CN114992697B - 跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统及控制方法 - Google Patents

跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统及控制方法，跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统包括太阳能热水型集热器阵列；跨季节蓄热水池，与所述太阳能热水型集热器阵列连通；供暖热水热交换器组；承压闭式热水水箱，与所述第二供暖热水热交换器连通，以及连通地下水取水系统；水源热泵机组，所述水源热泵机组具有低品位端和高品位端。本发明整合了跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖，从而实现高效且快捷的供暖过程，保证了跨季节水池中低品位热能的充分利用，满足用户供暖需求的同时最大限度的降低了能耗；实现了系统的自动化运行，降低了运行维护人员的工作量，大大减少人为操作失误造成的运行事故。

Description

跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统及控制方法
技术领域
本发明涉及跨季节供热技术领域，具体而言，涉及一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统及控制方法。
背景技术
太阳能供暖已广泛应用于全国各地的大量实际工程，其中跨季节水池蓄热太阳能供暖由于可有效解决供需在时间、空间上的不匹配以及太阳能间歇性的缺点，且系统较为简单、投资较低，成为了近些年研究的重点，但其仍无法满足应用项目的冬季全部供暖需求，部分时段仍需运行辅助热源。太阳能与水(地)源热泵两大可再生能源利用技术是建筑机电运维节能的有效手段，二者的双绿耦合利用也成为了研究的热点。
但是在现有技术中，通常将跨季节水池蓄热太阳能与水(地)源热泵分开使用，跨季节水池蓄热中的低温热水不能有效利用，因此导致单独的供热系统不能最大的满足低碳的要求；
其次，部分跨季节水池蓄热太阳能与水(地)源热泵耦合供暖的系统中，缺乏控制逻辑或控制方法，因此导致实际工程应用中出现大量的节能效果不佳、甚至跨季节水池蓄热太阳能供暖故障，例如：防冻保护逻辑不当，运行水温过低将导致集热管网及设备冻胀损毁，运行水温过高将导致集热效率低下、甚至集热器中的水汽化；供暖时水(地)源热泵切换不当将导致能耗过高或者用户舒适感较差等问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明第一方面提供了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统。
本发明第二方面提供了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖控制方法。
本发明提供了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，包括：
太阳能热水型集热器阵列；
跨季节蓄热水池，与所述太阳能热水型集热器阵列连通；
供暖热水热交换器组，与所述跨季节热水池连通，其中，所述供暖热水热交换器组至少包括有相互连通的第一供暖热水热交换器和第二供暖热水热交换器；
承压闭式热水水箱，与所述第二供暖热水热交换器连通，以及连通地下水取水系统；
水源热泵机组，所述水源热泵机组具有低品位端和高品位端，所述低品位端的进水与所述承压闭式热水水箱连通，出水与可切换的所述第二供暖热水热交换器或地下水回水连通；所述高品位端的进水与可切换的所述第一供暖热水热交换器或供暖回水连通，出水与供暖管路连通，以对用户提供供暖热水。
根据本发明上述技术方案的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，还可以具有以下附加技术特征：
在上述技术方案中，所述跨季节蓄热水池的顶部设置有顶部温度传感器以及水池液位传感器，其底部设置有底部温度传感器。
在上述技术方案中，所述跨季节蓄热水池具有补水管路，所述补水管路设置有变频定压补水泵以及补水设备，以用于对跨季节蓄热水池补充水源。
在上述技术方案中，所述太阳能热水型集热器阵列和跨季节蓄热水池之间具有：
太阳能热水型集热器进水管路，一端连通所述太阳能热水型集热器阵列的进水口，另一端连通所述跨季节蓄热水池，所述太阳能热水型集热器进水管路与跨季节蓄热水池的连接处具有两个分支管路，其中一个分支管路设置有常开电磁阀，以防止太阳能热水型集热器阵列无效集热或夜晚冻裂；另一个分支管路设置有集热循环泵，以将跨季节蓄热水池内的水输送至太阳能热水型集热器阵列中予以加热；
太阳能热水型集热器出水管路，一端连通所述太阳能热水型集热器阵列的出水口，另一端连通所述跨季节蓄热水池的进水口，以将太阳能热水型集热器加热后的热水输送至跨季节蓄热水池；
其中，在所述太阳能热水型集热器进水管路设置有集热器进水温度传感器，以监测太阳能热水型集热器阵列的进水温度，在所述太阳能热水型集热器出水管路设置有集热器出水温度传感器，以监测太阳能热水型集热器阵列的出水温度；以及
所述太阳能热水型集热器阵列内设置有板内温度传感器，以监测太阳能热水型集热器阵列内部温度。
在上述技术方案中，所述跨季节蓄热水池与供暖热水热交换器组之间具有：
水箱出水管路，一端连通跨季节蓄热水池，另一端连通第一供暖热水热交换器，以将跨季节蓄热水池内的水输送至第一供暖热水热交换器内；
水箱进水管路，一端连通跨季节蓄热水池，另一端连通第二供暖热水热交换器；
