CN110986137B - 一种分布式太阳能供热系统与方法 - Google Patents

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Abstract

一种分布式太阳能供热系统，包括集中热力站和多个用户太阳能供热系统，每个用户太阳能供热系统配备一个用户热力站，用户太阳能供热系统通过第二换热管路热水管和第二换热管路冷水管与相应的用户热力站换热，各用户热力站通过第三换热管路热水管连接至集中热力站的供热管网供水管，通过第三换热管路冷水管连接至集中热力站的供热管网回水管。用户太阳能供热系统可将富余热量输送给供热管网，供热管网也可为用户太阳能供热系统补充热量。本发明利用各用户产热、用热不同步的特点，通过供热管网的协调满足各用户热需求，减小集中热源的负荷，达到节能的目的，提高了供暖稳定性，同时解决了城镇地区受空间限制而无法应用集中太阳能供热系统的问题。

Description

一种分布式太阳能供热系统与方法
技术领域
本发明属于太阳能供热技术领域，特别涉及一种分布式太阳能供热系统与方法。
背景技术
太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源，在化石燃料逐渐减少，国际能源形势日趋严峻的今天，太阳能利用技术已被广泛应用于生产、生活中，其中太阳能供热系统就是一类。
太阳能供热系统利用丰富的太阳能满足建筑的采暖和生活热水需求，极大地节约了化石能源的使用，缓解了以煤炭为主的传统采暖方式造成的环境污染严重等问题；但由于太阳能资源波动大、能流密度低，使户用太阳能供热系统保证率低，热稳定性差，以往为解决此问题，户用太阳能供热系统均按最不利情况设计，以极大的初投资换取保证率的有限提升，经济性较差。
为解决户用太阳能供热系统经济性差的问题，太阳能集中供热系统逐渐发展起来。太阳能集中供热系统利用多个用户用热不完全同步的特点，在提高热稳定性的同时，可控制各栋建筑重复投资，具有经济性好、效率高、稳定性高等优势；然而太阳能集中供热系统集热器阵列往往需要大面积安装场地,我国绝大多数城镇内建筑密集，土地资源珍贵，不适合大型集中太阳能供热系统的建立。
发明内容
为了克服上述现有太阳能供热系统应用存在的问题，本发明的目的在于提供一种分布式太阳能供热系统与方法，利用分散的众多单体建筑屋顶分别收集太阳能，再汇集到集中供热管网中，既节省了大量集热器安装场地，又收集了总量可观的太阳能，很好地解决了大型集中太阳能供热系统集热器安装场地有限的问题，促进了太阳能供热的推广应用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种分布式太阳能供热系统，包括集中热力站1和多个用户太阳能供热系统4，每个用户太阳能供热系统4配备一个用户热力站5，用户太阳能供热系统4通过第二换热管路热水管501和第二换热管路冷水管505与相应的用户热力站5换热，各用户热力站5通过第三换热管路热水管506连接至集中热力站1的供热管网供水管2，通过第三换热管路冷水管513连接至集中热力站1的供热管网回水管3。
所述每个用户太阳能供热系统4包括太阳能集热器6，太阳能集热器6的进水口通过集热循环管路冷水进水管602连接第一换热器7的热源侧一端，出水口通过集热循环管路热水出水管601连接第一换热器7的热源侧另一端，用户蓄热水箱10的出水口通过第一换热管路冷水管101连接第一换热器7的换热侧一端，进水口通过第一换热管路热水管102连接第一换热器7的换热侧另一端，所述太阳能集热器6通过所述第一换热器7将收集的热量储存在所述用户蓄热水箱10中，所述用户蓄热水箱10通过第二换热管路热水管501和第二换热管路冷水管505与相应的用户热力站5相连接实现换热。
所述集热循环管路冷水进水管602上串接有集热循环泵9，定压膨胀罐8通过连接管603接于集热循环管路冷水进水管602上，换热循环泵一11串接在第一换热管路冷水管101上；用户蓄热水箱10内设有实时监测箱中水温的温度传感器T33，温度传感器T33通过线路连接至系统控制器；用户蓄热水箱10内还设有水箱换热盘管13；水箱换热盘管13通过自来水进水管142、生活热水出水管141与生活热水部分14相连接；用户蓄热水箱10还通过采暖供水管171、采暖回水管172与采暖部分17相连接。
所述用户蓄热水箱10的出水口设置在中下部，进水口设置在中上部，且下部设置补水口，所述用户蓄热水箱10中水温设置最高设计值、最低设计值、设计平均值，所述用户蓄热水箱10内温度均匀，所述用户蓄热水箱10的侧壁和底部上设置有保温层和防水层。
所述用户热力站5包括第二换热器21，第二换热器21的一换热侧与管道的连接接口分别为接口g和接口h；接口g通过第二换热管路冷水管段fg502与第二换热管路冷水管505相连接，接口h与第二换热管路热水管501相连接；第二换热器21的另一换热侧与管道的连接接口分别为接口i和接口j，接口i通过第三换热管路管段ik509连接电动三通阀四30的k口，电动三通阀四30的l口接第三换热管路管段lq512，m口接第三换热管路管段mr510，接口j通过第三换热管路管段nj508连接电动三通阀三29的n口，电动三通阀三29的o口接第三换热管路管段qo507，p口接第三换热管路管段rp511，第三换热管路管段lq512和第三换热管路管段qo507均与第三换热管路热水管506相连接，连接点为q；第三换热管路管段mr510和第三换热管路管段rp511均与第三换热管路冷水管513相连接，连接点为r。
