CN105004067A - 一种太阳能和空气源并用的供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能和空气源并用的供热系统，包括太阳能集热板、空气源热泵、储热水箱和恒温水箱，所述太阳能集热板的进水口与所述储热水箱之间连接有集热进水管，所述太阳能集热板的出水口与所述储热水箱之间连接有集热出水管，所述空气源热泵的进水口与所述储热水箱之间连接有热泵进水管，所述空气源热泵的出水口与所述恒温水箱之间连接有热泵出水管，所述储热水箱与所述恒温水箱之间连接有恒温进水管。储热水箱主要与太阳能集热板连接，恒温水箱则与用水管道连接为用户提供恒温热水，确保热水供应稳定；同时将空气源热泵的出水口与恒温水箱连接，空气源热泵只有当储热水箱不能为恒温水箱提供足够的热水时才会启用，能耗相对较低。

Description

一种太阳能和空气源并用的供热系统

技术领域

本发明涉及一种用于提供热水的供热系统，特别是一种太阳能和空气源并用的供热系统。

背景技术

近年来，随着社会的发展，人们的生活水平也不断提高，基本上每家每户都安装了热水系统。传统的热水系统按照加热源的不同可分为电热水系统、燃气热水系统、太阳能热水系统、磁能热水系统和空气源热水系统，其中太阳能热水系统较为节能。

传统的太阳能热水系统一般仅设置一个水箱，用水高峰期时水箱内的水可能来不及被加热就被输送到用水管道，同时由于太阳能受季节变化的影响较大，导致无法单独供应连续的、大量的热水需求，需与其他稳定性较好的热源结合使用，由于其他热源进行加热也需要一定的时间，仍有可能出现水箱内的水可能来不及被加热就被输送到用水管道的情况。

空气源热水系统是除太阳能热水系统之外相对较为节能的热水系统，其热源稳定性较好，可作为与太阳能结合的热源使用。目前同时使用太阳能和空气源的热水系统中，太阳能装置和空气源装置是并联连接、独立工作的，能耗相对较大，仍有进一步改进的空间。

有鉴于此，本发明人对太阳能和空气源供热系统进行了深入的研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热水供应稳定且能耗相对较低的太阳能和空气源并用的供热系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种太阳能和空气源并用的供热系统，包括控制装置、太阳能集热板、空气源热泵、储热水箱和恒温水箱，所述储热水箱连接有与水源连接的上水管，所述太阳能集热板的进水口与所述储热水箱之间连接有集热进水管，所述太阳能集热板的出水口与所述储热水箱之间连接有集热出水管，所述空气源热泵的进水口与所述储热水箱之间连接有热泵进水管，所述空气源热泵的出水口与所述恒温水箱之间连接有热泵出水管，所述储热水箱与所述恒温水箱之间连接有恒温进水管，所述恒温水箱与所述热泵进水管之间还连接有恒温出水管；

所述上水管上安装有上水阀，所述集热进水管上安装有第一循环泵，所述恒温进水管上安装有恒温进水泵，所述热泵进水管上靠近所述储热水箱的位置处安装有补水阀，靠近所述空气源热泵的位置处安装有第二循环泵，所述恒温出水管与所述热泵进水管连接的位置位于所述补水阀和所述第二循环泵之间，所述恒温出水管上安装有回水阀；

所述太阳能集热板、所述空气源热泵、所述上水阀、所述第一循环泵、所述恒温进水泵、所述补水阀、所述第二循环泵以及所述回水阀的工作时序通过所述控制装置控制。

采用上述技术方案，通过设置相互连接的储热水箱和恒温水箱两个水箱，储热水箱主要与太阳能集热板连接，恒温水箱则与用水管道连接为用户提供恒温热水，确保热水供应稳定；同时将空气源热泵的出水口与恒温水箱连接，进一步确保恒温水箱具有足够的热水供应，由于空气源热泵是作为辅助热源使用的，只有当储热水箱不能为恒温水箱提供足够的热水时才会启用，能耗相对较低。

作为本发明的一种改进，所述太阳能集热板靠近所述集热出水管的位置处设置有第一温度传感器，靠近所述集热进水管的位置处设置有第二温度传感器，所述储热水箱内设置有第三温度传感器，所述恒温水箱内设置有第四温度传感器，所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器和所述第四温度传感器分别与所述控制装置连接。通过上述改进，便于掌握系统各个主要位置的温度数据，与传统仅关注水箱内温度的技术方案相比，更有利于降低系统的能耗。

