CN112377976A - 一种供暖系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种供暖系统及方法，其中供暖系统包括：加热装置、散热装置以及连接在两者之间的循环管路；所述循环管路通过管道连接有能够承受所述供暖系统运行压力的太阳能热水器，所述太阳能热水器包括用于收集储存太阳能光热的储热水罐，循环管路上设置有能够使热水进入储热水罐的三通阀，用于使太阳能热水器对所述供暖系统辅助加热。通过采用具有集热功能的储热水罐，对太阳能热水器的集热器及储热水箱进行整合，有效减小了装置占地，降低了设备的安装难度；通过将集热功能及储水功能的结合，提高了太阳能集热换热效率，减少了热水在太阳能热水器内部传输的热量损失，极大降低了能量的损耗浪费，提高热利用率和有用得热量。
Description
技术领域
本发明涉及供暖领域，尤其涉及一种供暖系统及方法。
背景技术
太阳能辅助加热供暖系统能够利用部分太阳能作为辅助热源进行供暖，具有低碳节能的优势，目前现有的太阳能辅助加热供暖系统包括热源、管阀、散热末端和太阳能系统，其中太阳能系统主要由集热器、储热水箱、集热循环泵、管阀和控制系统等组成，集热器与储热水箱分离，集热循环泵将太阳能集热器采集的太阳能通过控制系统和管阀进行二次换热收集到储热水箱中。因为太阳能能流密度较低，通常将太阳能作为一种辅助能源用于供暖系统，需要采用电加热、燃气炉、锅炉、空气能热泵等加热方式使储热水箱中的水进一步升温到供暖所需要的温度，再通过供暖循环泵输送到供暖系统末端，末端散热加热房间空气。
现有的太阳能辅助加热供暖系统主要包括以下缺点：
1、集热器与储热水箱分离，二者体积较大，总体占用空间大，安装不便；
2、太阳能集热器吸收热量后与储热水箱之间通过集热循环泵二次交换到储热水箱，在此过程中由于管路较长及热交换的不充分性，存在较大的热量损失，能效降低；
3、整体系统组成设备较多，控制系统对于各子设备之间的控制较为复杂，容易出现运行故障。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种供暖系统，该供暖系统能够有效简化太阳能辅助加热供暖系统的组成，节省空间占地，且降低了系统运行的故障率。
本发明还提供了一种采用上述供暖系统进行的供暖方法，有效减少了热水在集热换热过程中的热量损失，提高太阳能的热利用率，且能够在不同工况下自主选择热水流向和通道。
为了实现上述目的，本发明提供了一种供暖系统，包括：加热装置、散热装置以及连接在两者之间的循环管路；
所述循环管路通过管道连接有能够承受所述供暖系统运行压力的太阳能热水器，所述太阳能热水器包括用于收集储存太阳能光热的储热水罐，循环管路上设置有能够使热水进入储热水罐的三通阀，用于使太阳能热水器对所述供暖系统辅助加热。
进一步，所述太阳能热水器包括并联或者串联设置的多个，每个太阳能热水器包括多个所述储热水罐。
进一步，所述循环管路包括回水管，所述储热水罐连接在回水管上，所述回水管与所述储热水罐之间分别连接有储热水罐的进水管道及出水管道。
进一步，所述三通阀为三通电磁阀，所述三通电磁阀设置在所述回水管与所述进水管道的相接处。
进一步，所述出水管道与所述回水管的连接处设置有三通单向阀，用于控制所述储热水罐中的热水只能回流进入回水管。
进一步，所述回水管及储热水罐上均设置有温度传感器。
进一步，还包括控制装置，所述三通电磁阀及所述温度传感器均与所述控制装置电连接。
一种供暖方法，采用上述供暖系统进行太阳能辅助加热采暖。
进一步，在所述供暖系统充满水的初始状态下，所述三通管电磁阀开启向所述回水管的出水端，并关闭向所述储热水罐的出水端。
进一步，在睛好天气下，储热水罐中的水温度逐渐升高，当温度传感器检测到储热水罐中的热水温度大于回水管内热水温度时，控制装置控制三通电磁阀关闭向回水管的出水端，并开启向储热水罐的出水端；遇到较长时间没有阳光时，储热水罐中的水温度逐渐降低，当温度传感器检测到储热水罐中的热水温度小于或等于回水管内热水温度时，控制装置控制三通电磁阀开启向回水管的出水端，并关闭向储热水罐的出水端，如此往复。
在睛好天气下，与没有太阳能辅助加热相比，上述供暖系统通过太阳能热水器辅助加热装置提高了供暖回水温度，加热装置通过其自带或外设的智能控制调节装置只需要较少能源或负荷来加热升温至预定的供暖出水温度，从面达到节约能源的目的。