所述第二换热管路热水管501上串接有闸阀一22，所述第二换热管路冷水管505上串接有闸阀二27，第二换热管路冷水管505接电动三通阀二26的a口，电动三通阀二26的b口通过第二换热管路冷水管段be504接电动三通阀一23的e口，电动三通阀二26的c口通过第二换热管路冷水管段dc503接电动三通阀一23的d口，电动三通阀一23的f口接第二换热管路冷水管段fg502。
所述第二换热管路冷水管段dc503上串接有换热循环泵二24，第二换热管路冷水管段be504上串接有换热循环泵三25，第三换热管路管段lq512上串接有换热循环泵四31，第三换热管路热水管506上串接有闸阀三28，第三换热管路冷水管513上串接有闸阀四32。
各阀、泵以及温度传感器T33均通过线路连接至所述系统控制器；所述温度传感器T33实时监测用户蓄热水箱10中水的温度，并将此信号传输至所述系统控制器，所述系统控制器向所述电动三通阀一23、所述电动三通阀二26、所述电动三通阀三29、所述电动三通阀四30、所述闸阀一22、所述闸阀二27、所述闸阀三28、所述闸阀四32、所述换热循环泵二24、所述换热循环泵三25、所述换热循环泵四31发出信号，控制各闸阀的开关状态、各电动三通阀的流通方向以及各换热循环泵的启停状态，实现供热管网与用户太阳能供热系统4的双向换热。
本发明还提供了基于所述分布式太阳能供热系统的分布式太阳能供热方法，包括：
所述太阳能集热器6接受太阳辐射后，加热来自集热循环管路冷水进水管602中的低温冷水，此时水由低温冷水变为高温热水，高温热水流经集热循环管路热水出水管601后进入第一换热器7的热源侧，换热后变为低温冷水，低温冷水进入集热循环管路冷水进水管602，经集热循环泵9加压后再次进入太阳能集热器6中，如此反复循环；
所述用户蓄热水箱10中的低温冷水进入第一换热管路冷水管101，经换热循环泵一11加压后进入第一换热器7的换热侧，换热后变为高温热水，高温热水流经第一换热管路热水管102后进入用户蓄热水箱10，从而将热量储存在用户蓄热水箱10中；
当用户有生活热水需求时，自来水通过所述自来水进水管142经生活热水循环泵16加压后流入所述水箱换热盘管13，在水箱换热盘管13中充分换热，换热后变为高温热水，高温热水由生活热水出水管141输送到生活热水设备15中，从而满足用户生活热水需求；
当用户有采暖需求时，所述用户蓄热水箱10中高温热水通过采暖供水管171流入分集水器18，分集水器18中的高温热水在用户散热末端放热后变为低温冷水，低温冷水流入采暖回水管172，经采暖循环泵19加压后进入用户蓄热水箱10中，如此反复循环，从而满足用户采暖需求；
所述温度传感器T33实时监测用户蓄热水箱10中水的温度，并将此信号传输至系统控制器：
当水温低于用户蓄热水箱10最低设计值时，系统控制器向闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32、电动三通阀一23、电动三通阀二26、电动三通阀三29、电动三通阀四30、换热循环泵三25发出信号，使换热循环泵三25开启，闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32打开，电动三通阀一23左换向、电动三通阀二26左换向、电动三通阀三29右换向、电动三通阀四30下换向，由供热管网向用户蓄热水箱10中补充热量，当温度传感器T33检测到用户蓄热水箱10中水的温度大于设计平均值时，将此信号传输至系统控制器，系统控制器向闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32、换热循环泵三25发出信号，使换热循环泵三25停止，闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32关闭，供热管网停止向用户蓄热水箱10补充热量；
当水温高于用户蓄热水箱10最高设计值时，系统控制器向闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32、电动三通阀一23、电动三通阀二26、电动三通阀三29、电动三通阀四30、换热循环泵二24、换热循环泵四31发出信号，使换热循环泵二24、换热循环泵四31开启，闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32打开，电动三通阀一23上换向、电动三通阀二26下换向、电动三通阀三29下换向、电动三通阀四30左换向，由用户蓄热水箱10向供热管网输送热量，当温度传感器T33检测到用户蓄热水箱10中水的温度小于设计平均值时，将此信号传输至系统控制器，系统控制器向闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32、换换热循环泵二24、换热循环泵四31发出信号，使换热循环泵二24、换热循环泵四31停止，闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32关闭，用户蓄热水箱10停止向供热管网输送热量。
