CN109539374B - 太阳能-热泵耦合供热系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及跨季节供热领域，特别是涉及太阳能‑热泵耦合供热系统及运行方法。本发明提供了一种太阳能‑热泵耦合供热系统，包括太阳能集热器、储热水池，太阳能集热器与储热水池形成储热循环系统，采暖末端与储热水池形成采暖循环系统，生活用水末端与储热水池形成生活用水循环系统；采暖循环系统还包括供暖换热器和高温热泵机组，生活用水循环系统还包括热水换热器和常规热泵机组。还提供一种太阳能‑热泵耦合供热系统的运行方法，包括智能控制系统、太阳能‑热泵耦合供热系统，换热过程包括全年集热过程、采暖供热过程、生活用水供热过程，智能控制系统调控各个换热过程的转换。本发明提供供暖过程稳定的太阳能‑热泵耦合供热系统及运行方法。

Description

太阳能-热泵耦合供热系统及运行方法

技术领域

本发明涉及跨季节供热领域，特别是涉及一种太阳能-热泵耦合供热系统及运行方法。

背景技术

太阳能作为一种可再生的清洁能源，与传统化石能源相比具有显著的节能和环保效益。但是，由于太阳能具有季节分布的不均衡性，在太阳能利用中普遍存在“冬季不足，夏季过剩”的问题。跨季节储热技术将非供暖期收集的太阳能储存至供暖期利用，既能缓解上述矛盾，又能提高太阳能保证率及全年太阳能综合利用效率，是实现太阳能供热系统持续、稳定运行的有效方法。

目前，太阳能跨季节储热技术的应用主要为太阳能和地下储热水池储热，全年集热储热，采暖季进行储热水池供热。目前主要存在以下几个问题：(1)夏季集热、储热过程中由于太阳辐照度变化导致循环水泵和电磁阀的频繁启动，影响设备寿命和存在安全隐患；(2)冬季用热时由于储热水池温度逐渐降低，此时如果维持供水温度恒定情况下，需要水泵对流量进行调节；(3)储热水池供暖时存在大量的低品位热源无法利用，不利于太阳能的综合利用；(4)储热水池储热温度过高时，存在两方面的问题，一方面若停止储热将造成太阳能系统过热问题出现，影响系统稳定，另一方面若继续储热将存在温度过高，储热水池防水、保温材料寿命缩短问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一：储热水池低品位热源无法利用、储热水池过热冷却问题、系统运行过程中循环水泵频繁启动问题及太阳能集热系统的过热问题。

本发明的目的是：提供一种解决跨季节供暖中热量不能充分合理利用、供热过程完全受太阳辐射以及储热限制等问题的结构简单、施工简便、太阳能利用充分、供暖过程稳定的太阳能-热泵耦合供热系统及运行方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能-热泵耦合供热系统，包括太阳能集热器、储热水池，所述太阳能集热器与所述储热水池形成储热循环系统，采暖末端与所述储热水池形成采暖循环系统，生活用水末端与所述储热水池形成生活用水循环系统，

所述储热循环系统还包括储热换热器，所述太阳能集热器的热流体在所述储热换热器内与所述储热水池的冷流体进行热交换；

所述采暖循环系统还包括供暖换热器和高温热泵机组，所述供暖换热器与所述高温热泵机组并联连接在所述储热水池与所述采暖末端之间，所述采暖循环系统形成两条循环回路；

所述生活用水循环系统还包括热水换热器和常规热泵机组，所述热水换热器和所述常规热泵机组并联连接在所述储热水池与所述生活用水末端之间，所述生活用水循环系统形成两条循环回路。

优选的是，所述储热循环系统吸热后回流到所述储热水池的热流体流入所述采暖循环系统、所述生活用水循环系统或所述储热水池。

在上述任意方案中优选的是，所述储热水池分层储热，所述储热水池包括高温层、中温层和低温层，所述储热水池内设有分层取热装置，所述分层取热装置在高温层、中温层和低温层分别设置；

所述储热循环系统的储热过程，所述储热水池的低温层流体经过所述分层取热装置流入所述储热换热器进行吸热后回流到所述高温层或所述中温层；

所述采暖循环系统的采暖过程，所述储热水池的高温层流体经过所述分层取热装置流入所述供暖换热器或所述高温热泵机组换热后回流到低温层；

所述生活用水循环系统的供热过程，所述储热水池的中温层流体经过所述分层取热装置流入所述热水换热器或所述常规热泵机组换热后回流到低温层。

在上述任意方案中优选的是，所述储热换热器与所述储热水池连接的出口端连接有高温流体管路和中温流体管路，所述高温流体管路与所述储热水池的高温层连通或与所述采暖循环系统连通，所述中温流体管路与所述储热水池的中温层连通或与所述生活用水循环系统连通。

在上述任意方案中优选的是，所述分层取热装置包括集水部、支撑取水部和基础连接部，所述支撑取水部连接所述集水部和所述基础连接部，所述集水部、所述支撑取水部和所述基础连接部形成贯通的取水通道，所述集水部包括顶部阻隔板、分集水环和底部阻隔板，所述分取水环围覆形成环状结构，所述顶部阻隔板和所述底部阻隔板分别盖设在所述分集水环的顶部和底部，所述分集水环上开设有取水孔，所述支撑取水部的长度调节使所述集水部置于所述储热水池的高温层、中温层或低温层。

在上述任意方案中优选的是，所述储热水池上盖设有水池保温盖，所述水池保温盖包括顶部防水层、保温隔热层、底部防水层、测压装置和排气装置，所述顶部防水层与所述底部防水层围覆形成密封空间，所述顶部防水层和所述底部防水层包覆夹持所述保温隔热层，所述测压装置的测压探头置于所述顶部防水层和所述底部防水层之间，所述排气装置与所述顶部防水层、所述底部防水层围成的空间连通。

在上述任意方案中优选的是，还包括防过热泄压装置，所述防过热泄压装置包括压力监测装置、储液罐，所述压力监测装置连接所述太阳能集热器用于测量所述太阳能集热器的内部循环系统的压力，所述太阳能集热器的内部循环系统的压力超过高压设定值，所述太阳能集热器向所述储液罐泄压，所述太阳能集热器的内部循环系统的压力低于低压设定值，所述储液罐向所述太阳能集热器补液。

在上述任意方案中优选的是，还包括自动补液装置，所述自动补液装置包括除砂器、软水处理设备和储热箱，所述自动补液装置包括向采暖补液管路、生活用水补液管路和太阳能集热器补液管路。

本发明还提供一种太阳能-热泵耦合供热系统的运行方法，包括智能控制系统、所述的太阳能-热泵耦合供热系统，换热过程包括全年集热过程、采暖供热过程、生活用水供热过程，智能控制系统调控各个换热过程的转换；

所述全年集热过程，太阳能辐照量达到储热设定值时，所述太阳能集热器与所述储热换热器之间的循环回路连通，所述储热水池与所述储热换热器之间的循环回路连通，所述储热水池内的流体吸热后回流到所述储热水池进行储热；

所述采暖供热过程包括太阳能直接采暖过程和储热水池采暖过程，太阳能直接采暖过程和储热水池采暖过程可相互转换，所述储热水池内的流体在所述储热换热器内吸热后流出且温度达到采暖设定值时，运行太阳能直接采暖过程，否则运行储热水池采暖过程；

所述太阳能直接采暖过程，所述供暖换热器或所述高温热泵机组与所述储热换热器之间的循环回路连通，所述采暖末端的冷流体在所述供暖换热器或高温热泵机组内吸热后进行供热；

所述储热水池采暖过程，所述储热水池与所述储热换热器之间的循环回路连通，所述储热水池内的流体在所述储热换热器内吸热后回流到所述储热水池的中温层或高温层，所述储热水池内的高温层流体流向所述供暖换热器或高温热泵机组，所述采暖末端的冷流体在所述供暖换热器或高温热泵机组内吸热后进行供热；

