CN209688970U - 太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及跨季储热技术领域，尤其是一种太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统，包括高温太阳能热源、高温储热罐、跨季节储热体、热交换装置、混水器、供热末端水箱、承压水箱、热水用户端、供暖用户端、外供低温水源、连接管道、多套水泵、多套高温介质输送设备和多组阀门，与采用传统煤、天然气等化石能源提供热源的采暖方式相比，该系统只使用太阳能作为供热源，无二氧化碳及其他任何污染物的排放，安全环保，实现了太阳能的“夏储冬供”，此外，只用太阳能作为唯一的供热能源，就能满足采暖季节供暖供热水的使用需求，提高了供暖供热水系统的运行稳定性，解决了太阳能不稳定和不连续的问题，从而降低了系统投资成本，提高了系统效率。

Description

太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统

技术领域

本发明涉及跨季储热技术领域，尤其是一种太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统。

背景技术

近年来，在全球气候变化影响下，我国能源消费结构正在由以消耗煤炭化石能源为主逐步向清洁、节能、减排、可再生化转型。目前对于雾霾的治理，特别是在冬季的北方地区，面对的一大难题就是要解决燃煤锅炉对空气所造成的污染。现采用的“煤改电”和“煤改气”等方式虽然可替代部分燃煤，但“煤改电”的能耗和运行成本居高，“煤改气”存在“气荒”及气源可靠、稳定性等问题，进一步发展高可靠性、无排放、低成本、可替代传统燃煤的清洁可再生能源供暖技术刻不容缓。

然而因太阳辐射的不稳定性，以及太阳辐射与用热负荷的不一致性，一般的太阳能供暖供水仅仅只能在短期内部分满足用户需求，还必须联合其他能源一起使用；而现有的太阳能跨季节蓄热技术，虽然可以将非采暖季的太阳能热量储存起来，在采暖季用于满足太阳能资源不足时期的供暖需求，但是，受到太阳辐射度存在季节性不均即夏季过剩、冬季不足的影响，冬季辐射弱，用太阳能直接供暖保证率很低，通常也要辅以电加热、燃气、地源热泵、工业余热等形式联合进行供热。

发明内容

为了克服现有的太阳能跨季储热的不足，本发明提供了一种太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统，安装在冬季需供暖供热水的区域，包括高温太阳能热源、高温储热罐、跨季节储热体、热交换装置、混水器、供热末端水箱、承压水箱、热水用户端、供暖用户端、供暖回水管、外供低温水源、连接管道、多套水泵、多套高温介质输送设备和多组阀门；

所述高温太阳能热源，安装在户外便于接收太阳光的位置，是通过高倍聚光的方式收集太阳能并使其内传热介质获得高温热能的装置；

所述高温储热罐，完全放置在跨季节储热体内，通过管道和高温介质输送设备一与高温太阳能热源相连，其为装有储热介质的封闭式罐体结构；

所述跨季节储热体埋在土壤里面，设有取水口和进水口并分别通过管道、水泵、阀门与供热末端水箱相连，跨季节储热体其内部装有储热工质，是实现跨季储能的装置；

所述热交换装置，通过管道分别与高温储热罐和供热末端水箱相连，用以将高温储热罐内储热介质的能量转换成供热末端水箱内水的热量的装置；

所述混水器，安装于供热末端水箱内部，用于调节供热末端水箱内的水温的装置；

所述供热末端水箱，安装在地面上，用于给供暖用户端和热水用户端提供温度适宜和水量充足的热水；

所述承压水箱，通过管道、水泵与供热末端水箱相连，水泵从供热末端水箱内抽水至承压水箱中，从而为给热水用户端提供有压力的热水；

所述供暖回水管通过管道、阀门与跨季节储热体相连，用于将供暖产生的低温水回流至跨季节储热体中。

所述外供低温水源，通过管道、阀门分别与跨季节储热体和混水器相连，用于跨季节储热体供水、补水以及混水器内的水温调节；

所述水泵，分别安装在供热末端水箱与承压水箱、跨季节储热体取水口、供暖用户端相连的管道上，用于管道内水介质的输送；

所述高温介质输送设备，安装在输送高温太阳能热源与高温储热罐连接管道和高温储热罐与热交换装置之间的连接管道上，用于传热介质输送的装置，传热介质为空气、熔盐、导热油时对应的输送设备依次为高温风机、熔盐泵、导热油泵，传热介质为石墨、粉煤灰时对应的输送设备为输粉机，传热介质为陶粒、砂时对应的输送设备为流化床；

