CN105240918B - 一种多组蓄热水箱的间接式太阳能供暖系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多组蓄热水箱的间接式太阳能供暖系统，包括集热系统、换热器、蓄热切换系统以及用户末端，所述集热系统包括太阳能集热器和集热循环水泵，所述蓄热切换系统包括至少两个蓄热水箱以及阀门总成，通过控制阀门总成中的对应控制阀，能够使任意一个蓄热水箱与换热器之间形成循环通路结构以及使任意一个蓄热水箱与用户末端之间形成循环通路结构。本发明通过对多个三通阀的相应控制，使集热系统与两个蓄热水箱进行交替式的集热、蓄热循环，在保证了太阳能集热器集热效率的同时，使两个蓄热水箱内的水温保持相对稳定，而在保证供水温度的情况下减少了辅助热源的启动时间，提高了系统的节能性以及系统的用能效率。

Description

一种多组蓄热水箱的间接式太阳能供暖系统及其控制方法

技术领域

本发明属于太阳能利用设备技术领域，特别涉及一种多组蓄热水箱的间接式太阳能供暖系统及其控制方法。

背景技术

太阳能是地球上一切能源的主要来源，它是无穷无尽的，无公害的清洁能源，也是21 世纪以后人类可期待的最有希望的能源。我国地域辽阔，年日照时间大于2000小时的地区约占全国面积的2/3，处于利用太阳能较有利的区域内。

但是太阳能是稀薄的能源，它的地球表面的能源密度较低。并且太阳辐射热量有季节、昼夜的规律变化，同时还受阴晴云雨等随机因素的强烈影响，故太阳辐射热量具有很大不稳定性。由于太阳能集热与建筑供暖热负荷需求具有波动性，以及太阳能集热与供暖热负荷需求具有不同步性等特征，导致要利用太阳能，必须要解决太阳能的间隙性和不可靠性问题。太阳能利用系统中设置蓄热装置是解决上述问题的最有效的方法之一。实践证明，蓄热装置对提高太阳能的利用效率具有特别重要的意义。

常采用的太阳能供暖蓄热的方法有，蓄热水箱蓄热、相变材料蓄热、土壤蓄热等形式。蓄热水箱蓄热由于成本低廉、系统可靠性强等特征，导致其是目前最为普遍的蓄热形式。但是由于受到季节、天气以及建筑用热需求变化的影响，导致蓄热系统水箱热量在不断变化。采用固定容积蓄热水箱系统后，蓄热容积过大会造成水箱温度明显低于设计供水温度，系统需长时间启动辅助热源进行供热，降低了系统的节能性；蓄热容积过小则会造成集热器回水温度偏高，降低集热器的集热量，同样会降低系统的节能性。由此，常会出现整个供暖季节水箱水温波动剧烈，在供暖负荷需求小的供暖初期和供暖末期，由于蓄热量大于水箱蓄热能力，导致蓄热水箱水温高于设计值，一方面使得集热系统回水水温升高，集热板对流换热量增加，将降低集热板的集热效率，减少系统集热量；另一方面使得蓄热水箱散热损失增加，降低了整个系统的用能效率。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够有效解决现有固定蓄热存在问题的多组蓄热水箱的间接式太阳能供暖系统及其控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种多组蓄热水箱的间接式太阳能供暖系统，其特征在于: 包括集热系统、换热器、蓄热切换系统以及用户末端，所述集热系统包括太阳能集热器和集热循环水泵，所述蓄热切换系统包括至少两个蓄热水箱以及阀门总成，通过控制阀门总成中的对应控制阀，能够使任意一个蓄热水箱与换热器之间形成循环通路结构以及使任意一个蓄热水箱与用户末端之间形成循环通路结构。

本发明所述的多组蓄热水箱的间接式太阳能供暖系统，其所述蓄热切换系统包括第一蓄热水箱、第二蓄热水箱、第一三通阀、第二三通阀、第五三通阀以及第六三通阀；

所述太阳能集热器的出口端通过管路与换热器的换热介质入口连通，所述换热器的换热介质出口通过设置集热循环水泵的管路与太阳能集热器的进口端连通，所述太阳能集热器与换热器之间形成循环通路结构；所述换热器的回水出口通过管路与第一三通阀的第一接口端连通，所述第一三通阀的第二接口端通过管路与第一蓄热水箱连通，所述第一蓄热水箱通过管路与第六三通阀的第二接口端连通，所述第六三通阀的第一接口端通过管路与换热器的回水进口连通，所述第一蓄热水箱与换热器之间形成循环通路结构；所述第一三通阀的第三接口端通过管路与第二蓄热水箱连通，所述第二蓄热水箱通过管路与第六三通阀的第三接口端连通，所述第二蓄热水箱与换热器之间形成循环通路结构，通过控制第一三通阀和第六三通阀，分别对第一蓄热水箱或第二蓄热水箱的回水进行加热；