当供热管网向用户蓄热水箱10中补充热量时，第二换热器21的一换热侧工作过程如下：所述供热管网供水管2中的高温热水通过第三换热管路热水管506、第三换热管路管段qo507流入电动三通阀三29，此时电动三通阀三29右换向，即第三换热管路管段qo507与第三换热管路管段nj508相连通，高温热水通过第三换热管路管段nj508流入第二换热器21，换热后变为低温冷水，低温冷水通过第三换热管路管段ik509流入电动三通阀四30，此时电动三通阀四30下换向，即第三换热管路管段ik509与第三换热管路管段mr510相连通，低温冷水流经第三换热管路管段mr510、第三换热管路冷水管513后进入所述供热管网回水管3；
第二换热器21的另一换热侧工作过程如下：所述用户蓄热水箱10中低温冷水通过第二换热管路冷水管505流入电动三通阀二26，此时电动三通阀二26左换向，即第二换热管路冷水管505与第二换热管路冷水管段be504相连通，低温冷水经换热循环泵三25加压，通过第二换热管路冷水管段be504流入电动三通阀一23，此时电动三通阀一23左换向，即第二换热管路冷水管段be504与第二换热管路冷水管段fg502相连通，低温冷水通过第二换热管路冷水管段fg502流入第二换热器21，换热后变为高温热水，高温热水流经第二换热管路热水管501后进入用户蓄热水箱10；
当用户蓄热水箱10向供热管网输送热量时，第二换热器21的一换热侧工作过程如下：用户蓄热水箱10中高温热水通过第二换热管路热水管501流入第二换热器21，换热后变为低温冷水，低温冷水通过第二换热管路冷水管段gf502流入电动三通阀一23，此时电动三通阀一23上换向，即第二换热管路冷水管段gf502与第二换热管路冷水管段dc503相连通，低温冷水经换热循环泵二24加压，通过第二换热管路冷水管段dc503流入电动三通阀二26，此时电动三通阀二26下换向，即第二换热管路冷水管段dc503与第二换热管路冷水管505相连通，低温冷水流经第二换热管路冷水管505后进入用户蓄热水箱10；
第二换热器21的另一换热侧工作过程如下：供热管网回水管3中的低温冷水通过第三换热管路冷水管513、第三换热管路管段rp511流入电动三通阀三29，此时电动三通阀三29下换向，即第三换热管路管段rp511与第三换热管路管段nj508相连通，低温冷水通过第三换热管路管段nj508流入第二换热器21，换热后变为高温热水，高温热水通过第三换热管路管段ik509流入电动三通阀四30，此时电动三通阀四30左换向，即第三换热管路管段ik509与第三换热管路管段lq512相连通，高温热水经换热循环泵四31加压，通过第三换热管路管段lq512、第三换热管路热水管506流入供热管网供水管2。
与现有技术相比，本发明分布式太阳能供热系统能有效利用各个不同用户太阳能供热系统的富余热量，利用控制阀门可以控制第二换热器两侧水循环流向，实现供热管网与太阳能供热系统的双向换热，太阳能供热系统可以将富余的热量输送给供热管网，供热管网也可以为太阳能供热系统补充热量，以满足用户热需求。本发明利用各用户产热、用热不同步的规律，通过供热管网协调各用户的用热，实现各用户太阳能系统供热、蓄热、放热相互协调，减小集中热源的负荷，达到节能的目的，提高了供暖稳定性；同时解决了城镇地区受空间限制而无法应用集中太阳能供热系统的问题，大大促进了太阳能供热系统的推广应用。
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为本发明实施提供的分布式太阳能供热系统示意图。
图2为本发明实施提供的用户太阳能供热系统示意图。
图3为本发明实施提供的生活热水部分结构示意图。
图4为本发明实施提供的采暖部分结构示意图。
图5为本发明实施提供的用户热力站结构示意图。
图6为本发明实施提供的用户太阳能供热系统控制流程图。
附图标记：
1-集中热力站；2-供热管网供水管；3-供热管网回水管；4-用户太阳能供热系统；5-用户热力站；6-太阳能集热器；7-第一换热器；8-定压膨胀罐；9-集热循环泵；10-用户蓄热水箱；11-换热循环泵一；12-安全阀；13-水箱换热盘管；14-生活热水部分；15-生活热水设备；16-生活热水循环泵；17-采暖部分；18-分集水器；19-采暖循环泵；20-Y型过滤器；21-第二换热器；22-闸阀一；23-电动三通阀一；24-换热循环泵二；25-换热循环泵三；26-电动三通阀二；27-闸阀二；28-闸阀三；29-电动三通阀三；30-电动三通阀四；31-换热循环泵四；32-闸阀四；33-温度传感器T；601-集热循环管路热水出水管；602-集热循环管路冷水进水管；603-连接管；101-第一换热管路冷水管；102-第一换热管路热水管；141-生活热水出水管；142-自来水进水管；171-采暖供水管；172-采暖回水管；501-第二换热管路热水管；502-第二换热管路冷水管段fg；503-第二换热管路冷水管段dc；504-第二换热管路冷水管段be；505-第二换热管路冷水管；506-第三换热管路热水管；507-第三换热管路管段qo；508-第三换热管路管段nj；509-第三换热管路管段ik；510-第三换热管路管段mr；511-第三换热管路管段rp；512-第三换热管路管段lq；513-第三换热管路冷水管。
