CN107477655A - 一种基于蓄热装置的供暖系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于蓄热装置的供暖系统及控制方法，基于蓄热装置的供暖系统包括：供热水管路，还包括：设置在供热水管路上的电加热装置、蓄热装置、主控装置；所述电加热装置和蓄热装置通过各自的控制开关连接所述主控装置；所述主控装置在预设第一时间段启动电加热装置为供热水管路供热，同时为蓄热装置蓄热；在预设第二时间段启动蓄热装置，或者，同时启动电加热装置和蓄热装置为供热水管路供热。上述供暖系统可有效节约能源，同时环保无污染，且满足不同用户的需求。

Description

一种基于蓄热装置的供暖系统及控制方法

技术领域

本发明涉及民用建筑的供暖技术，具体涉及一种基于蓄热装置的供暖系统及控制方法。

背景技术

我国2/3以上的国土面积属于严寒和寒冷地区，受到气候条件的影响，北方地区冬季严寒且持续时间长，保证建筑供暖是当地居民生存的必要条件。现阶段使用的以燃煤为主要能源的供暖方式消耗着大量的煤炭储备资源，同时需要大量的资金用于整个供暖系统的安装、调配、维护，由于大多数老式建筑面临着供暖系统老化的问题，导致供暖温度不达标，用户的需求没有得到满足，并且燃煤带来的是严重的环境污染和温室气体排放，造成我国多个城市频繁发生雾霾天气，而现有的新型供暖系统各有优劣，无法替代传统供暖系统从而达到环保节能的目的。

鉴于市政鼓励夜间电力消费，用以提高各地区电力供应部门的经济效益，为此，优惠夜间电价在全国范围内逐步实施显然已成为大势所趋。峰谷电价最大的受益方是电采暖，其运行成本由此大幅降低，整个采暖市场随之出现一个全新的局面。如何平衡夜间电价和高峰电价为用户提供电采暖成为当前需要解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提供一种基于蓄热装置的供暖系统及控制方法，该供暖系统可有效节约能源，同时环保无污染，且满足不同用户的需求。

第一方面，本发明提供一种基于蓄热装置的供暖系统，包括：供热水管路，设置在供热水管路上的电加热装置、蓄热装置、主控装置；

所述电加热装置和蓄热装置通过各自的控制开关连接所述主控装置；

所述主控装置在预设第一时间段启动电加热装置为供热水管路供热，同时为蓄热装置蓄热；在预设第二时间段启动蓄热装置，或者，同时启动电加热装置和蓄热装置为供热水管路供热。

可选地，所述电加热装置包括两组电加热装置，其中一组设置在供热水管路上，另一组借助于油管路与蓄热装置连接。

可选地，所述电加热装置为电磁感应加热装置；

每一组电磁感应加热装置包括：多个串联的电磁感应加热器和用于控制电磁感应加热器开关的控制器；所述控制器连接所述主控装置，用于根据主控装置的控制信号控制电磁感应加热器的开关。

可选地，所述供热水管路上设置有数字控制电路，所述油管路上设置有数字控制电路；

所述主控装置通过供热水管路上和油管路上各自的数字控制电路调整各个管路的温度。

可选地，所述蓄热装置包括：外壳和内芯；

所述外壳和所述内芯之间设置有隔热层，所述隔热层的表面涂覆有耐高温隔热保温材料和/或耐高温远红外辐射涂料。

可选地，所述内芯包括复合相变储能材料，所述油管路的至少一部分围绕所述相变储能材料设置。

可选地，所述复合相变储能材料由三元混合熔融盐和Na₂CO₃组成。

可选地，所述第一时间段为电网的一天中电价处于波谷区域的时间段，所述第二时间段为电网的一天中电价处于波峰区域的时间段。

可选地，所述供热水管路为供热侧水循环装置中的管路。

另一方面，本发明一种基于上述任一供暖系统的控制方法，包括：

主控装置查看当前时间段是否处于第一时间段还是第二时间段的范围；

主控装置在确定当前时间段处于第一时间段的范围时，启动电加热装置，并根据第一温度和第二温度调整电加热装置的加热功率；以使电加热装置为供热水管路供热同时为蓄热装置蓄热；

