CN107449026A - 基于分级式储热放热的高效太阳能供暖方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分级式储热放热的高效太阳能供暖方法和系统，该系统包括太阳能集热场、储热放热系统和用户供暖系统；太阳能集热场包括太阳能集热器、低温传热介质母管和高温传热介质母管；储热放热系统和用户供暖系统并联在低温传热介质母管和高温传热介质母管之间；储热放热系统的储热罐体内设置有依次连通的顶部填料区、一个以上的中间填料区、以及底部填料区；所述用户供暖系统具有供暖热交换器和辅助供暖锅炉。该方法采用传热与储热分离的双回路系统，传热介质在太阳能集热场中循环吸收太阳能，在储热放热系统中与储能介质换热以储存或获取热能，在用户供暖系统中将热能传递给冷水进行供暖，具有储热放热效率、供暖效果好的优点。

Description

基于分级式储热放热的高效太阳能供暖方法和系统

技术领域

本发明涉及太阳能供暖技术，特别是指一种基于分级式储热放热的高效太阳能供暖方法和系统。

背景技术

太阳能供暖是利用太阳能集热器收集太阳辐射并转化为热能供暖的技术。太阳能供暖系统，就是用太阳能集热器收集太阳辐射并转化成热能，以液体作为传热介质，以水作为储热介质，热量经由散热部件送至室内进行供暖。

现有的太阳能供暖系统一般由太阳能集热器、储热水箱、连接管路、辅助热源、散热部件及控制系统组成。该太阳能供暖系统以水作为传热介质和储能介质，具有安全可靠、节能环保的优点。其不足之处在于：1)以水作为储能介质，常压下储热温度低，储热和放热能力差；2)由于水容易产生对流，进行储热时需整体加热，温度提升慢，用户体验较差；3)为保证夜间供暖，储热水箱体积很大，需要占用较大的安装空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种传热储热效率高、能够实现全天候供暖的基于分级式储热放热的高效太阳能供暖方法和系统。

为实现上述目的，本发明所提供的基于分级式储热放热的高效太阳能供暖方法，应用于包括太阳能集热场、储热放热系统和用户供暖系统的太阳能供暖系统中，包括如下步骤：1)太阳能集热场吸收太阳能并加热低温传热介质，所得高温传热介质输送到用户供暖系统中进行供暖和/或输送到储热放热系统中与储能介质换热进行储热；2)将所述太阳能集热场输出的高温传热介质与经由储热放热系统换热升温得到的高温传热介质同时输送到用户供暖系统进行供暖，或者单独将储热放热系统放热得到的高温传热介质输送到用户供暖系统中进行供暖；3)高温传热介质在供暖系统与冷水换热释放热能后得到的低温传热介质返回太阳能集热场再次进行集热和/或返回储热放热系统再次进行换热升温，冷水经换热升温后得到的热水输送给用户使用。步骤1)～3)中，所述储热放热系统设置有多个填料分区，进行储热时，传热介质按分区同时或先后通过各填料分区进行储热；进行放热时，传热介质按分区同时或先后通过各填料分区获取热量。对于不分区的储热罐体，传热介质从一端进入，从另一端流出，储热时沿流向温度逐渐下降，先加热的储热材料升温快，后加热的储热材料升温慢；放热时沿流向温度逐渐升高，先放热的储热材料降温快，后放热的储热材料降温慢，由此导致蓄热系统储热放热总量较低、热传导效率下降等问题。而采用多个填料分区换热时，可以灵活实现多种分区换热模式，例如依次从不同分区进入，从最后一个分区流出；又如同时从奇数序号的分区进从偶数序号的分区流出(即从第一分区进，第二分区出，同时从第三分区进、第四分区出)，或者从偶数分区进，奇数分区出；又如分别从各分区的一端进入，从同一分区的另一端流出，等等。使用时可根据实际情况选择最优的分区换热模式，以取得最佳储热放热效果。