所述生活用水供热过程包括太阳能直接供热过程和储热水池供热过程，太阳能直接供热过程和储热水池供热过程可相互转换，所述储热水池内的流体在所述储热换热器内吸热后流出且温度达到供热设定值时，运行太阳能直接供热过程，否则运行储热水池供热过程；

所述太阳能直接供热过程，所述热水换热器或所述常规热泵机组与所述储热换热器之间的循环回路连通，所述生活用水末端的冷流体在所述热水换热器或常规热泵机组内吸热后进行供热；

所述储热水池供热过程，所述储热水池与所述储热换热器之间的循环回路连通，在所述储热换热器内吸热后的流体回流到所述储热水池的中温层或高温层，所述储热水池内的中温层流体流向所述热水换热器或常规热泵机组，所述生活用水末端的冷流体在所述热水换热器或常规热泵机组内吸热后进行供热。

在上述任意方案中优选的是，换热过程还包括防过热泄压过程、储热水池冷却过程，

所述防过热泄压过程，所述太阳能集热器内的压力监测装置监测所述太阳能集热器的内部压力，当所述太阳能集热器的内部压力大于高压设定值时，所述太阳能集热器向防过热泄压装置的储液罐泄压，当所述太阳能集热器的内部压力小于低压设定值时，自动补液装置向所述太阳能集热器补液；

所述储热水池冷却过程，所述储热水池内高温层的温度达到高温设定值且持续设定时间，在太阳辐射强度低于冷却设定值时，所述储热水池内的流体作为热流体、所述太阳能集热器内的流体作为冷流体进行热交换，所述储热水池进行冷却散热设定时间。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)太阳能集热系统与热泵机组配合，实现跨季节供暖、全年集热、全年生活用热水供应，适用于太阳能资源充分，并且储热水池的热量储存、使用过程采用分层储热、分层取热的方式，减小热量损耗，提高储热、供热过程的热效率；

(2)储热水池内配设专用的分层取热装置和用于保温防护的水池保护盖，都有效提升整个系统的热效率；

(3)适用于我国太阳能资源丰富及较丰富的地区，特别是高原地区具有广泛的适用性；

(4)启停频繁的水泵根据温度、流量的变换采用变频控制，杜绝了水泵运行过程中的频繁启停问题，同时解决储热、供热过程中的温度恒定问题；

(5)同时配设防过热泄压系统、储热水池冷却系统，瞬时集热量大而热量不能及时储存时，通过防过热泄压系统，既保证了集热系统的安全，又满足了系统的稳压运行；储热水池冷却系统对储热水池储热完成阶段的判断及次日储热量的计算，通过不同阀门之间的切换实现太阳能集热系统与跨季节储热水池之间夜间的热平衡，确保跨季节储热水池温度维持在合理温度范围内。

本发明提供的太阳能-热泵耦合供热系统及运行方法结合附图进一步说明。

附图说明

图1为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的整体结构示意图；

图2为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的全年储热过程的结构示意图；

图3为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的采暖供热过程的结构示意图；

图4为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的生活用水供热过程的结构示意图；

图5为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的储热水池的结构示意图；

图6为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的图5中Ⅰ的局部放大结构示意图；

图7为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的图5中Ⅱ的局部放大结构示意图；

图8为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的图5中水池保护盖的结构示意图；

图9为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的图5中保温隔热层的结构示意图；

图10为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的固定卡件的结构示意图；

图11为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的保温隔热层的俯视结构示意图；

图12为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的水池保护盖的测压装置和排气装置的连接结构示意图；

图13为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的图5中导流装置的结构示意图；

图14为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的导流装置铺设状态结构示意图；

图15为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的分层取热装置的结构示意图；

图16为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的图15的俯视结构示意图；

图17为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的分层取热装置的底部阻隔板的仰视结构示意图；

图18为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的图15中支撑柱的结构示意图；

图19为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的图15中分集水环展开状态结构示意图；

图20为本发明太阳能-热泵耦合供热系统的分层取热装置的基础连接部的结构示意图；

图中，1、太阳能集热器；2-1、高温热泵机组；2-2、常规热泵机组；3、防过热泄压装置；4、自动补液装置；

5、储热水池；5-1、水池保护盖；5-2、分层取热装置；

5-101、单向阀；5-102、顶部防水层；5-103、上层土工布格栅；5-104、保温隔热层；5-1041、保温板；5-1042、固定卡件；5-105、检修通道；5-106、导流管；5-107、下层土工布格栅；5-108、底部防水层；5-109、测压球囊；5-110、压力表；5-111、抽气管路；5-112、抽气装置；5-113、护坡；5-114、地面反滤层；5-115、排水沟；5-116、水池池体；5-117、导流槽；

5-201、顶部阻隔板；5-202、支撑柱；5-203、分集水环；5-204、底部阻隔板；5-205、取水管；5-206、基础连接部；5-207、基础平台；5-209、取水孔；5-210、连接法兰；5-211、螺孔；5-212、预留孔；5-213、柔性连接层；

6-1、储热换热器；6-2、供暖换热器；6-3、热水换热器；

7-1、集热循环泵；7-2、集热补液循环泵；7-3、储热循环泵；7-4、采暖取热循环泵；7-5、供暖循环泵；7-6、采暖补液循环泵；7-7、热水取热循环泵；7-8、热水循环泵；

8-1、第一电动阀；8-2、第二电动阀；8-3、第三电动阀；8-4、第四电动阀；8-5、第五电动阀；8-6、第六电动阀；8-7、第七电动阀；8-8、第八电动阀；8-9、第九电动阀；8-10、第十电动阀；8-11、第十一电动阀；8-12、第十二电动阀；

9、生活热水水箱；10、采暖末端；11、生活用水末端；12、智能控制系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图1-图20所示，本发明提供一种太阳能-热泵耦合供热系统的优选实施例，包括太阳能集热器1、储热水池5、采暖末端10和生活用水末端11，太阳能集热器1与储热水池5形成储热循环系统，采暖末端10与储热水池5形成采暖循环系统，生活用水末端11与储热水池5形成生活用水循环系统。

太阳能蓄热器收集的太阳能用于日常的生活用水和采暖，并且太阳能能够储存在储热水池5中，以便用于跨季节生活用水和采暖过程。

具体的，储热循环系统还包括储热换热器6-1，太阳能集热器1的热流体在储热换热器6-1内与储热水池5的冷流体进行热交换；太阳能集热器1对太阳能进行收集并转换为流体的热量形成热流体，热流体在储热换热器6-1与储热水池5的冷流体进行逆流换热，使太阳能转换为储热水池5内流体的热量，对太阳能进行转化收集、储存，以便进行跨季节热量供应。

在采暖末端10不需要采暖、生活用水末端11不需要热量供应时，储热循环系统将热量储存在储热水池5中。

采暖循环系统还包括供暖换热器6-2和高温热泵机组2-1，供暖换热器6-2与高温热泵机组2-1并联连接在储热水池5与采暖末端10之间，采暖循环系统形成两条循环回路；储热循环系统吸热后向储热水池5回流的热流体与采暖末端10的冷流体在供暖换热器6-2内进行热交换，或储热循环系统吸热后向储热水池5回流的热流体在高温热泵机组2-1内吸热后与采暖末端10的冷流体进行热交换。

采暖循环系统包括两条循环回路，储热水池5内的流体在储热换热器6-1内吸热后，当温度达到直接供暖温度值，热流体直接流入供暖换热器6-2用于向采暖末端10供热；当吸热后的热流体达到二次加热后可以用于供暖的温度值时，热流体流入高温热泵机组2-1，通过高温热泵机组2-1进行二次加热后用于采暖末端10供热；当经过储热循环系统吸热的流体的温度不满足直接供暖和二次加热后供暖的温度值时，利用储热水池5中的热流体向供暖换热器6-2或高温热泵机组2-1提供热量，用于向采暖末端10供热。

