CN110030613A - 基于太阳能的采暖系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于太阳能的采暖系统，涉及采暖技术领域。该基于太阳能的采暖系统包括热源模块、换热模块、储热模块、辅热模块和控制模块；热源模块、换热模块、储热模块和辅热模块分别与控制模块电连接，且储热模块、辅热模块和热用户并联设置；采暖水通过热源模块加热，流向换热模块进行热交换，热交换后的水流向储热模块存储，存储在储热模块的热水能够流向热用户，辅热模块能够向热用户提供热量，且经过换热模块的热水能够直接流向热用户，以缓解现有技术中在进行供热时，如果需要高温供热则太阳能效率较低，如果提高太阳能的效率，且供热温度较低，故而存在供热温度与太阳能效率相矛盾等技术问题。

Description

基于太阳能的采暖系统

技术领域

本发明涉及采暖技术领域，尤其涉及一种基于太阳能的采暖系统。

背景技术

太阳能作为最清洁的可再生能源，在环境污染日益严重和化石能源缺少的今天，利用太阳能采暖是重要的解决方案之一。目前国内的太阳能采暖仍处于起步阶段，对其技术的探索仍在进行。目前国内的太阳能采暖主要分为两种：一是以单体建筑为主的小型采暖，一是以大型跨季节为基础的大型采暖。小型采暖由于规模小，系统综合效率低，不能很好的利用太阳资源，因此经济性差；同时系统存在不易于统一维护等缺点；同时系统一般需要低温供暖。大型采暖目前主要的研究方向是基于大型蓄热体，若大型水体蓄热、土壤蓄热等。此类系统一般用于非采暖季辐照好而采暖季辐照差的地区；水体蓄热建造需要占用较大体积，仍处于试验阶段；土壤蓄热存在蓄热周期特别长，取热效果差等缺点；这类系统较适用于完全新建的采暖系统，系统一般采用低温供暖。

鉴于此，迫切需要一种基于太阳能的采暖系统,能够解决上述问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种基于太阳能的采暖系统，以缓解现有技术中在进行供热时，如果需要高温供热则太阳能效率较低，如果提高太阳能的效率，且供热温度较低，故而存在供热温度与太阳能效率相矛盾等技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种基于太阳能的采暖系统，包括热源模块、换热模块、储热模块、辅热模块和控制模块；

所述热源模块、所述换热模块、所述储热模块和所述辅热模块分别与所述控制模块电连接，且所述储热模块、所述辅热模块和热用户并联设置；

采暖水通过所述热源模块加热，流向所述换热模块进行热交换，热交换后的水流向所述储热模块存储，存储在所述储热模块的热水能够流向热用户，所述辅热模块能够向热用户提供热量，且经过所述换热模块的热水能够直接流向热用户。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述储热模块具有高温水口、中温水口和低温水口，且所述高温水口、所述中温水口和所述低温水口分别与热用户连通。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述基于太阳能的采暖系统还包括第一水泵；

所述第一水泵与所述控制模块电连接，所述第一水泵设置在所述热源模块的输出端，所述第一水泵能够提供将所述热源模块内热水输送至所述换热模块的动力。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述基于太阳能的采暖系统还包括第二水泵；

所述第二水泵与所述控制模块电连接，所述第二水泵设置在所述换热模块的输出端，所述第二水泵能够提供将所述换热模块的热水输送至所述储热模块和所述热用户的动力，所述第二水泵还能够将所述储热模块的热水输送至所述换热模块和所述热源模块。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述基于太阳能的采暖系统还包括第三水泵；

所述第三水泵与所述控制模块电连接，所述第三水泵设置在所述热用户的输入端，所述第三水泵能够提供将所述储热模块内的热水输送至所述热用户的动力。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述基于太阳能的采暖系统还包括散热模块；

所述散热模块与所述控制模块电连接，所述散热模块设置在所述热源模块处，所述散热模块能够将所述储热模块和所述热源模块内多余的热量散掉。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述基于太阳能的采暖系统还包括流量调节阀；

所述流量调节阀设置采暖水流通的管路上，所述流量调节阀用于调节换热水的流量大小。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述基于太阳能的采暖系统还包括开关阀；