优选地，所述储热放热系统进行储热时，传热介质从上往下流过储能介质；所述储热放热系统进行放热时，传热介质从下往上流过储能介质。由于传热介质在压力不变的前提下，温度越高，密度一般也越大，按上述流向，储热时，传热介质在上部温度高密度小，下部温度低密度大，有利于传热介质自上而下的流动；反之，放热时，传热介质在上部温度高密度小，下部温度低密度大，有利于传热介质自下而上的流动。

优选地，所述储热放热系统包括储热罐体，所述储热罐体内按照填装储能介质的位置不同划分为依次连通的顶部填料区、一个以上的中间填料区、以及底部填料区；所述储热放热系统在进行储热时，来自太阳能集热场的高温传热介质首先从储热罐体的顶部进入，依次通过顶部填料区、各中间填料区和底部填料区(本发明中顶部、底部均为相对方位，当装置横放时对应装置左右两端)，经换热降温得到的低温传热介质从储热罐体的底部流出后返回太阳能集热场；当顶部填料区温度升高到设定值时，高温传热介质切换为从顶部填料区下方的第一个中间填料区进入，依次通过该第一个中间填料区及其下方的各中间填料区和底部填料区，经换热降温得到的低温传热介质从储热罐体的底部流出后返回太阳能集热场；当第一个中间填料区温度升高到设定值时，高温传热介质切换为从第二个中间填料区进入，依次通过该第二个中间填料区及其下方的各中间填料区和底部填料区，经换热降温得到的低温传热介质从储热罐体的底部流出后返回太阳能集热场；依此类推，直至高温传热介质切换为从最下方的一个中间填料区进入，从底部填料区流出，并使底部填料区的温度升高到设定值，完成储热罐体的储热，经换热降温得到的低温传热介质从储热罐体的底部流出后返回太阳能集热场。该方案采用逐层储热的方式，有效避免储能介质局部过热，并减小了储能死区，提高了储热放热系统的储热效率。

优选地，所述储热放热系统在进行放热时，来自用户供暖系统的低温传热介质首先从储热罐体的底部进入，依次通过底部填料区、各中间填料区和顶部填料区，经换热升温得到的高温传热介质从储热罐体的顶部流出后进入用户供暖系统；当底部填料区温度降低到设定值时，低温传热介质切换为从底部填料区上方的第一个中间填料区进入，依次通过该第一个中间填料区及其上方的各中间填料区和顶部填料区，经换热升温得到的高温传热介质从储热罐体的顶部流出后进入用户供暖系统；当第一个中间填料区温度降低到设定值时，低温传热介质切换为从第二个中间填料区进入，依次通过该第二个中间填料区及其上方的各中间填料区和顶部填料区，经换热升温得到的高温传热介质从储热罐体的顶部流出后进入用户供暖系统；依此类推，直至低温传热介质切换为从最上方的一个中间填料区进入，从顶部填料区流出，并使顶部填料区的温度升高到设定值，完成储热罐体的放热，经换热升温得到的高温传热介质从储热罐体的顶部流出后进入用户供暖系统。该方案采用逐层放热的方式，有效提高了储热放热系统的放热效率，实现系统对不同负荷变化时响应的速度与效应。

本发明同时提供了一种基于分级式储热放热的高效太阳能供暖系统，包括太阳能集热场、储热放热系统、用户供暖系统、第一加压装置和第二加压装置；所述太阳能集热场包括作为低温传热介质输入端的低温传热介质母管和作为高温传热介质输出端的高温传热介质母管；所述储热放热系统和用户供暖系统并联布置在低温传热介质母管与高温传热介质母管之间；所述储热放热系统包括储热罐体，所述储热罐体内按照填装储能介质的位置不同划分为依次连通的顶部填料区、一个以上的中间填料区、以及底部填料区；其中顶部填料区通过顶部切换阀与高温传热介质母管相连，底部填料区通过底部切换阀与低温传热介质母管相连，各个中间填料区通过与其对应的各个中间切换阀与中间区连接管相连；所述中间区连接管的一端通过中间区高温切换阀与高温传热介质母管相连，所述中间区连接管的另一端通过中间区低温切换阀与低温传热介质母管相连；所述第一加压装置设置在低温传热介质母管对应于储热放热系统与太阳能集热场之间的管段；所述第二加压装置设置在低温传热介质母管对应于储热放热系统与用户供暖系统之间的管段。所述第一加压装置、第二加压装置通过对传热介质进行加压以补充其在流动过程中损失的压力。所述用户供暖系统具有供暖热交换器，所述供暖热交换器的热源输入端与高温传热介质母管相连，所述供暖热交换器的热源输出端与低温传热介质母管相连，所述供暖热交换器的冷水输入端与用户冷水管系相连，所述供暖热交换器的热水输出端与用户暖水管系相连；所述用户供暖系统还具有辅助供暖锅炉，所述辅助供暖锅炉的传热介质进口管与高温传热介质母管相连，所述辅助供暖锅炉的传热介质出口管与供暖热交换器的热源输入端相连。

