的建筑，夏季储存自然热能为建筑冬季供暖，冬季储存自然冷能为建筑夏季供冷。本发明技术能够降低空调系统的运行费用，具有节能、环保、生态的特点。

Description

一种跨季节储能式供冷与供暖装置及控制方法

技术领域

本本发明属于新能源利用技术领域，具体涉及一种跨季节储能式供冷与供暖装置及控制方法。

背景技术

目前能源短缺是人类长期面临的问题，加之生态环境日益恶化，发展可再生能源利用技术迫在眉睫。在建筑能耗中，暖通空调的能耗比例尤为巨大，因此降低暖通空调能耗是实现建筑节能的有效方式。储能技术的应用在建筑空调节能技术中得到广泛关注，那么为了实现低碳环保、降低能耗，人们将不断探索新技术的应用。

发明内容

本发明目的在于应用天然冷热源，跨季节储热或储冷实现冬季向辐射末端供热水、夏季向辐射末端供冷水的功能，可降低常规能源的消耗，并且减少碳排放。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种跨季节节能储能式供冷与供暖用装置，包括回收池、集热场、换热器和储能罐A，集热场的连接口1a通过电磁阀V2与储能罐A的顶部连接口连接，集热场的连接口1c依次通过电磁阀V6、水泵B与储能罐A的底部连接口连接，所述储能罐A的底部连接口还通过水泵A、电磁阀V4与换热器的连接口4a连接，所述换热器通过电磁阀V8与回收池的连接口5a连接，所述回收池还通过电磁阀V10与集热场连接，所述集热场上还设置有注水口，所述注水口上设置有电磁阀V1；

所述集热场内设置有液位传感器T1，所述储能罐A内设置有液位传感器T6；

在所述集热场内还设置有温度传感器T5，在所述储能罐A内还设置有温度传感器T2；

所述电磁阀V1、电磁阀V2、电磁阀V4、电磁阀V6、电磁阀V8、电磁阀V10、液位传感器T1、液位传感器T6、温度传感器T5、温度传感器T2、水泵A、水泵B连接到控制柜上。

作为本发明的进一步创新，所述装置还包括储能罐B，所述的集热场出口1b通过阀门V3与储能罐B顶部入口相连接，所述的储能罐B底部出口依次通过水泵D、电磁阀V7与集热场的入口管道1d连接,储能罐B的出口端依次经过水泵C和阀门V5连接到换热器入口4b,所述换热器还通过电磁阀V9与回收池的连接口5b连接；

在储能罐B内还设置有液位传感器T7和温度传感器T3；

所述电磁阀V3、电磁阀V5、电磁阀V9、水泵C、水泵D、液位探测器T7、温度传感器T3与控制柜连接。

作为本发明的进一步创新，所述的换热器末端出水口顺次与阀门V11、水泵E、分水器相连接，分水器与末端供水管段相连接；末端回水管段接入到集水器上，集水器出口经阀门V12与换热器末端进水口相连接；所述的换热器分别经电磁阀V13和电磁阀V14与补充能源的进口管段和出口管段相连接；所述的集热场底部设有排水管道A，排水管道A上设有阀门V16,回收池底部设有排水管道B，排水管道B上设置关断阀门V15。

一种跨季节节能储能式供冷与供暖用装置的控制方法，夏季储热时，首先上水管通过电磁阀V1向集热场注水，当集热场1中的液位传感器T1传输到控制柜的液位信号到达设定值时，电磁阀V1关闭，水在集热场中吸收太阳能热量加热到设定温度后，控制柜控制电磁阀V2打开，将集热场中的水注入到储能罐2中，周而复始将储能罐A充满水；当储能罐A注满水后，控制柜控制电磁阀V2关闭，电磁阀V3打开，从集热场加热到设定温度的水注入储能罐B中，周而复始将储能罐B在充满水；储能罐A充满水后系统将电磁阀V3关闭；当集热场1水温大于储能罐中水温一定温差时，系统将控制两者之间通过循环管道上的水泵B或水泵D自动开启进行系统内温差循环，当温差减少到设定数值后水泵自动关闭，储热完成；

冬季采用储能罐中热水作为建筑物室内采暖的热媒，采暖模式运行时，首先控制水泵A开启，与换热器中的末端水换热后热媒流入回收池中储存，当末端换热供水管道上设的温度传感器T4 传到控制柜的信号低于设定的温度值时，将控制水泵A实现调节。当储能罐的液位传感器T6传输到控制柜的信号显示热水用完时，电磁阀V4关闭、V5打开，水泵C开启，这时储能罐B中的热水流入到换热器中，换热完毕后流入回收池中存储。