其中，所述水箱出水管路设置有水箱出水温度传感器以及热水换热循环泵，所述水箱进水管路设置有水箱进水温度传感器。
在上述技术方案中，所述第一供暖热水热交换器具有：
第一供暖热水热交换出水管路，一端连通第一供暖热水热交换器，另一端连通至水源热泵机组的高品位端进水，且所述第一供暖热水热交换出水管路与补水管路通过连接管路连通；
第一供暖热水热交换进水管路，一端连通第一供暖热水热交换器，另一端连通至供暖回水；以及
所述第一供暖热水热交换出水管路和第一供暖热水热交换进水管路通过连通管路连通；
其中，所述第一供暖热水热交换出水管路依次设置有第一供暖热水热交换出水温度传感器、压力传感器、供暖系统循环泵、水源热泵进水温度传感器以及流量传感器；
所述第一供暖热水热交换进水管路设置有第一供暖热水热交换进水温度传感器和第一电磁阀；以及
所述连通管路设置有第二电磁阀。
在上述技术方案中，所述第二供暖热水热交换器具有：
第二供暖热水热交换出水管路，一端连通第二供暖热水热交换器，另一端连通至承压闭式热水水箱；
第二供暖热水热交换进水管路，一端连通第二供暖热水热交换器，另一端连通至水源热泵机组的低品位端出水；
其中，所述第二供暖热水热交换出水管路依次设置有第二供暖热水热交换出水温度传感器以及供暖中间循环泵；
所述第二供暖热水热交换进水管路依次设置有第二供暖热水热交换进水温度传感器、第三电磁阀以及第四电磁阀。
在上述技术方案中，所述承压闭式热水水箱还具有：
地下水取水管路，一端连通所述承压闭式热水水箱，另一端接通地下水取水；
水箱连通管路，一端连通所述承压闭式热水水箱，另一端连通至所述水源热泵机组的低品位端进水；
其中，所述地下水取水管路设置有水源侧水泵；
所述水箱连通管路设置有水箱出水温度传感器；
所述承压闭式热水水箱内设置有水温传感器。
在上述技术方案中，所述供暖管路设置有供暖供水温度传感器。
本发明还提供了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖控制方法，应用于上述技术方案中任一项所述的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，包括如下步骤：
一.水源热泵机组的启动以及控制：
1.1判断水源热泵机组是否达到启动要求：设定水源热泵的启动时间点为 T1(根据用户使用时间确定，地暖供暖提前1小时启动；其他供暖方式则提前0.5小时启动)，停止时间点为T2(用户关闭供暖的时间)，当时间(即需要此系统运行的时间)处于T1与T2之间，则判定水源热泵机组达到启动条件之一，若第一供暖热水热交换器的出水温度低于55摄氏度并持续时间满足 60s，则判定水源热泵机组完全达到启动条件；
由于本系统具有以下三级供热管路：
第一级供热管路，由太阳能热水型集热器阵列加热跨季节蓄热水池内的水，并将加热后的水输送至第一供暖热水热交换器内，此时供暖中间循环泵关闭，热水经由第一供暖热水热交换器输送至水源热泵机组(此时水源热泵机组不工作，即相当于连通的管路)，再由水源热泵机组直接将热水通过供暖管路供给用户；
第二级供热管路，此时的水源热泵机组的低品位端(图1中水源热泵机组的左侧端口)进水为跨季节蓄热水池的低温水，其具体过程为：跨季节蓄热水池的低温水进入到第二供暖热水热交换器，第二供暖热水热交换器将水输送至承压闭式热水水箱(此时供暖中间循环泵开启)，再由水源热泵机组的低品位端进水口进入到水源热泵机组内。而水源热泵机组的高品位端(图1中水源热泵机组的右侧端口)进水为供暖循环水，其具体过程为：第一电磁阀关闭，第二电磁阀开启，供暖循环水经连通管路进入第一供暖热水热交换出水管路的后半程，最后经高品位端(图1中水源热泵机组的右侧端口)进入水源热泵机组。水源热泵机组由此汲取低温水的热量供给供暖循环水换热，供暖循环水加热后(即经过水源热泵机组提高品位)经供暖管路供给用户；
第三级供热管路，此时的水源热泵机组的低品位端(图1中水源热泵机组的左侧端口)进水为地下水，其具体过程为：地下水取水管路抽取地下水至述承压闭式热水水箱，随后经水源热泵机组的低品位端进水口进入到水源热泵机组内。而水源热泵机组的高品位端(图1中水源热泵机组的右侧端口)进水依旧为供暖循环水，其具体过程同第二级供热管路。水源热泵机组由此汲取地下水的热量供给供暖循环水换热，供暖循环水加热后(即经过水源热泵机组提高品位)经供暖管路供给用户。
由此可见，当系统满足要求(指热水满足供暖需求)且启动第一级供热管路时，此时无需启动水源热泵机组，只有在启动第二级供热管路和第三级供热管路时，需要判定水源热泵机组是否达到启动要求，即1.1条的目的。
1.2当水源热泵机组满足启动条件后，则根据下列要求控制增加或减少机组运行：
通过第一供暖热水热交换出水管路的流量传感器以及水源热泵高品位端的进水温度传感器对热水的流量以及进水温度进行采样并检测；通过供暖管路的供暖供水温度传感器对热水的出水温度进行采样并检测。基于上述三个采样，进行供暖负荷计算：
当供暖负荷需求大于热水机组提供的最大负荷，且此状态持续时间达到 10～15分钟，则投入另外一台水源热泵；当计算结果表明减少一台水源热泵后剩余机组提供的最大负荷可满足负荷需求，且此状态持续时间达到10～15 分钟，则停运一台水源热泵；
1.3当第一供暖热水热交换出水管路的第一供暖热水热交换出水温度传感器监测到出水温度大于55摄氏度且持续时间为300S时，第一供暖热水热交换进水管路的第一电磁阀开启，且连通管路的第二电磁阀关闭，此时供暖中间循环泵关闭，水源热泵机组关闭。此时用户所需供暖热量全部由跨季节蓄热水池提供，即启动第一级供热管路；