优选地，所述太阳能集热场包括呈纵横向阵列布置的若干太阳能集热器，每一纵向列中的各个太阳能集热器共用一根分段串联贯通的集热管，各根集热管的输入端与低温传热介质母管相连，各根集热管的输出端与高温传热介质母管相连；相邻两根集热管之间通过若干间隔设置的分布联箱横向贯通。该方案采用分布联箱以解决气体传热介质在复杂的管路系统中的阻力失衡导致偏流、断流的问题，传热介质进入分布联箱后改变原有的直线型的流动方向，实现传热介质在各传热单元之间的交叉流向，使得整体太阳能集热场趋于受热均匀，进一步在各根集热管上分别设置压力控制阀，实时调节太阳能集热场气流流量分布，实现整体系统稳定可靠运行。

优选地，所述集热管优选为带有内翅片或内扩展肋片的集热管。内翅片可以是直肋片、三角形肋片、环形肋片等；还可以是采用预制的翅片形金属栅格卡套在集热管内的等同变换型式。与直管、波纹管或螺纹管结构的集热管相比，带有内翅片或内扩展肋片的集热管的传热面积更大，提高了传热效率，实现被动强化传热。

优选地，所述传热介质为带压气体介质，所述带压气体介质包括空气、二氧化碳、氮气、氦气、甲烷、水蒸气中的一种或多种。所述带压气体介质的循环压力不小于0.1Mpa，优选为0.1Mpa～10MPa，进一步优选为0.1Mpa～3MPa。

优选地，所述传热介质为混有固体微粒的气体介质，所述固体微粒的粒径可选为0.01μm～10mm，优选为1μm～1mm，该优选粒径范围内固体微粒能够与气体介质形成较为稳定的气固混合物，有利于长距离输送，可显著减少颗粒沉积，降低压力损失和对管道系统的磨损，尤其是集热管很长的槽式太阳能集热器，采用较小的粒径更为有利。所述固体微粒为无相变材料构成的无相变微粒，或者为由固体导热材料构成胶囊外壳、由相变材料构成胶囊填充物的相变胶囊微粒。所述无相变微粒优选为工厂粉尘，例如除尘系统捕集的电厂锅炉飞灰，以实现粉尘的废物利用。在传热过程中，加入固体微粒可提高气体介质的传热效率。当采用内含相变材料的胶囊微粒时，胶囊微粒受热与遇冷时发生相变过程，其内的相变材料通过相变释放或吸收热能来主动提高强化传热系数，减少传热面积，减少系统管道尺寸及后续锅炉换热设备尺寸，降低投资成本。

可选地，所述太阳能集热场的传热介质也可为液体传热介质，例如导热油、水、氨水中的一种或多种。

优选地，采用混有固体微粒的气体介质主动强化传热，同时采用集热管设置内翅片的方式被动强化传热，两种方式相结合，能够极大提高气体传热介质在集热管内的流动传热系数，使得在集热管管径尺寸变化不大时，够够实现在气体经济流速的情况下保证足够的传热效率，减少系统阻力和管道磨损，进而极大降低系统造价。

优选地，所述储能介质为高比热固体材料或相变储热材料，其形状可为球形、柱形、网状、菱形、或不规则形状等，堆积在储热装置内形成多孔结构。更优选地，所述高比热固体材料为石英砂、铁砂、铸铁、铁矿石、鹅卵石中的一种或多种；所述相变储热材料包括固体导热材料构成的外壳和封装在外壳内的相变材料填充物。