冬季，当储能罐热水用完后，可以进行储冷模式，回收池中的水通过电磁阀V10的开启向集热场中注入水，当到达设定液位时，电磁阀V10关闭，待集热场中的水达到设定的低温时，控制柜控制电磁阀V2开启，冷水注入到储能罐中，周而复始将储能罐注满冷水后，电磁阀V2关闭。当集热场水温低于储能罐中水温一定温差时，系统将控制两者之间通过循环管道上的水泵B自动开启进行系统内温差循环，当温差减少到设定数值后水泵自动关闭。同理，储能罐B放空热水后也进入到储冷模式。

夏季制冷模式开始时，首先系统开启水泵A，储能罐中的冷水进入到换热器与末端水换热后流入到回收池中待用，当储能罐中冷水用完时，系统控制电磁阀V4关闭，开启电磁阀V2进入到储热模式。此时，水泵C开启，储能罐B进入制冷模式，储能罐B中储存的冷水经换热器后，流入回收池中，回收池中的水通过电磁阀V10的开启和关闭间断向集热场注水。

本发明的有益效果是：

1、通过以上设置，本发明可充分利用自然冷热源为建筑辐射末端提供制冷和采暖所需的空调水，本发明结构比较简易，只需要简单的安装几个罐体就可以实现整体功能。

2、本发明采用两个储能罐，极大的提升了系统储冷和储热的能力，同时也提高了整套设备的续航能力。

3、本发明的集水器、分水器可以提高传热管道的铺设数量，回收池可以提升系统内的储水能力，防止水量不足，导致系统内温过高或者过低引起的损坏。

4、本发明的自动控制单元可以进一步提高本装置的效率，无需人工操作和干预就可以实现本装置的全部功能，使得使用更加的便捷和安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图中：图1为本发明系统原理图

图中：1 集热场 ；2 储能罐A；3 储能罐B；4 换热器；5 回收池；6 分水器；7 集水器；8 控制柜；9 水泵A；10 水泵B；11 水泵C；12 水泵D；13 水泵E。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种跨季节储能式供冷与供暖的装置，主要由集热场1、储能罐A2、储能罐B3、换热器4、回收池5、分水器6、集水器7和控制柜8组成；所述的集热场1，上接的入水管装有电磁阀V1，集热场1的出口1a顺次与电磁阀V2、储能罐A2顶部进口相连接，储能罐A2底部出口顺次与水泵B10、电磁阀V6、集热场1c入口管道连接；所述的储能罐A2的出口端经过阀门V3连接到换热器经过关断阀门V5后，与回收池5入口5a相连接；所述的集热场出口1b，顺次与阀门V2、储能罐B3顶部入口相连接，所述的储能罐B3底部出口顺次与水泵D12、电磁阀V7、集热场1d入口管道连接,储能罐B3的出口端经过阀门V4连接到换热器入口4b,经过关断阀门V9与回收池5入口端5b相连接。所述的回收池5出口端经过电磁阀V10与集热器1相连接。所述的换热器4末端出水口顺次与阀门V11、水泵E13、分水器6相连接，分水器6与末端供水管段相连接；末端回水管段接入到集水器7，集水器7出口经阀门V12与换热器4末端进水口相连接。所述的换热器4经阀门V13与补充能源进口管段相连接、经阀门V14与补充能源出口管段相连接。所述的集热场底部设有排水管道，其上设有阀门V16,回收池底部设有排水管道，其上设置关断阀门V15。

所述的集热场1内设置液位探测器T1和温度传感器T5与控制柜8连接，储能罐A2、3内部设有温度传感器T2、T3和液位探测器T6、T7与控制柜8相连接，末端供水管道上设有温度传感器T4与控制柜8相连接,所述的电磁阀V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V10、V11、V12、 V13、V14均与控制柜8相连接。

