CN208222626U - 一种用于居民供热的太阳能蓄热采暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于居民供热的太阳能蓄热采暖系统，包括采暖循环泵和热源水循环泵，采暖循环泵的出口与热泵冷凝器的进口连接，热泵冷凝器的出口与地盘管的进口连接，地盘管的出口与太阳能集热板的进口相连，太阳能集热板的出口与三通调节阀进水侧相连，太阳能集热板的进口和出口通过太阳能集热板旁通电动阀连通，地盘管的进口和出口通过地盘管电动旁通阀连通，三通调节阀出水侧的一侧与蓄热地埋管的进口连接，另一侧与采暖循环泵的进口连接，蓄热地埋管的出口与采暖循环泵的进口连接，热泵热源地埋管的出口与热源水循环泵的进口相连；本实用新型节省能源，最大限度的利用太阳能。

Description

一种用于居民供热的太阳能蓄热采暖系统

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能蓄热采暖系统，尤其涉及一种用于居民供热的太阳能蓄热采暖系统。

背景技术

大气污染成为影响中国百姓生活质量的主要问题，大气污染治理能否成功，直接关系到我国“两个一百年目标”的实现。

受大气环流影响，我国北方地区，尤其华北，冬季大气污染物扩散条件差，极易形成重度雾霾污染天气。为此，国家在北方地区积极推进燃煤替代工作，诸如小型燃煤锅炉取缔淘汰，居民供热煤改电、煤改气等，减少燃煤带来的污染物排放。

但无论电能还是天然气，都存在较大限制。如北方地区电能主要来自燃煤发电厂，同样存在污染物排放。对于直接电加热方式，电能消耗巨大，非当前北方电网及电厂所能承受；对于空气源热泵供热方式，存在天气越冷系统供热能力越差缺陷；对于地源热泵供热方式，居民建筑存在冬季供热负荷远大于夏季制冷负荷情况，致使地埋管系统取、回热无法平衡，最终因冬季取不出足够热量供热系统瘫痪。我国天然气资源不富裕，所以天然气紧缺将是我国二三十年内长期存在的情况。

太阳能是清洁无污染能源，而且储量巨大，属于可再生能源，尤其北方地区，大部分处于太阳能较丰富区域。所以，对于北方地区淘汰小燃煤锅炉、禁止散煤炉造成的居民供热缺口，可以采用太阳能进行替代。当然，太阳能密度低，集取太阳能需要较大的集热占地。这对于采用太阳能替代城市集中供热的大型燃煤锅炉存在较大困难，但对于乡村及村镇，太阳能集热占地基本不存在困难。

太阳能存在一些缺陷。为实现居民供热稳定性，需要对太阳能系统做些补充。如果要达到太阳能集热系统整体经济性及能效，必须实现跨季蓄存，即将春、夏、秋太阳能存储用于冬季采暖。以济南为例，倾斜面1㎡陶瓷太阳能集热器，120天采暖期集热量约0.8GJ，但春、夏、秋集热可达2.4GJ以上，如果不实现跨季蓄热，将会出现太阳能集热器大部分时段闲置。河北某大学采用水体蓄热，实现了太阳能跨季蓄热，但庞大的蓄热水体不仅占地空间大，造价成本也非常高昂。

另外，春、夏、秋季蓄存太阳能还得以合适的方式取出来用于供热。例如上文所提河北某大学，采用分体罐方式，冬季进行取热。这种方式可以获得60℃以上的供水温度，但系统复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种用于居民供热的太阳能蓄热采暖系统，它利用地下土壤或岩石作为蓄热体，实现跨季蓄热，利用热泵机组将蓄存热量取出用于冬季供热，具有节省能源的优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于居民供热的太阳能蓄热采暖系统，包括采暖循环泵和热源水循环泵，所述采暖循环泵的出口与热泵冷凝器的进口连接，所述热泵冷凝器的出口与地盘管的进口连接，所述地盘管的出口与太阳能集热板的进口相连，所述太阳能集热板的出口与三通调节阀进水侧相连，所述太阳能集热板的进口和出口通过太阳能集热板旁通电动阀连通，所述地盘管的进口和出口通过地盘管电动旁通阀连通，所述三通调节阀出水侧的一侧与蓄热地埋管的进口连接，另一侧与采暖循环泵的进口连接，所述蓄热地埋管的出口与采暖循环泵的进口连接，所述热源水循环泵的出口与热泵蒸发器的进口相连，所述热泵蒸发器的出口与热泵热源地埋管的进口相连，所述热泵热源地埋管的出口与热源水循环泵的进口相连；所述蓄热地埋管的进口与热泵热源地埋管的进口之间安装热源水切换电动阀通过联通管连接，所述蓄热地埋管的出口与热泵热源地埋管的出口之间也安装联通管。