1.4水箱出水管路的水箱出水温度传感器监测到出水温度小于55摄氏度且持续时间为300S时，第二电磁阀开启，第一电磁阀关闭，且任何情况下第一电磁阀与第二电磁阀不同时开启或关闭，水源热泵机组按上述1.1条的要求判断是否启动；
二.集热循环泵和常开电磁阀的控制：
设定集热循环泵开启时间点为T3(根据当地日出时间延后0.5小时)，集热循环泵停止时间点为T4(根据当地日落时间提前0.5小时)，当时间(即需要此系统运行的时间)处于T3与T4之间，且板内温度传感器检测到温度大于55摄氏度，并持续时间为300s时，开启集热循环泵，延时10s后关闭常开电磁阀；
当时间处于T3与T4之间，且集热器进水温度传感器检测到进水温度高于集热器出水温度传感器检测到的出水温度，且持续时间为300s时，关闭集热循环泵，同时打开常开电磁阀。待满足板内温度传感器检测到温度大于55 摄氏度，并持续时间为300s时，再启动循环水泵；
当时间大于T4或板内温度传感器检测的温度低于30摄氏度时，停止集热循环泵，并开启常开电磁阀。常开电磁阀与集热循环泵连锁，即两者不同时开启或不同时关闭；
其中，集热循环泵的变频根据集热器出水温度传感器与集热器进水温度传感器之间的供回水温差值的大小依据水泵性能曲线进行比例控制。
三.变频定压补水泵的控制：
维持供暖系统循环泵吸入口的压力恒定(通过压力传感器监测)，并根据水池液位传感器检测到的水位保证跨季节蓄热水池水位(即通过补水设备补水，补水设备可以为外接的补水管路等，当水池液位传感器检测检测的水位低于设定值时，水池液位传感器将信号传输至变频定压补水泵，变频定压补水泵启动补水，直至液位达到设定值)；
四.供暖换热循环泵的控制：
当跨季节蓄热水池的顶部温度传感器监测的温度大于30摄氏度且底部温度传感器监测的温度大于20摄氏度时，如果供暖系统循环泵已经运行时，开启热水换热循环泵；
此时，当跨季节蓄热水池的进水温度传感器监测的温度大于水箱出水温度传感器监测的温度且持续300s时，停止热水换热循环泵；当系统满足开启条件时，重新开启热水换热循环泵；其中，热水换热循环泵的变频根据水箱进水温度传感器监测的温度与水箱出水温度传感器监测的温度的差值大小依据水泵性能曲线进行比例控制；
五.供暖中间循环泵的控制：
当时间处于T1与T2之间且第一电磁阀关闭时，供暖中间循环泵启动。
当第二供暖热水热交换出水温度传感器监测到的供水温度小于承压闭式热水出水温度传感器监测的出水温度且持续时间为300S；或者承压闭式热水水箱内的水温传感器监测的温度低于20摄氏度且持续60s时，停止供暖中间循环泵；
当系统满足开启条件时，重新开启供暖中间循环泵；供暖中间循环泵的变频根据温度传感器与温度传感器的差值大小依据水泵性能曲线进行比例控制；
六.水源侧水泵的控制：
其中，当承压闭式热水水箱内的水温传感器监测的温度低于20摄氏度且持续60s时，开启水源侧水泵，同时关闭供暖中间循环泵；第三电磁阀与供暖中间循环泵连锁启停；第四电磁阀与水源侧水泵连锁启停；供暖中间循环泵与水源侧水泵不同时启动。
本发明提出的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统及控制方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.本发明提出的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统整合了跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖，从而实现高效且快捷的供暖过程，保证了用户的供暖需求；
2.本发明提出的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖控制方法实现了系统的自动化运行，降低了运行维护人员的工作量，大大减少人为操作失误造成的运行事故；
3.本发明提出的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖控制方法使得系统具备完善的自控系统，可根据水箱温度和太阳能集热器内温度改变循环水泵的运行工况，从而实现太阳能储热、停热、用热、防冻工况的转换；
4.本发明提出的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖控制方法能最大限度的提高了太阳能保证率，在保证用户舒适性的情况下降低运行能耗，提高了太阳能的利用和储存效率；
5.降低了冻胀、汽化等导致的裂管风险，保障了安全稳定运行。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统的连接示意图；
图2是图1的A区域的放大图；
图3是图1的B区域的放大图。
其中，图1至图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1、太阳能热水型集热器阵列；2、跨季节蓄热水池；3、供暖热水热交换器组；301、第一供暖热水热交换器；302、第二供暖热水热交换器；4、承压闭式热水水箱；5、水源热泵机组；6、供暖管路；7、顶部温度传感器；8、水池液位传感器；9、底部温度传感器；10、补水管路；11、变频定压补水泵； 12、补水设备；13、太阳能热水型集热器进水管路；14、常开电磁阀；15、集热循环泵；16、太阳能热水型集热器出水管路；17、集热器进水温度传感器；18、集热器出水温度传感器；19、板内温度传感器；20、水箱出水管路；21、水箱进水管路；22、水箱出水温度传感器；23、热水换热循环泵；24、水箱进水温度传感器；25、第一供暖热水热交换出水管路；26、连接管路；27、第一供暖热水热交换进水管路；28、连通管路；29、第一供暖热水热交换出水温度传感器；30、压力传感器；31、供暖系统循环泵；32、水源热泵进水温度传感器；33、流量传感器；34、第一电磁阀；35、第二电磁阀；36、第二供暖热水热交换出水管路；37、第二供暖热水热交换进水管路；38、第二供暖热水热交换出水温度传感器；39、供暖中间循环泵；40、第二供暖热水热交换进水温度传感器；41、第三电磁阀；42、第四电磁阀；43、地下水取水管路；44、水箱连通管路；45、水源侧水泵；46、承压闭式热水出水温度传感器；47、水温传感器；48、供暖供水温度传感器；49、第一供暖热水热交换进水温度传感器。