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、完整的描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例提供的一种分布式太阳能供热系统包括：集中热力站1、供热管网供水管2、供热管网回水管3、多个用户太阳能供热系统4、多个用户热力站5(每个用户太阳能供热系统4配备一个用户热力站5)、第二换热管路热水管501、第二换热管路冷水管505、第三换热管路热水管506、第三换热管路冷水管513。
其中，集中热力站1与供热管网供水管2、供热管网回水管3相连接；用户热力站5一端通过第三换热管路热水管506、第三换热管路冷水管513分别与供热管网供水管2、供热管网回水管3相连接，用户热力站5另一端通过第二换热管路热水管501、第二换热管路冷水管505与用户太阳能供热系统4相连接。
如图2所示，用户太阳能供热系统4包括：太阳能集热器6、集热循环管路热水出水管601、集热循环管路冷水进水管602、连接管603、定压膨胀罐8、集热循环泵9、第一换热器7、第一换热管路热水管102、第一换热管路冷水管101、换热循环泵一11、用户蓄热水箱10、温度传感器T33、系统控制器、水箱换热盘管13、生活热水部分14、生活热水出水管141、自来水进水管142、采暖部分17、采暖供水管171、采暖回水管172、第二换热管路热水管501、第二换热管路冷水管505。
其中，太阳能集热器6进水口与集热循环管路冷水进水管602相连接，太阳能集热器6出水口与集热循环管路热水出水管601相连接；集热循环泵9串接在集热循环管路冷水进水管602上，定压膨胀罐8通过连接管603接于集热循环管路冷水进水管602上。
第一换热器7的热源侧通过集热循环管路热水出水管601和集热循环管路冷水进水管602与太阳能集热器6相连接，第一换热器7的换热侧通过第一换热管路冷水管101和第一换热管路热水管102与用户蓄热水箱10相连接，换热循环泵一11串接在第一换热管路冷水管101上。太阳能集热器6通过第一换热器7将收集的热量储存在用户蓄热水箱10中，用户蓄热水箱10通过第二换热管路热水管501和第二换热管路冷水管505与相应的用户热力站5相连接实现换热。
用户蓄热水箱10内设有实时监测箱中水温的温度传感器T33，温度传感器T33通过线路连接至系统控制器；用户蓄热水箱10内还设有水箱换热盘管13；水箱换热盘管13通过自来水进水管142、生活热水出水管141与生活热水部分14相连接，用于满足用户的生活热水需求；用户蓄热水箱10还通过采暖供水管171、采暖回水管172与采暖部分17相连接，用于满足用户的采暖需求。
用户蓄热水箱10的出水口设置在中下部，进水口设置在中上部，且下部设置补水口，温度传感器T33通过线路连接至系统控制器，用户蓄热水箱10中水温设置最高设计值、最低设计值、设计平均值，用户蓄热水箱10内温度均匀，用户蓄热水箱10的侧壁和底部上设置有保温层和防水层。
如图3所示，生活热水部分14包括：生活热水设备15、生活热水循环泵16、生活热水出水管141、自来水进水管142。
如图4所示，采暖部分17包括：分集水器18、Y型过滤器20、采暖循环泵19、采暖供水管171、采暖回水管172。
如图5所示，用户热力站5包括：闸阀一22、第二换热器21、电动三通阀一23、换热循环泵二24、换热循环泵三25、电动三通阀二26、闸阀二27、第二换热管路热水管501、第二换热管路冷水管段fg502、第二换热管路冷水管段dc503、第二换热管路冷水管段be504、第二换热管路冷水管505、闸阀三28、电动三通阀三29、电动三通阀四30、换热循环泵四31、闸阀四32、第三换热管路热水管506、第三换热管路管段qo507、第三换热管路管段nj508、第三换热管路管段ik509、第三换热管路管段mr510、第三换热管路管段rp511、第三换热管路管段lq512、第三换热管路冷水管513。
其中，第二换热器21的一换热侧与管道的连接接口分别为接口g和接口h；接口g与第二换热管路冷水管段gf502相连接，接口h与第二换热管路热水管501相连接；即，第二换热器21通过第二换热管路热水管501和第二换热管路冷水管505与用户太阳能供热系统4中用户蓄热水箱10相连接。
闸阀一22串接在第二换热管路热水管501上；闸阀二27串接在第二换热管路冷水管505上；第二换热管路冷水管505上设有电动三通阀二26，第二换热管路冷水管段fg502上设有电动三通阀一23，第二换热管路冷水管段dc503和第二换热管路冷水管段be504通过电动三通阀一23与第二换热管路冷水管段fg502相连接；第二换热管路冷水管段dc503与第二换热管路冷水管段be504并联。具体地，第二换热管路冷水管505接电动三通阀二26的a口，电动三通阀二26的b口通过第二换热管路冷水管段be504接电动三通阀一23的e口，电动三通阀二26的c口通过第二换热管路冷水管段dc503接电动三通阀一23的d口，电动三通阀一23的f口接第二换热管路冷水管段fg502。换热循环泵二24串接在第二换热管路冷水管段dc503上；换热循环泵三25串接在第二换热管路冷水管段be504上。