一种用于居民供热的太阳能蓄热采暖系统，包括采暖循环泵和热源水循环泵，所述采暖循环泵的出口与热泵冷凝器的进口连接，所述热泵冷凝器的出口与地盘管的进口连接，所述地盘管的出口与三通调节阀的进水侧相连，所述三通调节阀的出水侧一侧与蓄热地埋管的进口连接，另一侧与缓冲水箱回水管道连接；所述蓄热地埋管的出口与电动三通阀的进水侧连接，所述电动三通阀的出水侧一侧与缓冲水箱回水管道连接，另一侧与采暖循环泵的入口连接；所述缓冲水箱的出口分别与蓄热水泵的进口、采暖循环水泵的入口、太阳能集热板出口相连；所述缓冲水箱还与太阳能集热水泵的入口相连，所述太阳能集热水泵的出口与太阳能集热板的进口相连；所述热源水循环泵的出口与热泵蒸发器的进口相连，所述热泵蒸发器的出口与热泵热源地埋管的进口相连，所述热泵热源地埋管的出口与热源水循环泵的进口相连；所述蓄热地埋管的进口与热泵热源地埋管的进口之间安装热源水切换电动阀通过联通管连接，所述蓄热地埋管的出口与热泵热源地埋管的出口之间安装联通管。

所述地埋管的进口和出口处的管道上均设置有球阀。

所述太阳能集热板内安装有温度传感器T1，用于检测太阳能集热板内的水温。

所述地盘管的出口与太阳能集热板的进口连接的管道上安装有温度传感器T2，用于检测地盘管供热回水的温度。

所述太阳能集热板的出口与三通调节阀连接的管道上安装温度传感器T3，用于检测蓄热地埋管供水的温度。

所述地盘管的出口与三通调节阀连接的管道上安装温度传感器T3，用于检测蓄热地埋管供水的温度。

所述蓄热地埋管的出口管路上安装温度传感器T4，用于检测蓄热地埋管出水温度；

所述缓冲水箱上安装温度传感器T5，用于检测缓冲水箱的水温。

所述太阳能集热板为陶瓷太阳能集热板。

本实用新型的有益效果：本实用新型利用太阳能集热板及地埋管，实现太阳能全年利用，并通过判断相关温度实现太阳能的集热、蓄热，同时能够在采暖季将蓄存的热量提取用于供热；本实用新型采用热泵作为辅助能源，作为蓄存太阳能热量的提取工具，可以大幅降低太阳能采暖系统太阳能集热器的配置容量，从而大幅提高太阳能居民采暖系统的经济性，节省能源，最大限度的使用太阳能。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图一；

