CN108758775B - 一种利用太阳能的智能供热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用太阳能的智能供热系统，包括：蓄热装置、辅助蓄能装置、梭斗器、太阳能集热装置、采暖装置；其中，蓄热装置连接于太阳能集热装置、采暖装置，辅助蓄能装置连接于采暖装置，梭斗器设置于蓄热装置及辅助蓄能装置之间，使蓄热装置及辅助蓄能装置上下连通。本发明提出的利用太阳能的智能供热系统，可以实现热能的分区储存以及梯级利用，通过智能化存储免费的太阳能，并协同廉价能源作为补充能源蓄热储存能量，同时，还可以利用其他清洁辅助能源设备供热，以实现热能循环，减少能耗损失，提高供热效率。

Description

一种利用太阳能的智能供热系统
技术领域
本发明涉及太阳能利用领域，尤指一种利用太阳能的智能供热系统。
背景技术
目前，现有城市家庭供热系统主要以集中供热为主，通过集中供热锅炉房-换热站-用户的形式，将热能送至用户。采暖费用以建筑面积为计算依据，目前国内仅有部分地区采用热量计量收费，但仅作为试点，而且没有推广开来。采用面积收费的以居住建筑面积为依据，这里的建筑面积包含建筑物的实用面积、墙体占用面积、公摊面积、不采暖的阳台面积等。但是实际需要采暖的面积中不含公摊面积、不采暖的阳台面积，墙体占用面积作为热量的损耗计算。所以以大连本地为参考，普通民宅热负荷指标为35W/m2。部分供暖公司因为负责供暖所需的面积量较大，大多数供暖公司是使用锅炉烧煤进行对用户供暖，但现在国家对新能源领域的热潮和普遍应用以及对供暖公司要求对空气质量的改善，小型供热公司对负责的区域时要求使用油来进行燃烧对用户供暖，但也有负责的区域面积较大的供暖公司来说还是在使用烧煤来进行供暖的更便利一些，根据用户的反应，有些供暖公司供热的温度并不达到所需的要求，价格还高，家庭供暖并不是24小时都是一个温度，暖气管道使用时间长，会使暖气里面有堵塞，所以说并不能保证对用户家里的温度和效果；在农村大多数家庭都是自己使用小型的锅炉来进行供暖，对使用的效果来说还不是特别满意的，因为不光是自己对家里供暖的不便还有是对空气质量有所影响。
传统太阳能利用装置只是简单地将太阳能热量收集到一个或两个容器内对蓄能末端进行循环放热，热量经过循环后冷却直接回到容器内造成水箱温度下降，无可避免的造成开始时温度经过循环散热后逐个储能容器温度下降，致使“前高后低”的温度变化，室内舒适度不佳。温度下降到一定程度时，必须启动辅助加热装置把水温提升在完成循环放热。这样等第二天太阳能循环水是前一天辅助能源(收费能源)提供的热量，当有了一定基础水温后也就无法充分收集太阳能的免费热能进行储备。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种利用太阳能的智能供热系统，很好的解决了上述问题。
具体的，该系统包括：蓄热装置、辅助蓄能装置、梭斗器、太阳能集热装置、采暖装置；其中，蓄热装置连接于太阳能集热装置、采暖装置，辅助蓄能装置连接于采暖装置，梭斗器设置于蓄热装置及辅助蓄能装置之间，使蓄热装置及辅助蓄能装置上下连通。
进一步的，该系统还包括：第一循环水泵、第一阀门、补充能源电加热器；第一循环水泵、第一阀门设置于蓄热装置、辅助蓄能装置向太阳能集热装置上水的管路上，第一阀门用于控制蓄热装置、辅助蓄能装置向太阳能集热装置上水的开启或关闭；补充能源电加热器设置于辅助蓄能装置内，用于对辅助蓄能装置内的水进行加热。
进一步的，该系统还包括：辅助能源设备，连接于辅助蓄能装置及采暖装置。