作为本发明的进一步改进，所述储热水箱内设置有第一液位传感器，所述恒温水箱内设置有第二液位传感器，所述第一液位传感器和所述第二液位传感器分别与所述控制装置连接。通过上述改进，便于掌握各个水箱内的水位数据。

作为本发明的更进一步改进，所述控制装置包括温度检测模块、水位检测模块、用于接收所述温度检测模块和所述水位检测模块数据的PLC控制模块以及分别与所述PLC控制模块连接的驱动模块和人机交互模块，所述温度检测模块分别与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器和所述第四温度传感器连接，所述水位检测模块分别与所述第一液位传感器和所述第二液位传感器连接，所述驱动模块分别与所述太阳能集热板、所述空气源热泵、所述上水阀、所述第一循环泵、所述恒温进水泵、所述补水阀、所述第二循环泵和所述回水阀连接。通过上述改进，可以更好的确保太阳能集热板和空气源热泵之间的相互配合，降低系统能耗。

作为本发明的再进一步改进，还包括监控装置和为整个供热系统提供电源的供电装置，所述监控装置包括用于接收所述温度检测模块和所述水位检测模块数据的GPRS模块和与所述GPRS模块匹配的远程终端，所述GPRS模块同时与所述供电装置连接。通过上述改进，便于及时发现系统异常并及时处理。

作为本发明的一种优选，所述远程终端为手机。

作为本发明的一种优选，所述第一液位传感器和/或所述第二液位传感器为压力传感器。

附图说明

图1为本发明太阳能和空气源并用的供热系统的结构示意图；

图2为本发明控制装置的结构示意图；

图3为本发明监控装置的结构示意图。

图中对应标示如下：

10-太阳能集热板；                 11-集热进水管；

12-集热出水管；                   13-第一循环泵；

14-第一温度传感器；               15-第二温度传感器；

20-空气源热泵；                   21-热泵进水管；

22-热泵出水管；                   23-补水阀；

24-第二循环泵；                   30-储热水箱；

31-上水管；                       32-上水阀；

33-第三温度传感器；               34-第一液位传感器；

40-恒温水箱；                     41-恒温进水管；

42-恒温出水管；                   43-恒温进水泵；

44-回水阀；                       45-第四温度传感器；

46-第二液位传感器；               50-用户用水管道；

61-温度检测模块；                 62-液位检测模块；

63-PLC控制模块；                  64-驱动模块；

65-人机交互模块；                 71-GPRS模块；

72-远程终端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本实施例提供的太阳能和空气源并用的供热系统，包括控制装置(图1未示出)、太阳能集热板10、空气源热泵20、储热水箱30和恒温水箱40，太阳能集热板10和空气源热泵20为本领域常用的设备，此处不再详述，需要说明的是，安装时，太阳能集热板10应根据安装位置的经纬度不同确定其与水平面之间的角度，以便获得较为持久的太阳照射时间。

储热水箱30连接有与水源连接的上水管31，水源可以为常规的水源，如井水或城市生活用水管道，上水管31上安装有上水阀32，上水阀32开启后可实现对储热水箱30的上水动作。上水阀32以及下文将要提到的各个阀门都优选为自动电磁阀。

太阳能集热板10的进水口与储热水箱30之间连接有集热进水管11，太阳能集热板10的出水口与储热水箱30之间连接有集热出水管12，集热进水管12上安装有第一循环泵13，这样可以在太阳能集热板10和储热水箱30之间形成循环水路，便于通过太阳能集热板10对储热水箱30内的水进行加热。需要说明的是，集热进水管11与储热水箱30的连接位置应该位于储热水箱30的下端，集热出水管12与储热水箱30的连接位置应该位于储热水箱30的下端，确保储热水箱30内的水可以进入循环水路中进行充分加热。

空气源热泵20的进水口与储热水箱30之间连接有热泵进水管21，空气源热泵20的出水口与恒温水箱40之间连接有热泵出水管22，热泵进水管21与储热水箱30连接的位置位于储热水箱30的下端，且热泵进水管21上靠近储热水箱30的位置处安装有补水阀23，靠近空气源热泵20的位置处安装有第二循环泵24，热泵出水管22与恒温水箱40的连接位置应位于恒温水箱40的上端。这样，当储热水箱30内的水温较低时，储热水箱30内的水可通过热泵进水管21进入空气源热泵20中加热，然后在通过热泵出水管22流入恒温水箱40中，避免储热水箱30内温度相对较低的水直接流入恒温水箱40内使得恒温水箱40内的水温降低，浪费热能；同时由于热泵进水管21上安装有补水阀23，但储热水箱30内的水温较高时，可将补水阀23和空气源热泵20关闭，降低系统能耗。