所述用户末端的供暖回水通过设置有供暖循环水泵的管路与第五三通阀的第一接口端连通，所述第五三通阀的第二、三接口端分别通过管路与第一蓄热水箱和第二蓄热水箱连通，所述第一蓄热水箱和第二蓄热水箱通过管路分别与第二三通阀的第二、三接口端连通，所述第二三通阀的第一接口端通过管路将被加热的供暖回水供于用户末端，通过控制第二三通阀和第五三通阀，使所述用户末端分别与第一蓄热水箱和第二蓄热水箱之间形成循环通路结构。

本发明所述的多组蓄热水箱的间接式太阳能供暖系统，其在所述第二三通阀的第一接口端与用户末端之间设置有辅助热源系统，所述辅助热源系统包括辅助热源、第三三通阀以及第四三通阀，所述第二三通阀的第一接口端通过管路与第三三通阀的第一接口端连通，所述第三三通阀的第二接口端通过管路与第四三通阀的第二接口端连通，所述第三三通阀的第三接口端通过辅助热源与第四三通阀的第三接口端连通，所述第四三通阀的第一接口端通过管路将被加热的供暖回水供于用户末端。

一种多组蓄热水箱的间接式太阳能供暖系统的控制方法，其特征在于：启动集热循环水泵，将经过太阳能集热器加热的换热介质送至换热器中，在换热器内加热蓄热水箱中的回水；

控制第一三通阀和第六三通阀，使换热器与第一蓄热水箱连通形成循环通路，被换热器加热的回水通过第一三通阀流入第一蓄热水箱，低温回水由第六三通阀不断流入换热器，由此不断获得太阳能集热量；当第一蓄热水箱的蓄热量高于设定值，即水温高于设定值时，控制第一三通阀和第六三通阀动作，使换热器与第二蓄热水箱连通形成循环通路，被换热器加热的回水通过第一三通阀流入第二蓄热水箱，低温回水由第六三通阀不断流入换热器，集热系统所获得的热量，不断通过第二蓄热水箱进行蓄积，由此不断完成集热、蓄热循环；

控制第二三通阀和第五三通阀，使用户末端与第一蓄热水箱连通形成循环通路，供暖回水通过第五三通阀进入第一蓄热水箱获取热量，加热回水，被加热的供暖回水通过第二三通阀供出，若出水温度不满足设计要求，则供水通过第三三通阀流入辅助热源，由辅助热源将其加热至设计供水温度，再通过第四三通阀供给用户，若出水温度满足设计要求，则供水通过第三三通阀与第四三通阀直接供给用户；当第一蓄热水箱无有效的热量被取用后，控制第二三通阀和第五三通阀动作，使用户末端与第二蓄热水箱连通形成循环通路，则供暖回水通过第五三通阀动作，将其注入第二蓄热水箱进行加热，然后由第二三通阀流出，完成蓄热供热。

本发明通过对多个三通阀的相应控制，使集热系统与两个蓄热水箱进行交替式的集热、蓄热循环，在保证了太阳能集热器集热效率的同时，使两个蓄热水箱内的水温保持相对稳定，而在保证供水温度的情况下减少了辅助热源的启动时间，提高了系统的节能性以及系统的用能效率。

附图说明

图1 是本发明的结构示意图。

图中标记：1为太阳能集热器，2为集热循环水泵，3为换热器，4为第一蓄热水箱，5为第二蓄热水箱，6为第一三通阀，7为第二三通阀，8为第五三通阀，9为第六三通阀，10为供暖循环水泵，11为辅助热源，12为第三三通阀，13为第四三通阀。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

如图1所示，一种多组蓄热水箱的间接式太阳能供暖系统，包括集热系统、换热器3、蓄热切换系统以及用户末端，所述集热系统包括太阳能集热器1和集热循环水泵2，所述蓄热切换系统包括至少两个蓄热水箱以及阀门总成，通过控制阀门总成中的对应控制阀，能够使任意一个蓄热水箱与换热器3之间形成循环通路结构以及使任意一个蓄热水箱与用户末端之间形成循环通路结构。在本实施例中，所述蓄热切换系统包括第一蓄热水箱4、第二蓄热水箱5、第一三通阀6、第二三通阀7、第五三通阀8以及第六三通阀9。

