CN201122001Y - 太阳能热水供应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能热水供应系统，解决了现有太阳能热水器使用辅助热源较多的问题。该太阳能热水供应系统包括太阳能集热器和水泵，还包括至少两个水箱，所述每个水箱的循环出水口连接到水泵的入口，所述水泵的出口连接到太阳能集热器的入口，所述太阳能集热器的出口连接到每个水箱的循环回水口。由于设置了多个水箱，在太阳能不充裕的时候，可以利用太阳能将部分水箱的水加热到目标温度，以提供合适温度的水，节约了辅助热源。本实用新型可以用在各种公共建筑的热水集中供应系统中，也可以用在家庭中提供生活用水。

Description

太阳能热水供应系统

技术领域

本实用新型涉及提供热水的系统，特别涉及利用太阳能将水加热后提供热水的系统。

背景技术

为了满足社会可持续发展的需要，必须开发新的能够持续利用的能源，例如：风能、水能、太阳能等。其中太阳能的利用已经开始在广大民众中普及，太阳能热水器就是普及利用的设备。

现在大部分太阳能热水器一般采用一个贮热水箱或多个相连的贮热水箱，在使用过程中，通常情况是，贮热水箱虽设有温度计，但对热水的供应温度并无限定，只要有热水需求，贮热水箱就向外供水，同时随着贮热水箱内热水的减少，随时补入冷水，贮热水箱内的水温一直处于变化之中。这样，无论太阳热能是否充足，在使用过程中，都很难获得水温相对恒定的热水，特别是当太阳热能不足时，往往在需热量不大的情况下，仍需消耗辅助热能将水温提升到所需的温度。

因为太阳能集热器面积、贮热水箱容积等的设置是根据有关规范、标准，在某一特定条件下，通过计算确定出来的，虽然在理论上可满足多数的使用情况，但在运行过程中，这样简单的系统设置与热水的实际需求情况很难达到良好的契合。一方面，随着贮热水箱的出水，冷水不断补入，即使设有导流装置，也难以良好的保证贮热水箱的出水温度不变化，且贮热水箱的有效容积也受到很大影响。另一方面，当太阳热能不充裕，而用户对热水的需求也并不充分时，虽然太阳热能可提供用户所要求的热量，但传统的系统因是对全部热贮水箱内的水加热，在这种情况下，由于太阳热能不可能将全部的热水加热到所要求的温度，为了保证用户对热水的需求，只有利用辅助热能二次加热，因此既无法充分利用太阳热能，又消耗了本可以节省的辅助热能。

一般常用的太阳能热水系统如图1所示，贮热水箱一般根据建筑平面、设备加工情况设为一个或多个，当多个设置时，通常也是通过管道相连通的。常见的运行方式为：当有可供利用的太阳热能时(一般设定条件为太阳能集热器处的水温高于贮热水箱内的水温2～5℃)，循环加热泵7开始工作，通过太阳能集热器循环加热贮热水箱内的热水，直至太阳能集热器处的水温与贮热水箱内的水温的温差小于某一设定值(如2～5℃)，循环水泵7停止运行。贮热水箱的循环进水阀3和循环回水阀6处于常开状态，冷水供水管路1上的阀门2一般采用的是具有水位控制功能的补水阀，当贮热水箱的水位降低时，阀门2就自动开启，向贮热水箱补水。热水供水管路4上的阀门5一般处于常开状态，随时提供热水。

图1所示的太阳能热水系统，一般需要将水箱设计的比较大，当太阳能不足时，就无法将水箱内的水加热到设定温度，这样就需要通过辅助热源加热水箱内的水，例如：利用电热水器来加热。但是可能此时需要的热水量并不大，若将所能聚集到的太阳能用来加热较小一部分的水，即可使得水温达到设定温度，所以，上述太阳能热水系统不能充分利用太阳能提供热水，浪费了较多的辅助能源。

实用新型内容

本实用新型提供一种太阳能热水供应系统，以节约辅助能源。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：该太阳能热水供应系统包括太阳能集热器和循环水泵，还包括至少两个水箱，所述每个水箱的循环出水口通过管道连接到循环水泵的入口，所述循环水泵的出口通过管道连接到太阳能集热器的入口，所述太阳能集热器的出口通过管道连接到每个水箱的循环回水口；所述每个水箱的循环出水口和循环回水口设有阀门，所述每个水箱还设有冷水入口和热水出口，所述冷水入口和热水出口处设有阀门。