所述第一温度为主控装置实时接收的用户侧水循环装置的水管路中水的温度，第二温度为主控装置实时接收的供热侧水循环装置的供热水管路中水的温度；

主控装置在确定当前时间段处于第二时间段的范围时，启动蓄热装置为供热水管路供热，以及根据实时获取的第一温度和第二温度判断是否启动电加热装置；

在当前时间段处于第二时间段时，若主控装置启动电加热装置，则使电加热装置为供热水管路供热。

可选地，所述方法还包括：

所述蓄热装置上设置有连接主控装置的温度测量器、温度安全控制器、压力测量器和压力安全控制器；

所述主控装置根据温度测量器测量的蓄热装置的温度，控制油管路上的电磁感应加热器控制器和温度安全控制器；

以及，所述主控装置根据压力测量器测量的蓄热装置中部分油管路的压力，控制电磁感应加热器控制器和压力安全控制器。

本发明具有的有益效果如下：

(1)安全环保：供暖系统中采用的电加热装置是直接加热传热流体，而现有的电暖系统多是采用电阻发热而后通过传热来加热传热流体的方法，电阻丝温度高，有着过热而引起火灾的危险，没有燃烧过程，不会排放有害气体，也没有燃料燃烧后的废渣；

(2)高效节能：供暖系统及其控制方法的电加热效率在95％以上，同时利用数字控制在有供暖需求的时候加热，而不是无间歇的加热，利用电磁感应加热速度快的特点，间歇性加热即可保证室内温度，可有效节约能源；

(3)智能人性化：供暖系统采用数字调控，由于电磁感应加热速度快，可根据每个用户不同的供暖需求做出迅速反应，通过数字控制的调控，可实现各户的差异供暖，满足不同用户的差异供暖需求；

(4)经济节约：利用峰谷电价的差异，在谷电期利用电磁感应加热，在蓄热装置中储存热量，在峰平电期使用储存的热量，以此降低系统运行成本，同时还能全天提供热水，具有更大的经济效益；

(5)使用寿命长：电加热装置的使用寿命较长，蓄热装置由于采用了熔融盐相变储能材料，在密封装置完好的情况下，蓄热装置的损耗较少，系统总体平均为10年。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的基于蓄热装置的供暖系统的结构示意图；

图2为图1的供暖系统中油管路的结构示意图；

图3为图1中供暖系统中供热水管路的结构示意图。

附图标记说明：

1、26、水泵；

2、9、25、节流阀；

3、8、11三通阀；

4、16电磁感应加热器的控制器；5、17电磁感应加热器；

6、14、数字控制开关；7、油泵；10、主控装置；

12、18、22、温度测量器；13、蓄热装置；

15、20、24、压力测量器；19、温度安全控制器；

21、压力安全控制器；23、换热器；27、热用户。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实施例的供暖系统的结构，如图1所示，供暖系统包括：用户侧水循环装置、供热侧水循环装置、换热器23；

所述供热侧水循环装置与用户侧水循环装置通过换热器23换热；用户侧水循环装置包括多组热用户27。

本实施例的用户侧水循环装置的水管路上设置有温度测量器22、压力测量器24，水管路上还连接有水泵26、节流阀25等。温度测量器22和压力测量器24的主要作用是测量用户侧水循环装置的水管路中水的温度和压力，并把信号反馈给主控装置10，主控装置10根据获得的反馈信号控制节流阀25的开度，保证供暖用户的热量需求。

图1中使用的换热器23可为涡流热膜管壳式换热器。

所述供热侧水循环装置包括：供热水管路，设置在供热水管路上的电加热装置、蓄热装置13、主控装置10；

本实施例中的电加热装置可为电磁感应加热装置，且图1所示的电磁感应加热装置和蓄热装置通过各自的控制开关连接主控装置。

上述的主控装置10在预设第一时间段启动电加热装置为供热水管路供热，同时为蓄热装置13蓄热，以便蓄热装置13储备热量；在预设第二时间段启动蓄热装置13为供热水管路供热，或者，同时启动电加热装置和蓄热装置13为供热水管路供热。