集热场1可以是采用砖块水泥砌成的池子，也可以是太阳能集热器，也可以是其他能够收集天然冷能和热能的装置。

储能罐A2和储能罐B3布置于地下，罐顶距离地面至少1米，采用钢筋混凝土砌成，做保温处理；同时储能罐的形状不限于圆柱体，可以为长方体、球体等形式。

换热器4外接热源可以是地源热泵、空气源热泵，但不限于这几种辅助供能方式。

控制柜8的控制功能通过一块可编程的PLC以及其扩展模块实现，其中阀门控制输入信号接到PLC数字量输入接口，输出信号与数字量输出接口连接；液位传感器的输入信号、温度传感器的输入信号以及变频输入水泵的信号分别接到PLC相对应的模拟量输入接口，其相应的控制输出信号接到模拟量输出接口。通过导入其中的程序，对相关接入口、输出口的动作，实现不同季节的运行模式。

夏季储热模式运行时，在建筑物屋顶设置有集热场1，初次上水时，电磁阀V1开启，通过上水管给集热场1注水，当集热场内水温到达设定水位5cm时，电磁阀V1关闭。待集热场1将水加热至设定温度50℃时，集热器1中的温度传感器T5将信息传至控制柜8，系统控制电磁阀V2打开，将集热场中的水注入到储能罐A2中，周而复始将储能罐A2充满水。当储能罐A2注满水后，控制柜控制电磁阀V2关闭，电磁阀V3打开，从集热场加热到设定温度的水注入储能罐B3中，周而复始将储能罐B3充满水。储能罐A2充满水后系统将电磁阀V3关闭。当集热场水温大于储能罐中水温一定温差12℃时，系统将控制两者之间通过循环管道上的水泵B10或水泵D12自动开启进行系统内温差循环，当温差减少到设定温差5℃后水泵自动关闭。夏季储热完成。

冬季采用储能罐中热热水作为建筑物室内采暖的热媒，采暖模式运行时，首先控制水泵A开启，与换热器4中的末端水换热后热媒流入回收池5中储存，当末端换热供水管道上设的温度传感器T4 传到控制柜的信号低于设定的温度值27℃时，将控制水泵实现调节。当储能罐A2的液位传感器T6传输到控制柜8的信号显示热水用完时，电磁阀V4关闭，电磁阀V5打开，启动水泵C11开启，这时储能罐B3中的热水流入到换热器4中，换热完毕后流入回收池5中存储。

冬季采暖模式下，当储能罐A2热水用完后，可以进行储冷模式，回收池5中的水通过电磁阀V10的开启向集热场1中注入水，当到达设定液位5cm时，电磁阀V10关闭，待集热场中的水达到设定的低温4℃时，控制柜控制电磁阀V2开启，冷水注入到储能罐A2中，周而复始将储能罐A2注满冷水后，电磁阀V2关闭。当集热场水温低于储能罐中水温一定温差10℃时，系统将控制两者之间通过循环管道上的水泵B10自动开启进行系统内温差循环，当温差减少到设定温差2℃后水泵自动关闭。同理，储能罐B3放空热水后也进入到储冷模式。

冬季采暖模式下，当储能罐A2和储能罐B3中的热水全部用完，系统将控制电磁阀V13 和V14开启，启动其他热源实现末端的热水的供应。

上述中设定的温度值只是实施方案的一种，具体使用情况需要根据具体环境以及季节温度进行动态的调整，调整的范围如果假定为△t，设定的温度值为t，环境温度为T那么夏季的设定温度值tX=T+△t，冬季的设定温度值为tD=T-△t。

上述中设定的温差数值夏季一般至少为10°C，冬季该温差数值可以小一些，具体还是要根据当地环境确定换热系数后再计算得出，对于环境温度过低或者过高的区域，那么这个温差数值要设定的较大，以降低中各个水泵的负载和启动次数，当环境温度事宜（系统内流体与外界的温差较低）时，换热量会较小，所以温差的波动也较少，所以这个时候温差数值可以设定的较小。

通过以上设置，本发明可充分利用自然冷热源为建筑辐射末端提供制冷和采暖所需的空调水，采用两个储能罐轮流储能、供能的形式，不仅提高了设备的利用率，而且提高了系统的运行效率，装置运行可靠，能够进行智能化控制，真正实现节能环保。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种跨季节节能储能式供冷与供暖用装置，其特征在于：包括回收池、集热场、换热器和储能罐A，集热场的连接口（1a）通过电磁阀V2与储能罐A的顶部连接口连接，集热场的连接口（1c）依次通过电磁阀V6、水泵B与储能罐A的底部连接口连接，所述储能罐A的底部连接口还通过水泵A、电磁阀V4与换热器的连接口（4a）连接，所述换热器通过电磁阀V8与回收池的连接口（5a）连接，所述回收池还通过电磁阀V10与集热场连接，所述集热场上还设置有注水口，所述注水口上设置有电磁阀V1；