所述的太阳能热水供应系统还包括自控恒温装置；所述自控恒温装置的一个入口通过管道连接到所述每个水箱的热水出口，另一个入口引入冷水，所述自控恒温装置的出口通过管道连接到主热水管。

所述的太阳能热水供应系统，还包括至少一个辅助加热设备；所述辅助加热设备的入口通过管道连接主热水管，所述辅助加热设备的出口连接有热水供应管。

所述辅助加热设备和热水供应管之间连接有贮热水罐。

所述的太阳能热水供应系统还包括维温水泵，所述维温水泵的入口连接回水管，所述维温水泵的出口通过管道连接到辅助加热设备的进口处，或者连接到太阳能集热器的入口。

所述的太阳能热水供应系统各管路中所需的冷水均由同一冷水系统供给。

可选的，所述的太阳能热水供应系统，还包括冷水箱，所述冷水箱的入口引入冷水，所述冷水箱的出口连接到冷水供应管，所述太阳能热水供应系统中的膨胀管和泄压口通过管道连接到所述冷水箱的顶部。

所述太阳能集热系统设有可使屋面太阳能集热器及管路内的水全部泄空的泄空口。

所述的循环水泵和阀门通过手动、全自动或手动与自动相结合的方式来控制。

由上述技术方案所描述的太阳能热水供应系统设置了至少两个水箱，且水箱中的水互不混合，这样就可以先加热其中一个水箱中的水，当水温达到设定温度后，再加热另一个水箱中的水，依次循环对水箱中的水加热。如此一来，当太阳能并不是特别充裕时，可以利用有限的太阳能加热其中一个水箱中的水，使其达到预定的温度，这样还是可以用到合适温度的热水，并且可以不用辅助加热设备来加热水，相对于现有太阳能热水器而言，减少了使用辅助加热设备的几率，节约了辅助热源。

附图说明

图1为现有技术中太阳能热水供应系统的原理图；

图2为本实用新型太阳能热水供应系统的原理图。

具体实施方式

本实用新型将太阳能热水器中的大水箱用多个相对独立的、较小的水箱代替，并且依次加热每个水箱中的水，使得每个水箱中的水能够较快地升温，并且在太阳能不够充裕时能够将其中部分水箱的水加热到设定温度，在不用辅助热源加热的情况下，为使用者提供合适温度的用水，从而实现节约辅助热源的目的。

下面结合附图对本实用新型太阳能热水供应系统及其加热方法进行详细描述。

如图2所示，本实用新型太阳能热水供应系统包括太阳能集热器10和循环水泵19，还包括至少两个储热水箱11(本实施例中采用三个储热水箱)，所述每个储热水箱11设有冷水入口和热水出口，所述每个储热水箱11的冷水入口和热水出口处设有阀门(冷水入口阀门为：V41、V42和V43，热水出口阀门为：V31、V32和V33)。所述每个储热水箱的循环出水口通过管道连接到循环水泵19的入口，所述循环水泵19的出口通过管道连接到太阳能集热器的入口，所述太阳能集热器10的出口通过管道连接到每个储热水箱的循环回水口；所述循环出水口和循环回水口处设有阀门(循环出水口阀门为：V11、V12和V13，循环回水口阀门为：V21、V22和V23)。

依次打开冷水入口的阀门V43、V42和V41，依次往储热水箱中注满冷水，然后关闭冷水入口的阀门，依次打开第一个储热水箱中循环出水口的阀门V11和循环回水口的阀门V21，通过循环水泵19将储热水箱中的水抽到太阳能集热器10中，然后由太阳能集热器10吸收太阳能，并将吸收的太阳能转化为水的热能，使水温上升；水升温后由循环回水口回流到储热水箱中。随着循环水泵19的持续工作，使得储热水箱内的水温不断上升，直到达到设定温度，即可停止对该储热水箱的水加热，并关闭第一个储热水箱中循环出水口的阀门V11和循环回水口的阀门V21；然后打开第二个储热水箱中循环出水口的阀门V12和循环回水口的阀门V22，对第二个储热水箱中的水加热，完成后关闭第二个储热水箱中循环出水口的阀门V12和循环回水口的阀门V22；然后打开第三个储热水箱中循环出水口的阀门V13和循环回水口的阀门V23，对第三个储热水箱中的水加热，完成后关闭第三个储热水箱中循环出水口的阀门V13和循环回水口的阀门V23。

