CN109974073A - 一种多热源分级热水供水系统及其控制方法 - Google Patents

一种多热源分级热水供水系统及其控制方法 Download PDF

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董超
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Abstract

本发明提供一种多热源分级热水供水系统及其控制方法，包括储水器、分别为储水器提供热量的可再生能源加热子系统、电加热子系统、废水余热回收子系统以及与储水器相连的热水输出子系统；储水器包括数目大于等于2的热水腔。本申请通过可再生能源加热子系统、电加热子系统和废水余热回收子系统分别为储水器提供热量，将储水器内不同热水腔内的水加热到不同温度，其中集中利用了可再生能源提供的热量和废水储存的余热，既解决了废水余热的回收难题，且减少了电力投入；各子系统相互独立而又有机结合为一个整体，布置灵活、节地节材；能源独立、管理方便；设备紧凑、减少能耗；适配负荷、提高能效；模块生产、安装简洁；安全稳定、经济可靠。

Description

一种多热源分级热水供水系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及供水系统，具体涉及一种多热源分级热水供水系统及其控制方法。
背景技术
经济社会的发展伴随着能源的不断消耗和环境的逐步污染，二者成为了制约可持续发展的瓶颈。随着环保意识的增强和能源节约的重视，人们逐步探索出两条可行之路，一是寻求可再生能源的利用；二是减少能量的浪费。
人们生活中需要大量的热水，现有的热水供应往往单一的采用电机热，对于上述的可再生能源未能做到善加利用；而且热水的应用往往伴随着巨大的能量浪费，生活洗浴的废水和工业生产的废水蕴含了大量的余热，这部分余热随着废水的排放统统流失掉了。
传统的集中废水余热利用系统，需要营造热水机房、放置热水储水水箱、复杂的管路设计以及循环泵、板换等设施，造价较高、安装困难、运行和维护成本较高；热水到达水箱前需要流经复杂的管路，这一过程伴随着巨大的热量散失，热效率不高；且大量废水的集中存储会污染环境、水质变臭，因此废水中的余热没有得到有效利用。
因此设计一种多热源分级热水供水系统及其控制方法能够缓解能源的紧缺、并同时实现可再生能源的利用和废水中的余热的回收。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请设计了一种多热源分级热水供水系统及其控制方法；该系统和方法能够缓解能源的紧缺、并同时实现可再生能源的利用和废水中的余热的回收。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：
本发明提供了一种多热源分级热水供水系统，该系统包括储水器、分别为所述储水器提供热量的可再生能源加热子系统、电加热子系统、废水余热回收子系统以及与所述储水器相连的热水输出子系统；所述储水器包括数目大于等于2的热水腔。
优选的，所述储水器包括通过隔热板连接的一级热水腔、二级热水腔和三级热水腔；所述一级热水腔、所述二级热水腔和所述三级热水腔的侧壁分别设有进水口。
优选的，所述可再生能源加热子系统包括可再生能源加热装置、设于所述储水器内的换热盘管、连接可再生能源加热装置和所述换热盘管的管路以及设于所述可再生能源加热子系统内的换热介质；所述管路上设有循环泵。
优选的，所述换热盘管分别依次贯穿所述二级热水腔与所述一级热水腔和所述三级热水腔间的隔热板；所述换热盘管于所述隔热板处分别设有止回阀，所述换热盘管内的介质只能从所述一级热水腔流入二级热水腔、从所述二级热水腔流入所述三级热水腔；所述换热盘管于所述一级热水腔、所述二级热水腔和所述三级热水腔内分别设有进口；所述换热盘管于所述三级热水腔内设有出口；所述进口和所述出口分别与所述管路连接，所述进口分别设有电动阀门。
优选的，所述可再生能源加热装置包括太阳能加热器、地源热泵加热器和/或空气源热泵。
优选的，所述废水余热回收子系统为设置在排水沟内的回收槽；所述回收槽包括外槽和内衬槽；所述内衬槽内纵向设有数目大于1的换热管，所述内衬槽设有孔隙和溢流口；所述外槽设有废水排出口。
优选的，所述换热管的进水口与冷水给水管连接，出水口与所述容积式热水器的进水口连接。