进一步的，该系统还包括：第二循环水泵、第三循环水泵、第四循环水泵、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门；其中，第二循环水泵设置于辅助蓄能装置向辅助能源设备给水的管道上，第二阀门设置于辅助能源设备向辅助蓄能装置及采暖装置给水的管道上；第三循环水泵设置于系统整体能源供给输出供给与用能需求端的主管道上，第三阀门设置于采暖装置向蓄热装置、辅助蓄能装置回水的管道上；第四循环水泵设置于辅助能源设备与用能末端循环回路的管道上，第四阀门设置于蓄热装置、辅助蓄能装置的输出与用能末端循环回路的管道上；第五阀门设置于用能末端循环回路向辅助能源设备回水的管道上。
进一步的，该系统还包括：第一止回阀、第二止回阀、第三止回阀、第四止回阀；其中，第一止回阀设置于蓄热装置、辅助蓄能装置的输出和用能末端循环回路的管道上；第二止回阀设置于辅助能源设备的输出和用能末端循环回路的管道上；第三止回阀设置于辅助蓄能装置向辅助能源设备给水的管道上；第四止回阀设置于辅助能源设备与用能末端循环回路回水的管道上。
进一步的，该系统还包括：流量表、混水阀；其中，流量表、混水阀设置于用能末端循环回路管道与全部能源输出端的交汇管路上。
进一步的，该系统还包括：第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、第六温度传感器；其中，第一温度传感器I设置于太阳能集热装置的最高处；第二温度传感器设置于蓄热装置内；第三温度传感器设置于辅助蓄能装置内；第四温度传感器设置于用能末端循环回路的管道上；第五温度传感器设置于辅助能源设备内；第六温度传感器设置于生活热水输出的管路上。
进一步的，该系统包括：蓄热模式：太阳能集热装置用于采集太阳能，当太阳能集热装置上的温度大于蓄热装置内的温度5-8摄氏度时，第一循环水泵启动，第一阀门将蓄热装置向太阳能集热装置给水的管路打开，关闭辅助蓄能装置向太阳能集热装给水的管路，将收集到的太阳热能储存至蓄热装置；当太阳能集热装置的温度与蓄热装置的温度相同时，第一循环水泵停止，完成蓄热装置的蓄热；首次辅助蓄能模式：当蓄热装置的温度大于第一设定温度时，通过第一阀门关闭蓄热装置上水，开启辅助蓄能装置上水,太阳能集热装置的温度大于辅助蓄能装置的温度5-8摄氏度时，进行辅助蓄能装置内的热循环进行辅助蓄能装置的首次提温；二次辅助蓄能模式：当辅助蓄能装温度小于第二设定温度且在低谷电价时段内时，启动补充能源电加热器加热，对辅助蓄能装置进行二次补充提温；三次辅助蓄能模式：根据需求启动补充能源电加热器和/或辅助能源设备，第二循环水泵开启，第二阀门处在辅助能源设备与辅助蓄能装置开通循环的状态，对辅助储能装置三次补充提温。
进一步的，该系统包括：利用储存于蓄热装置的热能供热：当采暖装置需求热能且蓄热装置内的水温达到一设定温度时，通过第四阀门打开蓄热装置向采暖装置的供水管路，同时开启第三循环水泵，对采暖装置进行供热；利用储存于辅助储能装置的热能供热：当采暖装置需求热能，且辅助储能装置内的水温达到一设定温度时，通过第四阀门打开辅助储能装置向采暖装置的供水管路，同时开启第三循环水泵，对采暖装置进行供热；利用辅助能源设备供热：当整个系统需求总能量增加时，启动辅助能源产热设备加热，通过第二阀门关闭辅助能源设备向辅助蓄能装置的排水管路，打开辅助能源设备向用能末端循环回路的排水管路，通过第五阀门打开用能末端循环回路向辅助能源设备的进水管路，对采暖装置进行供热。