电动三通阀一23、电动三通阀二26、闸阀一22、闸阀二27、换热循环泵二24、换热循环泵三25均通过线路连接至系统控制器；
第二换热器21的另一换热侧与管道的连接接口分别为接口i和接口j，接口i通过第三换热管路管段ik509连接电动三通阀四30的k口，电动三通阀四30的l口接第三换热管路管段lq512，m口接第三换热管路管段mr510，接口j通过第三换热管路管段nj508连接电动三通阀三29的n口，电动三通阀三29的o口接第三换热管路管段qo507，p口接第三换热管路管段rp511，第三换热管路管段lq512和第三换热管路管段qo507均与第三换热管路热水管506相连接，连接点为q；第三换热管路管段mr510和第三换热管路管段rp511均与第三换热管路冷水管513相连接，连接点为r。
换热循环泵四31串接在第三换热管路管段lq512上；闸阀三28串接在第三换热管路热水管506上，闸阀四32串接在第三换热管路冷水管513上；
电动三通阀三29、电动三通阀四30、闸阀三28、闸阀四32、换热循环泵四31也均通过线路连接至系统控制器。
第一换热器7、第二换热器21均为板式换热器。
用户蓄热水箱10内温度均匀，用户蓄热水箱10的侧壁和底部上设置有保温层和防水层。
太阳能集热器6通过第一换热器7将收集的热量储存在用户蓄热水箱10中，第一换热器7两端分别为集热水循环和第一换热水循环；
集热水循环具体的表示为：集热循环管路冷水进水管602→太阳能集热器6→集热循环管路热水出水管601→第一换热器7→集热循环管路冷水进水管602；
第一换热水循环具体的表示为：用户蓄热水箱10→第一换热管路冷水管101→第一换热器7→第一换热管路热水管102→用户蓄热水箱10。
当用户有生活热水需求时，自来水通过自来水进水管142经生活热水循环泵16加压后流入水箱换热盘管13，在水箱换热盘管13中充分换热，换热后变为高温热水，高温热水由生活热水出水管141输送到生活热水设备15中，从而满足用户生活热水需求；
当用户有采暖需求时，用户蓄热水箱10中高温热水通过采暖供水管171流入分集水器18，分集水器18中的高温热水在用户散热末端放热后变为低温冷水，低温冷水流入采暖回水管172，经采暖循环泵20加压后进入用户蓄热水箱中，如此反复循环，从而满足用户采暖需求。
本实施例中，用户蓄热水箱10水温最低设计值为35℃，水温设计平均值为45℃，水温最高设计值为55℃；
温度传感器T33实时监测用户蓄热水箱10中水的温度，并将此信号传输至系统控制器，当水温低于35℃时，系统控制器向闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32、电动三通阀一23、电动三通阀二26、电动三通阀三29、电动三通阀四30、换热循环泵三25发出信号，使换热循环泵三25开启，闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32打开，电动三通阀一23左换向、电动三通阀二26左换向、电动三通阀三29右换向、电动三通阀四30下换向，由供热管网向用户蓄热水箱10中补充热量，当温度传感器T33检测到用户蓄热水箱10中水的温度大于45℃时，将此信号传输至系统控制器，系统控制器向闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32、换热循环泵三25发出信号，使换热循环泵三25停止，闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32关闭，供热管网停止向用户蓄热水箱10补充热量。
当供热管网向用户蓄热水箱10中补充热量时，第二换热器21的一换热侧工作过程如下：供热管网供水管2中的高温热水通过第三换热管路热水管506、第三换热管路管段qo507流入电动三通阀三29，此时电动三通阀三29右换向，即第三换热管路管段qo507与第三换热管路管段nj508相连通，高温热水通过第三换热管路管段nj508流入第二换热器21，换热后变为低温冷水，低温冷水通过第三换热管路管段ik509流入电动三通阀四30，此时电动三通阀四30下换向，即第三换热管路管段ik509与第三换热管路管段mr510相连通，低温冷水流经第三换热管路管段mr510、第三换热管路冷水管513后进入供热管网回水管3；
水循环具体的表示为：供热管网供水管2→第三换热管路热水管506→第三换热管路管段qo507→第三换热管路管段nj508→第二换热器21→第三换热管路管段ik509→第三换热管路管段mr 510→第三换热管路冷水管513→供热管网回水管3；
第二换热器21的另一换热侧工作过程如下：用户蓄热水箱10中低温冷水通过第二换热管路冷水管505流入电动三通阀二26，此时电动三通阀二26左换向，即第二换热管路冷水管505与第二换热管路冷水管段be504相连通，低温冷水经换热循环泵三25加压，通过第二换热管路冷水管段be504流入电动三通阀一23，此时电动三通阀一23左换向，即第二换热管路冷水管段be504与第二换热管路冷水管段fg502相连通，低温冷水通过第二换热管路冷水管段fg502流入第二换热器21，换热后变为高温热水，高温热水流经第二换热管路热水管501后进入用户蓄热水箱10。