图2为本实用新型的原理示意图二；

图3为本实用新型中蓄热地埋管和热泵热源地埋管的布置示意图。

其中，1.地盘管，2.太阳能集热板，3.球阀，4.太阳能集热板旁通电动阀，5.采暖循环泵，6.热源水循环泵，7.地盘管电动旁通阀，8.三通调节阀，9.蓄热地埋管，10.热源水切换电动阀，11.热泵热源地埋管，12.热泵蒸发器，13.热泵冷凝器，14.蓄热水泵，15.缓冲水箱，16.太阳能集热水泵，17.电动三通阀，18.温度传感器T1，19.温度传感器T2，20.温度传感器T3，21.温度传感器T4，22.温度传感器T5。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，将太阳能集热板安装在楼顶屋面，一种太阳能及太阳能蓄热的采暖系统，采暖循环泵5的出口与热泵冷凝器13的进口连接，热泵冷凝器13的出口与位于建筑内采暖末端的地盘管1的进口连接，地盘管1的出口与太阳能集热板2的进口相连，太阳能集热板2的出口与三通调节阀8的进水侧相连，太阳能集热板旁通电动阀4将太阳能集热板2的进口和出口连通，地盘管电动旁通阀7将地盘管1的进口和出口连通；三通调节阀8的出水侧一侧接蓄热地埋管9的进口，另一侧连接采暖循环泵5的进口，蓄热地埋管9的出口连接至采暖循环泵5的进口；在太阳能集热板2内,安装温度传感器T118，用于检测太阳能集热板内水的温度；地盘管1的出口与太阳能集热板2的进口连接的管道上安装温度传感器T219，用于检测建筑供热回水的温度；太阳能集热板2的出口与三通调节阀8相连管道上安装温度传感器T320，用于蓄热地埋管9供水的温度；蓄热地埋管9的出口管路上安装温度传感器T421，用于检测蓄热地埋管9出水温度；热源水循环泵6的出口与热泵蒸发器12的进口相连，热泵蒸发器12的出口与热泵热源地埋管11的进口相连，热泵热源地埋管11的出口与热源水循环泵6的进口相连；在蓄热地埋管9的进口与热泵热源地埋管11的进口之间静热源水切换电动阀10通过联通管连通，在蓄热地埋管9的出口与热泵热源地埋管11的出口之间利用联通管连通，地盘管2的进口和出口处均安装有球阀3。

热泵热源地埋管11为竖井埋管，单井深度为50~120米，井间距2米，采用U型PE管，布置在蓄热地埋管9周围；蓄热地埋管9为竖井埋管，布置在热泵热源地埋管11的中间，蓄热地埋管9的单井深度比周围热泵热源地埋管11小5米，井间距2米，采用U型PE管；地面至5米深度采用聚氨酯保温处理，蓄热地埋管9的竖井口数量占蓄热地埋管和热泵热源地埋管总竖井口数量的35%。

非采暖季蓄热过程如下：

1）通过手动将建筑屋内的地盘管1的进口和出口处的球阀3关闭，打开地盘管电动旁通阀7，关闭太阳能集热板旁通电动阀4；

2）检测温度传感器T118，当T1≥60℃时，启动采暖循环泵5；反之，如果T1＜55℃时，关闭采暖循环水泵5；

3）检测温度传感器T320及温度传感器T421，三通调节阀8根据T3-T4值大小，调节三通调节阀8的出水侧至蓄热地埋管9进口的开度，当T3-T4≥5℃时全开，当T3-T4＜2℃时全闭，或是以T3-T4＝5℃为基点做PID调节。

采暖季供热过程如下：

1）设定供给地盘管1的热水温度，一般在40~50℃，以45℃为例；

2）打开地盘管1进口和出口处的球阀3，关闭地盘管电动旁通阀7；

3）检测温度传感器T118及温度传感器T219，如果当T1-T2≥5℃时，太阳能集热板旁通电动阀4关闭，采暖供热回水经太阳能集热板2加热后返回蓄热地埋管9或热泵冷凝器13；反之，如果T1-T2＜2℃时，太阳能集热板旁通电动阀4打开，采暖供热回水经太阳能旁通电动阀4旁通返回蓄热地埋管9或热泵冷凝器13；

4）检测温度传感器T320及温度传感器T421，三通调节阀8根据T4-T3值大小，调节三通调节阀8的出水侧至蓄热地埋管9进口的开度，当T4-T3≥3℃时全开，当T3-T4＜0.5℃时全闭，或是以T3-T4＝3℃为基点做PID调节；

5）太阳能集热板2和蓄热地埋管9加热，如果热水温度低于45℃，则开启热泵机组进行补充加热；如果热水温度达到了45℃及其以上，热泵机组则不启动；热泵机组包括热泵蒸发器12和热泵冷凝器13；如果热水温度达到了60℃及其以上，则三通调节阀8打开三通调节阀8的出水侧至蓄热地埋管9进口的开度，进行蓄热，待热水温度降至45℃以下三通调节阀8再次恢复原调节方式。