图1所示的供暖系统中，电磁感应加热装置包括两组电磁感应加热装置，其中一组设置在供热水管路上，另一组借助于油管路与蓄热装置连接。

图1中所示的供热水管路上的电磁感应加热装置可包括：两个串联的电磁感应加热器17和用于控制电磁感应加热器17开关的控制器16；所述控制器16连接所述主控装置10，用于根据主控装置10的控制信号控制电磁感应加热器17的开关。

图1中所示的油管路上的电磁感应加热装置可包括：四个串联的电磁感应加热器5和用于控制电磁感应加热器5开关的控制器4；所述控制器4连接所述主控装置10，用于根据主控装置10的控制信号控制电磁感应加热器5的开、关。

另外，供热水管路上还设置有数字控制电路，主控装置10根据电磁感应加热器17对供热水管路中水的直接加热时间段，控制数字控制电路中的数字控制开关14的状态。

所述油管路上设置有数字控制电路，主控装置10根据电磁感应加热器5对油管路中油的直接加热时间段，控制数字控制电路中的数字控制开关6。

在图2中所示的油管路可包括：电磁感应加热装置、数字控制电路6、蓄热装置13、油泵7组成为蓄热装置的循环油管路。

在具体应用中，蓄热装置13上设置有连接主控装置10的温度测量器18、温度安全控制器19、压力测量器20和压力安全控制器21。

温度测量器18的主要作用是测量蓄热装置内新型的复合相变储能材料的温度，并把信号反馈给主控装置10，主控装置10根据温度测量器18的反馈信号控制电磁感应加热器控制器4和温度安全控制器19，以此确定电磁感应加热器5的输入/输出功率，保证蓄热装置内新型的复合相变储能材料的温度在安全值范围内。

压力测量器20的主要作用是测量蓄热装置内新型的复合相变储能材料的压力，并把信号反馈给主控装置10，主控装置根据压力测量器20的反馈信号控制电磁感应加热器控制器4和压力安全控制器21，以此确定电磁感应加热器4的输入/输出功率，保证蓄热装置内新型的复合相变储能材料的压力在安全值范围内。

特别说明的是，蓄热装置可包括：外壳和内芯；所述外壳和所述内芯之间设置有隔热层，所述隔热层的表面涂覆有耐高温隔热保温材料和/或耐高温远红外辐射涂料。

本实施例中的隔热层可为保温砖，在保温砖的表面可涂覆有耐高温隔热保温材料和/或耐高温远红外辐射涂料。

另外，所述内芯包括复合相变储能材料，所述油管路的至少一部分围绕所述相变储能材料设置。所述复合相变储能材料由三元混合熔融盐和Na₂CO₃组成。

在本实施例中，如图3所示，供热水管路上设置有多个三通阀如三通阀3、三通阀8、三通阀11；述供热水管路连接水泵的部分管路上设置有节流阀2，以及在供热水管路上靠近蓄热装置的区域设置有另一节流阀9。供热水管路上采用蓄热装置供热的部分管路上设置有温度测量器12、压力测量器15；用户侧水循环装置的水管路上设置有温度测量器22、压力测量器24。

主控柜10用于根据温度测量器12、压力测量器15的反馈信号控制电磁感应加热器控制器16和节流阀9。

也就是说，温度测量器12和压力测量器15的作用是测量供热水管路中水的温度和压力，并把信号反馈给主控装置10，主控装置10根据获得的反馈信号控制节流阀9的开度，保证蓄热装置与用户侧水管路中水的稳定换热；

供热水管路上的水泵1的主要作用是为供热水管路中的水提供循环动力，保证整个供暖系统管路中水的正常循环使用。

本实施例中的蓄热装置采用新型的复合相变储能材料，实现了储能材料的突破；同时，由于本实施例采用的是电磁感应加热供暖技术，加热速度快，可分户进行数字调节，从而满足不同居民对于供暖的差异需求，可以做到随时满足不同的供暖需求，使得供暖系统更加的人性化；最后，由于电磁感应的存在，管路中的水被磁化，从而避免了管路结垢，减少维护费用，而且有着较长的使用寿命。本发明结合国家重点推行的用电政策，考虑峰谷电价的差异，采用在谷电期蓄热，在峰电期放热的数控逻辑智能控制系统，从而减少了系统的运行费用，真正做到了节能减排。