所述集热场内设置有液位传感器T1，所述储能罐A内设置有液位传感器T6；

在所述集热场内还设置有温度传感器T5，在所述储能罐A内还设置有温度传感器T2；

所述电磁阀V1、电磁阀V2、电磁阀V4、电磁阀V6、电磁阀V8、电磁阀V10、液位传感器T1、液位传感器T6、温度传感器T5、温度传感器T2、水泵A、水泵B连接到控制柜上。

2.如权利要求1所述的一种跨季节节能储能式供冷与供暖用装置，其特征在于：所述装置还包括储能罐B，所述的集热场出口（1b）通过阀门V3与储能罐B顶部入口相连接，所述的储能罐B底部出口依次通过水泵D、电磁阀V7与集热场的入口管道（1d）连接,储能罐B的出口端依次经过水泵C和阀门V5连接到换热器入口（4b），所述换热器还通过电磁阀V9与回收池的连接口（5b）连接；

在储能罐B内还设置有液位探测器T7和温度传感器T3；

所述电磁阀V3、电磁阀V5、电磁阀V9、水泵C、水泵D、液位探测器T7、温度传感器T3与控制柜连接。

3.如权利要求1或2所述的一种跨季节节能储能式供冷与供暖用装置，其特征在于：所述的换热器末端出水口顺次与阀门V11、水泵E、分水器相连接，分水器与末端供水管段相连接；末端回水管段接入到集水器上，集水器出口经阀门V12与换热器末端进水口相连接；所述的换热器分别经电磁阀V13和电磁阀V14与补充能源的进口管段和出口管段相连接；所述的集热场底部设有排水管道A，排水管道A上设有阀门V16,回收池底部设有排水管道B，排水管道B上设置关断阀门V15。

4.一种如权利要求3所述的跨季节节能储能式供冷与供暖用装置的控制方法，其特征在于：夏季储热时，首先上水管通过电磁阀V1向集热场注水，当集热场中的液位传感器T1传输到控制柜的液位信号到达设定值时，电磁阀V1关闭，水在集热场中吸收太阳能热量加热到设定温度后，控制柜控制电磁阀V2打开，将集热场中的水注入到储能罐2中，周而复始将储能罐A充满水；当储能罐A注满水后，控制柜控制电磁阀V2关闭，电磁阀V3打开，从集热场加热到设定温度的水注入储能罐B中，周而复始将储能罐B在充满水；储能罐A充满水后系统将电磁阀V3关闭；当集热场水温大于储能罐中水温一定温差时，系统将控制两者之间通过循环管道上的水泵B或水泵D自动开启进行系统内温差循环，当温差减少到设定数值后水泵自动关闭，储热完成；

冬季采用储能罐中热水作为建筑物室内采暖的热媒，采暖模式运行时，首先控制水泵A开启，与换热器中的末端水换热后热媒流入回收池中储存，当末端换热供水管道上设的温度传感器T4 传到控制柜的信号低于设定的温度值时，将控制水泵A实现调节；

当储能罐的液位传感器T6传输到控制柜的信号显示热水用完时，电磁阀V4关闭、V5打开，水泵C开启，这时储能罐B中的热水流入到换热器中，换热完毕后流入回收池中存储。

5.如权利要求4所述的一种跨季节节能储能式供冷与供暖用装置的控制方法，其特征在于：冬季，当储能罐热水用完后，进行储冷模式，回收池中的水通过电磁阀V10的开启向集热场中注入水，当到达设定液位时，电磁阀V10关闭，待集热场中的水达到设定的低温时，控制柜控制电磁阀V2开启，冷水注入到储能罐中，周而复始将储能罐注满冷水后，电磁阀V2关闭；

当集热场水温低于储能罐中水温一定温差时，系统将控制两者之间通过循环管道上的水泵B自动开启进行系统内温差循环，当温差减少到设定数值后水泵自动关闭；

夏季制冷模式开始时，首先系统开启水泵A，储能罐中的冷水进入到换热器与末端水换热后流入到回收池中待用，当储能罐中冷水用完时，系统控制电磁阀V4关闭，开启电磁阀V2进入到储热模式；

此时，水泵C开启，储能罐B进入制冷模式，储能罐B中储存的冷水经换热器后，流入回收池中，回收池中的水通过电磁阀V10的开启和关闭间断向集热场注水。