所述开关阀设置在采暖水流通的管路上，所述开关阀能够连通和断开采暖水流通的通路。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述储热模块采用承压水箱。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述换热模块的数量为一个。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种基于太阳能的采暖系统，包括热源模块、换热模块、储热模块、辅热模块和控制模块，且热源模块、换热模块、储热模块和辅热模块分别与控制模块电连接，由控制模块控制各个模块的开启和关闭。其中，热源模块即为太阳能供热，储热模块采用能够进行储热的水箱；其中，储热模块、辅热模块以及用热的热用户三者并联设置，且中间并没有设置有多余的换热模块等，进而确保能够进行高温供热。

在实际使用时，采暖用的采暖水在热源模块进行加热，使得采暖水的温度升高，加热后的水能够通过热源模块与换热模块之间的连接管路流向换热模块，在换热模块内进行热交换；热交换后的采暖水能够沿管道直接送往热用户以便使用，或者热交换后的采暖水能够被存储在储热模块中进行蓄热，储热模块与热用户通过管道连通，以便存储在储热模块中的热水流向热用户；其中，从热源模块送出的热水只需经过一次换热模块的换热即可直接送往热用户，确保热用户能够接收到高温供热；同时因为储热模块、辅热模块和热用户三者并联设置，且中间并不设置其余的换热模块，进而使得存储的储热模块内的热能能够直接传递至热用户，辅热模块也能够直接将热能传递至热用户，确保热用户接收到高温供热，进而增加了对热源模块产热的利用率，降低了换热过程中的热损，提高了热用户所接收到的热能温度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于太阳能的采暖系统的示意图。

图标：10-热源模块；20-换热模块；30-储热模块；40-辅热模块；50-控制模块；60-热用户；70-第一水泵；80-第二水泵；90-第三水泵；100-第四水泵；110-散热模块；120-第一流量阀；130-第二流量阀；140-第三流量阀；150-第四流量阀；160-第五流量阀；170-第六流量阀；180-第七流量阀；190-第八流量阀；200-第九流量阀；210-第十流量阀；220-第一开关阀；230-第二开关阀；240-第三开关阀；250-第四开关阀；260-第五开关阀；270-第六开关阀；301-高温水口；302-中温水口；303-低温水口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图1所示，本实施例提供的基于太阳能的采暖系统包括热源模块10、换热模块20、储热模块30、辅热模块40和控制模块50；热源模块10、换热模块20、储热模块30和辅热模块40分别与控制模块50电连接，且储热模块30、辅热模块40和热用户60并联设置；采暖水通过热源模块10加热，流向换热模块20进行热交换，热交换后的水流向储热模块30存储，存储在储热模块30的热水能够流向热用户60，辅热模块40能够向热用户60提供热量，且经过换热模块20的热水能够直接流向热用户60。

具体的，该基于太阳能的采暖系统包括热源模块10、换热模块20、储热模块30、辅热模块40和控制模块50，且热源模块10、换热模块20、储热模块30和辅热模块40分别与控制模块50电连接，由控制模块50控制各个模块的开启和关闭。其中，热源模块10即为太阳能供热，储热模块30采用能够进行储热的水箱；其中，储热模块30、辅热模块40以及需要用热的热用户60三者并联设置，且中间并没有设置有多余的换热模块20等，进而确保经过储热模块30、辅热模块40的热能能够几乎完全传递至热用户60，确保高温供热。

在实际使用时，采暖用的采暖水在热源模块10进行加热，使得采暖水的温度升高，加热后的水能够通过热源模块10与换热模块20之间的连接管路流向换热模块20，在换热模块20内进行热交换；热交换后的采暖水能够沿管道直接送往热用户60以便使用，或者热交换后的采暖水能够被存储在储热模块30中进行蓄热，储热模块30与热用户60通过管道连通，以便存储在储热模块30中的热水流向热用户60；其中，热源模块10送出的热水只需经过一次换热模块20的换热即可直接送往热用户60，确保热用户60能够接收到高温供热；同时因为储热模块30、辅热模块40和热用户60三者并联设置，且中间并不设置其余的换热模块20，进而使得存储的储热模块30内的热能能够直接传递至热用户60，辅热模块40也能够直接将热能传递至热用户60，确保热用户60接收到高温供热，进而增加了对热源模块10产热的利用率，降低了换热过程中的热损，提高了热用户60所接收到的热能温度。