本发明的有益效果如下：

1)储热放热系统设置多个填料分区，即可按分区同时对各填料分区进行储热放热，也可以按分区先后对各填料分区进行储热放热；即可将各填料分区作为整体进行储热放热，也可以选择部分分区进行储热放热。使用时可根据实际情况随时调整分区换热模式，以取得最佳储热放热效果。

2)在太阳光热能充足时，通过传热介质循环高效储热；在太阳光热能不足时，通过传热介质循环来高效放热来供暖；在冬季连阴雨雪天气，若太阳能集热场和储热放热系统无法满足供暖需要，还可通过向辅助供暖锅炉中补充燃料燃烧加热传热介质进行供暖，可保证冬季全天候供暖。

3)采用传热与储热分离的双回路系统，在太阳能集热场中采用传热介质循环吸收太阳能，在储热放热系统中通过储能介质与传热介质进行换热以储存或释放热能。在此过程中，储能介质只进行储热放热，不进行循环传热；传热介质只进行循环传热，不进行储热放热，储能介质和传热介质分离运行、各司其职，故储能和传热可分别选用高效储能介质和高效传热介质，具有储热与放热过程高效、可靠的优点。

附图说明

图1为本发明所提供的基于分级式储热放热的高效太阳能供暖系统的总体结构框图。

图2为图1中太阳能供暖系统的工艺示意图。

图3为图2中集热管的截面示意图。

图4为本发明所提供的基于分级式储热放热的高效太阳能供暖方法的判断流程示意图。

其中：太阳能集热场100、低温传热介质母管101、高温传热介质母管102、备用旁管103、分布联箱104、太阳能集热器105、集热管106、压力控制阀107、第一备用切换阀108、第二备用切换阀109、玻璃套管110、金属内管111、内翅片112、储热放热系统200、储热罐体201、中间切换阀202(包括202a、202b、202c)、顶部切换阀203、底部切换阀204、中间区高温切换阀205、中间区低温切换阀206、中间区连接管207、储热输入阀208、集热返回阀209、供暖输入阀210、顶部填料区211、中间填料区212(包括212a、212b、212c)、底部填料区213、用户供暖系统300、用户冷水管系303、用户暖水管系304、气体补充入口308、锅炉燃料入口309、辅助供暖锅炉312、供暖热交换器313、传热介质进口管320、传热介质出口管321、第一加压装置400、第二加压装置500

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、2所示，本发明所提供的基于分级式储热放热的高效太阳能供暖系统，包括太阳能集热场100、储热放热系统200、用户供暖系统300、第一加压装置400和第二加压装置500。太阳能集热场100包括作为低温传热介质输入端的低温传热介质母管101和作为高温传热介质输出端的高温传热介质母管102。储热放热系统200和用户供暖系统300并联布置在低温传热介质母管101与高温传热介质母管102之间。

太阳能集热场100包括呈纵横向阵列布置的若干太阳能集热器105，每一纵向列中的各个太阳能集热器105共用一根分段串联贯通的集热管106，各根集热管106的输入端与低温传热介质母管101相连，各根集热管106的输出端与高温传热介质母管102相连。相邻两根集热管106之间通过若干间隔设置的分布联箱104横向贯通。太阳能集热场100的低温传热介质输入端与高温传热介质输出端之间设置有备用旁管103，其上设置有第一备用切换阀108、第二备用切换阀109，备用旁管103增加了管路系统的灵活性，可用于装置或管道吹扫、传热介质回流等。各根集热管106上分别设置有一个压力控制阀107，实时调节整体系统气流流量分布，实现整体系统稳定可靠运行。此外，太阳能集热场100整体采用同程式并联布置，以减少传热介质在循环系统中的压降损失。太阳能集热场100的传热介质为带压气体介质，其中混有固体微粒，该固体微粒为由固体导热材料构成胶囊外壳、由相变材料构成胶囊填充物的相变胶囊微粒。如图3所示，集热管106包括玻璃套管110和金属内管111，金属内管111的内壁上设置有内翅片112。