储热水箱30与恒温水箱40之间连接有恒温进水管41，恒温进水管41上安装有恒温进水泵43，恒温进水泵43可以将储热水箱30内的热水抽取到恒温水箱40内。

恒温水箱40与热泵进水管21之间还连接有恒温出水管42，恒温出水管42与热泵进水管21连接的位置位于补水阀23和第二循环泵24之间，且恒温出水管42上安装有回水阀44。这样可在恒温水箱40和空气源热泵20之间形成另一个循环水路，当恒温水箱40内的水因长时间未使用而冷却时，可打开回水阀44，让恒温水箱40内的水依次通过恒温出水管42和热泵进水管21进入空气源热泵中进行加热，然后在通过热泵出水管22回流到恒温水箱40内，确保恒温水箱40内的水温始终符合用水要求。

当然，恒温水箱40还需要与用户用水管道50连接才能为用户提供热水，用户用水管道50的布置方式以及其与恒温水箱40的连接方式可以是常规的，此处不再详述。

此外，在本实施例中，太阳能集热板10靠近所述集热出水管12的位置处设置有第一温度传感器14，靠近集热进水管11的位置处设置有第二温度传感器15，储热水箱30内设置有第三温度传感器33和第一液位传感器34，恒温水箱40内设置有第四温度传感器45和第二液位传感器46。上述各个温度传感器和各个液位传感器可以为常规的传感器，需要说明的是，为了避免管道或水箱外壳的热损失对温度传感器测量温度的影响，安装温度传感器时应考虑水的流向以及管道和水箱外壳的外形、保温和隔热等问题，温度传感器的优选安装在相应管道弯曲处，这样温度传感器的有效工作部分位于流体的中部，所测量获得的温度较为准确，同时温度传感器的应尽可能垂直安装，以防止高温下温度传感器产生变形，但在有流速的位置处，温度传感器的布置方式最好与流速逆向倾斜，倾斜角度优选为45°。

本实施例中的第一液位传感器34和/或第二液位传感器46优选为压力传感器，压力传感器安装在相应的水箱内距离箱底10cm左右的位置处，由于水的深度与相应位置的压强是成正比的，压力传感器可通过检测水压获得液位高度数据。需要说明的是，为了避免压力传感器被破坏，所选用的压力传感器的最佳量程最好为被测最大压力的2倍。

如图2所示，控制装置包括温度检测模块61、水位检测模块62、用于接收温度检测模块61和水位检测模块62数据的PLC控制模块63以及分别与PLC控制模块63连接的驱动模块64和人机交互模块65，上述各个模块都可以是常规的模块，此处不再详述。温度检测模块61、水位检测模块62以及驱动模块64和PLC控制模块63之间是单向连接的，而人机交互模块65和PLC控制模块63是双向连接的，即PLC控制模块63可以将所获得的温度和水位数据传递给人机交互模块65，人机交互模块65也可以将动作指令传递给PLC控制模块63，以便PLC控制模块63根据动作指令控制驱动模块64驱动相应的元件动作。

温度检测模块61分别与第一温度传感器14、第二温度传感器15、第三温度传感器33和第四温度传感器45连接，可从相应的温度传感器中接收温度数据，并传送给PLC控制模块；水位检测模块62分别与第一液位传感器34和第二液位传感器46连接，可从相应的液位传感器中接收液位数据，并传送给PLC控制模块；驱动模块64分别与太阳能集热板10、空气源热泵20、上水阀31、第一循环泵13、恒温进水泵43、补水阀23、第二循环泵24和回水阀44连接。

优选的，在本实施例中，人机交互模块65为触摸屏。

在初始状态，各个阀门处于关闭状态；正常使用时，开启上水阀31，冷水由上水管31进入储热水箱30，储热水箱30内的水在第一循环泵13的驱动下循环值太阳能集热板10中加热，当储热水箱30内的水达到预定温度时，再通过恒温进水泵43引入恒温水箱40内，通过恒温水箱40为用户用水管道50提供热水。

当出现高峰用水时段时，由于储热水箱30内的温水尚未达到预定温度，无法向恒温水箱40供水，导致恒温水箱40内的水位降低，此时第二水位传感器46将水位信号通过水位检测模块62反馈给PLC控制模块63，PLC控制模块63通过驱动模块64开启补水阀23，将储热水箱30中具有一定温度的水送入空气源热泵20中进行加热，在将加热后的水送至恒温水箱40内，确保恒温水箱内的温度符合要求。