所述太阳能集热器1的出口端通过管路与换热器3的换热介质入口连通，所述换热器3的换热介质出口通过设置集热循环水泵2的管路与太阳能集热器1的进口端连通，所述太阳能集热器1与换热器3之间形成循环通路结构；所述换热器3的回水出口通过管路与第一三通阀6的第一接口端连通，所述第一三通阀6的第二接口端通过管路与第一蓄热水箱4连通，所述第一蓄热水箱4通过管路与第六三通阀9的第二接口端连通，所述第六三通阀9的第一接口端通过管路与换热器3的回水进口连通，所述第一蓄热水箱4与换热器3之间形成循环通路结构；所述第一三通阀6的第三接口端通过管路与第二蓄热水箱5连通，所述第二蓄热水箱5通过管路与第六三通阀9的第三接口端连通，所述第二蓄热水箱5与换热器3之间形成循环通路结构，通过控制第一三通阀6和第六三通阀9，分别对第一蓄热水箱4或第二蓄热水箱5的回水进行加热。

所述用户末端的供暖回水通过设置有供暖循环水泵10的管路与第五三通阀8的第一接口端连通，所述第五三通阀8的第二、三接口端分别通过管路与第一蓄热水箱4和第二蓄热水箱5连通，所述第一蓄热水箱4和第二蓄热水箱5通过管路分别与第二三通阀7的第二、三接口端连通，所述第二三通阀7的第一接口端通过管路将被加热的供暖回水供于用户末端，通过控制第二三通阀7和第五三通阀8，使所述用户末端分别与第一蓄热水箱4和第二蓄热水箱5之间形成循环通路结构。

其中，在所述第二三通阀7的第一接口端与用户末端之间设置有辅助热源系统，所述辅助热源系统包括辅助热源11、第三三通阀12以及第四三通阀13，所述第二三通阀7的第一接口端通过管路与第三三通阀12的第一接口端连通，所述第三三通阀12的第二接口端通过管路与第四三通阀13的第二接口端连通，所述第三三通阀12的第三接口端通过辅助热源11与第四三通阀13的第三接口端连通，所述第四三通阀13的第一接口端通过管路将被加热的供暖回水供于用户末端。

本发明的多组蓄热水箱的间接式太阳能供暖系统的控制方法是：

太阳能集热器获得太阳集热量，将热量传递给集热器中的工作介质（乙二醇水溶液），启动集热循环水泵，将经过太阳能集热器加热的换热介质送至换热器中，在换热器内加热蓄热水箱中的回水。

控制第一三通阀和第六三通阀，使换热器与第一蓄热水箱连通形成循环通路，被换热器加热的回水通过第一三通阀流入第一蓄热水箱，低温回水由第六三通阀不断流入换热器，由此不断获得太阳能集热量；当第一蓄热水箱的蓄热量高于设定值，即水温高于设定值时，控制第一三通阀和第六三通阀动作，使换热器与第二蓄热水箱连通形成循环通路，被换热器加热的回水通过第一三通阀流入第二蓄热水箱，低温回水由第六三通阀不断流入换热器，集热系统所获得的热量，不断通过第二蓄热水箱进行蓄积，由此不断完成集热、蓄热循环。

控制第二三通阀和第五三通阀，使用户末端与第一蓄热水箱连通形成循环通路，供暖回水通过第五三通阀进入第一蓄热水箱获取热量，加热回水，被加热的供暖回水通过第二三通阀供出，若出水温度不满足设计要求，则供水通过第三三通阀流入辅助热源，由辅助热源将其加热至设计供水温度，再通过第四三通阀供给用户，若出水温度满足设计要求，则供水通过第三三通阀与第四三通阀直接供给用户；当第一蓄热水箱无有效的热量被取用后，控制第二三通阀和第五三通阀动作，使用户末端与第二蓄热水箱连通形成循环通路，则供暖回水通过第五三通阀动作，将其注入第二蓄热水箱进行加热，然后由第二三通阀流出，完成蓄热供热。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多组蓄热水箱的间接式太阳能供暖系统，其特征在于: 包括集热系统、换热器（3）、蓄热切换系统以及用户末端，所述集热系统包括太阳能集热器（1）和集热循环水泵（2），所述蓄热切换系统包括至少两个蓄热水箱以及阀门总成，通过控制阀门总成中的对应控制阀，能够使任意一个蓄热水箱与换热器（3）之间形成循环通路结构以及使任意一个蓄热水箱与用户末端之间形成循环通路结构，当与换热器（3）之间形成循环通路的任意一个蓄热水箱的蓄热量高于设定值，即水温高于设定值时，所述换热器（3）通过控制阀门总成切换到与另外任意一个蓄热水箱连通形成循环通路进行蓄积，由此不断完成集热、蓄热循环，使多个蓄热水箱内的水温保持相对稳定；