生活用水循环系统还包括热水换热器6-3和常规热泵机组2-2，热水换热器6-3和常规热泵机组2-2并联连接在储热水池5与生活用水末端11之间，生活用水循环系统形成两条循环回路；储热循环系统吸热后回流到储热水池5的热流体与生活用水末端11的冷流体在热水换热器6-3内进行热交换，储热循环系统吸热后回流到储热水池5的热流体在常规热泵机组2-2内吸热后再与生活用水末端11内的冷流体进行热交换。

生活用水循环系统的供热方式与采暖循环系统的供热方式相同，均包括两条循环回路，生活用水循环系统与采暖循环系统的区别在于所需换热量不同，根据换热量不同，可以选用不同规格的换热器、热泵机组、以及储热水池5中不同温度范围的流体作为热源流体。

采暖循环系统用于建筑采暖辅助供热，生活用水循环系统用于建筑生活热水辅助供热。

太阳能集热器1与储热水池5、热泵机组配合向采暖末端10和生活用水末端11进行采暖供热或供应生活热水。在太阳辐射强的时段，太阳能在进行满足生活用水热量供应的条件下，将太阳能转换为储热水池5内的流体的热量并储存在储热水池5内，用于采暖季节的采暖过程热量供应，实现应季的生活热水供应与跨季节的采暖热量供应。

生活热水供应和采暖过程通过太阳能辐射热量与换热器或热泵机组配合，满足生活热水需求和采暖需求，充分利用太阳能，降低生活用水过程和采暖过程的能耗。

其中，储热换热器6-1、供暖换热器6-2、热水换热器6-3可以选用管壳式换热器、板式换热器，优选为板式换热器，高温热泵机组2-1、常规热泵机组2-2可以选用水源热泵，高温热泵机组2-1和常规热泵机组2-2均包括蒸发器、压缩机和冷凝器。

具体的，太阳能集热器1内的循环介质采用乙二醇溶液，采用逆流式换热方式，太阳能集热器1进口端通过压差平衡阀控制流量平衡，根据辐照情况确定循环水泵的开关状态，太阳能集热器1出口端温度达到设定值时，通过第一电动阀8-1、第二电动阀8-2切换循环状态并利用储热换热器6-1进行热量的储存。

储热换热器6-1一次侧的循环介质乙二醇与二次侧的循环介质软水能够有效隔离，进行热交换的同时，避免了两种循环介质之间的污染及损耗问题。供暖换热器6-2，也采用逆流式换热方式，一次侧的循环介质软水与二次侧的采暖用水进行隔离，有效避免了一次侧软水损耗及混水后的结垢隐患。

储热循环系统吸热后回流到储热水池5的热流体流入采暖循环系统、生活用水循环系统或储热水池5。

储热水池5分层储热，储热水池5包括高温层、中温层和低温层，储热水池5内设有分层取热装置5-2，分层取热装置5-2在高温层、中温层和低温层分别设置；储热循环系统的储热过程，储热水池5的低温层流体经过分层取热装置5-2流入储热换热器6-1进行吸热后回流到高温层或中温层；采暖循环系统的采暖过程，储热水池5的高温层流体经过分层取热装置5-2流入供暖换热器6-2或高温热泵机组2-1换热后回流到低温层；生活用水循环系统的供热过程，储热水池5的中温层流体经过分层取热装置5-2流入热水换热器6-3或常规热泵机组2-2换热后回流到低温层。

其中，采暖循环系统的热量需求大，采暖循环系统使用高温层流体进行供热，供热后回流到低温层进行储存；生活用水循环系统的热量需求小于采暖循环系统，生活用水循环系统使用中温层流体进行供热，供热后回流到低温层进行储存；低温层流体与储热循环系统进行换热，换热后回流到高温层或中温层，以便热量的循环利用。

储热换热器6-1与储热水池5连接的出口端连接有高温流体管路和中温流体管路，高温流体管路与储热水池5的高温层连通或与采暖循环系统连通，中温流体管路与储热水池5的中温层连通或与生活用水循环系统连通。

具体的，储热水池5的高温层的温度在30-60℃之间时，采暖循环系统采用高温热泵机组2-1提取储热水池5的高温层的热量作为蒸发器热源并通过压缩机做功将上层30-60℃的低温水加热到70-90℃，可使其适用于各种建筑供暖方式。

当中温层的温度在10-30℃之间时，生活用水循环系统采用常规热泵机组2-2提取中温层的热量作为蒸发器热源并通过压缩机做功将中间层10-30℃的低温水加热到45-55℃，使其能够提供生活热水热量需求，提高了生活热水供应的稳定性。

本实施例，还包括防过热泄压装置3，防过热泄压装置3包括压力监测装置、储液罐，压力监测装置连接太阳能集热器1用于测量太阳能集热器1的内部循环系统的压力，太阳能集热器1的内部循环系统的压力超过高压设定值，太阳能集热器1向储液罐泄压，太阳能集热器1的内部循环系统的压力低于低压设定值，储液罐向太阳能集热器1补液。

通过检测太阳能集热器1的压力值，当太阳能集热器1内瞬时压力值超过高压设定值时，利用机械式防过热泄压装置3将过热液体泄压至储液罐，当检测到压力值低于低压设定值时，通过自动加压装置进行加压并补液，确保系统过热时的安全性。

防过热泄压装置3与太阳能集热器1之间的循环回路包括第一电动阀8-1、集热循环泵7-1、集热补液循环泵7-2，准确高效泄压，保证安全性。防过热泄压装置3与储热换热器6-1通过第一电动阀8-1、第二电动阀8-2配合进行通断调节。

本实施例，还包括自动补液装置4，自动补液装置4包括向采暖补液管路、生活用水补液管路和太阳能集热器1补液管路。

自动补液装置4与采暖补液管路之间设有采暖补液循环泵7-6，以便快速补液。

具体的，储热换热器6-1采用逆流式换热方式，储热换热器6-1与太阳能集热器1之间的一次侧循环回路，储热换热器6-1与储热水池5之间的二次侧循环回路，太阳能集热器1的出口端设有第二电动阀8-2、入口端设有集热循环泵7-1，储热水池5的出口端设有储热循环泵7-3，储热水池5的入口端的高温流体管路上设有第三电动阀8-3，储热水池5的入口端的中温流体管路上设有第四电动阀8-4。储热换热器6-1的一次侧通过太阳能集热器1、第二电动阀8-2及集热循环泵7-1形成供热循环回路，二次侧通过储热水池5、电动阀、电动阀及储热循环泵7-3形成取热循环回路。

供暖换热器6-2采用逆流式换热方式，供暖换热器6-2与储热水池5形成一次侧循环回路，供暖换热器6-2与采暖末端10形成二次侧循环回路，储热水池5的出口端设有采暖取热循环泵7-4、第六电动阀8-6，采暖末端10的出口端设有供暖循环泵7-5和第八电动阀8-8。供暖换热器6-2的一次侧通过储热水池5、采暖取热循环泵7-4、第六电动阀8-6形成供热循环回路，供暖换热器6-2的二次侧通过采暖末端10、供暖循环泵7-5和第八电动阀8-8形成取热循环回路。

高温热泵机组2-1与储热水池5形成一次侧循环回路，高温热泵机组2-1与采暖末端10形成二次侧循环回路，储热水池5的出口端设有采暖取热循环泵7-4、第七电动阀8-7，采暖末端10的出口端设有供暖循环泵7-5和第九电动阀8-9，高温热泵机组2-1与供热换热器共用采暖取热循环泵7-4和供暖循环泵7-5。供暖换热器6-2的一次侧通过储热水池5、采暖取热循环泵7-4、第七电动阀8-7形成供热循环回路，供暖换热器6-2的二次侧通过采暖末端10、供暖循环泵7-5和第九电动阀8-9形成取热循环回路。