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图3来描述根据本发明一些实施例提供的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统及控制方法。
本申请的一些实施例提供了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统。
如图1至图3所示，本发明第一个实施例提出了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，包括：
太阳能热水型集热器阵列1；
跨季节蓄热水池2，与所述太阳能热水型集热器阵列1连通；
供暖热水热交换器组3，与所述跨季节热水池连通，其中，所述供暖热水热交换器组3至少包括有相互连通的第一供暖热水热交换器301和第二供暖热水热交换器302；
承压闭式热水水箱4，与所述第二供暖热水热交换器302连通，以及连通地下水系统；
水源热泵机组5，所述水源热泵机组5具有低品位端和高品位端，所述低品位端的进水与所述承压闭式热水水箱4连通，出水与可切换的所述第二供暖热水热交换器302或地下水回水连通；所述高品位端的进水与可切换的所述第一供暖热水热交换器301或供暖回水连通，出水与供暖管路6连通，以对用户提供供暖热水。
在本实施例中，通过将太阳能热水型集热器阵列1、跨季节蓄热水池2 与水源热泵机组5耦合，实现了将跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵供暖整合，从而实现高效且快捷的供暖过程，保证了用户的供暖需求。
本发明第二个实施例提出了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，且在第一个实施例的基础上，所述跨季节蓄热水池2的顶部设置有顶部温度传感器7以及水池液位传感器8，其底部设置有底部温度传感器9。
在本实施例中，顶部温度传感器7用于监测跨季节蓄热水池2的顶部温度，水池液位传感器8用于监测跨季节蓄热水池2的水位，底部温度传感器9则用于监测跨季节蓄热水池2的底部温度。
本发明第三个实施例提出了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，且在上述任一实施例的基础上，所述跨季节蓄热水池2具有补水管路10，所述补水管路10设置有变频定压补水泵11以及补水设备12，以用于对跨季节蓄热水池2补充水源。
在本实施例中，当水池液位传感器8监测到跨季节蓄热水池2的水位低于设定值时，此时将信号传送给变频定压补水泵11，变频定压补水泵11 启动，通过抽取补水设备12的水并通过补水管路10输送至跨季节蓄热水池2内，以保证跨季节蓄热水池2内的水位满足设定值(此部分为跨季节蓄热水池2的补水过程)。
本发明第四个实施例提出了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，且在上述任一实施例的基础上，所述太阳能热水型集热器阵列1 和跨季节蓄热水池2之间具有：
太阳能热水型集热器进水管路13，一端连通所述太阳能热水型集热器阵列1的进水口，另一端连通所述跨季节蓄热水池2的，所述太阳能热水型集热器进水管路13与跨季节蓄热水池2的连接处具有两个分支管路，其中一个分支管路设置有常开电磁阀14，以防止太阳能热水型集热器阵列1无效集热或夜晚冻裂；另一个分支管路设置有集热循环泵15，以将跨季节蓄热水池2 内的水输送至太阳能热水型集热器阵列1中予以加热；
太阳能热水型集热器出水管路16，一端连通所述太阳能热水型集热器阵列1的出水口，另一端连通所述跨季节蓄热水池2的进水口，以将太阳能热水型集热器加热后的热水输送至跨季节蓄热水池2；
其中，在所述太阳能热水型集热器进水管路13设置有集热器进水温度传感器17，以监测太阳能热水型集热器阵列1的进水温度，在所述太阳能热水型集热器出水管路16设置有集热器出水温度传感器18，以监测太阳能热水型集热器阵列1的出水温度；以及
所述太阳能热水型集热器阵列1内设置有板内温度传感器19，以监测太阳能热水型集热器阵列1内部温度。
在本实施例中，太阳能热水型集热器进水管路13用于抽取跨季节蓄热水池2内水，并将其输送至太阳能热水型集热器阵列1内进行加热，完成加热后的水通过太阳能热水型集热器出水管路16输送回跨季节蓄热水池2 内，以此完成加热水循环(此过程为太阳能热水型集热器阵列1和跨季节蓄热水池2之间的水输送过程)。
此外，集热器进水温度传感器17监测太阳能热水型集热器阵列1的进水温度，集热器出水温度传感器18监测太阳能热水型集热器阵列1的出水温度，板内温度传感器19则用于监测太阳能热水型集热器阵列1内的温度。
本发明第五个实施例提出了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，且在上述任一实施例的基础上，所述跨季节蓄热水池2与供暖热水热交换器组3之间具有：
