CN107420961B - 一种太阳能供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能供热系统，涉及蓄热及供热技术领域，其包括太阳能集热器、热水箱、第一换热器、第二换热器以及蓄热系统；太阳能集热器通过集热循环管路和控制阀门可选择地与第一换热器、第二换热器的热源侧连接；第一换热器的换热侧通过第一换热管路与所述热水箱连接；第二换热器的换热侧通过第二换热管路与蓄热系统连接。本发明利用控制阀门可以控制流过第一换热器和第二换热器的热水流量，利用体积较小的热水箱进行短期蓄热，以满足日常热量供应的需求，解决短周期内的热量供需矛盾的平衡和调节，将富余的热量通过第二换热器输入蓄热系统进行保存，利用蓄热系统实现跨季节、长周期的热量供需矛盾的平衡和调节。

Description

一种太阳能供热系统

技术领域

本发明涉及蓄热及供热技术领域，尤其是涉及一种太阳能供热系统。

背景技术

目前，太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，在化石燃料逐年减少、国际能源形势日趋严峻的今天，开发利用太阳能是实现能源供应多元化、保证能源安全的重要途径之一。太阳能供热是降低我国北方建筑供热煤耗的有效途径之一。

而由于季节的变化，太阳能等集热系统的获取热量的效率是不同的，同时，不同季节人们对热水等热能的需求也随着变化；具体而言，在夏季，太阳能等集热系统的集热效率较高，而人们对热水以及其他供热的需求缺较低；而在冬季，太阳能的集热效率较低，而人们对热水、采暖的热需求较高。由此导致，在冬季太阳能等集热系统的供热能力不足，而在夏季，集热系统的热量无法充分利用而白白浪费掉。

跨季节储热、供热系统的出现则很好解决了上述的采暖季与非采暖季间供、需量交错的矛盾。一个能将夏季大量的、过剩的太阳能进行存储，并跨季节释放的太阳能储能供热系统成为了目前能源利用的焦点研究方向。

另外，在短周期内同样存在供、需量交错的矛盾，由此，上述两种矛盾交错，现有的跨季节储热供热系统还无法有效解决，或者解决或者应对上述矛盾时存在热量损失严重、储热效率低的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能供热系统，以解决现有技术中太阳能供热系统在解决采暖季与非采暖季间供、需量交错的矛盾时存在的热量损失严重、储热效率低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种太阳能供热系统，包括：太阳能集热器、热水箱、第一换热器、第二换热器以及蓄热系统；

所述太阳能集热器通过集热循环管路和控制阀门可选择地分别与所述第一换热器、第二换热器的热源侧连接；

所述第一换热器的换热侧通过第一换热管路与所述热水箱连接；所述太阳能集热器通过所述第一换热器对所述热水箱内的水加热；

所述第二换热器的换热侧通过第二换热管路与所述蓄热系统连接；所述太阳能集热器通过所述第二换热器将热量储存在所述蓄热系统中。

利用控制阀门可以控制流过第一换热器和第二换热器的热水流量，即首先根据日常实际需要调节流经第一换热器的热水流量，利用体积较小的热水箱进行短期蓄热，以满足日常热量供应的需求，解决短周期内的热量供需矛盾的平衡和调节。