6）热泵机组启动前，启动热源水循环泵6，正常情况下，热源水切换电动阀10关闭，如果出现连续阴雨天气且蓄热地埋管9两侧温度T3-T4＜0.5℃且持续36小时以上时，且热泵机组无法满足供热要求，此时三通调节阀8的出水侧至蓄热地埋管9进口的开度关闭，热源水切换电动阀10打开，开启备用热源水循环泵6及热泵机组，增加热泵机组供热能力。

7）检测温度传感器T118，当T1＜3℃且持续10分钟，关闭太阳能集热板旁通电动阀4，待T1＞10℃且持续30分钟，再打开太阳能集热板旁通电动阀4。

如图2所示，将太阳能集热板集中安装在地面，一种太阳能及太阳能蓄热的采暖系统，采暖循环泵5的出口与热泵冷凝器13的进口连接，热泵冷凝器13的出口与位于建筑内采暖末端的地盘管1的进口连接，地盘管1的出口与三通调节阀8的进水侧相连，三通调节阀8的出水侧一侧接蓄热地埋管9的进口，另一侧连接缓冲水箱15的回水管道；蓄热地埋管9的出口与电动三通阀17进水侧连接，电动三通阀17的出水侧一侧连接缓冲水箱15回水管道，另一侧连接采暖循环泵5入口；缓冲水箱15的出口经管道与蓄热水泵14的进口相连，缓冲水箱15的出口经管道还与采暖循环水泵5的入口、太阳能集热板2的出口相连；太阳能集热水泵16的入口与缓冲水箱15相连，太阳能集热水泵16的出口与太阳能集热板2进口相连；太阳能集热板2内安装温度传感器T118，用于检测太阳能集热板的水温；缓冲水箱15上安装温度传感器T522，用于检测缓冲水箱5内的水温；地盘管1的出口与三通调节阀8相连的管道上安装温度传感器T320，用于检测蓄热地埋管9供水的温度；在蓄热地埋管9出口管路上安装温度传感器T421，用于检测蓄热地埋管的出水温度；热源水循环泵6的出口与热泵蒸发器12的进口相连，热泵蒸发器12的出口与热泵热源地埋管11的进口相连，热泵热源地埋管11的出口与热源水循环泵6的进口相连；蓄热地埋管9的进口与热泵热源地埋管11的进口安装热源水切换电动阀10经联通管连通，在蓄热地埋管9的出口与热泵热源地埋管11出口经联通管连通。

热泵热源地埋管11的单井深度为50~120米，井间距2米，采用U型PE管，布置在蓄热地埋管9周围；蓄热地埋管9布置在热泵热源地埋管11的中间，蓄热地埋管9的单井深度比周围热泵热源地埋管11小5米，井间距2米，采用U型PE管，地面至5米深度采用聚氨酯保温处理，蓄热地埋管9竖井口数量占地埋管总竖井口数量的30%。

非采暖季蓄热过程如下：

1）检测温度传感器T1及温度传感器T5，当T1-T5≥5℃时，启动太阳能集热水泵16；反之，如果T1-T5＜2℃时，关闭太阳能集热水泵16。

2）打开电动三通阀17的出水侧与缓冲水箱15的回水管连接；

3）检测温度传感器T421，检测温度传感器T522，当T5-T4≥5℃时启动蓄热水泵14，当T5-T4＜2℃时，关停蓄热水泵14。

采暖季供热过程如下：

1）设定供给地盘管1的热水温度，一般在40~50℃，以45℃为例；

2）打开电动三通阀17的出水侧与采暖循环泵5的进口连接；

3）检测温度传感器T118及温度传感器T5，如果当T1-T5≥5℃时，太阳能集热水泵16启动，反之，如果T1-T2＜2℃时，太阳能集热水泵16关闭；

4）检测温度传感器T320及温度传感器T4，三通调节阀8根据T4-T3值大小，调节三通调节阀8的出水侧至蓄热地埋管9进口的开度，当T4-T3≥3℃时全开，当T3-T4＜0.5℃时全闭，或是以T3-T4＝3℃为基点做PID调节；