所述阀门，包含回水阀、流量控制阀、四通阀、三通阀，安装在系统水输送管道上，用于切换系统运行模式，调节水温和水量。

优选的，系统还包含多组温度传感器、多组水位传感器、压力传感器、多组压力表、控制器、电动执行器、安全阀及溢水口，从而实现系统温度、水位、压力的自动调控；

所述温度传感器分别和高温太阳能热源、高温储热罐、跨季节储热体、供热末端水箱、承压水箱、高温太阳能热源与高温储热罐之间的管道连接，用于探测内部温度并向控制器输出温度信号的装置；

所述水位传感器分别和跨季节储热体、供热末端水箱连接，水位传感器用于监测跨季节储热体、供热末端水箱连接内水量位置，将数据传送控制器的装置；

所述压力传感器和承压水箱相连，用于监测承压水箱内水压和水量，将数据传送至控制器的装置；

所述压力表安装在高温太阳能热源与高温储热罐输入管道及承压水箱上，用于显示高温储热罐的传热介质传输时和承压水箱内的压力情况的装置；

所述控制器，通过线缆与温度传感器、水位传感器、压力传感器相连并接收它们的信号，对信号进行处理的装置，所述控制器还通过线缆与电动执行器和水泵相连，并将指令发送给电动执行器和水泵，可采用单片机或可编程逻辑控制器PLC，本发明采用的是PLC，可编程逻辑控制器，专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程的装置；

所述电动执行器，用以接收控制器的指令，并通过线缆与多组阀门相连，控制阀门开闭、控制流量的装置，可使用电磁式、部分回转式或多回转式电动执行器，采用常规产品即可；

所述安全阀装配在高温储热罐、供热末端水箱及承压水箱上，是超压自动泄放，保证设备安全压力的装置，用于在发生特殊情况时，确保高温储热罐、供热末端水箱和承压水箱的使用安全，防止罐体和箱体爆炸；

所述溢水口安装在跨季节储热体和供热末端水箱内，在紧急情况下如水位传感器失灵，跨季节储热体和供热末端水箱从溢水口排出多余的水，用于防止跨季节储热体和供热末端水箱内液面过高，保证系统正常运行的结构。

优选的，所述跨季节储热体内置一套以上的高温储热罐，以及系统设有与之相应数量的热交换装置、混水器、供热末端水箱、承压水箱、热水用户端、供暖用户端、外供低温水源、地埋管、连接管道、多套水泵、多套高温介质输送设备、多组阀门、多组温度传感器、多组水位传感器、压力传感器、多组压力表、控制器、电动执行器、安全阀及溢水口，便于系统整合，通过一个系统可以给多个终端供暖供热水。

本发明的有益效果是：

1、与采用传统煤、天然气等化石能源提供热源的常规采暖方式相比，该系统只使用太阳能作为供热源，无二氧化碳及其他任何污染物的排放；

2、与常规太阳能的供热方式相比，该系统采用跨季节储热的方式，利用水体或土壤作为跨季节储热体，将非采暖季的太阳能热量存储于储热体中，并在采暖季提取出来用于供暖供热水，实现了太阳能的“夏储冬供”；又由于该系统使用了高品位的太阳能热源，无需其他任何形式的能源进行补充，只用太阳能作为唯一的供热能源，就能满足采暖季节供暖供热水的使用需求，提高了供暖供热水系统的运行稳定性，解决了太阳能不稳定和不连续的问题；再者，高温储热罐完全置于跨季节储热体内，储罐外壁散出的热量也被跨季节储热体全部吸收，从而减少了系统的热损耗，提高了太阳能的利用率；

3、与现有的太阳能联合其他能源的跨季节储热供热方式相比，该系统使用的太阳能热源品位高，无需其他任何形式的能源进行补充，因此对于整个系统的集中控制相对简单，从而降低了系统投资成本，提高了系统效率；

4、与传统的地源热泵系统相比，该系统只使用太阳能作为供热源，无需其他任何形式的能源进行补充，传统的地源热泵系统是利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性，采用热泵原理通过一定量的高位电能输入，实现低品位热能向高品位热能的转移，是一种节能的技术，但还是需要消耗相当数量的高位电能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明实施例3的结构示意图；