在本实施例可选的方案中，如图1所示，储热模块30具有高温水口301、中温水口302和低温水口303，且高温水口301、中温水口302和低温水口303分别与热用户连通。

具体的，该储热水箱具有高温水口301、中温水口302和低温水口303，高温水口301对应流入或流出高温水，中温水口302对应流入或流出中温水，低温水口303对应流入或流出低温水，使用时能够根据实际需求去选择该由哪一个水口进行采暖水的流入或者流出，进而实现了分温供暖，提高了供暖系统的综合效率，同时根据不同的水温需求增加了对太阳能的利用率，促使太阳能供热的能够针对不同温度进行加热，从而使得整个采暖系统能够最大化的被利用。

其中，能够根据热用户60的用水温度的使用工况选择储热模块30的其中一个进出水口使用；同时，设置在热用户60输入口处的辅热模块40也能够产生热量通过热水供给热用户60使用。

其中，高温水口301设置在储热水箱的顶部，中温水口302设置在储热水箱的中部，低温水口303设置在储热水箱的底部。

在本实施例可选的方案中，如图1所示，基于太阳能的采暖系统还包括第一水泵70；第一水泵70与控制模块50电连接，第一水泵70设置在热源模块10的输出端，第一水泵70能够提供将热源模块10内热水输送至换热模块20的动力。

进一步的，基于太阳能的采暖系统还包括第二水泵80；第二水泵80与控制模块50电连接，第二水泵80设置在换热模块20的输出端，第二水泵80能够提供将换热模块20的热水输送至储热模块30和热用户60的动力，第二水泵80还能够将储热模块30的热水输送至换热模块20和热源模块10。

进一步的，基于太阳能的采暖系统还包括第三水泵90；第三水泵90与控制模块50电连接，第三水泵90设置在热用户60的输入端，第三水泵90能够提供将热水输送至热用户60的动力。

在一些实施例中，基于太阳能的采暖系统还包括散热模块110，散热模块110和控制模块50电连接，散热模块110设置在热源模块10处，散热模块110能够将储热模块30和热源模块10内多余的热量散掉。

在实际使用时，基于太阳能的采暖系统还包括流量调节阀；流量调节阀设置在采暖水流通的管路上，流量调节阀用于调节换热水的流量大小。

进一步的，基于太阳能的采暖系统还包括开关阀；开关阀设置在采暖水流通的管路上，开关阀能够连通和断开采暖水流通的通路。

在实际使用时，储热模块30、辅热模块40和热用户60并联设置。

其中，储热模块30采用承压水箱，压力与热用户60相近，可以设置为钢制水箱，也可以采用不锈钢、环氧树脂等其他材料；另外，该储热模块30用的水箱能够长期蓄热，也能够用于短期蓄热。

其中，换热模块20的数量为一个。

其中，辅热模块40一般采用水源热泵，也可以采用电锅炉、燃气锅炉等其他能源的一种或多种结合。

其中，热用户60即为需要用热的采暖建筑，或者二级换热站等其他类型功能的用热方式。

其中，热源模块10为闭式承压系统，也可以为开式或非承压系统。内置多个辐照传感器，根据辐照强度通过控制模块50来启动第一水泵70并调节其流量。

其中，流量调节阀的数量为十个，分布在不同的管路上，并针对不同的工况需要选择不同的流量调节阀，即第一流量阀120、第二流量阀130、第三流量阀140、第四流量阀150、第五流量阀160、第六流量阀170、第七流量阀180、第八流量阀190、第九流量阀200、第十流量阀210，且分别与控制模块50电连接；开关阀的数量为六个，也分布在不同的管路上，并针对不同的工况需要选择不同的开关阀，即第一开关阀220、第二开关阀230、第三开关阀240、第四开关阀250、第五开关阀260、第六开关阀270，且分别与控制模块50电连接。

如图1所示，举例说明不同工况下该采暖系统如何工作：

1、预热模式

在整个采暖系统运行前，需要先启动预热模式。使用时，第一水泵70启动，第一流量阀120开启，第二流量阀130关闭，以便通过预热将热源模块10和换热模块20之间的管道内的介质进行预先加热，以减小当零度以下的冷水进入换热模块20时对换热模块20损坏几率或者换热模块20的结冰率。