本发明中的供暖系统，通过采用具有集热功能的储热水罐，对太阳能热水器的集热器及储热水箱进行整合，有效减小了装置占地，降低了设备的安装难度；通过将集热功能及储水功能的结合，提高了太阳能集热换热效率，减少了热水在太阳能热水器内部传输的热量损失，极大降低了能量的损耗浪费，提高热利用率和有效得热量；通过简化系统组成，有效降低了整体系统的控制难度，保证供暖系统的运行可靠。
本发明还提供了一种采用上述供暖系统进行的供暖方法，通过供暖系统，能够有效利用太阳能对于供暖系统的辅助加热采暖，实现了清洁能源的有效利用，且可根据储热水罐及回水管中的热水温度，智能控制热水流向和通道，提高运行智能性的同时，有效防止了系统热量的损失，极大改善了供热工况。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明中供暖系统的结构示意图。
附图说明：
1-加热装置，2-散热装置，3-循环管路，31-供水管，32-回水管，33-三通电磁阀，34-三通单向阀，35-回水温度传感器，4-太阳能热水器，41-储热水罐，42-储热水罐温度传感器，43-进水管道，44-出水管道，5-智能太阳能测控仪。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。
如图1所示，本发明提供的供暖系统，包括：加热装置1、散热装置2、以及连接在两者之间的循环管路3；所述循环管路3通过管道连接有能够承受供暖系统运行压力的太阳能热水器4，所述太阳能热水器4包括能够收集储存太阳能光热的储热水罐41，循环管路3上设置有能够使热水进入储热水罐41的三通阀，用于使太阳能热水器4对所述供暖系统辅助加热。
本发明主要通过加热装置1对供暖系统中的热水进行加热，热水在加热装置1及散热装置2之间的循环管路3内循环流通，连接在循环管路3上的太阳能热水器4对供暖系统进行辅助加热，通过充分利用太阳能热水器4中的温度升高后的热水，使作为清洁能源的太阳能得到有效利用，达到节能减排的目的。
加热装置1可以为应用于独栋房屋中的独立取暖的燃气壁挂炉，热泵，燃油(煤)锅炉或者电加热器等设备，也可以为市政供暖在取暖用户的分支终端。在供暖过程中，加热装置1主要进行能量输出，以使供暖系统中在散热装置2进行散热后的热水得到加热，一般具有智能调节功能。
本发明中的作为辅助加热的太阳能热水器4为闷晒式太阳能热水器，包括能够集热和储热的储热水罐41，储热水罐41兼具集热与储热的功能，具有结构紧凑，承压能力超过与其配套应用的供暖系统最高运行压力的特点。通过采用储热水罐41，相较于现有的太阳能热水器，改善了集热器及储热水箱之间的分离设置，并简化了集热器与储热水箱之间的管路连接，一方面极大降低了繁冗设备的占地，另一方面提高了集热换热效率，并有效避免了太阳能热水器4内部管路之间的热量损失，有效提高了热利用率和有效的热量。
本发明中的循环管路3上设置有三通阀，三通阀为一进两出的形式，其具体包括热水从散热装置2返回至三通阀的进水口，将流经三通阀后的热水循环回流至加热装置1的出水口，以及使流经三通阀后的热水折流至太阳能热水器4中储热水罐41的出水口。通过控制三通阀两个出水口的通断状态，能够使热水在折流进入太阳能热水器4时得到预热，实现太阳能热水器4对供暖系统的辅助加热；同时也可在储热水罐41内热水较低时保持热水在加热装置1及散热装置2之间的循环。
在其中一个实施例中，太阳能热水器4包括串联设置的多个，每个太阳能热水器4包括多个并行排列的储热水罐41，在多个储热水罐41之间设置有连接管，将多个储热水罐41联接为整体结构的太阳能热水器4。本实施例中的储热水罐41为不锈钢水罐，在其外部均匀涂覆有选择性吸热涂层，通过选择性吸热涂层能够使储热水罐41内的热水温度得到有效提升，使储热水罐41兼具集热及储热功能，储热水罐外部套有双层内部抽真空透明玻璃管作为绝热层，开口处与不锈钢管之间用导热系数较小的聚胺脂发沫进行密封，大大减少了太阳能热水器的热损，有效简化了现有太阳能热水器4的结构。通过选用不锈钢水罐能够使其在运行时承压操作，满足热水需在一定压力下在供暖系统内部循环的操作要求。当然储热水罐材料也可以选择低碳钢管。