同时，将富余的热量通过第二换热器输入蓄热系统进行保存，利用蓄热系统实现跨季节、长周期的热量供需矛盾的平衡和调节。

进一步地，所述太阳能供热系统包括所述集热循环管路上依次串联设置的第一换热组件和第二换热组件；

所述第一换热组件包括第一三通阀、所述第一换热器和第一旁路；所述第一换热器与所述第一旁路并列设置且分别与所述第一三通阀的两个出水口连接；

所述第二换热组件包括第二三通阀、所述第二换热器和第二旁路；所述第二换热器与所述第二旁路并列设置且分别与所述第二三通阀的两个出水口连接；

所述控制阀门包括所述第一三通阀和所述第二三通阀。

通过两个三通阀控制经过两个换热器的流量，按照长、短周期内供热需求对两个换热器进行流量切换，从而达到控制换热量、实现长、短期热量供需平衡的目的。

进一步地，所述蓄热系统通过供暖管路与采暖末端设备连接，用于在采暖季向所述采暖末端设备供热。

进一步地，所述供暖管路上设置有二次加热单元，所述二次加热单元包括并列设置的二次加热装置和直通支管；

所述蓄热系统可选择地通过所述直通支管与所述采暖末端设备连接，或者经过所述二次加热装置与所述采暖末端设备连接；

所述二次加热装置用于对所述供暖管路内热水做进一步加热处理。

进一步地，所述二次加热装置为水源热泵、燃气锅炉、电加热器或者其他热源装置；

或者，所述二次加热装置包括热采集器和换热器，热采集器通过换热器对所述供暖管路内热水做进一步加热处理。

当蓄热系统中的水温较低不足以独立供暖时，可通过关闭直通支管上的控制阀，启动二次加热装置，让供暖管路内的水流经二次加热装置，进一步地提升水温以满足采暖需要。

进一步地，所述供暖管路上设置有过滤装置。

进一步地，所述热水箱设置有补水口和热水出口，补水口设置在热水箱下部，热水出口设置在热水箱的上部。

热水出口通过管路与洗浴设备等日常热水供应设备连通，以满足日常的热水所需。

进一步地，所述热水箱内设置有水箱换热盘管，所述水箱换热盘管上端设置有所述热水出口，下端设置有所述补水口。

进一步地，所述第一换热器为板式换热器；

或者，所述第一换热器为设置在所述热水箱内的换热盘管。

进一步地，所述蓄热系统包括蓄热容器；

所述第二换热器的换热侧通过所述第二换热管路与所述蓄热容器连通，用于对蓄热容器内的储热介质进行加热；所述蓄热容器通过所述供暖管路与所述采暖末端设备连接，用于在采暖季节对采暖末端设备进行供热。

进一步地，所述蓄热容器为设置在地上或者是埋设在地下的箱体或者蓄热池。

进一步地，所述蓄热容器的数量为若干个，若干个所述蓄热容器依次串联，且自高到低依次设置；每个所述蓄热容器包括设置在中上部的出水口，和设置在中下部的进水口。

进一步地，所述蓄热容器的侧壁和底部上设置有保温层和防水层；蓄热容器内还设置有分层板，所述分层板将蓄热容器内部空间自上而下分割为若干个相互连通的分空间，用于减缓上下分空间之间的热量流动。

进一步地，所述蓄热容器为埋设在地下的蓄热池；

所述蓄热系统还包括辅助换热盘管；

所述辅助换热盘管围绕所述蓄热容器设置；

所述第二换热器的换热侧与所述辅助换热盘管连通，并通过第一换热盘管对蓄热容器周围的土壤进行加热；

所述辅助换热盘管通过所述供暖管路与所述采暖末端设备连接，用于在采暖季节对采暖末端设备进行供热。

本发明通过蓄热容器将非采暖季太阳能热量存储，并通过在蓄热容器周围设置的辅助换热盘管对蓄热容器周围的土壤进行加热，进一步有效利用蓄热容器周围的土壤蓄热，另外，辅助换热盘管围绕蓄热容器设置可以二次利用蓄热容器向外散发的热量，提供系统效率。

进一步地，所述蓄热容器和所述辅助换热盘管相互并联，并通过所述第二换热管路与所述第二换热器的换热侧连接。

进一步地，所述辅助换热盘管的数量为多个，在水平投影平面内，多个所述辅助换热盘管围绕着所述蓄热容器布设。

优选地，多个所述辅助换热盘管围绕着所述蓄热容器均匀布设。

进一步地，多个所述辅助换热盘管相互并联设置。

在以蓄热容器为中心的外圆周向上，多个辅助换热盘管均匀布设，彼此相对独立，该种设置方式结构简单，施工方便，在某个辅助换热盘管出现管路破裂的情况下，不影响其他辅助换热盘管的继续正常工作。

进一步地，所述储热介质为水。

进一步地，所述储热介质为砾石沙土；所述蓄热容器内设置有第二换热盘管；第二换热盘管埋设在所述砾石沙土中，用于对砾石沙土加热或者从砾石沙土中获取热量；所述第二换热盘管通过所述供暖管路与所述采暖末端设备连接。