温度传感器T33实时监测用户蓄热水箱中水的温度，并将此信号传输至系统控制器，当水温高于55℃时，系统控制器向闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32、电动三通阀一23、电动三通阀二26、电动三通阀三29、电动三通阀四30、换热循环泵二24、换热循环泵四31发出信号，使换热循环泵二24、换热循环泵四31开启，闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32打开，电动三通阀一23上换向、电动三通阀二26下换向、电动三通阀三29下换向、电动三通阀四30左换向，由用户蓄热水箱10向供热管网输送热量，当温度传感器T33检测到用户蓄热水箱10中水的温度小于45℃时，将此信号传输至系统控制器，系统控制器向闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32、换热循环泵二24、换热循环泵四31发出信号，使换热循环泵二24、换热循环泵四31停止，闸阀一22、闸阀二27、闸阀三28、闸阀四32关闭，用户蓄热水箱10停止向供热管网输送热量。
当用户蓄热水箱10向供热管网输送热量时，第二换热器21的一换热侧工作过程如下：用户蓄热水箱10中高温热水通过第二换热管路热水管501流入第二换热器21，换热后变为低温冷水，低温冷水通过第二换热管路冷水管段gf502流入电动三通阀一23，此时电动三通阀一23上换向，即第二换热管路冷水管段gf502与第二换热管路冷水管段dc503相连通，低温冷水经换热循环泵二24加压，通过第二换热管路冷水管段dc503流入电动三通阀二26，此时电动三通阀二26下换向，即第二换热管路冷水管段dc503与第二换热管路冷水管505相连通，低温冷水流经第二换热管路冷水管505后进入用户蓄热水箱10；
第二换热器21的另一换热侧工作过程如下：供热管网回水管3中的低温冷水通过第三换热管路冷水管513、第三换热管路管段rp511流入电动三通阀三29，此时电动三通阀三29下换向，即第三换热管路管段rp511与第三换热管路管段nj508相连通，低温冷水通过第三换热管路管段nj508流入第二换热器21，换热后变为高温热水，高温热水通过第三换热管路管段ik509流入电动三通阀四30，此时电动三通阀四30左换向，即第三换热管路管段ik509与第三换热管路管段lq512相连通，高温热水经换热循环泵四31加压，通过第三换热管路管段lq512、第三换热管路热水管506流入供热管网供水管2；
水循环具体的表示为：供热管网回水管3→第三换热管路冷水管513→第三换热管路管段rp511→第三换热管路管段nj508→第二换热器21→第三换热管路管段ik509→第三换热管路管段lq512→第三换热管路热水管506→供热管网供水管2。
本发明所提供的分布式太阳能供热系统中用户类型多样，如住宅楼、办公楼、学校等；用户太阳能供热系统4总个数为n个。
综上，本发明在用户热力站5中，利用控制阀门可以控制第二换热器21两侧水循环流向，实现供热管网与用户太阳能供热系统4的双向换热，用户太阳能供热系统4可以将富余的热量输送给供热管网，供热管网也可以为用户太阳能供热系统4补充热量，以满足用户热需求。本发明利用各用户产热、用热不同步的特点，通过供热管网的协调满足各用户热需求，减小集中热源的负荷，达到节能的目的，提高了供暖稳定性，同时解决了城镇地区受空间限制而无法应用集中太阳能供热系统的问题，促进了太阳能供热系统的推广应用。

Claims (10)

1.一种分布式太阳能供热系统，其特征在于，包括集中热力站(1)和多个用户太阳能供热系统(4)，每个用户太阳能供热系统(4)配备一个用户热力站(5)，用户太阳能供热系统(4)通过第二换热管路热水管(501)和第二换热管路冷水管(505)与相应的用户热力站(5)换热，各用户热力站(5)通过第三换热管路热水管(506)连接至集中热力站(1)的供热管网供水管(2)，通过第三换热管路冷水管(513)连接至集中热力站(1)的供热管网回水管(3)，通过阀门控制用户热力站(5)的水循环流向，实现供热管网与用户太阳能供热系统(4)的双向换热，即，用户太阳能供热系统(4)将富余热量输送给供热管网，或供热管网为用户太阳能供热系统(4)补充热量。
2.根据权利要求1所述分布式太阳能供热系统，其特征在于，所述每个用户太阳能供热系统(4)包括太阳能集热器(6)，太阳能集热器(6)的进水口通过集热循环管路冷水进水管(602)连接第一换热器(7)的热源侧一端，出水口通过集热循环管路热水出水管(601)连接第一换热器(7)的热源侧另一端，用户蓄热水箱(10)的出水口通过第一换热管路冷水管(101)连接第一换热器(7)的换热侧一端，进水口通过第一换热管路热水管(102)连接第一换热器(7)的换热侧另一端，所述太阳能集热器(6)通过所述第一换热器(7)将收集的热量储存在所述用户蓄热水箱(10)中，所述用户蓄热水箱(10)通过第二换热管路热水管(501)和第二换热管路冷水管(505)与相应的用户热力站(5)相连接实现换热。