热水换热器6-3与生活用水末端11之间设有生活热水水箱9，用于储存生活用热水，生活用于末端直接取用生活热水水箱9中的热水。

热水换热器6-3采用逆流式换热方式，热水换热器6-3与储热水池5形成一次侧循环回路，热水换热器6-3与生活热水水箱9形成二次侧循环回路，储热水池5的出口端设有热水取热循环泵7-7、第五电动阀8-5，生活热水水箱9的出口端设有热水循环泵7-8和第十一电动阀8-11。热水换热器6-3的一次侧通过储热水池5、热水取热循环泵7-7、第五电动阀8-5形成供热循环回路；热水换热器6-3的二次侧通过生活热水水箱9、热水循环泵7-8和第十一电动阀8-11形成取热循环回路。

常规热泵机组2-2与储热水池5形成一次侧循环回路，常规热泵机组2-2与生活用水水箱形成二次侧循环回路，储热水池5的出口端设有热水取热循环泵7-7、第十电动阀8-10，生活热水水箱9的出口端设有热水循环泵7-8和第十二电动阀8-12。常规热泵机组2-2的一次侧通过储热水池5、热水取热循环泵7-7、第十电动阀8-10形成供热循环回路；常规热泵机组2-2的二次侧通过生活热水水箱9、热水循环泵7-8和第十二电动阀8-12形成取热循环回路。

常规热泵机组2-2与热水换热器6-3共用热水取热循环泵7-7和热水循环泵7-8。

集热循环泵7-1、储热循环泵7-3、采暖取热循环泵7-4、供暖循环泵7-5均设为变频泵，根据温度对流量进行变频控制，其余循环泵为定频控制，杜绝了水泵运行过程中的频繁启停问题，同时解决储热、供热过程中的温度恒定问题。

本实施例，还包括温度传感器、压力传感器、PLC控制器单元、远程监控模块、数据处理分析模块、人机交互控制单元。在储热水池5的高温层、中温层、低温层均设有温度传感器，储热换热器6-1、供暖换热器6-2、热水换热器6-3以及高温热泵机组2-1、常规热泵机组2-2入口端和出口端均设有温度传感器，以便对各个循环回路的热量进行监测，以及换热状态进行监控。太阳能集热器1、储热换热器6-1、供暖换热器6-2、热水换热器6-3以及高温热泵机组2-1、常规热泵机组2-2上均连接有压力传感器，对压力进行监控。

利用智能控制系统12配合不同高度层的分层储热、分层取热形式，通过电动阀和水泵实现供热调节，使跨季节储热太阳能供热系统的供热量与用户的需热量匹配，降低运行成本。同时，通过合理化的系统设计，实现可视化远程自动控制，在满足热用户供热需求的同时，最大程度提高太阳能供热能力。本发明适用于我国太阳能资源丰富及较丰富的地区，特别是高原地区具有广泛的适用性。

采暖末端10可采用铜铝复合暖气片、地暖盘管、风机盘管。根据不同的用热温度需求，利用采暖取热循环泵7-4、供暖循环泵7-5进行变频控制。

进一步的，分层取热装置5-2包括集水部、支撑取水部和基础连接部5-206，支撑取水部连接集水部和基础连接部5-206，集水部、支撑取水部和基础连接部5-206形成贯通的取水通道，集水部包括顶部阻隔板5-201、分集水环5-203和底部阻隔板5-204，分取水环围覆形成环状结构，顶部阻隔板5-201和底部阻隔板5-204分别盖设在分集水环5-203的顶部和底部，分集水环5-203上开设有取水孔5-209，支撑取水部的长度调节使集水部置于储热水池5的高温层、中温层或低温层。

集水部包括顶部阻隔板5-201、分集水环5-203和底部阻隔板5-204，分取水环围覆形成环状结构，顶部阻隔板5-201和底部阻隔板5-204分别盖设在分集水环5-203的顶部和底部，分集水环5-203上开设有取水孔5-209。储热水池5中的水分通过分集水环5-203进入到取水通道，顶部阻隔板5-201和底部阻隔板5-204将分集水环5-203上、下的水分进行分隔，保证分集水环5-203对其所在水平方向的水进行收集，防止集水过程对水流产生扰动，保证分集水环5-203所收集的水保持在稳定的温度范围内。

本实施例适用于多种集水装置的分层取水，适用于储热水池5，尤其适用于大容积储热水池5。将本实施例的装置，设置在大容积储热水池5的中间位置，利用集水部将水平方向的水沿四周方向向中间汇聚，利用在分取水环周向的取水孔5-209抽吸储热水池5所在水平方向的水流，避免分层水的上下扰动，实现分层取水；通过支撑取水部的作用下将分层水输送至换热装置进行取热，使取得的热量长期处于稳定的温度范围内。

进一步的，顶部阻隔板5-201和底部阻隔板5-204之间连接有若干个支撑柱5-202，支撑柱5-202的两端螺纹连接在顶部阻隔板5-201和底部阻隔板5-204上，支撑柱5-202两端均通过螺母旋拧固定。通过支撑柱5-202连接顶部阻隔板5-201和底部阻隔板5-204，对分集水环5-203进行限位固定，支撑柱5-202在顶部阻隔板5-201和底部阻隔板5-204的周向均匀分布，保证连接稳定性。

还可以利用支撑柱5-202来调节分层取水的高度范围，支撑柱5-202调节顶部阻隔板5-201和底部阻隔板5-204的连接间距，顶部阻隔板5-201和底部阻隔板5-204之间的分集水环5-203的纵向尺寸更换调节。

支撑柱5-202为不锈钢圆柱结构，支撑柱5-202距顶阻隔板、底部阻隔板5-204边缘距离为20-30cm，支撑柱5-202沿顶部阻隔板5-201、底部阻隔板5-204圆周方向均匀对称布置。顶部阻隔板5-201、底部阻隔板5-204均选用刚性材料，顶部阻隔板5-201、底部阻隔板5-204可以直接选用法兰结构。

顶部阻隔板5-201、底部阻隔板5-204可以为圆形或正方形结构，优选圆形结构，厚度宜为2-5mm。顶部阻隔板5-201或底部阻隔板5-204中心位置设置预留孔5-212，预留孔5-212用来连接支撑取水部的取水管5-205，根据取水管5-205直径确定预留孔5-212的孔径。预留孔5-212的周向均匀分布有若干个螺孔5-211，以便取水管5-205上的法兰盘结构与顶部阻隔板5-201或底部阻隔板5-204固定连接。

分集水环5-203围覆形成圆形环、矩形环或多边形环。优选为顶部阻隔板5-201、底部阻隔板5-204和分集水环5-203的形状相同，顶部阻隔板5-201、底部阻隔板5-204的径向尺寸大于分集水环5-203，支撑柱5-202设置在分集水环5-203的外侧。

支撑取水部设有取水管5-205，取水管5-205的长度可根据取水层的深度位置不同而调节。取水管5-205与顶部阻隔板5-201或底部阻隔板5-204法兰连接，法兰连接结构简单、连接稳定。

更进一步的，取水管5-205包括刚性管路和保温层，刚性管路上围覆有保温层，保温层与刚性管路密封连接，取水管5-205上涂覆有防腐层。

刚性管路和保温层形成保温刚性管路，保温结构采用密封材料进行防水处理，保温材料和刚性管路的外露部分均涂覆防腐材料。

更进一步的，分集水环5-203的高度方向上开设有若干层取水孔5-209，每层取水孔5-209均匀分布，相邻两层取水孔5-209交错分布，取水孔5-209的直径小于取水管5-205的直径。

取水孔5-209设有两层，包括上层取水孔5-209和下层取水孔5-209，下层取水孔5-209的孔径设为取水管5-205孔径的2/3，上层取水孔5-209的孔径设为下层取水孔5-209孔径的1/2～2/3，两层取水孔5-209均对称均匀分布，上层取水孔5-209与下层取水孔5-209交错布置。