进一步地，所述第二换热盘管包括上下相对设置的所述热水口和所述冷水口。

进一步地，所述热水箱通过管路与所述采暖末端设备连通，用于采暖季向所述采暖末端设备供热。

所述热水箱与所述蓄热系统并列后与所述采暖末端设备连接，所述采暖末端设备根据供暖需求量可选择地分别与所述热水箱与所述蓄热系统连接，或者同时连接所述热水箱与所述蓄热系统。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的一种太阳能供热系统利用控制阀门可以控制流过第一换热器和第二换热器的热水流量，即首先根据日常实际需要调节流经第一换热器的热水流量，利用体积较小的热水箱进行短期蓄热，以满足日常热量供应的需求，解决短周期内的热量供需矛盾的平衡和调节。同时，将富余的热量通过第二换热器输入蓄热系统进行保存，利用蓄热系统实现跨季节、长周期的热量供需矛盾的平衡和调节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的太阳能供热系统的结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的太阳能供热系统的结构示意图；

图3为本发明实施例3提供的太阳能供热系统的结构示意图；

图4为本发明实施例4提供的太阳能供热系统的结构示意图；

图5为本发明实施例1中蓄热系统的结构示意图；

图6为本发明实施例4中蓄热系统的结构示意图。

附图标记：

10-太阳能集热器；11-集热循环管路；12-第一换热器；13-第二换热器；14-第一换热管路；15-第二换热管路；16-第一三通阀；17-第一旁路；18-第二旁路；19-第二三通阀；20-热水箱；21-热水出口；22-补水口；23-水箱换热盘管；24-辅助加热管路；30-蓄热系统；31-供暖管路；32-过滤装置；33-蓄热容器；34-辅助换热盘管；35-第二换热盘管；40-采暖末端设备；50-二次加热单元；51-二次加热装置；52-直通支管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的一种太阳能供热系统，包括：太阳能集热器10、热水箱20、第一换热器12、第二换热器13以及蓄热系统30；

太阳能集热器10通过集热循环管路11和控制阀门可选择地分别与第一换热器12、第二换热器13的热源侧连接；

第一换热器12的换热侧通过第一换热管路14与热水箱20连接；太阳能集热器10通过第一换热器12对热水箱20内的水加热；

第二换热器13的换热侧通过第二换热管路15与蓄热系统30连接；太阳能集热器10通过第二换热器13将热量储存在蓄热系统30中。

利用控制阀门可以控制流过第一换热器12和第二换热器13的热水流量，即首先根据日常实际需要调节流经第一换热器12的热水流量，利用体积较小的热水箱20进行短期蓄热，以满足日常热量供应的需求，解决短周期内的热量供需矛盾的平衡和调节。

同时，将富余的热量通过第二换热器13输入蓄热系统30进行保存，利用蓄热系统30实现跨季节、长周期的热量供需矛盾的平衡和调节。第一换热器12优选地为板式换热器。

太阳能供热系统包括集热循环管路11上依次串联设置的第一换热组件和第二换热组件；

第一换热组件包括第一三通阀16、第一换热器12和第一旁路17；第一换热器12与第一旁路17并列设置且分别与第一三通阀16的两个出水口连接；

第二换热组件包括第二三通阀19、第二换热器13和第二旁路18；第二换热器13与第二旁路18并列设置且分别与第二三通阀19的两个出水口连接；上述的控制阀门包括第一三通阀16和第二三通阀19。

通过两个三通阀控制经过两个换热器的流量，按照长、短周期内供热需求对两个换热器进行流量切换，从而达到控制换热量、实现长、短期热量供需平衡的目的。

蓄热系统30通过供暖管路31与采暖末端设备40连接，用于在采暖季向采暖末端设备40供热。

供暖管路31上设置有过滤装置32。

热水箱20设置有补水口22和热水出口21，补水口22设置在热水箱20下部，热水出口21设置在热水箱20的上部。热水出口21通过管路与洗浴设备等日常热水供应设备连通，以满足日常的热水所需。

本发明提供的一种太阳能供热系统利用控制阀门可以控制流过第一换热器12和第二换热器13的热水流量，即首先根据日常实际需要调节流经第一换热器12的热水流量，利用体积较小的热水箱20进行短期蓄热，以满足日常热量供应的需求，解决短周期内的热量供需矛盾的平衡和调节。同时，将富余的热量通过第二换热器13输入蓄热系统30进行保存，利用蓄热系统30实现跨季节、长周期的热量供需矛盾的平衡和调节。