本发明提出的利用太阳能的智能供热系统，可以实现热能的分区储存以及梯级利用，通过智能化存储免费的太阳能，并协同廉价能源作为补充能源蓄热储存能量，同时，还可以利用其他清洁辅助能源设备供热，以实现热能循环，减少能耗损失，提高供热效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为本发明一实施例的利用太阳能的智能供热系统结构示意图。
图2为本发明第一实施例的供热系统结构示意图。
图3为本发明第二实施例的供热系统结构示意图。
图4为本发明第三实施例的供热系统结构示意图。
图5为本发明第四实施例的供热系统结构示意图。
1-蓄热装置；2-辅助蓄能装置；3-梭斗器；4-太阳能集热装置；5-采暖装置；6-辅助能源设备；7-流量表；8-混水阀；B1、B2、B3、B4-循环水泵；D1、D2、D3、D4、D5-阀门；R1、R2、R3、R4-止回阀；T1、T2、T3、T4、T5、T6-温度传感器；H1-补充能源电加热器。
具体实施方式
以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。
图1为本发明一实施例的利用太阳能的智能供热系统结构示意图。如图1所示，该系统包括：蓄热装置1、辅助蓄能装置2、梭斗器3、太阳能集热装置4、采暖装置5、辅助能源设备6、流量表7、混水阀8、第一循环水泵B1、第二循环水泵B2、第三循环水泵B3、第四循环水泵B4、第一阀门D1、第二阀门D2、第三阀门D3、第四阀门D4、第五阀门D5、第一止回阀R1、第二止回阀R2、第三止回阀R3、第四止回阀R4、第一温度传感器T1、第二温度传感器T2、第三温度传感器T3、第四温度传感器T4、第五温度传感器T5、第六温度传感器T6、补充能源电加热器H1；
其中，蓄热装置1连接于太阳能集热装置4、采暖装置5，辅助蓄能装置2连接于采暖装置5、辅助能源设备6，梭斗器3设置于蓄热装置1及辅助蓄能装置2之间，使蓄热装置1及辅助蓄能装置2上下连通，采暖装置5连接于所述辅助能源设备6；
第一循环水泵B1、第一阀门D1设置于蓄热装置1、辅助蓄能装置2向太阳能集热装置4上水的管路上，第一阀门D1用于控制蓄热装置1、辅助蓄能装置2向太阳能集热装置上水的开启或关闭；
第二循环水泵B2设置于辅助蓄能装置2向辅助能源设备6给水的管道上，第二阀门B2设置于辅助能源设备6向辅助蓄能装置2及采暖装置5给水的管道上；
第三循环水泵B3设置于系统整体能源供给输出供给与用能需求端的主管道上，第三阀门D3设置于采暖装置5向蓄热装置1、辅助蓄能装置2回水的管道上；
第四循环水泵B4设置于辅助能源设备6与用能末端循环回路的管道上，第四阀门D4设置于蓄热装置1、辅助蓄能装置2的输出与用能末端循环回路的管道上；
第五阀门B5设置于用能末端循环回路向辅助能源设备6回水的管道上；
补充能源电加热器H1设置于辅助蓄能装置2内，用于对辅助蓄能装置2内的水进行加热；
六个温度传感器设置于：
第一温度传感器TI设置于太阳能集热装置4的最高处；
第二温度传感器T2设置于蓄热装置1内；
第三温度传感器T3设置于辅助蓄能装置2内；
第四温度传感器T4设置于用能末端循环回路的管道上；
第五温度传感器T5设置于辅助能源设备6内；
第六温度传感器T6设置于生活热水输出的管路上，用户可以根据需要输出生活用水，进行洗澡等应用；
流量表7、混水阀8设置于用能末端循环回路管道与全部能源输出端的交汇管路上；
四个止回阀设置于：
第一止回阀R1设置于蓄热装置1、辅助蓄能装置2的输出和用能末端循环回路的管道上；
第二止回阀R2设置于辅助能源设备6的输出和用能末端循环回路的管道上；
第三止回阀R3设置于辅助蓄能装置2向辅助能源设备6给水的管道上；