优选的，所述电加热子系统包括分别设于所述一级热水腔、所述二级热水腔和所述三级热水腔内的温度传感器和分别设于所述一级热水腔和所述二级热水腔的电加热器；
所述温度传感器分别与所述电加热器和所述电动阀通讯连接。
优选的，所述热水输出子系统包括分别与所述一级热水腔、所述二级热水腔和所述三级热水腔连接的输出管路和设于管路末端的龙头。
优选的，所述三级热水腔连接的输出管路上设有与所述三级热水腔内的温度传感器通讯连接的温度显示仪。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种上述述的多热源供水系统的控制方法，所述方法包括如下步骤：
(1)根据所述一级热水腔内的温度传感器检测到的温度、所述二级热水腔内的温度传感器检测到的温度，控制所述一级热水腔和所述二级热水腔内的电加热器的启闭；
(2)根据所述一级热水腔内的温度传感器检测到的温度、所述二级热水腔内的温度传感器检测到的温度，控制所述一级热水腔、二级热水腔和所述三级热水腔的换热盘管的进口的电动阀门的启闭。
优选的，所述步骤(1)包括：
所述一级热水腔内的温度传感器检测到的温度低于其温度阈值，启动所述一级热水器内的电加热器加热至其温度阈值；
所述二级热水腔内的温度传感器检测到的温度低于其温度阈值，启动所述二级热水器内的电加热器加热至其温度阈值。
优选的，所述步骤(2)包括：
所述一级热水腔内的温度传感器检测到的温度低于其温度阈值，所述一级热水腔内的换热盘管的进口上的电动阀门开启，其他电动阀门关闭；
所述一级热水腔内的温度传感器检测到的温度等于其温度阈值，所述二级热水腔内的温度传感器检测到的温度低于其温度阈值；所述二级热水腔内的换热盘管的进口上的电动阀门开启，其他电动阀门关闭；
所述一级热水腔内的温度传感器检测到的温度等于其温度阈值，所述二级热水腔内的温度传感器检测到的温度等于其温度阈值；所述三级热水腔内的换热盘管的进口上的电动阀门开启，其他电动阀门关闭。
优选的，所述一级热水腔内的温度传感器的温度阈值大于所述二级热水器内的温度传感器的温度阈值。
与最接近现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的技术方案，通过可再生能源加热子系统、电加热子系统和废水余热回收子系统分别为储水器提供热量，将储水器内的不同热水腔内的水加热到不同的温度，其中集中利用了可再生能源提供的热量和废水储存的余热，既解决了废水余热的回收难题，且大大减少了加热过程中的电力投入；各子系统相互独立而又有机结合为一个整体，布置灵活、节地节材；能源独立、管理方便；设备紧凑、减少能耗；适配负荷、提高能效；模块生产、安装简洁；安全稳定、经济可靠。
2、本发明提供的技术方案，水在进入储水器前吸收了废水所储存的余热；可再生能源加热子系统的加热介质根据各级热水腔内的水温进行分配，大大提高了热量的分配效率，提高了热量的利用率，且使储水器内各级热水腔内的水能够最大程度的接近其所要求的温度阈值，进一步减少了加热所需的电力投入。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1：本发明的结构示意图
其中：1-储水器、2-可再生能源加热装置、3-废水余热回收子系统、4-二级用水设备、5-一级用水设备、6-三级用水设备、7-进口管路、8-出口管路、9-循环泵、10-维修支路、11-补水支路、12-换热盘管、13-止回阀、14-替换支路、15-电动阀门、16-外槽、17-内衬槽、18-溢流口、19-孔隙、20-废水排出口、21-换热管、Ⅰ-一级热水腔、Ⅱ-二级热水腔、Ⅲ-三级热水腔。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种多热源分级热水供水系统，该系统包括储水器1、分别为所述储水器1提供热量的可再生能源加热子系统、电加热子系统、废水余热回收子系统3以及与所述储水器1相连的热水输出子系统；所述储水器1包括数目大于等于2的热水腔。
所述储水器1包括一级热水腔Ⅰ、二级热水腔Ⅱ和三级热水腔Ⅲ；所述一级热水腔、所述二级热水腔Ⅱ和所述三级热水腔Ⅲ的侧壁分别设有进水口。
所述可再生能源加热子系统包括可再生能源加热装置2、设于所述储水器1内的换热盘管12、连接可再生能源加热装置2和所述换热盘管12的管路以及设于所述可再生能源加热子系统内的换热介质；