通过太阳能集热器依次加热储热水箱中的水达到设定温度后，关闭循环出水口和循环回水口处设有阀门，可以打开热水出口的阀门V31、V32或V33，以获取储热水箱内的热水。

本实用新型太阳能热水供应系统设置了至少两个储热水箱，且储热水箱中的水互不混合，当需要相同储水量时，本实用新型太阳能热水供应装置的储热水箱可以比现有储热水箱小很多。这样就可以先加热其中一个储热水箱中的水，当水温达到设定温度后，再加热另一个储热水箱中的水，依次循环对储热水箱中的水加热。如此一来，当太阳能不足时，可以利用有限的太阳能加热其中一个储热水箱中的水，使其达到预定的温度，这样还是可以用到合适温度的热水，并且可以不用辅助加热设备来加热水，相对于现有太阳能热水器而言，减少了使用辅助加热设备的几率，节约了辅助热源。

本实用新型太阳能热水供应系统还包括自控恒温装置14(本实施例采用压力式自控恒温装置)，所述每个储热水箱的冷水入口通过管道连接到主冷水管12，通过主冷水管12将冷水注入储热水箱11。所述压力式自控恒温装置14的一个入口通过管道连接到所述每个储热水箱11的热水出口，另一个入口通过管道连接到主冷水管12，出口通过管道连接到主热水管13，这样在压力式自控恒温装置中将会混合热水和冷水，该压力式自控恒温装置可以通过控制冷水和热水按照不同比例混合，从而调整压力式自控恒温装置输出水的温度，保证输出到主热水管的热水处于比较适宜人使用的温度，例如40℃。

当太阳能不足时，或者雨天没有太阳能时，这时由于热水的温度也达不到适宜人使用的温度，为了保证最后输出的水能够达到适宜人使用的温度，本实用新型太阳能热水供应系统还包括贮热水罐16和至少一个辅助加热设备15；所述辅助加热设备15的入口通过管道连接到主热水管13，所述辅助加热设备15的出口通过管道连接到贮热水罐16的入口，所述贮热水罐的出口连接有热水供应管。通过上述的辅助加热设备15可以对压力式自控恒温装置14输出到主热水管13的水再次加热，使其达到适宜人使用的温度，并存储在贮热水罐16中，并输送到热水供应管中。当阳光充足，压力式自控恒温装置14输出的水已经达到适宜人使用的温度，那么热水将通过辅助加热设备15，但辅助加热设备15并不对其进行加热，只是输送到贮热水罐中。当太阳能不足时，还可以将辅助加热设备直接和主热水管连接，以便对热水再次加热。当然，在本系统中，当阳光充足时，压力式自控恒温装置14输出的水已经达到适宜人使用的温度，热水也可不通过辅助加热设备15，直接输送到贮热水罐中以供使用。

所述辅助加热设备15为辅助热媒热水器、可以是电热水器、燃气热水器、容积式换热器、半容积式换热器、即热式换热器等等。

如果直接供给用户使用的热水供应管中的热水长时间不流动温度就会逐渐下降，变成凉水，这样会使得每次用水的前一段时间流出的是凉水，而用户一般不用这种低温的水，只是等到将热水供应管中的凉水放完后，再使用后面流出的热水，造成水资源浪费。为了防止上述现象发生，本实用新型太阳能热水供应系统还包括维温水泵17，所述维温水泵17的入口通过回水管连接到热水供应系统的末端，所述维温水泵17的出口通过管道连接到辅助加热设备的进口处，或者连接到太阳能集热器10的入口。

通过上述的维温水泵17可以将热水供应管中的凉水抽到主热水管13中，这样辅助加热设备15或者太阳能集热器10可以对抽回的凉水再次加热，并存储在贮热水罐16中，由贮热水罐16将再次加热后的水输送到热水供应管中，以保证热水供应管中的水维持在适宜人使用的温度上，这样可以保证每时每刻流出的水都是热水，避免了用户浪费水资源。