第四止回阀R4设置于辅助能源设备6与用能末端循环回路回水的管道上。
为了对上述智能供热系统进行更清楚的说明，以下通过多个实施例来进行解释。
一、分区储能：
1、太阳能蓄热：
结合图2来看，为此实施例的循环水的管路示意图。
太阳能集热装置4用于采集太阳能，当太阳能集热装置4上的温度大于蓄热装置1内的温度5-8摄氏度时，默认8摄氏度时，第一循环水泵B1启动，第一阀门D1将蓄热装置1向太阳能集热装置4给水的管路打开(关闭辅助蓄能装置2向太阳能集热装置4给水的管路)，将收集到的太阳热能储存至蓄热装置1；当太阳能集热装置4的温度与蓄热装置1的温度相同时，第一循环水泵B1停止，完成蓄热装置1的蓄热功能。
在本实施例中，由于梭斗器3的设计，以及辅助储能装置2的进水、排水阀门都处于关闭状态，所以蓄热装置1的水温上升后，并不会将热量向辅助储能装置2中传导。
具体的，由于天气原因，存在阳关照射强或者照射弱的情况；当照射足的时候，很快蓄热装置1内的水就会达到45℃，甚至更高，这样即可通过下述第2情况，对辅助储能装置2进行蓄能，从而使更多的水提温；
当光照射不足时，那么，通过本申请的分区储能方式，仅将蓄热装置1的水进行循环上水蓄热，即可一定程度上达到所需温度。
举例而言，常规的蓄能系统，蓄水箱内如果有2吨水，温度30℃，在太阳光照射不足的情况下，那么可能通过长时间照射仅能达到35℃，该温度无使用价值。
利用本申请的系统，如果蓄热装置1、辅助储能装置2内均有1吨水，温度均为30℃，如果光照不足，则仅会对蓄热装置1内的水进行循环上水蓄热，这样水温可以达到45-50℃，具有利用价值。另外，如果在太阳光照足的情况下，蓄热装置1很快会升温，并通过下述第2情况对辅助储能装置2提温。
2、辅助储能装置2的首次辅助蓄能模式：
结合图3所示，为此实施例的循环水的管路示意图。
当蓄热装置1的温度大于第一设定温度(范围为50至85摄氏度，默认为55摄氏度)时，通过第一阀门D1关闭蓄热装置1上水；同时，可以开启辅助蓄能装置2上水,当太阳能集热装置4的温度大于辅助蓄能装置2的温度5-8摄氏度，默认8摄氏度时，进行辅助蓄能装置2内的热循环实现辅助蓄能装置2的首次提温。
3、辅助储能装置2的二次辅助蓄能模式：
结合图4所示，为此实施例的循环水的管路示意图。
当辅助蓄能装置2温度小于第二设定温度(范围为0至100摄氏度，默认为85摄氏度)且在低谷电价时段内时，启动补充能源电加热器H1进行加热，对辅助蓄能装置2进行二次补充提温。
4、辅助储能装置2的三次辅助蓄能模式：
结合图4所示，为此实施例的循环水的管路示意图。
根据用能总量的多少自动选择单独或联合启动包括辅助储能装置内的补充能源电加热器H1和辅助蓄能装置2以外的辅助能源设备6配合启动，第二循环水泵B2开启，第二阀门D2处在辅助能源设备6与辅助蓄能装置2开通循环的状态。通过加热辅助储能装置2三次辅助蓄能的模式，由于设计了独特的梭斗式连接方式，而不会把热量传递给上方的蓄热装置1，只对辅助蓄能装置2加热，直到设定温度时停止加热，保障无间隙充分提供整个循环系统用能总量的动态平衡需求。
二、梯级利用：
1、利用蓄热装置1的热能供热：
结合图2所示，当采暖装置5需求热能，且蓄热装置1内的水温较高时，通过第四阀门D4打开蓄热装置1向采暖装置5的供水管路，同时开启第三循环水泵B3，对采暖装置5进行供热。
2、利用辅助储能装置2的热能供热：
结合图3、图4所示，当采暖装置5需求热能，且辅助储能装置2内的水温较高时，通过第四阀门D4打开辅助储能装置2向采暖装置5的供水管路，同时开启第三循环水泵B3，对采暖装置5进行供热。