水箱出水管路20，一端连通跨季节蓄热水池2，另一端连通第一供暖热水热交换器301，以将跨季节蓄热水池2内的水输送至第一供暖热水热交换器301内；
水箱进水管路21，一端连通跨季节蓄热水池2，另一端连通第二供暖热水热交换器302；
其中，所述水箱出水管路20设置有水箱出水温度传感器22以及热水换热循环泵23，所述水箱进水管路21设置有水箱进水温度传感器24。
在本实施例中，水箱出水管路20用于将跨季节蓄热水池2内的水输送至第一供暖热水热交换器301内，水箱进水管路21用于使得跨季节蓄热水池2接收来自于第二供暖热水热交换器302内的水(此过程为跨季节蓄热水池2和供暖热水热交换器组3之间的水输送过程)。
本发明第六个实施例提出了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，且在上述任一实施例的基础上，所述第一供暖热水热交换器301 具有：
第一供暖热水热交换出水管路25，一端连通第一供暖热水热交换器 301，另一端连通至水源热泵机组5，且所述第一供暖热水热交换出水管路 25与补水管路10通过连接管路26连通；
第一供暖热水热交换进水管路27，一端连通第一供暖热水热交换器 301，另一端连通至供暖回水；以及
所述第一供暖热水热交换出水管路25和第一供暖热水热交换进水管路27通过连通管路28连通；
其中，所述第一供暖热水热交换出水管路25依次设置有第一供暖热水热交换出水温度传感器29、压力传感器30、供暖系统循环泵31、水源热泵进水温度传感器32以及流量传感器33；
所述第一供暖热水热交换进水管路27设置有第一供暖热水热交换进水温度传感器49和第一电磁阀34；以及
所述连通管路28设置有第二电磁阀35。
在本技术方案中，第一供暖热水热交换出水管路25用于将第一供暖热水热交换器301内的水输送至水源热泵机组5，且在输送过程中，部分水通过连接管路26重新回到补水管路10内。第一供暖热水热交换进水管路 27则用于将供暖的回水输送回至第一供暖热水热交换器301内。
本发明第七个实施例提出了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，且在上述任一实施例的基础上，所述第二供暖热水热交换器302 具有：
第二供暖热水热交换出水管路36，一端连通第二供暖热水热交换器 302，另一端连通至承压闭式热水水箱4；
第二供暖热水热交换进水管路37，一端连通第二供暖热水热交换器 302，另一端连通至地下水回水以及水源热泵机组5；
其中，所述第二供暖热水热交换出水管路36依次设置有第二供暖热水热交换出水温度传感器38以及供暖中间循环泵39；
所述第二供暖热水热交换进水管路37依次设置有第二供暖热水热交换进水温度传感器40、第三电磁阀41以及第四电磁阀42。
在本实施例中，第二供暖热水热交换出水管路36用于将第二供暖热水热交换器302内的水输送至承压闭式热水水箱4加热，并且再通过承压闭式热水水箱4输送至水源热泵机组5，水源热泵机组5则通过供暖管路给用户供暖。第二供暖热水热交换进水管路37则用于将地下水的回水输送至第二供暖热水热交换器302内。
本发明第八个实施例提出了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，且在上述任一实施例的基础上，所述承压闭式热水水箱4还具有：
地下水取水管路43，一端连通所述承压闭式热水水箱4，另一端接通地下水取水；
水箱连通管路44，一端连通所述承压闭式热水水箱4，另一端连通至所述水源热泵机组5；
其中，所述地下水取水管路43设置有水源侧水泵45；
所述水箱连通管路44设置有水箱出水温度传感器22；
所述承压闭式热水水箱4内设置有水温传感器47。
在本实施例中，地下水取水管路43用于将地下水补充至承压闭式热水水箱4加热，而水箱连通管路44则用于将承压闭式热水水箱4内的水输送给水源热泵机组5内。
本发明第九个实施例提出了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，且在上述任一实施例的基础上，所述供暖管路6设置有供暖供水温度传感器48。
本发明第十个实施例提出了一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖控制方法，应用于上述技术方案中任一项所述的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，包括如下步骤：
一.水源热泵机组5的启动以及控制：
1.1判断水源热泵机组5是否达到启动要求：设定水源热泵的启动时间点为T1(根据用户使用时间确定，地暖供暖提前1小时启动；其他供暖方式则提前0.5小时启动)，停止时间点为T2(用户关闭供暖的时间)，当时间 (即需要此系统运行的时间)处于T1与T2之间，则判定水源热泵机组5 达到启动条件之一，若第一供暖热水热交换器31的出水温度低于55摄氏度并持续时间满足60s，则判定水源热泵机组5完全达到启动条件；
由于本系统具有以下三级供热管路：
第一级供热管路，由太阳能热水型集热器阵列1加热跨季节蓄热水池2 内的水，并将加热后的水输送至第一供暖热水热交换器301内，此时供暖中间循环泵39关闭，热水经由第一供暖热水热交换器301输送至水源热泵机组5 (此时水源热泵机组5不工作，即相当于连通的管路)，再由水源热泵机组5 直接将热水通过供暖管路6供给用户；