储热放热系统200包括至少一个储热罐，当采用多个储热罐时可将各储热罐进行串并联组合，各储热罐再分别采用本发明提供的方法进行储热、放热。所述储热罐包括储热罐体201，储热罐体201的内腔按照填装储能介质的位置不同划分为依次连通的顶部填料区211、中间填料区212(包括212a、212b和212c)、以及底部填料区213。其中顶部填料区211通过顶部切换阀203与高温传热介质母管102相连，底部填料区213通过底部切换阀204与低温传热介质母管101相连，各个中间填料区212通过与其对应的各个中间切换阀202(包括202a、202b、202c)与中间区连接管207相连。中间区连接管207的一端通过中间区高温切换阀205与高温传热介质母管102相连，中间区连接管207的另一端通过中间区低温切换阀206与低温传热介质母管101相连。储能介质为高比热固体材料或相变储热材料，堆积在储热装置201内形成多孔结构。高比热固体材料可采用石英砂、铁砂、铸铁、铁矿石、鹅卵石中的一种或多种。相变储热材料包括固体导热材料构成的外壳和封装在外壳内的相变材料填充物。

用户供暖系统300包括供暖热交换器313和辅助供暖锅炉312，供暖热交换器313的热源输入端与高温传热介质母管102相连，供暖热交换器313的热源输出端与低温传热介质母管101相连，供暖热交换器313的冷水输入端与用户冷水管系303相连，供暖热交换器313的热水输出端与用户暖水管系304相连；辅助供暖锅炉312设置有用于补充燃料的锅炉燃料入口309，辅助供暖锅炉312的传热介质进口管320与高温传热介质母管102相连，辅助供暖锅炉312的传热介质出口管321与供暖热交换器313的热源输入端相连。用户供暖系统300采用换热方式进行供暖，具体过程为：来自太阳能集热场100和/或储热放热系统200高温传热介质，在供暖热交换器313中，与来自用户冷水管系303的冷水进行换热，换热得到的热水通过用户暖水管系304输出；在冬季连阴雨雪天气，若太阳能集热场100和储热放热系统200无法满足供暖需要，可通过补充燃料燃烧加热传热介质进行供暖，可保证冬季全天候供暖。

第一加压装置400、集热返回阀209设置在低温传热介质母管101对应于储热放热系统200与太阳能集热场100之间的管段上。第二加压装置500设置在低温传热介质母管101对应于储热放热系统200与用户供暖系统300之间的管段上，第二加压装置500的入口端设置有气体补充入口308。储热输入阀208、供暖输入阀210分别设置在高温传热介质母管102在太阳能集热场100与储热放热系统200之间、储热放热系统200与用户供暖系统300之间的管段上。集热返回阀209、储热输入阀208、供暖输入阀210根据流程需要进行切换。

储热罐、高温传热介质母管102外表面采用高保温性能材料包裹，降低热量损耗。

如图4所示，本发明同时提供了采用上述太阳能供暖系统进行供暖的方法，包括如下步骤：

1)太阳能集热场100吸收太阳能并加热低温传热介质，所得高温传热介质输送到用户供暖系统300中进行供暖和/或输送到储热放热系统200中与储能介质换热进行储热。低温传热介质进入太阳能集热场100温度为150℃～350℃，高温传热介质流出太阳能集热场100温度为200℃～800℃；传热介质系统循环压力为0.1Mpa～3MPa。

2)太阳能集热场100输出的高温传热介质与经由储热放热系统200换热升温得到的高温传热介质同时输送到用户供暖系统300进行供暖，或者单独将储热放热系统200放热得到的高温传热介质输送到用户供暖系统300中进行供暖；