如图5所示，蓄热系统30包括埋设在地下的蓄热容器33；具体而言，蓄热容器为埋设在地下的蓄热池。

第二换热器13的换热侧通过第二换热管路15与蓄热容器33连通，用于对蓄热容器33内的储热介质进行加热；蓄热容器33通过供暖管路31与采暖末端设备40连接，用于在采暖季节对采暖末端设备40进行供热。

第二换热管路15和供暖管路31可以共享部分管路，利用换向阀和双向泵组，蓄热时连通蓄热系统30和第二换热器13，或者在采暖时连通蓄热系统30和采暖末端设备40。第二换热管路15和供暖管路31也可独立设置，届时蓄热和供热可同时进行。

蓄热容器33的数量可以为1个或者依次串联的若干个，每个蓄热容器33包括设置在中上部的出水口，和设置在中下部的进水口。蓄热容器33的侧壁和底部上设置有保温层和防水层；蓄热容器33内还设置有分层板(未示出)，分层板将蓄热容器33内部空间自上而下分割为若干个相互连通的分空间，用于减缓上下分空间之间的热量流动。

蓄热系统30还包括辅助换热盘管34；辅助换热盘管34围绕蓄热容器33设置；第二换热器13的换热侧与辅助换热盘管34连通，并通过第一换热盘管对蓄热容器33周围的土壤进行加热；辅助换热盘管34通过供暖管路31与采暖末端设备40连接，用于在采暖季节对采暖末端设备40进行供热。

本发明通过蓄热容器33将非采暖季太阳能热量存储，并通过在蓄热容器33周围设置的辅助换热盘管34对蓄热容器33周围的土壤进行加热，进一步有效利用蓄热容器33周围的土壤蓄热，另外，辅助换热盘管34围绕蓄热容器33设置可以二次利用蓄热容器33向外散发的热量，提供系统效率。

蓄热容器33和辅助换热盘管34相互并联，并通过第二换热管路15与第二换热器13的换热侧连接。辅助换热盘管34的数量优选地为多个，在水平投影平面内，多个辅助换热盘管34围绕着蓄热容器33均匀布设。多个辅助换热盘管34相互并联设置。

在以蓄热容器33为中心的外圆周向上，多个辅助换热盘管34均匀布设，彼此相对独立，该种设置方式结构简单，施工方便，在某个辅助换热盘管34出现管路破裂的情况下，不影响其他辅助换热盘管34的继续正常工作。

其中，蓄热容器33内的储热介质为水。

实施例2

本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处在于：

如图2所示，供暖管路31上设置有二次加热单元50，二次加热单元50包括并列设置的二次加热装置51和直通支管52；

蓄热系统30可选择地通过直通支管52与采暖末端设备40连接，或者经过二次加热装置51与采暖末端设备40连接；二次加热装置51用于对供暖管路31内热水做进一步加热处理。

二次加热装置51的形式很多，优选地为水源热泵。

当然，二次加热装置51也可为电加热器；或者，二次加热装置51包括热采集器和换热器，热采集器通过换热器对供暖管路31内热水做进一步加热处理。

当蓄热系统30中的水温较低不足以独立供暖时，可通过关闭直通支管52上的控制阀，启动二次加热装置51，让供暖管路31内的水流经二次加热装置51，进一步地提升水温以满足采暖需要。

热水箱20内设置有水箱换热盘管23，水箱换热盘管23上端设置有热水出口，下端设置有补水口。热水出口通过管路与洗浴设备等日常热水供应设备连通，以满足日常的热水所需。

实施例3

本实施例与实施例2结构基本相同，不同之处在于：

如图3所示，热水箱20通过辅助加热管路24与采暖末端设备40连通，用于采暖季向采暖末端设备40供热。

热水箱20与蓄热系统30并列后与采暖末端设备40连接，采暖末端设备40根据供暖需求量可选择地分别与热水箱20与蓄热系统30连接，或者同时连接热水箱20与蓄热系统30。

由此，在采暖季，当热水箱20的热量在满足日常供热需求之后仍有冗余时，可以通过辅助加热管路24向采暖末端设备40提供热量。由此，更好地实现短周期和跨季节的长周期间的热量供需平衡。