基础连接部5-206设有柔性连接层5-213，柔性连接层5-213的设置使取水管5-205在承受的流体扰动被柔性连接层5-213吸收，以保证取水管5-205的安装稳定性。取水管5-205与基础连接部5-206连接的一端设有连接法兰5-210，基础连接部5-206设有与连接法兰5-210相适配的预埋法兰，预埋法兰与连接法兰5-210密封连接，使取水管5-205与预埋输送管路连通，将取得的流体输送进行供热；其中，柔性连接层5-213夹持在连接法兰5-210和预埋法兰之间，使预埋法兰与连接法兰5-210密封，且柔性连接层5-213的厚度大于常规的法兰用密封圈的厚度，柔性连接层5-213的厚度不小于连接法兰5-210的厚度，保证柔性连接层5-213能够产生足够的柔性变形以吸收流体扰动。

柔性连接层5-213的形状与预埋法兰相同，柔性连接层5-213的边缘宽度略大于预埋法兰宽度，柔性连接层5-213表面平滑、无划痕、无凸凹现象。基础连接部5-206的安装过程，先将柔性连接层5-213无缝隙并平铺于预埋法兰上，再安装上部连接法兰5-210，柔性连接层5-213的两个端面紧密贴合连接法兰5-210和预埋法兰，预埋法兰中心孔与其上部连接法兰5-210中心孔对中，用螺栓紧固在一起，完成连接。连接法兰5-210与预埋法兰之间连接柔性连接层5-213，使取水管5-205与基础平台5-207为柔性连接，柔性连接层5-213能够承受和缓冲流体内的扰动，缓解水流扰动对管路造成的冲击。

具体的，储热水池5内包括池体、分层取热装置5-2，池体内铺设有基础平台5-207，基础连接部5-206连接在基础平台5-207上。利用分层取热装置5-2的集水部将大容积地下储热水池5中不同温度分层的热量沿四周水平方向均匀而无上下层扰动的提取出来。

在水池中可以同时设置若干个不同高度的分层取热装置5-2，以便对不同垂直高度的分层热量进行利用，操作简便、安全性高。

大容积地下储热水池5中不同温度分层的热量均匀而无上下层扰动的提取出来，利用分层取热装置5-2将不同温度分层的水通过基础平台5-207运输至用热装置进行热交换并提供用热需求。

结合图5-14所示，储热水池5上盖设有水池保温盖，水池保温盖包括顶部防水层5-102、保温隔热层5-104、底部防水层5-108、测压装置和排气装置，顶部防水层5-102与底部防水层5-108围覆形成密封空间，顶部防水层5-102和底部防水层5-108包覆夹持保温隔热层5-104，测压装置的测压探头置于顶部防水层5-102和底部防水层5-108之间，排气装置与顶部防水层5-102、底部防水层5-108围成的空间连通。

顶部防水层5-102、保温隔热层5-104和底部防水层5-108形成密封、隔热、保温的盖体结构，以便对水池内的环境、水体进行隔热、防护。

同时，设置测压装置和排气装置，测压装置用于测量顶部防水层5-102和底部防水层5-108形成的密封空间内的压力变化，配合排气装置及时将密封空间集结的气体排出，防止密封空间内气体积聚而影响保护盖的密封隔热性能、使用寿命等。具体的，测压装置的测压探头置于顶部防水层5-102和底部防水层5-108之间，准确探测密封空间内的压力变化情况，排气装置与顶部防水层5-102、底部防水层5-108围成的空间连通以便将气体排出。

本实施例的水池保护盖5-1，适用于各种水池的盖护，尤其适用于大容量地下水池的盖护，起到隔热、保温、防护的作用，起到保持水池内的水体热量和保证水体清洁等作用。

结合图5-图11所示，进一步的，保温隔热层5-104包括若干保温板5-1041和若干固定卡件5-1042，固定卡件5-1042固定连接相邻的保温板5-1041，保温板5-1041连接形成若干保温层，若干保温层拼接形成的保温隔热层5-104的厚度不小于20cm。具体的，保温层铺设不少于三层，使保温板5-1041的厚度适宜、方便运输和拼装，也保证保温板5-1041连接形成的保温隔热层5-104的结构强度和结构稳定性。

相邻两保温层的保温板5-1041交错连接，保证相邻保温层之间的连接稳定性；同时，同一保温层的相邻两排保温板5-1041也交错排列。固定卡件5-1042可以连接同一保温层的相邻保温板5-1041，还可以连接上、下两相邻保温层的保温板5-1041。具体的，固定卡件5-1042可以连接同一保温层的三块相邻保温板5-1041，固定卡件5-1042还可以同时连接相邻两保温层的保温板5-1041，即固定卡件5-1042同时连接六块保温板5-1041，连接稳定，保温隔热层5-104的拼装简便、保温隔热效果好。保温隔热层5-104铺设过程中保温层与保温层之间采用固定卡件5-1042进行固定，防止块与块之间的横向和纵向滑移。

优选的，同一保温层，相邻两排保温板5-1041的对接位置为：其中一排保温板5-1041的两块保温板5-1041对接位置连接另一排保温板5-1041的相适应位置的保温板5-1041的中心位置，即单层铺设时每一层保温板5-1041之间的连接缝隙处放置固定卡件5-1042进行固定。相邻两层保温层的对接位置，上、下两层铺设时，上层保温板5-1041中心位置放置一个固定卡件5-1042与下层保温板5-1041的对接位置进行固定。

综上，隔热保温层单层铺设时，保温板5-1041与保温板5-1041之间应紧靠在一起，每排之间搭接部分应错缝布置，避免形成水平通缝；隔热保温层上下两层铺设时，上层保温板5-1041与下层保温板5-1041之间也应错缝布置，避免形成上下竖直通缝。

固定卡件5-1042包括若干固定针，固定针设为U型结构，若干固定针相互连接形成具有针型结构的固定卡件5-1042，固定卡件5-1042的针型结构连接相邻两个保温板5-1041和/或相邻两个保温层。

每个固定卡件5-1042至少包括一个固定针，连接两块相邻的保温板5-1041或相邻两个保温层；固定卡件5-1042还可以包括两个固定针，两个固定针组合形成T型、L型等多种结构；固定卡件5-1042还可以包括3个、4个或多个固定针，组合形成不同形状，以适应不同的连接需求。

优选的，固定卡件5-1042包括4个U型结构的固定针，4个固定针连接形成上下两侧均具有针型的结构的固定卡件5-1042，能够同时连接同一保温层的相邻保温板5-1041和相邻保温层相对应的保温板5-1041。

固定针采用直径不小于ψ8的光圆钢筋制作，固定卡件5-1042使用前需要采用防锈处理工艺进行防锈处理。

保温板5-1041采用聚乙烯发泡工艺制作，质量轻、保温效果好、使用寿命长。每个保温板5-1041的厚度均匀一致，保证每层保温层的厚度均匀。

保温隔热层5-104的顶部应高出地下水池顶部边缘不小于5cm、伸出地下水池边缘的宽度不少于50cm,保温隔热层5-104的底部及高度中心部位距离地下水池的侧壁边缘的距离不少于20cm、优选为20-30cm范围内。

排气装置包括单向阀5-101，单向阀5-101至少设有两个，至少一个单向阀5-101与抽气管路5-111连通，其他单向阀5-101与顶部防水层5-102、底部防水层5-108围成的空间连通，单向阀5-101用于排出顶部防水层5-102和底部防水层5-108之间的密封空间积聚的水气。

单向阀5-101为机械式自动泄压，顶部防水层5-102、底部防水层5-108之间气体膨胀，导致顶部防水层5-102、底部防水层5-108之间的密封空间与外部空气产生压差，单向阀5-101进行自动排气，泄压排气量小，泄压不彻底，主要用于日常常规泄压操作。

更进一步的，结合图5、图7、图12所示，测压装置的测压探头设为测压球囊5-109，测压球囊5-109设置于顶部防水层5-102和底部防水层5-108之间。测压装置通过测压球囊5-109对顶部防水层5-102和底部防水层5-108形成的密封空间进行压力检测，测压球囊5-109能够准确测得密封空间内的压力变化，结构简单、安装方便。