2、水箱蓄热

当热用户60没有热需求时，第一水泵70和第二水泵80均启动，第三水泵90关闭，第六流量阀170和第二开关阀230开启，第五流量阀160和第一开关阀220关闭，进而将热源模块10的产生的热水所携带的热量通过换热模块20传递至储热模块30中存储。

3、热源模块10进行供热

当热用户60有用热需求时，第一水泵70、第二水泵80以及第三水泵90均启动，第六流量阀170、第七流量阀180以及第二开关阀230开启，第五流量阀160、第一开关阀220、第五开关阀260以及第六开关阀270关闭：

a.太阳能产热等于热用户60用热

热源模块10的热量恰好等于热用户60的需求热量时，只需将热量通过换热模块20传递至热用户60即可。

b.太阳能产热大于热用户60用热

热源模块10产生的热量大于热用户60的用热需求时，一部分热量能够直接通过换热模块20传递至热用户60，一部分热量随着热水通过换热模块20流向储热模块30，进而将多余的热水存储在储热模块30中；如果储热模块30中热水的热量达到最大值，则能够通过散热模块110将多余的热量散掉。

c.太阳能产热小于热用户60用热

当热源模块10产生的热量小于热用户60的用热需求时，能够将存储在储热模块30中的热水传递至热用户60，如果储热模块30的热能仍旧不能满足热用户的用热需求，则通过启动辅热模块40，以通过辅热模块40为热用户60供热，以便满足用热需求。

d.太阳能产热长时间大于热用户60用热

在非采暖季、采暖季刚开始和即将结束时，供热系统产生的热量基本处于长时间大于热用户60的用热需求。在白天，根据热用户60的用热情况开启第三水泵90，且第一水泵70和第二水泵80开启，第六流量阀170和第二开关阀230开启，第一开关阀220和第五流量阀160关闭，以便热源模块10能够将多余的热水传递至储热模块30进行存储。在夜间，第一水泵70和第二水泵80开启，第六流量阀170和第二开关阀230关闭，第一开关阀220和第五流量阀160开启，以便将储热模块30中的热量散发掉；当散热不足时，还能够启动散热模块110进行散热。

4、低温蓄热或供热模式

当太阳辐照强度一般，热源模块10调整为低温模式运行，第四开关阀250打开，第三开关阀240关闭，热源模块10产生的热水通过换热模块20进入储热模块30的中部。在采暖季刚开始或快结束或热用户60热负荷很小时，第五开关阀260打开，第六开关阀270关闭，储热模块30中部热水热量提供给热用户60。

5、高温蓄热或供热模式

当太阳辐照强度高，热源模块10调整为中高温模式运行，第三开关阀240打开，第四开关阀250关闭，热源模块10产生的热水通过换热模块20进入储热模块30的上部。在热用户60热负荷较高时，第六开关阀270打开，第五开关阀260关闭，储热模块30上部热水热量提供给热用户60。

6、辅助能源模式

当热源模块10和储热模块30热水均不足以提供热量给供给热用户60，启动辅热模块40，辅热模块40可以和热源模块10、储热模块30其中的一种或两种共同供热，也可以单独供热。同时，辅热模块40可以直接对储热模块30单独循环，降低其底部温度，提高太阳能效率，或者在电价等能源价格较低时，启动辅热模块40，将热水储存在储热模块30中，降低系统成本。

当储热模块30中温度较低时，启动辅热模块40，第五开关阀260、第七流量阀180、第十流量阀210关闭，第六开关阀270、第八流量阀190、第九流量阀200开启，第四水泵100开启，辅热模块40出口处高温和储热模块30中较低温度混合后，供给热用户60，当储热模块30温度降低到设定温度后，第六开关阀270、第九流量阀200关闭，第十流量阀210开启，仅靠辅热模块40供热；同时热用户60的回水可以通过第四水泵100与辅热模块40出口混合。

7、防冻模式

热源模块10采用防冻液作为传热介质，当出现极端寒冷天气，且无太阳辐照，首先启动第一水泵70，系统进入防冻模式。若温度低于防冻液能承受的温度，第一水泵70、第二水泵80开启，第六流量阀170和第二开关阀230关闭，第一开关阀220和第五流量阀160开启，第三开关阀240、第七流量阀180关闭，第四开关阀250开启，将储热模块30中部热水热量传到热源模块10以防止系统冻坏，当储热模块30中部温度不足时，第四开关阀250关闭，第三开关阀240开启，将储热模块30上部的热水热量传到热源模块10。若上部热水热量仍不足时，第三开关阀240、第四开关阀250关闭，第七流量阀180开启，并启动辅热模块40。