3.根据权利要求2所述分布式太阳能供热系统，其特征在于，所述集热循环管路冷水进水管(602)上串接有集热循环泵(9)，定压膨胀罐(8)通过连接管(603)接于集热循环管路冷水进水管(602)上，换热循环泵一(11)串接在第一换热管路冷水管(101)上；用户蓄热水箱(10)内设有实时监测箱中水温的温度传感器T(33)，温度传感器T(33)通过线路连接至系统控制器；用户蓄热水箱(10)内还设有水箱换热盘管(13)；水箱换热盘管(13)通过自来水进水管(142)、生活热水出水管(141)与生活热水部分(14)相连接；用户蓄热水箱(10)还通过采暖供水管(171)、采暖回水管(172)与采暖部分(17)相连接。
4.根据权利要求3所述分布式太阳能供热系统，其特征在于，所述用户蓄热水箱(10)的出水口设置在中下部，进水口设置在中上部，且下部设置补水口，所述用户蓄热水箱(10)中水温设置最高设计值、最低设计值、设计平均值，所述用户蓄热水箱(10)内温度均匀，所述用户蓄热水箱(10)的侧壁和底部上设置有保温层和防水层。
5.根据权利要求4所述分布式太阳能供热系统，其特征在于，所述用户热力站(5)包括第二换热器(21)，第二换热器(21)的一换热侧与管道的连接接口分别为接口g和接口h；接口g通过第二换热管路冷水管段fg(502)与第二换热管路冷水管(505)相连接，接口h与第二换热管路热水管(501)相连接；第二换热器(21)的另一换热侧与管道的连接接口分别为接口i和接口j，接口i通过第三换热管路管段ik(509)连接电动三通阀四(30)的k口，电动三通阀四(30)的l口接第三换热管路管段lq(512)，m口接第三换热管路管段mr(510)，接口j通过第三换热管路管段nj(508)连接电动三通阀三(29)的n口，电动三通阀三(29)的o口接第三换热管路管段qo(507)，p口接第三换热管路管段rp(511)，第三换热管路管段lq(512)和第三换热管路管段qo(507)均与第三换热管路热水管(506)相连接，连接点为q；第三换热管路管段mr(510)和第三换热管路管段rp(511)均与第三换热管路冷水管(513)相连接，连接点为r。
6.根据权利要求5所述分布式太阳能供热系统，其特征在于，所述第二换热管路热水管(501)上串接有闸阀一(22)，所述第二换热管路冷水管(505)上串接有闸阀二(27)，第二换热管路冷水管(505)接电动三通阀二(26)的a口，电动三通阀二(26)的b口通过第二换热管路冷水管段be(504)接电动三通阀一(23)的e口，电动三通阀二(26)的c口通过第二换热管路冷水管段dc(503)接电动三通阀一(23)的d口，电动三通阀一(23)的f口接第二换热管路冷水管段fg(502)。
7.根据权利要求6所述分布式太阳能供热系统，其特征在于，所述第二换热管路冷水管段dc(503)上串接有换热循环泵二(24)，第二换热管路冷水管段be(504)上串接有换热循环泵三(25)，第三换热管路管段lq(512)上串接有换热循环泵四(31)，第三换热管路热水管(506)上串接有闸阀三(28)，第三换热管路冷水管(513)上串接有闸阀四(32)。
8.根据权利要求7所述分布式太阳能供热系统，其特征在于，各阀、泵以及温度传感器T(33)均通过线路连接至所述系统控制器；所述温度传感器T(33)实时监测用户蓄热水箱(10)中水的温度，并将此信号传输至所述系统控制器，所述系统控制器向所述电动三通阀一(23)、所述电动三通阀二(26)、所述电动三通阀三(29)、所述电动三通阀四(30)、所述闸阀一(22)、所述闸阀二(27)、所述闸阀三(28)、所述闸阀四(32)、所述换热循环泵二(24)、所述换热循环泵三(25)、所述换热循环泵四(31)发出信号，控制各闸阀的开关状态、各电动三通阀的流通方向以及各换热循环泵的启停状态，实现供热管网与用户太阳能供热系统(4)的双向换热。
9.基于权利要求7所述分布式太阳能供热系统的分布式太阳能供热方法，其特征在于，包括：
所述太阳能集热器(6)接受太阳辐射后，加热来自集热循环管路冷水进水管(602)中的低温冷水，此时水由低温冷水变为高温热水，高温热水流经集热循环管路热水出水管(601)后进入第一换热器(7)的热源侧，换热后变为低温冷水，低温冷水进入集热循环管路冷水进水管(602)，经集热循环泵(9)加压后再次进入太阳能集热器(6)中，如此反复循环；
所述用户蓄热水箱(10)中的低温冷水进入第一换热管路冷水管(101)，经换热循环泵一(11)加压后进入第一换热器(7)的换热侧，换热后变为高温热水，高温热水流经第一换热管路热水管(102)后进入用户蓄热水箱(10)，从而将热量储存在用户蓄热水箱(10)中；
当用户有生活热水需求时，自来水通过所述自来水进水管(142)经生活热水循环泵(16)加压后流入所述水箱换热盘管(13)，在水箱换热盘管(13)中充分换热，换热后变为高温热水，高温热水由生活热水出水管(141)输送到生活热水设备(15)中，从而满足用户生活热水需求；
当用户有采暖需求时，所述用户蓄热水箱(10)中高温热水通过采暖供水管(171)流入分集水器(18)，分集水器(18)中的高温热水在用户散热末端放热后变为低温冷水，低温冷水流入采暖回水管(172)，经采暖循环泵(19)加压后进入用户蓄热水箱(10)中，如此反复循环，从而满足用户采暖需求；
所述温度传感器T(33)实时监测用户蓄热水箱(10)中水的温度，并将此信号传输至系统控制器：