3、利用辅助能源设备6供热：
结合图5所示，当整个系统需求总能量增加时(如，太阳能、蓄热装置1、辅助蓄能装置2无法满足需求)，启动辅助能源设备6，比如利用空气能热泵/天然气炉/生物质燃料/地源热等清洁能源设备进行加热，通过第二阀门D2关闭辅助能源设备6向辅助蓄能装置2排水，打开辅助能源设备6向用能末端循环回路的排水管路，通过第五阀门D5打开用能末端循环回路向辅助能源设备6的进水管路，以此对采暖装置5进行供热。此实施例类似于常规技术的采暖加热方式。
利用辅助能源设备6供热的过程中，当采暖装置5热量足够时，可以转换为“分区储能”实施例中的第4情况，通过该模式，将能源热存储至辅助蓄能装置2中，避免能源浪费。另外，不管是利用补充能源电加热器H1或辅助能源设备6对辅助蓄能装置2的提温，由于梭斗器3的设计，辅助蓄能装置2的水不会向上循环流入蓄热装置1，热能也就不会向上传导，从而通过这个巧妙的装置，将热能仅存储至辅助蓄能装置2中，以此节省了人力控制成本、能源消耗成本；同时，这样也可以保证蓄热装置1内的水温不会升高，从而保证第二天的太阳能蓄热时，蓄热装置1的水温保持一个较低的情况，达到更高效率的太阳能蓄热。
换言之，如果能源热传导至了蓄热装置1中，蓄热装置1中会存有一定的热能，那么太阳能的利用率会降低，这样能源热也会浪费。
在上述实施例中，通过设定温度混水阀8控制循环水温恒定不变。
本发明提出的利用太阳能的智能供热系统，可以实现热能的分区储存以及梯级利用，通过智能化存储免费的太阳能，并协同廉价能源(低谷电)作为补充能源蓄热储存能量，同时，还可以利用其他清洁辅助能源设备供热，以实现热能循环，减少能耗损失，提高供热效率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种利用太阳能的智能供热系统，其特征在于，包括：蓄热装置(1)、辅助蓄能装置(2)、梭斗器(3)、太阳能集热装置(4)、采暖装置(5)；其中，
蓄热装置(1)连接于太阳能集热装置(4)、采暖装置(5)，辅助蓄能装置(2)连接于采暖装置(5)，梭斗器(3)设置于蓄热装置(1)及辅助蓄能装置(2)之间，使蓄热装置(1)及辅助蓄能装置(2)上下连通；
该系统还包括：第一循环水泵(B1)、第一阀门(D1)、补充能源电加热器(H1)；
第一循环水泵(B1)、第一阀门(D1)设置于蓄热装置(1)、辅助蓄能装置(2)向太阳能集热装置(4)上水的管路上，第一阀门(D1)用于控制蓄热装置(1)、辅助蓄能装置(2)向太阳能集热装置上水的开启或关闭；补充能源电加热器H1设置于辅助蓄能装置(2)内，用于对辅助蓄能装置(2)内的水进行加热；
该系统还包括：辅助能源设备(6)，连接于辅助蓄能装置(2)及采暖装置(5)；
该系统还包括：第二循环水泵(B2)、第三循环水泵(B3)、第四循环水泵(B4)、第二阀门(D2)、第三阀门(D3)、第四阀门(D4)、第五阀门(D5)；其中，
第二循环水泵(B2)设置于辅助蓄能装置(2)向辅助能源设备(6)给水的管道上，第二阀门(D2)设置于辅助能源设备(6)向辅助蓄能装置(2)及采暖装置(5)给水的管道上；第三循环水泵(B3)设置于系统整体能源供给输出供给与用能需求端的主管道上，第三阀门(D3)设置于采暖装置(5)向蓄热装置(1)、辅助蓄能装置(2)回水的管道上；第四循环水泵(B4)设置于辅助能源设备(6)与用能末端循环回路的管道上，第四阀门(D4)设置于蓄热装置(1)、辅助蓄能装置(2)的输出与用能末端循环回路的管道上；第五阀门(B5)设置于用能末端循环回路向辅助能源设备(6)回水的管道上；