实施例4

本实施例与实施例2结构基本相同，不同之处在于：

如图4所示，第一换热器12为设置在热水箱20内的换热盘管。太阳能集热器10所输出的热水可以直接通过换热盘管对热水箱20内的水进行加热，结构更加简单，成本更低。

如图6所示，蓄热容器33储热介质为砾石沙土；蓄热容器33内设置有第二换热盘管35；第二换热盘管35埋设在砾石沙土中，用于对砾石沙土加热或者从砾石沙土中获取热量；第二换热盘管35通过供暖管路31与采暖末端设备40连接。第二换热盘管35包括上下相对设置的热水口和冷水口，热水口和冷水口通过管路与第二换热管路15和供暖管路31连接。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种太阳能供热系统，其特征在于，包括：太阳能集热器、热水箱、第一换热器、第二换热器以及蓄热系统；

所述太阳能集热器通过集热循环管路和控制阀门可选择地与所述第一换热器、第二换热器的热源侧连接；

所述第一换热器的换热侧通过第一换热管路与所述热水箱连接；所述太阳能集热器通过所述第一换热器对所述热水箱内的水加热；

所述第二换热器的换热侧通过第二换热管路与所述蓄热系统连接；所述太阳能集热器通过所述第二换热器将热量储存在所述蓄热系统中；

所述太阳能供热系统还包括所述集热循环管路上依次串联设置的第一换热组件和第二换热组件；

所述第一换热组件包括第一三通阀、所述第一换热器和第一旁路；所述第一换热器与所述第一旁路并列设置且分别与所述第一三通阀的两个出水口连接；

所述第二换热组件包括第二三通阀、所述第二换热器和第二旁路；所述第二换热器与所述第二旁路并列设置且分别与所述第二三通阀的两个出水口连接；

所述控制阀门包括所述第一三通阀和所述第二三通阀；

通过所述第一三通阀和所述第二三通阀控制经过所述第一换热器和所述第二换热器的流量，按照长短周期内供热需求,以对所述第一换热器和所述第二换热器进行流量切换；

所述蓄热系统通过供暖管路与采暖末端设备连接，用于在采暖季向所述采暖末端设备供热；

所述蓄热系统包括蓄热容器，所述第二换热器的换热侧通过所述第二换热管路与所述蓄热容器连通，用于对蓄热容器内的储热介质进行加热；

所述蓄热容器的侧壁和底部上设置有保温层和防水层；

所述蓄热容器内还设置有分层板，所述分层板将所述蓄热容器内部空间自上而下分割为若干个相互连通的分空间，用于减缓上下分空间之间的热量流动；

所述蓄热系统还包括辅助换热盘管，所述辅助换热盘管围绕所述蓄热容器设置；

所述第二换热器的换热侧与辅助换热盘管连通，并通过第一换热盘管对蓄热容器周围的土壤进行加热；

所述辅助换热盘管通过供暖管路与采暖末端设备连接，用于在采暖季节对采暖末端设备进行供热。

2.根据权利要求1所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述供暖管路上设置有二次加热单元，所述二次加热单元包括并列设置的二次加热装置和直通支管；

所述蓄热系统可选择地通过所述直通支管与所述采暖末端设备连接，或者经过所述二次加热装置与所述采暖末端设备连接；

所述二次加热装置用于对所述供暖管路内热水做进一步加热处理。

3.根据权利要求2所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述二次加热装置为水源热泵、燃气锅炉或者电加热器；

或者，所述二次加热装置包括热采集器和换热器，热采集器通过换热器对所述供暖管路内热水做进一步加热处理。

4.根据权利要求1所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述热水箱设置有补水口和热水出口，补水口设置在热水箱下部，热水出口设置在热水箱的上部。

5.根据权利要求4所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述热水箱内设置有水箱换热盘管，所述水箱换热盘管上端设置有所述热水出口，下端设置有所述补水口。

6.根据权利要求1所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述第一换热器为板式换热器；

或者，所述第一换热器为设置在所述热水箱内的换热盘管。

7.根据权利要求1所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述蓄热容器的数量为若干个，若干个所述蓄热容器依次串联，且自高到低依次设置；每个所述蓄热容器包括设置在中上部的出水口，和设置在中下部的进水口。

Images