本实施例中的循环管路3包括回水管32及供水管31，储热水罐41具体连接在回水管32上，回水管32与储热水罐41之间分别通过进水管道43及出水管道44连接。具体地，热水经过散热装置2后在通过回水管32返回至加热装置1的过程中，能够通过进水管道43进入太阳能热水器4中的储热水罐41，在将储热水罐41中的热水从太阳能热水器4顶出后，通过出水管道44将顶出的热水输送至加热装置1进一步加热升温。通过进水管道43及出水管道44，能够充分利用太阳能热水器4辅助加热升温后的热水，降低加热装置1的加热负荷，有效提高太阳能的热利用率。通过回水管32与储热水罐41之间的进水管道43及出水管道44，一方面有利于将太阳能辅助加热后的热水从储热水罐41中顶出，另一方面能够使散热后温度较低的热水进入热水储罐，在太阳能热水器4中进行辅助受热，保持热水在系统中的循环流通，降低热损，同时提高了供暖系统的整体效能。
在另一个优选的实施例中，连接在回水管32上的三通阀为三通电磁阀33，三通电磁阀33具体设置在回水管32与进水管道43的连接处。在出水管道44与回水管32的连接处设置有三通单向阀34，用于控制从储热水罐41中顶部的热水进入回流管，进而通过回流管进入加热装置1内进一步加热升温。本实施例中的三通单向阀34仅能使储热水罐41中的热水进入回水管32，防止回水管32中的热水(返回至加热装置内的热水)倒流进入储热水罐41，有效促进了热水在系统中流通的顺畅性，避免出现热水在系统中的互串，同时能够可靠保证储热水罐41中的热水流入加热装置1进一步得到加热。
本实施例中三通电磁阀33在回水管32以及储热水罐41之间的切换具体是通过供暖系统所包括的控制装置进行的，控制装置优选智能太阳能测控仪5。在回水管32及储热水罐41上均设置有用于检测热水温度的温度传感器，具体地，在回水管32内侧的管壁上紧贴固定有回水温度传感器35，在储热水罐41的内部安装有用于检测储热水罐41内热水温度的储热水罐41温度传感器，且回水温度传感器35及储热水罐41温度传感器均与智能太阳能测控仪5电连接。在运行时，回水温度传感器35及储热水罐41温度传感器分别将实时检测到的热水温度信号传递给智能太阳能测控仪5，智能太阳能测控仪5根据热水的温度信号选择性开启回水管32热水在三通电磁阀33上的出水端，同时关闭热水在三通电磁阀33上另一路出口的出水端。
本发明还提供了一种采用上述供暖系统进行的供暖方法，通过该方法能够使供暖系统中的热水通过太阳能热水器4进行辅助加热采暖。
具体地，当温度传感器检测到储热水罐41中的热水温度T2大于回水管32内热水温度T1时，智能太阳能测控仪5控制三通电磁阀33关闭向回水管32的出水端，并开启向储热水罐41的出水端；当温度传感器检测到储热水罐41中的热水温度T2小于或等于回水管32内热水温度T1时，智能太阳能测控仪5控制三通电磁阀33开启向回水管32的出水端，并关闭向储热水罐41的出水端。
在供暖系统内部充满水，同时也使储热水罐41内充满水的初始运行状态下，由于此时储热水罐41内热水的温度较低，三通电磁阀33开启向回水管32的出水端，并关闭向储热水罐41的出水端，维持热水在供暖系统内部的循环流通，使热水保持在散热装置2进行散热，温度降低后进入加热装置1内加热，再通入散热装置2进行闭路循环的正常状态。
伴随着供暖系统内热水的闭路循环，晴好天气时，太阳能热水器4得到阳光照射一段时间后，储热水罐41中的热水温度得到不断提升。当储热水罐41温度传感器实时检测到的热水温度T2大于回水温度传感器35实时检测到的热水温度T1时，智能太阳能测控仪5接收到温度信号后，自动控制三通电磁阀33关闭向回水管32的出水端，并开启向储热水罐41的出水端，使回水管32中热水将储热水罐41内的温度为T2的热水从太阳能热水器4中顶出，并使该部分热水流经回水管32进入加热装置1进一步加热；当储热水罐41温度传感器实时检测到的热水温度T2小于回水温度传感器35实时检测到的热水温度T1时，智能太阳能测控仪5接收到温度信号后，自动控制三通电磁阀33开启向回水管32的出水端，并关闭向储热水罐41的出水端，使回水管32内温度较高的热水保持在供暖系统内部闭路循环的状态，避免系统内部热量的损失。