第二级供热管路，此时的水源热泵机组5的低品位端(图1中水源热泵机组的左侧端口)进水为跨季节蓄热水池2的低温水，其具体过程为：跨季节蓄热水池2的低温水进入到第二供暖热水热交换器302，第二供暖热水热交换器 302将水输送至承压闭式热水水箱4(此时供暖中间循环泵39开启)，再由水源热泵机组5的低品位端进水口进入到水源热泵机组5内。而水源热泵机组5 的高品位端(图1中水源热泵机组的右侧端口)进水为供暖循环水，其具体过程为：第一电磁阀34关闭，第二电磁阀35开启，供暖循环水经连通管路26 进入第一供暖热水热交换出水管路25的后半程，最后经高品位端(图1中水源热泵机组的右侧端口)进入水源热泵机组5。水源热泵机组5由此汲取低温水的热量供给供暖循环水换热，供暖循环水加热后(即经过水源热泵机组提高品位)经供暖管路6供给用户；
第三级供热管路，此时的水源热泵机组5的低品位端(图1中水源热泵机组的左侧端口)进水为地下水，其具体过程为：地下水取水管路43抽取地下水至述承压闭式热水水箱4，随后经水源热泵机组5的低品位端进水口进入到水源热泵机组5内。而水源热泵机组5的高品位端(图1中水源热泵机组5 的右侧端口)进水依旧为供暖循环水，其具体过程同第二级供热管路。水源热泵机组5由此汲取地下水的热量供给供暖循环水换热，供暖循环水加热后(即经过水源热泵机组提高品位)经供暖管路6供给用户。
由此可见，当系统满足要求(指热水满足供暖需求)且启动第一级供热管路时，此时无需启动水源热泵机组5，只有在启动第二级供热管路和第三级供热管路时，需要判定水源热泵机组是否达到启动要求，即1.1条的目的
1.2当水源热泵机组5满足启动条件后，则根据下列要求控制增加或减少机组运行：
通过第一供暖热水热交换出水管路25的流量传感器33以及水源热泵高品位端的进水温度传感器32对水的流量以及温度进行采样并检测；通过供暖管路6的供暖供水温度传感器48对水的温度进行采样并检测。基于上述三个采样，进行供暖负荷计算：
当供暖负荷需求大于热水机组提供的最大负荷，且此状态持续时间达到10～15分钟，则投入另外一台水源热泵；当计算结果表明减少一台水源热泵后剩余机组提供的最大负荷可满足负荷需求，且此状态持续时间达到 10～15分钟，则停运一台水源热泵。
1.3当第一供暖热水热交换出水管路25的第一供暖热水热交换出水温度传感器29监测到出水温度大于55摄氏度且持续时间为300S时，第一供暖热水热交换进水管路27的第一电磁阀34开启，且连通管路28的第二电磁阀35 关闭，此时供暖中间循环泵39关闭，水源热泵机组5关闭。此时用户所需供暖热量全部由跨季节蓄热水池提供，即启动第一级供热管路；
1.4水箱出水管路的水箱出水温度传感器22监测到出水温度小于55摄氏度且持续时间为300S时，第二电磁阀35开启，第一电磁阀34关闭，且任何情况下第一电磁阀34与第二电磁阀35不同时开启或关闭，水源热泵机组5 按上述1.1条的要求判断是否启动；
二.集热循环泵15和常开电磁阀14的控制：
设定集热循环泵15开启时间点为T3(根据当地日出时间延后0.5小时)，集热循环泵15停止时间点为T4(根据当地日落时间提前0.5小时)，当时间(即需要此系统运行的时间)处于T3与T4之间，且板内温度传感器19 检测到温度大于55摄氏度，并持续时间为300s时，开启集热循环泵15，延时10s后关闭常开电磁阀14；
当时间处于T3与T4之间，且集热器进水温度传感器17检测到进水温度高于集热器出水温度传感器18检测到的出水温度，且持续时间为300s 时，关闭集热循环泵15，同时打开常开电磁阀14，待满足板内温度传感器检测到温度大于55摄氏度，并持续时间为300s时，再启动循环水泵；
当时间大于T4或板内温度传感器19检测的温度低于30摄氏度时，停止集热循环泵15，并开启常开电磁阀14，常开电磁阀14与集热循环泵 15连锁反向启闭，即两者不同时开启或不同时关闭；
其中，集热循环泵15的变频根据集热器出水温度传感器18与集热器进水温度传感器17之间的供回水温差值的大小依据水泵性能曲线进行比例控制。
三.变频定压补水泵11的控制：
维持供暖系统循环泵31吸入口的压力恒定(通过压力传感器30监测)，并根据水池液位传感器8检测到的水位保证跨季节蓄热水池2水位(即通过补水设备12补水，补水设备12可以为外接的补水管路10等，当水池液位传感器8检测检测的水位低于设定值时，水池液位传感器8将信号传输至变频定压补水泵11，变频定压补水泵11启动补水，直至液位达到设定值)；
四.供暖换热循环泵23的控制：
当跨季节蓄热水池2的顶部温度传感器7蓄监测的温度大于30摄氏度且底部温度传感器9监测的温度大于20摄氏度时，且供暖循环泵31已经运行时，开启供暖换热循环泵23；
此时，当跨季节蓄热水池的进水温度传感器24监测的温度大于水箱出水温度传感器22监测的温度且持续300s时，停止热水换热循环泵23；当系统满足开启条件时，重新开启热水换热循环泵23；其中，热水换热循环泵的变频根据水箱进水温度传感器24监测的温度与水箱出水温度传感器22监测的温度的差值大小依据水泵性能曲线进行比例控制；
五.供暖中间循环泵39的控制：
当时间处于T1与T2之间且第一电磁阀34关闭时，供暖中间循环泵39 启动。
当第二供暖热水热交换出水温度传感器38监测到的供水温度小于承压闭式热水出水温度传感器46监测的出水温度且持续时间为300S；或者承压闭式热水水箱4内的水温传感器47监测的温度低于20摄氏度且持续60s时，停止供暖中间循环泵39；
当系统满足时间处于T1与T2之间且第一电磁阀34关闭时，重新开启供暖中间循环泵39；供暖中间循环泵39的变频根据温度传感器38与温度传感器46的差值大小依据水泵性能曲线进行比例控制；
六.水源侧水泵45的控制：