5）如果三通调节阀8的出水侧至蓄热地埋管9进口的开度较小，则会有部分供热回水进入缓冲水箱15，此时因压力平衡，缓冲水箱15的部分热水补充进入采暖循环泵5的入口；

6）如果缓冲水箱15的热水温度达到了55℃及其以上，则三通调节阀8的出水侧至蓄热地埋管9进口的开度全部关闭，采暖加热不再采用蓄热地埋管9；缓冲水箱15的热水温度降至45℃以下，三通调节阀8再恢复原调节方式；

7）经缓冲水箱15和蓄热地埋管9加热，如果采暖循环泵5供出的热水温度低于45℃，则开启热泵机组进行补充加热；如果热水温度达到了45℃及其以上，热泵机组则不启动，热泵机组包括热泵蒸发器和热泵冷凝器

8）热泵机组前热源水循环泵6启动。正常情况下，热源水切换电动阀10关闭，果出现连续阴雨天气且蓄热地埋管9两侧温度T3-T4＜0.5℃且持续36小时以上时，且热泵机组无法满足供热要求，此时三通调节阀8出水侧至蓄热地埋管9进口的开度关闭，热源水切换电动阀10打开，开启备用热源水循环泵6及备用热泵机组，增加热泵机组供热能力。

9）检测温度传感器T1，当T1＜3℃且持续10分钟，启动太阳能集热水泵16进行防冻，待T1＞10℃且持续30分钟，再关闭太阳能集热水泵16。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种用于居民供热的太阳能蓄热采暖系统，其特征在于，包括采暖循环泵和热源水循环泵，所述采暖循环泵的出口与热泵冷凝器的进口连接，所述热泵冷凝器的出口与地盘管的进口连接，所述地盘管的出口与太阳能集热板的进口相连，所述太阳能集热板的出口与三通调节阀进水侧相连，所述太阳能集热板的进口和出口通过太阳能集热板旁通电动阀连通，所述地盘管的进口和出口通过地盘管电动旁通阀连通，所述三通调节阀出水侧的一侧与蓄热地埋管的进口连接，另一侧与采暖循环泵的进口连接，所述蓄热地埋管的出口与采暖循环泵的进口连接，所述热源水循环泵的出口与热泵蒸发器的进口相连，所述热泵蒸发器的出口与热泵热源地埋管的进口相连，所述热泵热源地埋管的出口与热源水循环泵的进口相连；所述蓄热地埋管的进口与热泵热源地埋管的进口之间安装热源水切换电动阀通过联通管连接，所述蓄热地埋管的出口与热泵热源地埋管的出口之间也安装联通管。

2.如权利要求1所述的一种用于居民供热的太阳能蓄热采暖系统，其特征在于，所述地埋管的进口和出口处的管道上均设置有球阀。

3.如权利要求1所述的一种用于居民供热的太阳能蓄热采暖系统，其特征在于，所述太阳能集热板内安装有温度传感器T1，用于检测太阳能集热板内的水温。

4.如权利要求1所述的一种用于居民供热的太阳能蓄热采暖系统，其特征在于，所述地盘管的出口与太阳能集热板的进口连接的管道上安装有温度传感器T2，用于检测地盘管供热回水的温度。

5.如权利要求1所述的一种用于居民供热的太阳能蓄热采暖系统，其特征在于，所述太阳能集热板的出口与三通调节阀连接的管道上安装温度传感器T3，用于检测蓄热地埋管供水的温度。

6.如权利要求1所述的一种用于居民供热的太阳能蓄热采暖系统，其特征在于，所述蓄热地埋管的出口管道上安装有温度传感器T4，用于检测蓄热地埋管出水温度。

7.如权利要求1所述的一种用于居民供热的太阳能蓄热采暖系统，其特征在于，所述太阳能集热板为陶瓷太阳能集热板。