当水温低于用户蓄热水箱(10)最低设计值时，系统控制器向闸阀一(22)、闸阀二(27)、闸阀三(28)、闸阀四(32)、电动三通阀一(23)、电动三通阀二(26)、电动三通阀三(29)、电动三通阀四(30)、换热循环泵三(25)发出信号，使换热循环泵三(25)开启，闸阀一(22)、闸阀二(27)、闸阀三(28)、闸阀四(32)打开，电动三通阀一(23)左换向、电动三通阀二(26)左换向、电动三通阀三(29)右换向、电动三通阀四(30)下换向，由供热管网向用户蓄热水箱(10)中补充热量，当温度传感器T(33)检测到用户蓄热水箱(10)中水的温度大于设计平均值时，将此信号传输至系统控制器，系统控制器向闸阀一(22)、闸阀二(27)、闸阀三(28)、闸阀四(32)、换热循环泵三(25)发出信号，使换热循环泵三(25)停止，闸阀一(22)、闸阀二(27)、闸阀三(28)、闸阀四(32)关闭，供热管网停止向用户蓄热水箱(10)补充热量；
当水温高于用户蓄热水箱(10)最高设计值时，系统控制器向闸阀一(22)、闸阀二(27)、闸阀三(28)、闸阀四(32)、电动三通阀一(23)、电动三通阀二(26)、电动三通阀三(29)、电动三通阀四(30)、换热循环泵二(24)、换热循环泵四(31)发出信号，使换热循环泵二(24)、换热循环泵四(31)开启，闸阀一(22)、闸阀二(27)、闸阀三(28)、闸阀四(32)打开，电动三通阀一(23)上换向、电动三通阀二(26)下换向、电动三通阀三(29)下换向、电动三通阀四(30)左换向，由用户蓄热水箱(10)向供热管网输送热量，当温度传感器T(33)检测到用户蓄热水箱(10)中水的温度小于设计平均值时，将此信号传输至系统控制器，系统控制器向闸阀一(22)、闸阀二(27)、闸阀三(28)、闸阀四(32)、换热循环泵二(24)、换热循环泵四(31)发出信号，使换热循环泵二(24)、换热循环泵四(31)停止，闸阀一(22)、闸阀二(27)、闸阀三(28)、闸阀四(32)关闭，用户蓄热水箱(10)停止向供热管网输送热量。
10.根据权利要求9所述分布式太阳能供热方法，其特征在于，
当供热管网向用户蓄热水箱(10)中补充热量时，第二换热器(21)的一换热侧工作过程如下：所述供热管网供水管(2)中的高温热水通过第三换热管路热水管(506)、第三换热管路管段qo(507)流入电动三通阀三(29)，此时电动三通阀三(29)右换向，即第三换热管路管段qo(507)与第三换热管路管段nj(508)相连通，高温热水通过第三换热管路管段nj(508)流入第二换热器(21)，换热后变为低温冷水，低温冷水通过第三换热管路管段ik(509)流入电动三通阀四(30)，此时电动三通阀四(30)下换向，即第三换热管路管段ik(509)与第三换热管路管段mr(510)相连通，低温冷水流经第三换热管路管段mr(510)、第三换热管路冷水管(513)后进入所述供热管网回水管(3)；
第二换热器(21)的另一换热侧工作过程如下：所述用户蓄热水箱(10)中低温冷水通过第二换热管路冷水管(505)流入电动三通阀二(26)，此时电动三通阀二(26)左换向，即第二换热管路冷水管(505)与第二换热管路冷水管段be(504)相连通，低温冷水经换热循环泵三(25)加压，通过第二换热管路冷水管段be(504)流入电动三通阀一(23)，此时电动三通阀一(23)左换向，即第二换热管路冷水管段be(504)与第二换热管路冷水管段fg(502)相连通，低温冷水通过第二换热管路冷水管段fg(502)流入第二换热器(21)，换热后变为高温热水，高温热水流经第二换热管路热水管(501)后进入用户蓄热水箱(10)；
当用户蓄热水箱(10)向供热管网输送热量时，第二换热器(21)的一换热侧工作过程如下：用户蓄热水箱(10)中高温热水通过第二换热管路热水管(501)流入第二换热器(21)，换热后变为低温冷水，低温冷水通过第二换热管路冷水管段gf(502)流入电动三通阀一(23)，此时电动三通阀一(23)上换向，即第二换热管路冷水管段gf(502)与第二换热管路冷水管段dc(503)相连通，低温冷水经换热循环泵二(24)加压，通过第二换热管路冷水管段dc(503)流入电动三通阀二(26)，此时电动三通阀二(26)下换向，即第二换热管路冷水管段dc(503)与第二换热管路冷水管(505)相连通，低温冷水流经第二换热管路冷水管(505)后进入用户蓄热水箱(10)；
第二换热器(21)的另一换热侧工作过程如下：供热管网回水管(3)中的低温冷水通过第三换热管路冷水管(513)、第三换热管路管段rp(511)流入电动三通阀三(29)，此时电动三通阀三(29)下换向，即第三换热管路管段rp(511)与第三换热管路管段nj(508)相连通，低温冷水通过第三换热管路管段nj(508)流入第二换热器(21)，换热后变为高温热水，高温热水通过第三换热管路管段ik(509)流入电动三通阀四(30)，此时电动三通阀四(30)左换向，即第三换热管路管段ik(509)与第三换热管路管段lq(512)相连通，高温热水经换热循环泵四(31)加压，通过第三换热管路管段lq(512)、第三换热管路热水管(506)流入供热管网供水管(2)。
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