3)高温传热介质释放热能后得到的低温传热介质返回太阳能集热场100再次进行集热和/或返回储热放热系统200再次进行换热升温。

具体而言，该方法按照如下判断策略选择储热、放热或供暖：

1)判断有无光照条件，若无光照条件且用户供暖系统300有供暖需求，则由储热放热系统200放热独立为用户供暖系统300供热。

2)若有光照条件，且用户供暖系统300无热能需求，则太阳能集热场100输出的高温传热介质全部输入储热放热系统200进行储热。

3)若有光照条件，且用户供暖系统300有热能需求，则对太阳能集热场100的集热量与用户供暖系统300的热能需求量进行对比，根据比较结果进入4)、5)或6)。

4)若集热量大于热能需求，则太阳能集热场100输出的高温传热介质中满足用户供暖系统300需求量的部分输送到用户供暖系统300进行供暖，超出的部分输送至储热放热系统200进行储热。

5)若集热量等于热能需求，则太阳能集热场100输出的高温传热介质全部输入用户供暖系统300进行供暖。

6)若集热量小于热能需求，则将太阳能集热场100加热得到的高温传热介质与储热放热系统200换热得到的高温传热介质同时输入用户供暖系统300进行供暖。

储热放热系统200进行储热、放热的具体操作步骤如下：

储热放热系统200在进行储热时，来自太阳能集热场100的高温传热介质首先从储热罐体201的顶部进入，依次通过顶部填料区211、中间填料区212a～212c和底部填料区213，经换热降温得到的低温传热介质从储热罐体201的底部流出后返回太阳能集热场100。当顶部填料区211温度升高到设定值时，高温传热介质切换为从顶部填料区211下方的第一个中间填料区212a进入，依次通过中间填料区212a、中间填料区212b、中间填料区212c和底部填料区213，经换热降温得到的低温传热介质从储热罐体201的底部流出后返回太阳能集热场100。当中间填料区212a温度升高到设定值时，高温传热介质切换为从第二个中间填料区212b进入，依次通过中间填料区212b、中间填料区212c和底部填料区213，经换热降温得到的低温传热介质从储热罐体201的底部流出后返回太阳能集热场100。依此类推，直至高温传热介质切换为从最下方的一个中间填料区212c进入，从底部填料区213流出，并使中间填料区212c或底部填料区213的温度(选择其一即可)升高到设定值，完成储热罐体201的储热，经换热降温得到的低温传热介质从储热罐体201的底部流出后返回太阳能集热场100。各阀门的具体切换顺序详见表1。

表1储热放热系统在储热时阀门切换次序

注：上表中，若只进行储热，不进行供暖，则210常闭；若二者同时进行，则210常开。

储热放热系统200在进行放热时，来自用户供暖系统300的低温传热介质首先从储热罐体201的底部进入，依次通过底部填料区213、中间填料区212c、212b、212c和顶部填料区211，经换热升温得到的高温传热介质从储热罐体201的顶部流出后进入用户供暖系统300。当底部填料区213温度降低到设定值时，低温传热介质切换为从底部填料区213上方的第一个中间填料区212c进入，依次通过中间填料区212c、中间填料区212b、中间填料区212a和顶部填料区211，经换热升温得到的高温传热介质从储热罐体201的顶部流出后进入用户供暖系统300。当第一个中间填料区212c温度降低到设定值时，低温传热介质切换为从第二个中间填料区212b进入，依次通过中间填料区212b、中间填料区212a和顶部填料区211，经换热升温得到的高温传热介质从储热罐体201的顶部流出后进入用户供暖系统300。依此类推，直至低温传热介质切换为从最上方的一个中间填料区212a进入，从顶部填料区211流出，并使中间填料区212a或顶部填料区211的温度(选择其一即可)升高到设定值，完成储热罐体201的放热，经换热升温得到的高温传热介质从储热罐体201的顶部流出后进入用户供暖系统300。各阀门的具体切换顺序详见表2。

表2储热放热系统在放热时阀门切换次序

注：上表中，若由储热放热系统单独供热，太阳能集热场不供热，则208、209常闭；若二者同时供热，则208、209常开。

Claims (10)

1.一种基于分级式储热放热的高效太阳能供暖方法，应用于包括太阳能集热场(100)、储热放热系统(200)和用户供暖系统(300)的太阳能供暖系统中，其特征在于：包括如下步骤：

1)所述太阳能集热场(100)吸收太阳能并加热低温传热介质，所得高温传热介质输送到用户供暖系统(300)中进行供暖和/或输送到储热放热系统(200)中与储能介质换热进行储热；