该采暖系统具有如下的优点：

1、通过太阳能直接供热给管网，减少因换热带来的温度损失，可以使太阳能在较高的温度条件下运行，同时又能保持较高的效率；

2、系统中储热水箱可以采用小容量，降低成本；

3、系统利用辐照控制，和变频水泵组合使用，既可以实现系统的定温供热，避免温度变化太大对系统的冲击；又可以尽可能的降低水泵的用电，具有较好的经济性；

4、系统整理结构简单，关键水泵采用一备一用，可以大大降低系统故障率，提高可靠性；

5、系统可以实现自动散热功能并结合多种防冻功能，既可以避免系统空晒、低温度防冻介质粘度大，又保证系统全年可靠运行。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，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)

1.一种基于太阳能的采暖系统，其特征在于，包括热源模块(10)、换热模块(20)、储热模块(30)、辅热模块(40)和控制模块(50)；

所述热源模块(10)、所述换热模块(20)、所述储热模块(30)和所述辅热模块(40)分别与所述控制模块(50)电连接，且所述储热模块(30)、所述辅热模块(40)和热用户(60)并联设置；

采暖水通过所述热源模块(10)加热，流向所述换热模块(20)进行热交换，热交换后的水流向所述储热模块(30)存储，存储在所述储热模块(30)的热水能够流向热用户(60)，所述辅热模块(40)能够向热用户(60)提供热量，且经过所述换热模块(20)的热水能够直接流向热用户(60)。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能的采暖系统,其特征在于，所述储热模块(30)具有高温水口(301)、中温水口(302)和低温水口(303)，且所述高温水口(301)、所述中温水口(302)和所述低温水口(303)分别与热用户(60)连通。

3.根据权利要求2所述的基于太阳能的采暖系统,其特征在于，所述基于太阳能的采暖系统还包括第一水泵(70)；

所述第一水泵(70)与所述控制模块(50)电连接，所述第一水泵(70)设置在所述热源模块(10)的输出端，所述第一水泵(70)能够提供将所述热源模块(10)内热水输送至所述换热模块(20)的动力。

4.根据权利要求3所述的基于太阳能的采暖系统,其特征在于，所述基于太阳能的采暖系统还包括第二水泵(80)；

所述第二水泵(80)与所述控制模块(50)电连接，所述第二水泵(80)设置在所述换热模块(20)的输出端，所述第二水泵(80)能够提供将所述换热模块(20)的热水输送至所述储热模块(30)和所述热用户(60)的动力，所述第二水泵(80)还能够将所述储热模块(30)的热水输送至所述换热模块(20)和所述热源模块(10)。

5.根据权利要求4所述的基于太阳能的采暖系统,其特征在于，所述基于太阳能的采暖系统还包括第三水泵(90)；

所述第三水泵(90)与所述控制模块(50)电连接，所述第三水泵(90)设置在所述热用户(60)的输入端，所述第三水泵(90)能够提供将所述储热模块(30)内的热水输送至所述热用户(60)的动力。

6.根据权利要求5所述的基于太阳能的采暖系统,其特征在于，所述基于太阳能的采暖系统还包括散热模块(110)；

所述散热模块(110)与所述控制模块(50)电连接，所述散热模块(110)设置在所述热源模块(10)处，所述散热模块(110)能够将所述储热模块(30)和所述热源模块(10)内多余的热量散掉。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于太阳能的采暖系统,其特征在于，所述基于太阳能的采暖系统还包括流量调节阀；

所述流量调节阀设置采暖水流通的管路上，所述流量调节阀用于调节采暖水的流量大小。

8.根据权利要求7所述的基于太阳能的采暖系统,其特征在于，所述基于太阳能的采暖系统还包括开关阀；

所述开关阀设置在采暖水流通的管路上，所述开关阀能够连通和断开采暖水流通的通路。

9.根据权利要求8所述的基于太阳能的采暖系统,其特征在于，所述储热模块(30)采用承压水箱。

10.根据权利要求8所述的基于太阳能的采暖系统,其特征在于，所述换热模块(20)的数量为一个。