所述管路包括进口管路7和出口管路8，所述进口管路7上设有循环泵9，所述进口管路7设有与所述循环泵9并联的维修支路10。
所述换热盘管12分别依次贯穿所述二级热水腔Ⅱ与所述一级热水腔Ⅰ和所述三级热水腔Ⅲ间的隔热板；所述换热盘管12于所述隔热板处分别设有止回阀13，所述换热盘管12内的介质只能从所述一级热水腔Ⅰ流入所述二级热水腔Ⅱ、从所述二级热水腔Ⅱ流入所述三级热水腔Ⅲ；所述换热盘管12于所述一级热水腔Ⅰ、所述二级热水腔Ⅱ和所述三级热水腔Ⅲ内分别设有进口，所述进口与所述进口管路7连接，所述进口分别设有电动阀门门15；所述换热盘管于所述三级热水腔Ⅲ内设有出口，所述出口与所述出口管路8连接。
所述可再生能源加热装置2包括太阳能加热器、地源热泵加热器和/或空气源热泵。
所述废水余热回收子系统3为设置在排水沟内的回收槽；所述回收槽包括外槽16和内衬槽17；所述内衬槽17内纵向设有数目大于1的换热管21，所述内衬槽17设有孔隙19和溢流口18；所述外槽16设有废水排出口20。
所述换热管21的进水口与冷水给水管连接，出水口分别与所述储水器的进水口连接；
所述换热管的出水口通过替换支路14与冷水给水管连接；
所述冷水给水管与所述换热管21的进水口之间设有第一阀门；所述冷水给水管与所述替换支路14之间设有第二阀门，废水余热回收子系统正常工作的情况下，则第一阀门开启，第二阀门关闭；废水余热回收子系统出现故障时，则第一阀门关闭，第二阀门开启。
所述电加热子系统包括分别设于所述一级热水腔Ⅰ、所述二级热水腔Ⅱ和所述三级热水腔Ⅲ内的温度传感器和分别设于所述一级热水腔Ⅰ和所述二级热水腔Ⅱ的电加热器；
所述温度传感器分别与所述电加热器和所述电动阀通讯连接。
所述热水输出子系统包括分别与所述一级热水腔Ⅰ、所述二级热水腔Ⅱ和所述三级热水腔Ⅲ连接的输出管路和设于管路末端的用水设备；
所述一级热水腔Ⅰ内的温度传感器的温度阈值设为100℃；与其连接的一级用水设备5提供开水；
所述二级热水腔Ⅱ内的温度传感器的温度阈值设为70℃；与其连接的二级用水设备4为淋浴热水器，用于洗澡
所述三级热水腔Ⅲ内的水用于洗手、洗菜等厨房用水，与其连接的三级用水设备6为水龙头。
所述三级热水腔Ⅲ连接的输出管路上设有与所述三级热水腔Ⅲ内的温度传感器通讯连接的温度显示仪。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种上述的多热源供水系统的控制方法，所述方法包括如下步骤：
(1)根据所述一级热水腔Ⅰ内的温度传感器检测到的温度、所述二级热水腔内的温度传感器Ⅱ检测到的温度，控制所述一级热水腔Ⅰ和所述二级热水腔Ⅱ内的电加热器的启闭；
(2)根据所述一级热水腔Ⅰ内的温度传感器检测到的温度、所述二级热水腔Ⅱ内的温度传感器检测到的温度，控制所述一级热水腔Ⅰ、二级热水腔Ⅱ和所述三级热水腔Ⅲ的换热盘管13的进口的电动阀门门15的启闭。
优选的，所述步骤(1)包括：
所述一级热水腔Ⅰ内的温度传感器检测到的温度低于其温度阈值，启动所述一级热水器Ⅰ内的电加热器加热至其温度阈值；
所述二级热水腔Ⅱ内的温度传感器检测到的温度低于其温度阈值，启动所述二级热水器Ⅱ内的电加热器加热至其温度阈值。
优选的，所述步骤(2)包括：
所述一级热水腔Ⅰ内的温度传感器检测到的温度低于其温度阈值，所述一级热水腔内的换热盘管的进口上的电动阀门开启，其他电动阀门关闭；
所述一级热水腔Ⅰ内的温度传感器检测到的温度等于其温度阈值，所述二级热水腔Ⅱ内的温度传感器检测到的温度低于其温度阈值；所述二级热水腔Ⅱ内的换热盘管的进口上的电动阀门开启，其他电动阀门关闭；
所述一级热水腔Ⅰ内的温度传感器检测到的温度等于其温度阈值，所述二级热水腔Ⅱ内的温度传感器检测到的温度等于其温度阈值；所述三级热水腔Ⅲ内的换热盘管的进口上的电动阀门开启，其他电动阀门关闭。
所述一级热水腔内的温度传感器的温度阈值大于所述二级热水器内的温度传感器的温度阈值。
最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (14)

1.一种多热源分级热水供水系统，其特征在于，该系统包括储水器、分别为所述储水器提供热量的可再生能源加热子系统、电加热子系统、废水余热回收子系统以及与所述储水器相连的热水输出子系统；所述储水器包括数目大于等于2的热水腔。