2)将所述太阳能集热场(100)输出的高温传热介质与经由储热放热系统(200)换热升温得到的高温传热介质同时输送到用户供暖系统(300)进行供暖，或者单独将储热放热系统(200)放热得到的高温传热介质输送到用户供暖系统(300)中进行供暖；

3)高温传热介质在供暖系统(300)与冷水换热释放热能后得到的低温传热介质返回太阳能集热场(100)再次进行集热和/或返回储热放热系统(200)再次进行换热升温，冷水经换热升温后得到的热水输送给用户使用；

步骤1)～3)中，所述储热放热系统(200)设置有多个填料分区，进行储热时，传热介质按分区同时或先后通过各填料分区进行储热；进行放热时，传热介质按分区同时或先后通过各填料分区获取热量。

2.根据权利要求1所述基于分级式储热放热的高效太阳能供暖方法，其特征在于：

所述储热放热系统(200)包括储热罐体(201)，所述储热罐体(201)内按照填装储能介质的位置不同划分为依次连通的顶部填料区(211)、一个以上的中间填料区(212)、以及底部填料区(213)；

所述储热放热系统(200)在进行储热时，来自太阳能集热场(100)的高温传热介质首先从储热罐体(201)的顶部进入，依次通过顶部填料区(211)、各中间填料区(212)和底部填料区(213)，经换热降温得到的低温传热介质从储热罐体(201)的底部流出后返回太阳能集热场(100)；

当顶部填料区(211)温度升高到设定值时，高温传热介质切换为从顶部填料区(211)下方的第一个中间填料区(212)进入，依次通过该第一个中间填料区(212)及其下方的各中间填料区(212)和底部填料区(213)，经换热降温得到的低温传热介质从储热罐体(201)的底部流出后返回太阳能集热场(100)；

当第一个中间填料区(212)温度升高到设定值时，高温传热介质切换为从第二个中间填料区(212)进入，依次通过该第二个中间填料区(212)及其下方的各中间填料区(212)和底部填料区(213)，经换热降温得到的低温传热介质从储热罐体(201)的底部流出后返回太阳能集热场(100)；

依此类推，直至高温传热介质切换为从最下方的一个中间填料区(212)进入，从底部填料区(213)流出，并使底部填料区(213)的温度升高到设定值，完成储热罐体(201)的储热，经换热降温得到的低温传热介质从储热罐体(201)的底部流出后返回太阳能集热场(100)。

3.根据权利要求2所述基于分级式储热放热的高效太阳能供暖方法，其特征在于：

所述储热放热系统(200)在进行放热时，来自热能利用系统(300)的低温传热介质首先从储热罐体(201)的底部进入，依次通过底部填料区(213)、各中间填料区(212)和顶部填料区(211)，经换热升温得到的高温传热介质从储热罐体(201)的顶部流出后进入用户供暖系统(300)；

当底部填料区(213)温度降低到设定值时，低温传热介质切换为从底部填料区(213)上方的第一个中间填料区(212)进入，依次通过该第一个中间填料区(212)及其上方的各中间填料区(212)和顶部填料区(211)，经换热升温得到的高温传热介质从储热罐体(201)的顶部流出后进入用户供暖系统(300)；

当第一个中间填料区(212)温度降低到设定值时，低温传热介质切换为从第二个中间填料区(212)进入，依次通过该第二个中间填料区(212)及其上方的各中间填料区(212)和顶部填料区(211)，经换热升温得到的高温传热介质从储热罐体(201)的顶部流出后进入用户供暖系统(300)；

依此类推，直至低温传热介质切换为从最上方的一个中间填料区(212)进入，从顶部填料区(211)流出，并使顶部填料区(211)的温度升高到设定值，完成储热罐体(201)的放热，经换热升温得到的高温传热介质从储热罐体(201)的顶部流出后进入用户供暖系统(300)。

4.一种基于分级式储热放热的高效太阳能供暖系统，包括太阳能集热场(100)、储热放热系统(200)、用户供暖系统(300)、第一加压装置(400)和第二加压装置(500)，其特征在于：