在运行过程中，当太阳能热水器4储热水罐41内温度较高的热水完全被顶出，或者在阴天及夜晚室外温度较低等情况下，致使储热水罐41内热水温度低于或等于回水管32内热水温度，如果热水回水再继续经过太阳能热水器4返回至加热装置1，与系统内部闭路循环相比，反而会造成热能的浪费。在这种情况下，智能太阳能测控仪5控制三通电磁阀33开启向回水管32的出水端重新通水，同时关闭向储热水罐41的出水端，使热水回水不再流至太阳能热水器4，而是直接由回水管32回流至加热装置1，开启再一次闭路循环。三通电磁阀33随着储热水罐41热水温度T2和回水管32热水温度T1的温差变化而自动开启或者关闭相应的出水端，将可以用于供暖的太阳能加以利用，达到节约能源的目的，同时降低了整体系统的控制难度，保证供暖系统的运行可靠，并且能够构成系统内部的自动控制，达到智能化运行的技术效果。
相较于没有设置太阳能辅助加热的供暖系统，本发明中由于储热水罐41内的热水温度大于回水管32中的热水温度，加热装置1通过其自带的或外设的智能控制调节装置只需要较少能源或功率即可将循环返回的热水加热升温至预定的供暖出水温度，当储热水罐41内的热水温度小于或等于回水管32中的热水温度时，三通电动阀恢复到初始充水状态，回水不经过太阳能热水器4，直接回流至供暖加热装置1进行闭路循环，通过上述控制方式，在长时间的循环反复中能够达到节约能源的目的，有效降低了加热装置1的加热负荷。在如夏天的非采暖季，对该系统所包含的太阳能热水器4引入外界自来水管道以及出水管路，可供洗浴等生活热水的使用，进一步达到综合利用太阳能的技术效果。
本发明中的三通电磁阀安装在循环管路上的回水管，能够降低热水在闭路循环过程中的热量损耗，从利用储热水罐中经太阳能辅助加热的热水角度，三通电磁阀还可连接在循环管路上的供水管，即连接在加热装置向散热装置输送加热后热水的供水管路上，同样也能达到本发明中的技术效果。同时本发明中供暖系统内部热水在流通时的水压可以通过加热装置自带的循环泵来提供，储热水罐的承压能力超过供暖系统的最大工作压力，这也是本领域技术人员在本申请的发明构思基础上能够直接知晓的技术内容，这里不再赘述。
需要说明的有，本发明并不对散热装置的具体形式、设置数量以及连接形式等进行限定，能够满足热水在加热装置及散热装置之间构成闭路循环的散热装置均应在本发明的保护范围之内；另外，太阳能热水器与加热装置之间的连接管道应进行保温和防冻措施，以减少冬季热损并防止在恶劣天气下管道的冻堵。
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)
1.一种供暖系统，其特征在于，包括：加热装置、散热装置以及连接在两者之间的循环管路；
所述循环管路通过管道连接有能够承受所述供暖系统运行压力的太阳能热水器，所述太阳能热水器包括用于收集储存太阳能光热的储热水罐，循环管路上设置有能够使热水进入储热水罐的三通阀，用于使太阳能热水器对所述供暖系统辅助加热。
2.根据权利要求1所述的供暖系统，其特征在于，所述太阳能热水器包括并联或者串联设置的多个，每个太阳能热水器包括多个所述储热水罐。
3.根据权利要求1所述的供暖系统，其特征在于，所述循环管路包括回水管，所述储热水罐连接在回水管上，所述回水管与所述储热水罐之间分别连接有储热水罐的进水管道及出水管道。
4.根据权利要求3所述的供暖系统，其特征在于，所述三通阀为三通电磁阀，所述三通电磁阀设置在所述回水管与所述进水管道的相接处。
5.根据权利要求3所述的供暖系统，其特征在于，所述出水管道与所述回水管的连接处设置有三通单向阀，用于控制所述储热水罐中的热水只能回流进入回水管。
6.根据权利要求5所述的供暖系统，其特征在于，所述回水管及储热水罐上均设置有温度传感器。
7.根据权利要求6所述的供暖系统，其特征在于，还包括控制装置，所述三通电磁阀及所述温度传感器均与所述控制装置电连接。
8.一种供暖方法，其特征在于，采用权利要求1-7中任一项所述的供暖系统进行太阳能辅助加热采暖。
9.根据权利要求8所述的供暖方法，其特征在于，在所述供暖系统充满水的初始状态下，所述三通电磁阀开启向所述回水管的出水端，并关闭向所述储热水罐的出水端。
10.根据权利要求9所述的供暖方法，其特征在于，当所述温度传感器检测到所述储热水罐中的热水温度大于所述回水管内热水温度时，所述控制装置控制所述三通电磁阀关闭向所述回水管的出水端，并开启向所述储热水罐的出水端；当所述温度传感器检测到所述储热水罐中的热水温度小于或等于所述回水管内热水温度时，所述控制装置控制所述三通电磁阀开启向所述回水管的出水端，并关闭向所述储热水罐的出水端。
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