2.根据权利要求1所述的一种多热源分级热水供水系统，其特征在于，所述储水器包括通过隔热板连接的一级热水腔、二级热水腔和三级热水腔；所述一级热水腔、所述二级热水腔和所述三级热水腔的侧壁分别设有进水口。
3.根据权利要求2所述的一种多热源分级热水供水系统，其特征在于，所述可再生能源加热子系统包括可再生能源加热装置、设于所述储水器内的换热盘管、连接可再生能源加热装置和所述换热盘管的管路以及设于所述可再生能源加热子系统内的换热介质；所述管路上设有循环泵。
4.根据权利要求3所述的一种多热源分级热水供水系统，其特征在于，所述换热盘管分别依次贯穿所述二级热水腔与所述一级热水腔和所述三级热水腔间的隔热板；所述换热盘管于所述隔热板处分别设有止回阀，所述换热盘管内的介质只能从所述一级热水腔流入二级热水腔、从所述二级热水腔流入所述三级热水腔；所述换热盘管于所述一级热水腔、所述二级热水腔和所述三级热水腔内分别设有进口；所述换热盘管于所述三级热水腔内设有出口；所述进口和所述出口分别与所述管路连接，所述进口分别设有电动阀门。
5.根据权利要求3所述的一种多热源分级热水供水系统，其特征在于，所述可再生能源加热装置包括太阳能加热器、地源热泵加热器和/或空气源热泵。
6.根据权利要求2所述的一种多热源分级热水供水系统，其特征在于，所述废水余热回收子系统为设置在排水沟内的回收槽；所述回收槽包括外槽和内衬槽；所述内衬槽内纵向设有数目大于1的换热管，所述内衬槽设有孔隙和溢流口；所述外槽设有废水排出口。
7.根据权利要求6所述的一种多热源分级热水供水系统，其特征在于，所述换热管的进水口与冷水给水管连接，出水口与所述储水器的进水口连接。
8.根据权利要求4所述的一种多热源分级热水供水系统，其特征在于，所述电加热子系统包括分别设于所述一级热水腔、所述二级热水腔和所述三级热水腔内的温度传感器和分别设于所述一级热水腔和所述二级热水腔的电加热器；
所述温度传感器分别与所述电加热器和所述电动阀通讯连接。
9.根据权利要求2所述的一种多热源分级热水供水系统，其特征在于，所述热水输出子系统包括分别与所述一级热水腔、所述二级热水腔和所述三级热水腔连接的输出管路和设于管路末端的用水设备。
10.根据权利要求9所述的一种多热源分级热水供水系统，其特征在于，所述三级热水腔连接的输出管路上设有与所述三级热水腔内的温度传感器通讯连接的温度显示仪。
11.一种权利要求1～10任一所述的多热源供水系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)根据所述一级热水腔内的温度传感器检测到的温度、所述二级热水腔内的温度传感器检测到的温度，控制所述一级热水腔和所述二级热水腔内的电加热器的启闭；
(2)根据所述一级热水腔内的温度传感器检测到的温度、所述二级热水腔内的温度传感器检测到的温度，控制所述一级热水腔、二级热水腔和所述三级热水腔的换热盘管的进口的电动阀门的启闭。
12.根据权利要求11所述的一种多热源分级热水供水系统的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：
所述一级热水腔内的温度传感器检测到的温度低于其温度阈值，启动所述一级热水器内的电加热器加热至其温度阈值；
所述二级热水腔内的温度传感器检测到的温度低于其温度阈值，启动所述二级热水器内的电加热器加热至其温度阈值。
13.根据权利要求11所述的一种多热源分级热水供水系统的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：
所述一级热水腔内的温度传感器检测到的温度低于其温度阈值，所述一级热水腔内的换热盘管的进口上的电动阀门开启，其他电动阀门关闭；
所述一级热水腔内的温度传感器检测到的温度等于其温度阈值，所述二级热水腔内的温度传感器检测到的温度低于其温度阈值；所述二级热水腔内的换热盘管的进口上的电动阀门开启，其他电动阀门关闭；
所述一级热水腔内的温度传感器检测到的温度等于其温度阈值，所述二级热水腔内的温度传感器检测到的温度等于其温度阈值；所述三级热水腔内的换热盘管的进口上的电动阀门开启，其他电动阀门关闭。
14.根据权利要求11所述的一种多热源分级热水供水系统的控制方法，其特征在于，所述一级热水腔内的温度传感器的温度阈值大于所述二级热水器内的温度传感器的温度阈值。
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