所述太阳能集热场(100)包括作为低温传热介质输入端的低温传热介质母管(101)和作为高温传热介质输出端的高温传热介质母管(102)；

所述储热放热系统(200)和用户供暖系统(300)并联布置在低温传热介质母管(101)与高温传热介质母管(102)之间；

所述储热放热系统(200)包括储热罐体(201)，所述储热罐体(201)内按照填装储能介质的位置不同划分为依次连通的顶部填料区(211)、一个以上的中间填料区(212)、以及底部填料区(213)；其中顶部填料区(211)通过顶部切换阀(203)与高温传热介质母管(102)相连，底部填料区(213)通过底部切换阀(204)与低温传热介质母管(101)相连，各个中间填料区(212)通过与其对应的各个中间切换阀(202)与中间区连接管(207)相连；

所述中间区连接管(207)的一端通过中间区高温切换阀(205)与高温传热介质母管(102)相连，所述中间区连接管(207)的另一端通过中间区低温切换阀(206)与低温传热介质母管(101)相连；

所述第一加压装置(400)设置在低温传热介质母管(101)对应于储热放热系统(200)与太阳能集热场(100)之间的管段；所述第二加压装置(500)设置在低温传热介质母管(101)对应于储热放热系统(200)与用户供暖系统(300)之间的管段；

所述用户供暖系统(300)具有供暖热交换器(313)，所述供暖热交换器(313)的热源输入端与高温传热介质母管(102)相连，所述供暖热交换器(313)的热源输出端与低温传热介质母管(101)相连，所述供暖热交换器(313)的冷水输入端与用户冷水管系(303)相连，所述供暖热交换器(313)的热水输出端与用户暖水管系(304)相连；

所述用户供暖系统(300)还具有辅助供暖锅炉(312)，所述辅助供暖锅炉(312)的传热介质进口管(320)与高温传热介质母管(102)相连，所述辅助供暖锅炉(312)的传热介质出口管(321)与供暖热交换器(313)的热源输入端相连。

5.根据权利要求4所述基于分级式储热放热的高效太阳能供暖系统，其特征在于：所述太阳能集热场(100)包括呈纵横向阵列布置的若干太阳能集热器(105)，每一纵向列中的各个太阳能集热器(105)共用一根分段串联贯通的集热管(106)，各根集热管(106)的输入端与低温传热介质母管(101)相连，各根集热管(106)的输出端与高温传热介质母管(102)相连；相邻两根集热管(106)之间通过若干间隔设置的分布联箱(104)横向贯通；各根集热管(106)上分别设置有一个压力控制阀(107)。

6.根据权利要求5所述基于分级式储热放热的高效太阳能供暖系统，其特征在于：所述集热管(106)为带有内翅片或内扩展肋片的集热管(106)。

7.根据权利要求4～6中任一项所述基于分级式储热放热的高效太阳能供暖系统，其特征在于：所述太阳能集热场(100)的传热介质为带压气体介质，所述带压气体介质包括空气、二氧化碳、氮气、氦气、甲烷、水蒸气中的一种或多种，所述带压气体介质的循环压力不小于0.1Mpa。

8.根据权利要求7所述基于分级式储热放热的高效太阳能供暖系统，其特征在于：所述传热介质为混有固体微粒的气体介质；所述固体微粒为无相变材料构成的无相变微粒，或者为由固体导热材料构成胶囊外壳、由相变材料构成胶囊填充物的相变胶囊微粒。

9.根据权利要求4～6中任一项所述基于分级式储热放热的高效太阳能供暖系统，其特征在于：所述太阳能集热场(100)的传热介质为液体传热介质，所述液体传热介质包括导热油、水、氨水中的一种或多种。

10.根据权利要求4～6中任一项所述基于气体强化传热的太阳能供热系统，其特征在于：所述储能介质为高比热固体材料或相变储热材料，堆积在储热装置(201)内形成多孔结构；所述高比热固体材料包括石英砂、铁砂、铸铁、铁矿石、鹅卵石中的一种或多种；所述相变储热材料包括固体导热材料构成的外壳和封装在外壳内的相变材料填充物。