其中，当承压闭式热水水箱4内的水温传感器47监测的温度低于20摄氏度且持续60s时，开启水源侧水泵45，同时关闭供暖中间循环泵39；第三电磁阀41与供暖中间循环泵39连锁启停；第四电磁阀42与水源侧水泵45连锁启停；供暖中间循环泵39与水源侧水泵45不同时启动。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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 (7)

1.一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，其特征在于，包括：
太阳能热水型集热器阵列(1)；
跨季节蓄热水池(2)，与所述太阳能热水型集热器阵列(1)连通；
供暖热水热交换器组(3)，与所述跨季节蓄热水池(2)连通，其中，所述供暖热水热交换器组(3)至少包括有相互连通的第一供暖热水热交换器(301)和第二供暖热水热交换器(302)；
承压闭式热水水箱(4)，与所述第二供暖热水热交换器(302)连通，以及连通地下水取水系统；
水源热泵机组(5)，所述水源热泵机组(5)具有低品位端和高品位端，所述低品位端的进水与所述承压闭式热水水箱(4)连通，出水与可切换的所述第二供暖热水热交换器(302)或地下水回水连通；所述高品位端的进水与可切换的所述第一供暖热水热交换器(301)或供暖回水连通，出水与供暖管路(6)连通，以对用户提供供暖热水；
所述跨季节蓄热水池(2)与供暖热水热交换器组(3)之间具有：
水箱出水管路(20)，一端连通跨季节蓄热水池(2)，另一端连通第一供暖热水热交换器(301)，以将跨季节蓄热水池(2)内的水输送至第一供暖热水热交换器(301)内；
水箱进水管路(21)，一端连通跨季节蓄热水池(2)，另一端连通第二供暖热水热交换器(302)；
其中，所述水箱出水管路(20)设置有水箱出水温度传感器(22)以及热水换热循环泵(23)，所述水箱进水管路(21)设置有水箱进水温度传感器(24)；
所述第一供暖热水热交换器(301)具有：
第一供暖热水热交换出水管路(25)，一端连通第一供暖热水热交换器(301)，另一端连通至水源热泵机组(5)的高品位端进水，且所述第一供暖热水热交换出水管路(25)与补水管路(10)通过连接管路(26)连通；
第一供暖热水热交换进水管路(27)，一端连通第一供暖热水热交换器(301)，另一端连通至供暖回水；以及
所述第一供暖热水热交换出水管路(25)和第一供暖热水热交换进水管路(27)通过连通管路(28)连通；
其中，所述第一供暖热水热交换出水管路(25)依次设置有第一供暖热水热交换出水温度传感器(29)、压力传感器(30)、供暖系统循环泵(31)、水源热泵进水温度传感器(32)以及流量传感器(33)；
所述第一供暖热水热交换进水管路(27)设置有第一供暖热水热交换进水温度传感器(49)和第一电磁阀(34)；以及
所述连通管路(28)设置有第二电磁阀(35)；
所述第二供暖热水热交换器(302)具有：
第二供暖热水热交换出水管路(36)，一端连通第二供暖热水热交换器(302)，另一端连通至承压闭式热水水箱(4)；
第二供暖热水热交换进水管路(37)，一端连通第二供暖热水热交换器(302)，另一端连通水源热泵机组(5)的低品位端出水；
其中，所述第二供暖热水热交换出水管路(36)依次设置有第二供暖热水热交换出水温度传感器(38)以及供暖中间循环泵(39)；
所述第二供暖热水热交换进水管路(37)依次设置有第二供暖热水热交换进水温度传感器(40)、第三电磁阀(41)。
2.根据权利要求1所述的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，其特征在于，所述跨季节蓄热水池(2)的顶部设置有顶部温度传感器(7)以及水池液位传感器(8)，其底部设置有底部温度传感器(9)。
3.根据权利要求2所述的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，其特征在于，所述跨季节蓄热水池(2)具有补水管路(10)，所述补水管路(10)设置有变频定压补水泵(11)以及补水设备(12)，以用于对跨季节蓄热水池(2)补充水源。
4.根据权利要求3所述的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，其特征在于，所述太阳能热水型集热器阵列(1)和跨季节蓄热水池(2)之间具有：
太阳能热水型集热器进水管路(13)，一端连通所述太阳能热水型集热器阵列(1)的进水口，另一端连通所述跨季节蓄热水池(2)，所述太阳能热水型集热器进水管路(13)与跨季节蓄热水池(2)的连接处具有两个分支管路，其中一个分支管路设置有常开电磁阀(14)，以防止太阳能热水型集热器阵列(1)无效集热或夜晚冻裂；另一个分支管路设置有集热循环泵(15)，以将跨季节蓄热水池(2)内的水输送至太阳能热水型集热器阵列(1)中予以加热；
太阳能热水型集热器出水管路(16)，一端连通所述太阳能热水型集热器阵列(1)的出水口，另一端连通所述跨季节蓄热水池(2)的进水口，以将太阳能热水型集热器加热后的热水输送至跨季节蓄热水池(2)；
其中，在所述太阳能热水型集热器进水管路(13)设置有集热器进水温度传感器(17)，以监测太阳能热水型集热器阵列(1)的进水温度，在所述太阳能热水型集热器出水管路(16)设置有集热器出水温度传感器(18)，以监测太阳能热水型集热器阵列(1)的出水温度；以及
所述太阳能热水型集热器阵列(1)内设置有板内温度传感器(19)，以监测太阳能热水型集热器阵列(1)内部温度。
5.根据权利要求4所述的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，其特征在于，所述承压闭式热水水箱(4)还具有：