该系统还包括：第一止回阀(R1)、第二止回阀(R2)、第三止回阀(R3)、第四止回阀(R4)；其中，
第一止回阀(R1)设置于蓄热装置(1)、辅助蓄能装置(2)的输出和用能末端循环回路的管道上；第二止回阀(R2)设置于辅助能源设备(6)的输出和用能末端循环回路的管道上；第三止回阀(R3)设置于辅助蓄能装置(2)向辅助能源设备(6)给水的管道上；第四止回阀(R4)设置于辅助能源设备(6)与用能末端循环回路回水的管道上；
该系统还包括：第一温度传感器(T1)、第二温度传感器(T2)、第三温度传感器(T3)、第四温度传感器(T4)、第五温度传感器(T5)、第六温度传感器(T6)；其中，
第一温度传感器(TI)设置于太阳能集热装置(4)的最高处；第二温度传感器(T2)设置于蓄热装置(1)内；第三温度传感器(T3)设置于辅助蓄能装置(2)内；第四温度传感器(T4)设置于用能末端循环回路的管道上；第五温度传感器(T5)设置于辅助能源设备(6)内；第六温度传感器(T6)设置于生活热水输出的管路上；
该系统包括：
蓄热模式：太阳能集热装置(4)用于采集太阳能，当太阳能集热装置(4)上的温度大于蓄热装置(1)内的温度5-8摄氏度时，第一循环水泵(B1)启动，第一阀门(D1)将蓄热装置(1)向太阳能集热装置(4)给水的管路打开，关闭辅助蓄能装置(2)向太阳能集热装置(4)给水的管路，将收集到的太阳热能储存至蓄热装置(1)；当太阳能集热装置(4)的温度与蓄热装置(1)的温度相同时，第一循环水泵(B1)停止，完成蓄热装置(1)的蓄热；
首次辅助蓄能模式：当蓄热装置(1)的温度大于第一设定温度时，通过第一阀门(D1)关闭蓄热装置(1)上水，开启辅助蓄能装置(2)上水,太阳能集热装置(4)的温度大于辅助蓄能装置(2)的温度5-8摄氏度时，进行辅助蓄能装置(2)内的热循环进行辅助蓄能装置(2)的首次提温；
二次辅助蓄能模式：当辅助蓄能装置(2)温度小于第二设定温度且在低谷电价时段内时，启动补充能源电加热器(H1)加热，对辅助蓄能装置(2)进行二次补充提温；
三次辅助蓄能模式：根据需求启动补充能源电加热器(H1)和/或辅助能源设备(6)，第二循环水泵(B2)开启，第二阀门(D2)处在辅助能源设备(6)与辅助蓄能装置(2)开通循环的状态，对辅助储能装置(2)三次补充提温；
该系统包括：
利用储存于蓄热装置的热能供热：当采暖装置(5)需求热能且蓄热装置(1)内的水温达到一设定温度时，通过第四阀门(D4)打开蓄热装置(1)向采暖装置(5)的供水管路，同时开启第三循环水泵(B3)，对采暖装置(5)进行供热；
利用储存于辅助储能装置的热能供热：当采暖装置(5)需求热能，且辅助储能装置(2)内的水温达到一设定温度时，通过第四阀门(D4)打开辅助储能装置(2)向采暖装置(5)的供水管路，同时开启第三循环水泵(B3)，对采暖装置(5)进行供热；
利用辅助能源设备供热：当整个系统需求总能量增加时，启动辅助能源产热设备(6)加热，通过第二阀门(D2)关闭辅助能源设备(6)向辅助蓄能装置(2)的排水管路，打开辅助能源设备(6)向用能末端循环回路的排水管路，通过第五阀门(D5)打开用能末端循环回路向辅助能源设备(6)的进水管路，对采暖装置(5)进行供热。
2.根据权利要求1所述的利用太阳能的智能供热系统，其特征在于，该系统还包括：流量表(7)、混水阀(8)；其中，流量表(7)、混水阀(8)设置于用能末端循环回路管道与全部能源输出端的交汇管路上。
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