本实施例的供暖系统，具有安全环保、高效节能、智能人性化、经济节约和使用寿命长等特点，从长远来看，系统对于缓解能源危机，减少二氧化碳的排放，改善环境有着重要的意义，适宜推广应用。

另一方面，本发明还提供一种上述供暖系统的控制方法，具体包括下述步骤：

第一步、主控装置查看当前时间段是否处于第一时间段还是第二时间段的范围；

第二步、主控装置在确定当前时间段处于第一时间段的范围时，启动电加热装置，并根据第一温度和第二温度调整电加热装置的加热功率；以使电加热装置为供热水管路供热同时为蓄热装置蓄热；

所述第一温度为主控装置实时接收的用户侧水循环装置的水管路中水的温度，第二温度为主控装置实时接收的供热侧水循环装置的供热水管路中水的温度；

第三步、控装置在确定当前时间段处于第二时间段的范围时，启动蓄热装置为供热水管路供热，以及根据实时获取的第一温度和第二温度判断是否启动电加热装置；

在当前时间段处于第二时间段时，若主控装置启动电加热装置，则使电加热装置为供热水管路供热。

在一种可选的实现方式中，上述方法还可包括：

所述蓄热装置上设置有连接主控装置的温度测量器、温度安全控制器、压力测量器和压力安全控制器；

所述主控装置根据温度测量器测量的蓄热装置的温度，控制油管路上的电磁感应加热器控制器和温度安全控制器；

以及，所述主控装置根据压力测量器测量的蓄热装置中部分油管路的压力，控制电磁感应加热器控制器和压力安全控制器。

上述的第一时间段可为电网的一天中电价处于波谷区域的时间段，第二时间段可为电网的一天中电价处于波峰区域的时间段。

也就是说，实施例结合国家重点推行的用电政策，考虑峰谷电价的差异，实现对供暖系统的控制。

结合上述图1来说，供暖系统的控制方法的工作原理及运行方式如下：

在峰电和平电时期，供热水管路中水先后经过水泵1，节流阀2，三通阀3，三通阀8，节流阀9，三通阀11，电磁感应加热器控制器16，换热器23，三通阀3；峰电和平电时期数字控制开关6断开，促使电磁感应加热器控制器4停止对蓄热装置的蓄热材料加热，峰电和平电时期数字控制开关14断开，促使电磁感应加热器17停止对供热水管路中水的直接加热；

在峰电和平电时期，供热水管路中水在经过蓄热装置13时与蓄热装置内的新型的复合相变储能材料进行热交换，新型的复合相变储能材料发生相变化，把热量传递到供热水管路中水；

在峰电和平电时期，供热水管路中水在经过换热器23时与用户侧水循环装置中水进行换热，这时温度测量器22和压力测量器24会测量出用户侧水循环装置中水的温度和压力，并把信号反馈给主控装置10，主控装置根据预先设定的参数判断用户侧水循环装置中水的温度和压力是否能够满足热用户的供暖需要，如果满足则主控装置10不会发出指令闭合电磁感应加热器控制器16的开关，如果不满足则主控装置10会发出指令闭合电磁感应加热器控制器16的开关，通过主控装置10控制电磁感应加热器控制器16来决定电磁感应加热器17的输出功率，对用户侧水循环装置中水进行直接补充加热；

在谷电时期，供热水管路中水先后经过水泵1，节流阀2，三通阀3，三通阀8，三通阀11，电磁感应加热器控制器16，换热器23，三通阀3；谷电时期数字控制开关6闭合，促使电磁感应加热器5对蓄热装置加热，谷电时期数字控制开关14闭合，促使电磁感应加热器17对用户侧水循环装置中水的直接加热；

在谷电时期，电磁感应加热器5对供暖系统的油路进行加热，在油泵7提供动力的前提下，被加热的油进入蓄热装置，与新型的复合相变储能材料进行热交换，蓄热装置内新型的复合相变储能材料吸收热量由固态转变成液态，通过这个过程，把谷电时期的电能转变成了蓄热体新型的复合相变储能材料的热能进行储存起来；