地下水取水管路(43)，一端连通所述承压闭式热水水箱(4)，另一端接通地下水取水；
水箱连通管路(44)，一端连通所述承压闭式热水水箱(4)，另一端连通至所述水源热泵机组(5)的低品位端进水；
其中，所述地下水取水管路(43)设置有水源侧水泵(45)；
所述水箱连通管路(44)设置有承压闭式热水出水温度传感器(46)；
所述承压闭式热水水箱(4)内设置有水温传感器(47)。
6.根据权利要求5所述的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，其特征在于，所述供暖管路(6)设置有供暖供水温度传感器(48)。
7.一种跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖控制方法，应用于上述权利要求6所述的跨季节水池蓄热太阳能与水源热泵耦合供暖系统，其特征在于，包括如下步骤：
一.水源热泵机组(5)的启动以及控制：
1.1判断水源热泵机组(5)是否达到启动要求：设定水源热泵的启动时间点为T1，停止时间点为T2，当时间处于T1与T2之间，则判定水源热泵机组(5)达到启动条件之一，若第一供暖热水热交换器(301)的出水温度低于55度并持续时间满足60s，则判定水源热泵机组(5)完全达到启动条件；
1.2当水源热泵机组(5)满足启动条件后，则根据下列要求控制增加或减少机组运行：
通过第一供暖热水热交换出水管路(25)的流量传感器(33)以及水源热泵高品位端进水的温度传感器(32)对热水的流量以及进水温度进行采样并检测；通过供暖管路(6)的供暖供水温度传感器(48)对热水的出水温度进行采样并检测，基于上述三个采样，进行供暖负荷计算：
当供暖负荷需求大于热水机组提供的最大负荷，且此状态持续时间达到10～15分钟，则投入另外一台水源热泵；当计算结果表明减少一台水源热泵后剩余机组提供的最大负荷可满足负荷需求，且此状态持续时间达到10～15分钟，则停运一台水源热泵；
1.3当第一供暖热水热交换出水管路(25)的第一供暖热水热交换出水温度传感器(29)监测到出水温度大于55摄氏度且持续时间为300S时，第一供暖热水热交换进水管路(27)的第一电磁阀(34)开启，且连通管路(28)的第二电磁阀(35)关闭，此时供暖中间循环泵(39)关闭，水源热泵机组(5)关闭，此时用户所需供暖热量全部由跨季节蓄热水池(2)提供；
1.4水箱出水管路(20)的水箱出水温度传感器(22)监测到出水温度小于55摄氏度且持续时间为300S时，第二电磁阀(35)开启，第一电磁阀(34)关闭，且任何情况下第一电磁阀(34)与第二电磁阀(35)不同时开启或关闭，水源热泵机组(5)按上述1.1条的要求判断是否启动；
二.集热循环泵(15)和常开电磁阀(14)的控制：
设定集热循环泵(15)开启时间点为T3，集热循环泵(15)停止时间点为T4，当时间处于T3与T4之间，且板内温度传感器(19)检测到温度大于55摄氏度，并持续时间为300s时，开启集热循环泵(15)，延时10s后关闭常开电磁阀(14)；
当时间处于T3与T4之间，且集热器进水温度传感器(17)检测到进水温度高于集热器出水温度传感器(18)检测到的出水温度，且持续时间为300s时，关闭集热循环泵(15)，同时打开常开电磁阀(14)，等待满足启动条件，再启动循环水泵；
当时间大于T4或板内温度传感器(19)检测的温度低于30摄氏度时，停止集热循环泵(15)，并开启常开电磁阀(14)，常开电磁阀(14)与集热循环泵(15)连锁反向启闭；
其中，集热循环泵(15)的变频根据集热器出水温度传感器(18)与集热器进水温度传感器(17)之间的供回水温差值的大小控制；
三.变频定压补水泵(11)的控制：
维持供暖系统循环泵(31)吸入口的压力恒定，并根据水池液位传感器(8)检测到的水位保证跨季节蓄热水池(2)水位；
四.供暖换热循环泵的控制：
当跨季节蓄热水池(2)的顶部温度传感器(7)监测的温度大于30摄氏度且底部温度传感器(9)监测的温度大于20摄氏度时，如果供暖系统循环泵(31)已经运行时，开启热水换热循环泵(23)；
此时，当跨季节蓄热水池(2)的进水温度传感器(24)监测的温度大于水箱出水温度传感器(22)监测的温度且持续300s时，停止热水换热循环泵(23)；当系统满足开启条件时，重新开启热水换热循环泵(23)；其中，热水换热循环泵(23)的变频根据水箱出水温度传感器(22)与进水温度传感器(24)差值的大小比例控制；
五.供暖中间循环泵(39)的控制：
当时间处于T1与T2之间且第一电磁阀(34)关闭时，供暖中间循环泵(39)启动；
当第二供暖热水热交换出水温度传感器(38)监测到的供水温度小于承压闭式热水出水温度传感器(46)监测的出水温度且持续时间为300S；或者承压闭式热水水箱(4)内的水温传感器(47)监测的温度低于20摄氏度且持续60s时，停止供暖中间循环泵(39)；
当系统满足开启条件时，重新开启供暖中间循环泵(39)；供暖中间循环泵(39)的变频根据温度传感器(38)与温度传感器(46)的差值的大小控制；
六.水源侧水泵(45)的控制：
其中，当承压闭式热水水箱(4)内的水温传感器(47)监测的温度低于20摄氏度且持续60s时，开启水源侧水泵(45)，同时关闭供暖中间循环泵(39)；第三电磁阀(41)与供暖中间循环泵(39)连锁启停；第四电磁阀(42)与水源侧水泵(45)连锁启停；供暖中间循环泵(39)与水源侧水泵(45)不同时启动。
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