测压装置还包括压力表5-110，压力表5-110与测压球囊5-109连通。

本实施例还包括抽气装置5-112，抽气装置5-112上连接有抽气管路5-111，抽气管路5-111伸入到顶部防水层5-102和底部防水层5-108之间的密封空间内，以便将顶部防水层5-102和底部防水层5-108之间的密封空间内的气体抽出。

测压球囊5-109压力变小并低于设定压力值时，说明顶部防水层5-102、底部防水层5-108之间气体膨胀过快、气体无法通过单向阀5-101迅速排出，此时抽气装置5-112进行工作，将顶部防水层5-102、底部防水层5-108之间的膨胀气体迅速排出并使测压球囊5-109的压力达到设定压力值后停止工作。

通过判断测压球囊5-109内部压力变化情况，自动进行密封空间内负压抽气，用于排出由于地下水池内温度升高产生的高温气体，系统自动运行，减少了后续的维护费用的投入。同时测压装置的负压抽气功能通过微电脑控制，精准有效的对密封空间内的负压情况进行调节。

优选的，盖体形成为圆形或矩形结构，顶部防水层5-102的径向或对角方向设置四个单向阀5-101，其中一个单向阀5-101与抽气管路5-111连接，其他的单向阀5-101与顶部防水层5-102和底部防水层5-108之间的密封空间连通。

常规阶段(抽气装置5-112不启动)，此单向阀5-101通过抽气管路5-111上的旁路与大气联通，起到机械式自动排气的作用；当抽气装置5-112启动时，此单向阀5-101与抽气管路5-111的旁路处于关闭状态，抽气管路5-111的主路与顶部防水层5-102和底部防水层5-108之间的密封空间连通，进行抽气装置5-112直接抽气操作。

更进一步的，结合图5、8、13、14所示，本实施例，还包括导流装置，导流装置包括导流管5-106，导流管5-106铺设在顶部防水层5-102上，使顶部防水层5-102上形成弧形曲面的导流槽5-117，导流管5-106的重量沿顶部防水层5-102的中心向两侧增加，导流槽5-117的深度沿顶部防水层5-102的中心位置向两侧凹陷，以保证顶部防水层5-102上部的积水沿导流槽5-117进行溢流，防止顶部防水层5-102积水而影响保温效果、使用寿命。导流管5-106在顶部防水层5-102上分布有若干个，保证顶部防水层5-102进行快速、高效溢流。

地下水池四周开设排水沟5-115，利用导流装置将顶部的雨水汇聚至地下水池四周预先挖设的排水沟5-115内，利用地下水池保护盖5-1结构的变化将积水自然排出。

导流管5-106设为变径管，导流管5-106的径向尺寸沿顶部防水层5-102的中心向两侧增大，以增大导流管5-106的重量；导流管5-106的径向尺寸可以呈阶梯变化还可以平滑变化；导流管5-106设为实心管，保证导流管5-106的重量；导流管5-106还可以设为空心管，导流管5-106内填充增重材料，通过填充来保证重量，可以根据实际需要选择不同的填充材料来调节重量。

导流装置可以采用与顶部防水层5-102相同的高分子聚合物材质管路，优选为HDPE材料，导流管5-106内填充颗粒状沙质材料并进行防渗漏处理，导流管5-106直径沿排水方向上管径逐渐增大。

进一步的，顶部防水层5-102和底部防水层5-108均设为高分子聚合物材料，优选为HDPE材料。顶部防水层5-102的颜色设为白色、厚度不低于1.5mm，顶部防水层5-102掺加防紫外线和抗老化助剂，可增强其暴露在大气环境下的防晒及抗老化功能。顶部防水层5-102表面应无砂眼及较严重的划痕，焊接方式应采用双轨热熔焊接，边角处不易采用双轨热熔焊接时，采用单轨挤出式焊接。

底部防水层5-108的颜色设为黑色、厚度不低于2mm，在承重及温度变化状态下能够缓冲因膜层伸缩而造成的不稳定变化。底部防水层5-108表面应无砂眼及较严重的划痕，焊接方式应采用双轨热熔焊接，边角处不易采用双轨热熔焊接时，采用单轨挤出式焊接。

顶部防水层5-102四周边缘处与底部防水层5-108采用焊接方式进行固定，焊接工艺采用单轨挤压焊。顶部防水层5-102和底部防水层5-108铺设过程中环境温度尽量选择在15-20℃范围内，施工当天尽可能选择在上午或下午施工，此时高分子聚合物防水层材料可铺设为平滑表面，无需处于拉紧及放松状态，若在天气晴好中午或者环境温度高于20℃时，高分子聚合物防水层材料铺设时应处于放松状态并预留一定的伸缩量，若在温度低于20℃或冬季施工时，高分子聚合物防水层材料铺设时应尽可能处于拉紧状态。

底部防水层5-108上部铺设保温隔热层5-104，底部防水层5-108下部与地下水池中的水面直接接触或留有间隙。底部防水层5-108的四周边缘处预留2-3米，用于与地下水池的侧面防水层共同埋设，埋设于地下水池预先挖设的沟槽内，沟槽内设置排水流道并具有一定坡度。

顶部防水层5-102、保温隔热层5-104和底部防水层5-108上贯穿开设有检修通道5-105，工作人员可以通过检修通道5-105进入地下水池进行检修。正常情况下，检修通道5-105处于关闭状态，充分保温。

顶部防水层5-102与保温隔热层5-104之间铺设有上层土工布格栅5-103，底部防水层5-108与保温隔热层5-104之间铺设有下层土工布格栅5-107，上层土工布格栅5-103、下层土工布格栅5-107起到加强隔热的作用。

结合图5-20所示，还提供一种储热水池5的优选实施例，包括水池池体5-116和水池保护盖5-1，水池池体5-116内设有分层取热装置5-2，水池池体5-116的周向围覆有护坡5-113，顶部防水层5-102和底部防水层5-108固定在护坡5-113上。水池池体5-116优选为地下水池，在地下水池的周围地面上铺设护坡5-113，护坡5-113对地下水池起到防护作用，水池保护盖5-1对地下水池起到隔热、保护的作用，使地下水池适于蓄热储能，能够用于跨季节功能过程。

水池保护盖5-1的顶部高出水池池体5-116的边缘不少于15cm，水池保护盖5-1的周向延伸出水池池体5-116的边缘不少于50cm，底部防水层5-108和保温隔热层5-104与水池池体5-116的边缘的间距设为20-30cm。

护坡5-113的周向铺设有地面反滤层5-114，地面反滤层5-114铺设在水池池体5-116的周向，地面反滤层5-114铺设在护坡5-113的下方并向护坡5-113外部延伸。

地面反滤层5-114包括锯末区、碎石区和土工布层，锯末区沿水池池体5-116的边缘向外铺设，锯末区的宽度范围不大于0.5m，碎石区沿锯末区向外铺设，碎石区与锯末区上铺设有土工布层，土工布层延伸到排水沟5-115。地面上行距地下水池边缘0-0.5米范围内铺设锯末形成锯末区，其余部分铺设碎石，锯末区及碎石区上部均铺设土工布至排水沟5-115内作为地面反滤层5-114，地下水池四周的排水沟5-115距地下水池边缘距离不应少于2米的距离。

结合图1-20所示，本发明还提供一种太阳能-热泵耦合供热系统的运行方法的优选实施例，包括智能控制系统12、太阳能-热泵耦合供热系统，换热过程包括全年集热过程、采暖供热过程、生活用水供热过程。全年集热过程，太阳能集热器1保持持续稳定运行，全年内均进行太阳能的收集和转化，持续将太阳能转换为流体的热量，以便用于采暖供热过程、生活用水供暖过程或将太阳能以流体热量的方式进行储存，储存的太阳能用于采暖供热过程、生活用水供暖过程，实现热量的及时转化、及时应用与跨季节转化和应用的结合。