在谷电时期，供热水管路中水在经过电磁感应加热器17被直接加热，然后供暖装置管路中水在经过换热器23时与用户侧水循环装置中水进行换热，这时温度测量器22和压力测量器24会测量出用户侧水循环装置中水的温度和压力，并把信号反馈给主控装置10，主控柜根据预先设定的参数判断用户侧水循环装置中水的温度和压力是否能够满足热用户的供暖需要，如果满足则主控装置10不会发出指令加大电磁感应加热器17的输出功率，如果不满足则主控柜10会发出指令加大电磁感应加热器17的输出功率，对供热水管路中水进行直接加热；

上述的控制方法，对于民用建筑来说，若未来我国东北地区实行类似北京对电采暖实行了电价补偿政策，谷电期电价为0.1元/度的政策，系统的运行成本将大大降低，结合系统在性能方面的优势，可以取代传统供暖系统作为新型的节能环保供暖系统并大量投入使用；使用方便、经济以及环保，能给住宅提供高质量的温度和舒适性。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，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 (10)

1.一种基于蓄热装置的供暖系统，包括：供热水管路，其特征在于，还包括：

设置在供热水管路上的电加热装置、蓄热装置、主控装置；

所述电加热装置和蓄热装置通过各自的控制开关连接所述主控装置；

所述主控装置在预设第一时间段启动电加热装置为供热水管路供热，同时为蓄热装置蓄热；在预设第二时间段启动蓄热装置，或者，同时启动电加热装置和蓄热装置为供热水管路供热。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电加热装置包括两组电加热装置，其中一组设置在供热水管路上，另一组借助于油管路与蓄热装置连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电加热装置为电磁感应加热装置；

每一组电磁感应加热装置包括：多个串联的电磁感应加热器和用于控制电磁感应加热器开关的控制器；所述控制器连接所述主控装置，用于根据主控装置的控制信号控制电磁感应加热器的开关。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述供热水管路上设置有数字控制电路，所述油管路上设置有数字控制电路；

所述主控装置通过供热水管路上和油管路上各自的数字控制电路调整各个管路的温度。

5.根据权利要求1至4任一所述的系统，其特征在于，所述蓄热装置包括：外壳和内芯；

所述外壳和所述内芯之间设置有隔热层，所述隔热层的表面涂覆有耐高温隔热保温材料和/或耐高温远红外辐射涂料。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述内芯包括复合相变储能材料，所述油管路的至少一部分围绕所述相变储能材料设置。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述复合相变储能材料由三元混合熔融盐和Na₂CO₃组成。

8.根据权利要求1至4任一所述的系统，其特征在于，所述第一时间段为电网的一天中电价处于波谷区域的时间段，所述第二时间段为电网的一天中电价处于波峰区域的时间段。

9.一种基于权利要求1至8任一所述的供暖系统的控制方法，其特征在于，包括：

主控装置查看当前时间段是否处于第一时间段还是第二时间段的范围；

主控装置在确定当前时间段处于第一时间段的范围时，启动电加热装置，并根据第一温度和第二温度调整电加热装置的加热功率；以使电加热装置为供热水管路供热同时为蓄热装置蓄热；

所述第一温度为主控装置实时接收的用户侧水循环装置的水管路中水的温度，第二温度为主控装置实时接收的供热侧水循环装置的供热水管路中水的温度；

主控装置在确定当前时间段处于第二时间段的范围时，启动蓄热装置为供热水管路供热，以及根据实时获取的第一温度和第二温度判断是否启动电加热装置；

在当前时间段处于第二时间段时，若主控装置启动电加热装置，则使电加热装置为供热水管路供热。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述蓄热装置上设置有连接主控装置的温度测量器、温度安全控制器、压力测量器和压力安全控制器；

所述主控装置根据温度测量器测量的蓄热装置的温度，控制油管路上的电磁感应加热器控制器和温度安全控制器；

以及，所述主控装置根据压力测量器测量的蓄热装置中部分油管路的压力，控制电磁感应加热器控制器和压力安全控制器。