优选的，本实施例的太阳能和空气源并用的供热系统还包括监控装置和为整个供热系统提供电源的供电装置，供电装置可以是常规的装置，此处不再详述。

如图3所示，监控装置包括用于接收温度检测模块61和水位检测模块62数据的GPRS模块71和与GPRS模块71匹配的远程终端72，GPRS模块71同时与供电装置(图3中未示出)连接，远程终端72优选为手机，即手机通过GPRS网络可实现与GPRS模块71之间的通信。通过GPRS模块71，温度检测模块61和水位检测模块62的温度和水位数据可以通过GPRS网络无线远程发送至手机，使得手机可即时查询供热系统各个位置的温度或水位，当数据出现异常时，手机可及时报警，这样手机用户就可以及时通知维修人员进行抢修，同时手机可以向GPRS模块71发送相关指令，GPRS模块71控制供电装置终止供电，防止意外发生。

使用本实施例的太阳能和空气源并用的供热系统，在夏季气温较高时生产一吨热水耗电约5-6度，在冬季寒冷的天气生产一吨热水耗电约20-25度，全年平均耗电小于15度，有效节省了能耗。

上面结合附图对本发明做了详细的说明，但是本发明的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本发明做出各种变形，如将上述实施例中的GPRS模块71变更为蓝牙模块或其他通讯模块等，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种太阳能和空气源并用的供热系统，其特征在于，包括控制装置、太阳能集热板、空气源热泵、储热水箱和恒温水箱，所述储热水箱连接有与水源连接的上水管，所述太阳能集热板的进水口与所述储热水箱之间连接有集热进水管，所述太阳能集热板的出水口与所述储热水箱之间连接有集热出水管，所述空气源热泵的进水口与所述储热水箱之间连接有热泵进水管，所述空气源热泵的出水口与所述恒温水箱之间连接有热泵出水管，所述储热水箱与所述恒温水箱之间连接有恒温进水管，所述恒温水箱与所述热泵进水管之间还连接有恒温出水管；

所述上水管上安装有上水阀，所述集热进水管上安装有第一循环泵，所述恒温进水管上安装有恒温进水泵，所述热泵进水管上靠近所述储热水箱的位置处安装有补水阀，靠近所述空气源热泵的位置处安装有第二循环泵，所述恒温出水管与所述热泵进水管连接的位置位于所述补水阀和所述第二循环泵之间，所述恒温出水管上安装有回水阀；

所述太阳能集热板、所述空气源热泵、所述上水阀、所述第一循环泵、所述恒温进水泵、所述补水阀、所述第二循环泵以及所述回水阀的工作时序通过所述控制装置控制。

2.如权利要求1所述的太阳能和空气源并用的供热系统，其特征在于，所述太阳能集热板靠近所述集热出水管的位置处设置有第一温度传感器，靠近所述集热进水管的位置处设置有第二温度传感器，所述储热水箱内设置有第三温度传感器，所述恒温水箱内设置有第四温度传感器，所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器和所述第四温度传感器分别与所述控制装置连接。

3.如权利要求2所述的太阳能和空气源并用的供热系统，其特征在于，所述储热水箱内设置有第一液位传感器，所述恒温水箱内设置有第二液位传感器，所述第一液位传感器和所述第二液位传感器分别与所述控制装置连接。

4.如权利要求3所述的太阳能和空气源并用的供热系统，其特征在于，所述控制装置包括温度检测模块、水位检测模块、用于接收所述温度检测模块和所述水位检测模块数据的PLC控制模块以及分别与所述PLC控制模块连接的驱动模块和人机交互模块，所述温度检测模块分别与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器和所述第四温度传感器连接，所述水位检测模块分别与所述第一液位传感器和所述第二液位传感器连接，所述驱动模块分别与所述太阳能集热板、所述空气源热泵、所述上水阀、所述第一循环泵、所述恒温进水泵、所述补水阀、所述第二循环泵和所述回水阀连接。

5.如权利要求4所述的太阳能和空气源并用的供热系统，其特征在于，还包括监控装置和为整个供热系统提供电源的供电装置，所述监控装置包括用于接收所述温度检测模块和所述水位检测模块数据的GPRS模块和与所述GPRS模块匹配的远程终端，所述GPRS模块同时与所述供电装置连接。

6.如权利要求5所述的太阳能和空气源并用的供热系统，其特征在于，所述远程终端为手机。

7.如权利要求3-6中任一权利要求所述的太阳能和空气源并用的供热系统，其特征在于，所述第一液位传感器和/或所述第二液位传感器为压力传感器。