具体的，全年集热过程，太阳能辐照量达到设定值时，太阳能集热器1与储热换热器6-1之间的循环回路连通，储热水池5与储热换热器6-1之间的循环回路连通，储热水池5内的流体吸热后回流到储热水池5进行储热。

利用太阳能辐照表收集太阳能辐照数据，智能控制系统12接收太阳能辐照表的数据，当太阳能辐照量达到设定值时，集热循环泵7-1延时一段时间后开始运行，运行过程中太阳能集热器1温度达到设定值时,第一电动阀8-1关闭，第二电动阀8-2开启,第三电动阀8-3开启,延时一段时间后储热循环泵7-3开始运行,集热循环泵7-1和储热循环泵7-3流量保持平衡，利用储热换热器6-1将太阳能集热器1收集的热量储存在跨季节储热水池5中。检测储热换热器6-1的二次侧出口温度并利用智能控制系统12进行跨季节储热水池5的分层储热。储热水池5的分层储热过程，当储热换热器6-1的二次侧出口温度达到高温层的储热温度时，热流体通过高温储热管路流入储热水池5的高温层；同理，当储热换热器6-1的二次侧出口温度达到中温层的储热温度时，热流体通过中温储热管路流入储热水池5的中温层。

整个太阳能集热储热过程通过智能控制系统12自动控制、自动运行，分层储热，增强了太阳能系统的热利用效率，减少了热储存过程中的热损失。

采暖供热过程包括太阳能直接采暖过程和储热水池5采暖过程，太阳能直接采暖过程和储热水池5采暖过程可相互转换，储热水池5内的流体在储热换热器6-1内吸热后流出温度达到采暖设定值时，运行太阳能直接采暖过程，否则运行储热水池5采暖过程。当太阳能的辐射满足直接采暖需求时，运行太阳能直接采暖过程，否则，运行储热水池5采暖过程，同时太阳能集热器1运行全暖采暖过程，充分收集、利用太阳能。

具体的，太阳能直接采暖过程，太阳能辐照量达到设定值时，太阳能集热器1与储热换热器6-1之间的循环回路连通，供暖换热器6-2或高温热泵机组2-1与储热换热器6-1之间的循环回路连通，采暖末端10在供暖换热器6-2或高温热泵机组2-1内吸热后进行供热；

储热水池5采暖过程，储热水池5采暖过程，为分层取热、供热过程；太阳能辐照量达到设定值时，太阳能集热器1与储热换热器6-1之间的循环回路连通，储热水池5与储热换热器6-1之间的循环回路连通，在储热换热器6-1内吸热后的流体回流到储热水池5的中温层或高温层，储热水池5内的高温层流体向供暖换热器6-2或高温热泵机组2-1，采暖末端10在供暖换热器6-2或高温热泵机组2-1内吸热后进行供热。储热水池5采暖过程，主要利用跨季节储热水池5上层区域的热量提供供暖需求。

当跨季节储热水池5上层区域的温度达到采暖设定值，此时直接利用太阳能收集的热量进行建筑供暖，第六电动阀8-6关闭、第八电动阀8-8开启，延时一段时间后，第七电动阀8-7开启、第九电动阀8-9关闭，储热水池5的上层区域流体在供暖换热器6-2内与采暖末端10的流体直接进行换热；当跨季节储热水池5上层区域温度低于直接供暖温度设定值时，此时第七电动阀8-7开启、第九电动阀8-9开启，延时一段时间后，第六电动阀8-6关闭、第八电动阀8-8关闭，高温热泵机组2-1启动，提取跨季节储热水池5上层区域热量作为蒸发器热源并通过压缩机做功将上层30-60℃的低温水加热到70-90℃，进入高温水源热泵辅助供暖阶段。

生活用水供热过程包括太阳能直接供热过程和储热水池5供热过程，太阳能直接供热过程和储热水池5供热过程可相互转换，储热水池5内的流体在储热换热器6-1内吸热后流出温度达到供热设定值时，运行太阳能直接供热过程，否则运行储热水池5供热过程；

太阳能直接供热过程，太阳能辐照量达到设定值时，太阳能集热器1与储热换热器6-1之间的循环回路连通，热水换热器6-3或常规热泵机组2-2与储热换热器6-1之间的循环回路连通，生活用水末端11在热水换热器6-3或常规热泵机组2-2内吸热后进行供热；

储热水池5供热过程，太阳能辐照量达到设定值时，太阳能集热器1与储热换热器6-1之间的循环回路连通，储热水池5与储热换热器6-1之间的循环回路连通，在储热换热器6-1内吸热后的流体回流到储热水池5的中温层或高温层，储热水池5内的中温层流体向热水换热器6-3或常规热泵机组2-2，生活用水末端11在热水换热器6-3或常规热泵机组2-2内吸热后进行供热。

生活用水供热过程，主要利用跨季节储热水池5中温层区域的热量提供生活热水供热需求。当跨季节储热水池5中层区域的温度达到热水供热设定值且生活热水水箱9温度低于设定值时，第五电动阀8-5、第十一电动阀8-11开启，延时一段时间后，第十电动阀8-10、第十二电动阀8-12关闭，储热水池5中的热流体在热水换热器6-3内与生活热水水箱9直接换热，此时直接利用太阳能收集的热量提供生活热水需求；当跨季节储热水池5中层区域温度低于直接供热温度设定值时，此时第十电动阀8-10开启、第十二电动阀8-12开启，延时一段时间后，第五电动阀8-5关闭、第十一电动阀8-11关闭，常规热泵机组2-2启动，提取跨季节储热水池5中层区域热量作为蒸发器热源并通过压缩机做功将中间层10-30℃的低温水加热到45-55℃。进入常规热泵机组2-2辅助供热阶段。

更进一步的，换热过程还包括防过热泄压过程、储热水池5冷却过程，

防过热泄压过程，太阳能集热器1内的压力监测装置监测太阳能集热器1的内部压力，当太阳能集热器1的内部压力大于高压设定值时，太阳能集热器1向防过热泄压装置3的储液罐泄压，当太阳能集热器1的内部压力小于低压设定值时，自动补液装置4向太阳能集热器1补液。

防过热泄压过程，主要夏季太阳能辐照比较强时进行应用。防过热泄压系统包括安全泄压装置、储液罐、集热补液循环泵7-2及乙二醇循环介质、压力检测装置。太阳能集热器1在太阳能辐照强烈时出现过热情况，导致系统内部循环介质热膨胀出现压力过大问题，此时压力检测装置检测到压力变化高于设定值，利用智能控制系统12控制泄压装置进行泄压至储液罐内，当压力检测装置检测到压力变化低于设定值时，通过带压力控制的自动补液装置4进行补液定压。

在夏季，太阳能辐照强度较大，瞬时集热量大而热量不能及时储存时，通过自动泄压系统，既保证了太阳能集热系统的安全，又满足了系统的稳压运行，有效提高了太阳能的热利用效率。

储热水池5冷却过程，储热水池5的高温层的温度达到高温设定值且持续设定时间，在太阳辐射强度低于设定值时，储热水池5内的流体作为热流体、太阳能集热器1内的流体作为冷流体进行热交换，储热水池5进行冷却散热设定时间。

具体的，储热水池5冷却过程，主要用于跨季节储热水池5中高温层温度达到90℃且持续4小时以上时，此时表明跨季节储热水池5储热已经完成。次日起通过储热换热器6-1二次侧流量及进、出温度计算当天(可设定为上午5时至下午7时，也可根据辐照)的实际储热量。当白天计算的储热量大于等于某一设定值时，夜间(可设定为下午19时至次日5时，也可根据辐照)第二电动阀8-2开启、第三电动阀8-3开启,第一电动阀8-1关闭,延时一段时间后集热循环泵7-1启动、储热循环泵7-3启动，进行跨季节储热水池5的放热过程，此时计算储热换热器6-1一次侧流量及进、出口温度进行放热量计算,当放热量大于等于储热量或跨季节储热水池5的高温层区域温度低于90℃时，跨季节储热水池5冷却阶段停止。