所述蓄热切换系统包括第一蓄热水箱（4）、第二蓄热水箱（5）、第一三通阀（6）、第二三通阀（7）、第五三通阀（8）以及第六三通阀（9）；

所述太阳能集热器（1）的出口端通过管路与换热器（3）的换热介质入口连通，所述换热器（3）的换热介质出口通过设置集热循环水泵（2）的管路与太阳能集热器（1）的进口端连通，所述太阳能集热器（1）与换热器（3）之间形成循环通路结构；所述换热器（3）的回水出口通过管路与第一三通阀（6）的第一接口端连通，所述第一三通阀（6）的第二接口端通过管路与第一蓄热水箱（4）连通，所述第一蓄热水箱（4）通过管路与第六三通阀（9）的第二接口端连通，所述第六三通阀（9）的第一接口端通过管路与换热器（3）的回水进口连通，所述第一蓄热水箱（4）与换热器（3）之间形成循环通路结构；所述第一三通阀（6）的第三接口端通过管路与第二蓄热水箱（5）连通，所述第二蓄热水箱（5）通过管路与第六三通阀（9）的第三接口端连通，所述第二蓄热水箱（5）与换热器（3）之间形成循环通路结构，通过控制第一三通阀（6）和第六三通阀（9），分别对第一蓄热水箱（4）或第二蓄热水箱（5）的回水进行加热；

所述用户末端的供暖回水通过设置有供暖循环水泵（10）的管路与第五三通阀（8）的第一接口端连通，所述第五三通阀（8）的第二、三接口端分别通过管路与第一蓄热水箱（4）和第二蓄热水箱（5）连通，所述第一蓄热水箱（4）和第二蓄热水箱（5）通过管路分别与第二三通阀（7）的第二、三接口端连通，所述第二三通阀（7）的第一接口端通过管路将被加热的供暖回水供于用户末端，通过控制第二三通阀（7）和第五三通阀（8），使所述用户末端分别与第一蓄热水箱（4）和第二蓄热水箱（5）之间形成循环通路结构。

2.根据权利要求1所述的多组蓄热水箱的间接式太阳能供暖系统，其特征在于:在所述第二三通阀（7）的第一接口端与用户末端之间设置有辅助热源系统，所述辅助热源系统包括辅助热源（11）、第三三通阀（12）以及第四三通阀（13），所述第二三通阀（7）的第一接口端通过管路与第三三通阀（12）的第一接口端连通，所述第三三通阀（12）的第二接口端通过管路与第四三通阀（13）的第二接口端连通，所述第三三通阀（12）的第三接口端通过辅助热源（11）与第四三通阀（13）的第三接口端连通，所述第四三通阀（13）的第一接口端通过管路将被加热的供暖回水供于用户末端。

3.一种如权利要求1或2所述的多组蓄热水箱的间接式太阳能供暖系统的控制方法，其特征在于：启动集热循环水泵，将经过太阳能集热器加热的换热介质送至换热器中，在换热器内加热蓄热水箱中的回水；

控制第一三通阀和第六三通阀，使换热器与第一蓄热水箱连通形成循环通路，被换热器加热的回水通过第一三通阀流入第一蓄热水箱，低温回水由第六三通阀不断流入换热器，由此不断获得太阳能集热量；当第一蓄热水箱的蓄热量高于设定值，即水温高于设定值时，控制第一三通阀和第六三通阀动作，使换热器与第二蓄热水箱连通形成循环通路，被换热器加热的回水通过第一三通阀流入第二蓄热水箱，低温回水由第六三通阀不断流入换热器，集热系统所获得的热量，不断通过第二蓄热水箱进行蓄积，由此不断完成集热、蓄热循环；

控制第二三通阀和第五三通阀，使用户末端与第一蓄热水箱连通形成循环通路，供暖回水通过第五三通阀进入第一蓄热水箱获取热量，加热回水，被加热的供暖回水通过第二三通阀供出，若出水温度不满足设计要求，则供水通过第三三通阀流入辅助热源，由辅助热源将其加热至设计供水温度，再通过第四三通阀供给用户，若出水温度满足设计要求，则供水通过第三三通阀与第四三通阀直接供给用户；当第一蓄热水箱无有效的热量被取用后，控制第二三通阀和第五三通阀动作，使用户末端与第二蓄热水箱连通形成循环通路，则供暖回水通过第五三通阀动作，将其注入第二蓄热水箱进行加热，然后由第二三通阀流出，完成蓄热供热。