本实用新型太阳能热水供应系统还包括冷水箱18，所述冷水箱18的入口引入冷水，出口连接到洗浴冷水供水管12，其中冷水箱还具有如下作用：

1、使洗浴供水系统中，热水与冷水的供水压力及其压力变化尽可能的平衡。从而保证用水点对热水使用舒适性的要求。

2、使本系统对于单管供水或双管供水这两种热水供应方式都能良好适用。

3、尽可能的减少热水系统运行过程中对水的非生活使用消耗，减少设备投资，设置冷水箱后，可考虑不设置膨胀罐，通过太阳能热水供应系统中的膨胀管路、泄压阀将膨胀的水量泄至冷水箱。

需要说明的是，根据具体情况的不同，本太阳能热水集中供给系统可有闭式系统和开式系统这两种基本的应用情况。对于开式系统，冷水箱的设置要求要与热水箱设置高度基本一致；对于闭式系统，一般情况下只有闭式热水箱(或称为压力式热贮水罐)，为实现热水与冷水的供水压力及其压力变化尽可能相平衡的目的，正常情况下要求冷水与热水均由同一个供水系统供水。无论开式系统还是闭式系统，洗浴系统冷水供水管路与热水供水管路的布置应尽可能的采用相同的敷设原则。

在冬天使用本实用新型太阳能热水供应系统，由于太阳能集热器是处于室外，在晚上气温较低时，太阳能集热器内的水容易被冻住，这样在第二天就会影响系统的正常运行。为了防止太阳能集热器内的水被冻住，在冬天时，可以将多个水箱中的其中一个水箱作为泄空箱，也就是在晚上时，将太阳能集热器中的水全都排到该水箱中，在夜间太阳能集热器中就不会有水，处于室外的太阳能集热器就不会被冻坏。

为了防止太阳能集热器10被坏，还可以采用如下方案：所述太阳能集热器10的入口处设有泄空口20，该泄空口20可以通过管道连接到排水系统。如此一来，就可以通过该泄空口20将太阳能集热器10中的水全部排放到排水系统中，以防止太阳能集热器10在夜间被冻住。当然，在遇到太阳能集热器故障时，例如：由于长时间积累，使得太阳能集热器的集热管中水垢太多，造成加热效果低，这时就需要对太阳能集热器中的集热管进行维护，在维护前，可以通过该泄空口20排空太阳能集热器中的水。

当然，将太阳能集热器改成采用防冻液换热的集热器，也可以达到防冻效果。具体实现时，需要增加设置热交换器，太阳能集热器只加热防冻液，然后通过循环水泵、热交换器、相应管路，以闭式循环换热的方式加热储热水箱中的贮水。

所述系统的控制可通过手动、全自动、手动与自动相结合的方式实现。

本实用新型太阳能热水供应系统的加热方法包括如下步骤：

首先，要将每个水箱灌满冷水，打开其中一个水箱的冷水入口的阀门即可将冷水注入水箱，当水箱内的水位达到最高水位时，即可将冷水入口的阀门关闭，并按同样操作往另一个水箱中注水。

其次，通过太阳能集热器依次加热每个水箱中的水，由水泵将水箱内的水抽到太阳能集热器中加热，然后引回水箱，通过这种不断的水循环可以使得水箱内的水温升高，在其中一个水箱的水温达到设定温度后，对下一个水箱中的水加热，依次类推，直到所有水箱中的水温都达到设定温度。

本实用新型由于有多个水箱，可以将每个水箱的容积减小，这样每个水箱中的水升温速度快。现有技术由于水箱太大或多个水箱连通，太阳能不是特别充裕时不能将水箱中的水加热到设定温度，需要通过辅助热源将水加热到设定温度。所以，本实用新型在太阳能不是特别充裕的时候，可以利用太阳能将部分水箱的水加热到设定温度，以供使用者使用合适温度的水，从而节约了辅助热源。

为了保证每个水箱中的水温较为恒定，一般需要设定每个水箱中加热的设定温度，这个温度可以根据当天阳光状况和使用需求来确定，正常情况设定在60℃，当阳光比较充裕时可以设定的高一些，以充分利用太阳能。