跨季节储热水池5冷却系统，通过对储热水池5储热完成阶段的判断及次日储热量的计算，通过不同阀门之间的切换实现太阳能集热系统与跨季节储热水池5之间夜间的热平衡，确保跨季节储热水池5温度维持在合理温度范围内。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种太阳能-热泵耦合供热系统，其特征在于，包括太阳能集热器、储热水池，所述太阳能集热器与所述储热水池形成储热循环系统，采暖末端与所述储热水池形成采暖循环系统，生活用水末端与所述储热水池形成生活用水循环系统，

所述储热循环系统还包括储热换热器，所述太阳能集热器的热流体在所述储热换热器内与所述储热水池的冷流体进行热交换，所述储热换热器采用逆流式换热方式；

所述采暖循环系统还包括供暖换热器和高温热泵机组，所述供暖换热器与所述高温热泵机组并联连接在所述储热水池与所述采暖末端之间，所述采暖循环系统形成两条循环回路；

所述生活用水循环系统还包括热水换热器和常规热泵机组，所述热水换热器和所述常规热泵机组并联连接在所述储热水池与所述生活用水末端之间，所述生活用水循环系统形成两条循环回路；

所述储热循环系统吸热后回流的热流体流入所述采暖循环系统、所述生活用水循环系统或所述储热水池；

所述储热水池分层储热，所述储热水池包括高温层、中温层和低温层，所述储热水池内设有分层取热装置，所述分层取热装置在高温层、中温层和低温层分别设置；

其中，所述采暖循环系统使用高温层流体进行供热，所述生活用水循环系统使用中温层流体供热，所述采暖循环系统和所述生活用水循环系统供热后的流体回流至所述低温层进行储存；低温层流体与所述储热循环系统进行换热，换热后回流至所述高温层或中温层，以便热量的循环利用；

所述分层取热装置包括集水部、支撑取水部和基础连接部，所述支撑取水部连接所述集水部和所述基础连接部，所述集水部、所述支撑取水部和所述基础连接部形成贯通的取水通道，所述集水部包括顶部阻隔板、分集水环和底部阻隔板，所述分集水环围覆形成环状结构，所述顶部阻隔板和所述底部阻隔板分别盖设在所述分集水环的顶部和底部，所述分集水环上开设有取水孔，所述支撑取水部的长度调节使所述集水部置于所述储热水池的高温层、中温层或低温层；所述顶部阻隔板和所述底部阻隔板之间连接有若干个支撑柱，所述支撑柱的两端螺纹连接在所述顶部阻隔板和底部阻隔板上，所述支撑柱调节所述顶部阻隔板和所述底部阻隔板的连接间距；

所述储热水池上盖设有水池保温盖，所述水池保温盖包括顶部防水层、保温隔热层、底部防水层、测压装置和排气装置，所述顶部防水层与所述底部防水层围覆形成密封空间，所述顶部防水层和所述底部防水层包覆夹持所述保温隔热层，所述测压装置的测压探头置于所述顶部防水层和所述底部防水层之间，所述排气装置与所述顶部防水层、所述底部防水层围成的空间连通；所述保温隔热层包括若干保温板和若干固定卡件，所述固定卡件固定连接相邻的所述保温板，所述保温板连接形成若干保温层，所述固定卡件包括若干固定针，所述固定针设为U型结构，若干所述固定针相互连接形成具有针型结构的固定卡件，所述固定卡件的针型结构连接相邻两个所述保温板和/或相邻两个所述保温层；

还包括导流装置，所述导流装置包括导流管，所述导流管铺设在所述顶部防水层上，使所述顶部防水层上形成弧形曲面的导流槽，所述导流管的重量沿所述顶部防水层的中心向两侧增加，所述导流槽的深度沿所述顶部防水层的中心位置向两侧凹陷。

2.根据权利要求1所述的太阳能-热泵耦合供热系统，其特征在于，所述储热换热器与所述储热水池连接的出口端连接有高温流体管路和中温流体管路，所述高温流体管路与所述储热水池的高温层连通或与所述采暖循环系统连通，所述中温流体管路与所述储热水池的中温层连通或与所述生活用水循环系统连通。

3.根据权利要求1所述的太阳能-热泵耦合供热系统，其特征在于，还包括防过热泄压装置，所述防过热泄压装置包括压力监测装置、储液罐，所述压力监测装置连接所述太阳能集热器用于测量所述太阳能集热器的内部循环系统的压力，所述太阳能集热器的内部循环系统的压力超过高压设定值，所述太阳能集热器向所述储液罐泄压，所述太阳能集热器的内部循环系统的压力低于低压设定值，所述储液罐向所述太阳能集热器补液。

4.根据权利要求1所述的太阳能-热泵耦合供热系统，其特征在于，还包括自动补液装置，所述自动补液装置包括除砂器、软水处理设备和储热箱。

5.一种太阳能-热泵耦合供热系统的运行方法，其特征在于，包括智能控制系统、权利要求1-4任意一项所述的太阳能-热泵耦合供热系统，换热过程包括全年集热过程、采暖供热过程、生活用水供热过程，智能控制系统调控各个换热过程的转换；

所述全年集热过程，太阳能辐照量达到储热设定值时，所述太阳能集热器与所述储热换热器之间的循环回路连通，所述储热水池与所述储热换热器之间的循环回路连通，所述储热水池内的流体吸热后回流到所述储热水池进行储热；

所述采暖供热过程包括太阳能直接采暖过程和储热水池采暖过程，太阳能直接采暖过程和储热水池采暖过程可相互转换，所述储热水池内的流体在所述储热换热器内吸热后流出且温度达到采暖设定值时，运行太阳能直接采暖过程，否则运行储热水池采暖过程；

所述太阳能直接采暖过程，所述供暖换热器或所述高温热泵机组与所述储热换热器之间的循环回路连通，所述采暖末端的冷流体在所述供暖换热器或高温热泵机组内吸热后进行供热；

所述储热水池采暖过程，所述储热水池与所述储热换热器之间的循环回路连通，所述储热水池内的流体在所述储热换热器内吸热后回流到所述储热水池的中温层或高温层，所述储热水池内的高温层流体流向所述供暖换热器或高温热泵机组，所述采暖末端的冷流体在所述供暖换热器或高温热泵机组内吸热后进行供热；

所述生活用水供热过程包括太阳能直接供热过程和储热水池供热过程，太阳能直接供热过程和储热水池供热过程可相互转换，所述储热水池内的流体在所述储热换热器内吸热后流出且温度达到供热设定值时，运行太阳能直接供热过程，否则运行储热水池供热过程；

所述太阳能直接供热过程，所述热水换热器或所述常规热泵机组与所述储热换热器之间的循环回路连通，所述生活用水末端的冷流体在所述热水换热器或常规热泵机组内吸热后进行供热；

所述储热水池供热过程，所述储热水池与所述储热换热器之间的循环回路连通，在所述储热换热器内吸热后的流体回流到所述储热水池的中温层或高温层，所述储热水池内的中温层流体流向所述热水换热器或常规热泵机组，所述生活用水末端的冷流体在所述热水换热器或常规热泵机组内吸热后进行供热。

6.根据权利要求5所述的太阳能-热泵耦合供热系统的运行方法，其特征在于，换热过程还包括防过热泄压过程、储热水池冷却过程，

所述防过热泄压过程，所述太阳能集热器内的压力监测装置监测所述太阳能集热器的内部压力，当所述太阳能集热器的内部压力大于高压设定值时，所述太阳能集热器向防过热泄压装置的储液罐泄压，当所述太阳能集热器的内部压力小于低压设定值时，自动补液装置向所述太阳能集热器补液；

所述储热水池冷却过程，所述储热水池内高温层的温度达到高温设定值且持续设定时间，在太阳辐射强度低于冷却设定值时，所述储热水池内的流体作为热流体、所述太阳能集热器内的流体作为冷流体进行热交换，所述储热水池进行冷却散热设定时间。