为了充分利用太阳能，一般可以将水箱的目标水温设定的较高，但实际使用时，不需要那么高的水温，所以为了提供一个适宜人使用的水温，本实用新型太阳能热水供应装置的加热方法还包括如下步骤：设置压力式自控恒温装置内的设定温度；将冷水和水箱中的热水都输送到压力式自控恒温装置中，在压力式自控恒温装置中将冷水和任意一个水箱流出的热水混合，混合到设定温度后，输出设定温度的热水。

当太阳能不充裕时，水箱内的水温本来就达不到需求的温度，所以，本实用新型还可以将压力式自控恒温装置输出的热水，可以通过辅助加热设备加热到设定温度后，再输出热水。

有了上述的步骤可以保证供给用户使用的水一定是达到设定温度要求的热水。

当然，通过压力式自控恒温装置输出的热水的水温是固定的，但是每个人所需要使用的水温是不同的，为了能够适应多数人对水温的要求，所以本实用新型在最终的用水出水口还设置了冷水供应管，使用者可以手动调节热水和冷水的混合比例，来调节适宜自己的水温。

由于直接供给用户使用的热水供应管中的热水在长时间不用时，若不考虑循环加热，温度就会逐渐下降，变为凉水，这样会使得每次用水的前一段时间流出的是凉水，而用户一般不用这种低温的水，只是等到将热水供应管中的凉水放完后，再使用后面流出的热水，造成水资源浪费。为了防止上述现象发生，本实用新型太阳能热水供应系统的加热方法还包括：设定热水供应管的最低水温；当热水供应管中的水温低于最低水温时，将热水供应管中的水引回系统的加热设备加热，并输送到热水供应管中，以保证热水供应管中的水维持在适宜人使用的温度上，这样可以保证每时每刻流出的水都是热水，避免了用户浪费水资源。对于一般较小的太阳能热水供应系统可以将冷水引回到辅助加热设备，而对于较大的太阳能热水供应系统则可以考虑才将冷水引回到太阳能集热器，以充分利用太阳能。

本实用新型太阳能热水供应系统及加热方法可以用在各种场馆、写字楼、办公楼、教学楼等的供水系统中，也可以用在家庭中提供生活用水。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (9)

1、一种太阳能热水供应系统，包括太阳能集热器和循环水泵，其特征在于，还包括至少两个储热水箱，所述每个储热水箱的循环出水口通过管道连接到循环水泵的入口，所述循环水泵的出口通过管道连接到太阳能集热器的入口，所述太阳能集热器的出口通过管道连接到每个储热水箱的循环回水口；所述每个储热水箱的循环出水口和循环回水口设有阀门，所述每个储热水箱还设有冷水入口和热水出口，所述冷水入口和热水出口处设有阀门。

2、根据权利要求1所述的太阳能热水供应系统，其特征在于，还包括自控恒温装置；所述自控恒温装置的一个入口通过管道连接到所述每个储热水箱的热水出口，另一个入口引入冷水，所述自控恒温装置的出口通过管道连接到主热水管。

3、根据权利要求2所述的太阳能热水供应系统，其特征在于，还包括至少一个辅助加热设备；所述辅助加热设备的入口通过管道连接主热水管，所述辅助加热设备的出口连接有热水供应管。

4、根据权利要求3所述的太阳能热水供应系统，其特征在于，所述辅助加热设备和热水供应管之间连接有贮热水罐。

5、根据权利要求4所述的太阳能热水供应系统，其特征在于，还包括维温水泵，所述维温水泵的入口连接回水管，所述维温水泵的出口通过管道连接到辅助加热设备的进口处，或者连接到太阳能集热器的入口。

6、根据权利要求4所述的太阳能热水供应系统，其特征在于，各管路中所需的冷水均由同一冷水系统供给。

7、根据权利要求4所述的太阳能热水供应系统，其特征在于，还包括冷水箱，所述冷水箱的入口引入冷水，所述冷水箱的出口连接到冷水供应管，所述太阳能热水供应系统中的膨胀管和泄压口通过管道连接到所述冷水箱的顶部。

8、根据权利要求6或7所述的太阳能热水供应系统，其特征在于，所述太阳能集热系统设有可使屋面太阳能集热器及管路内的水全部泄空的泄空口。

9、根据权利要求1所述的太阳能热水供应系统，其特征在于，所述的循环水泵和阀门通过手动、全自动或手动与自动相结合的方式来控制。

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