图4是本发明实施例4的结构示意图；

图5是高温储热罐的结构示意图；

图6是跨季节储热体储热工质为水的结构示意图；

图7是跨季节储热体储热工质为土壤的结构示意图。

图中1、高温太阳能热源，2、高温储热罐，3、跨季节储热体，4、热交换装置，5、混水器，6、供热末端水箱，7、承压水箱，8、热水用户端，9、供暖用户端，10、供暖回水管，11、外供低温水源，12、高温介质输送设备一，13、高温介质输送设备二，14、水泵一，15、水泵二，16、水泵三，17、回水阀，18、流量控制阀，19、四通阀，20、取水口，21、进水口，22、三通阀，23、地埋管，24、储热介质，25、水，26、土壤。

具体实施方式

如图1是本发明的结构示意图，一种太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统，可以安装在冬季供暖供热水的区域，包括高温太阳能热源1、高温储热罐2、跨季节储热体3、热交换装置4、混水器5、供热末端水箱6、承压水箱7、热水用户端8、供暖用户端9、供暖回水管10、外供低温水源11、连接管道、多套水泵、多套高温介质输送设备和多组阀门；

所述高温太阳能热源1，安装在户外便于接收太阳光的位置，是通过高倍聚光的方式收集太阳能获得高温热能的装置，包括塔式、槽式、碟式、类碟式、菲涅尔式光热太阳能等，采用市场上常规产品即可，本系统中采用的是塔式太阳能，利用塔式太阳能的集热器将太阳能转化成热能，并把热能储存在传热介质内，传热介质可以为空气、熔盐、导热油、陶粒、砂、石墨、粉煤灰等；

所述高温储热罐2，通过管道和高温介质输送设备一12与高温太阳能热源1相连，其为装有储热介质24的封闭式罐体结构，储热介质24可以为砾石、陶粒、砂、石墨、粉煤灰、熔盐或导热油等，通过高温介质输送设备一12将高温太阳能热源1内温度较高的传热介质输送至高温储热罐2内，与高温储热罐2内的储热介质24进行热交换后，变成温度较低的传热介质后再输送至高温太阳能热源1，所述高温储热罐2具有外高强度结构层2-1、中间保温层2-2和内耐高温层2-3，外高强度结构层2-1的材料可选用焊接性能好、耐腐蚀、强度高的结构钢、船用钢、气瓶用钢、不锈钢和高强度防渗漏混凝土等，中间保温层2-2的材料可选用气凝胶、玻璃棉、岩棉、膨胀珍珠岩、硅酸类制品、矿物纤维、玻璃纤维、聚氨脂材料、发泡水泥等，内耐高温层2-3的材料可选用轻质耐火材料，耐火砖，耐高温不锈钢等，优选的，所述高温储热罐2设置在跨季节储热体3的内部，这样高温储热罐2的散失的能量可以传递给跨季节储热体3，从而防止能量的流失，提高系统的热效率；

所述跨季节储热体3大多数情况下埋设在土壤里面，设有取水口20和进水口21并分别通过管道与供热末端水箱6相连，跨季节储热体3其内部装有储热工质，是实现跨季储能的装置，当跨季节储热体3内的储热工质为水25时，跨季节储热体3为封闭式水池结构，具有外结构层3-1和内防漏层3-2，外结构层3-1材质可以为建筑用砖或混凝土等，内防漏层3-2材质可以为防水塑料薄膜、防雨布、浸渍塑料布、增强塑料薄膜、覆膜编织布等；当跨季节储热体3储热工质为土壤26时，土壤26内部置有地埋管23，地埋管23一端为取水口20，另一端为进水口21，所述地埋管23尽可能将跨季节储热体内存储的热量收集起来，其采用U形管、套管、水平管等形式，用于循环液体工质与土壤26换热的管道，材质可采用导热较好的不锈钢、紫铜、PE-RT材质或常规PE材质，而跨季节储热体3为覆盖在土壤26上方的罩层结构，具有外防水层3-3和内保温层3-4，外防水层3-3的材质可以为防水泡沫塑料薄膜、有泡沫塑料夹层的覆膜编织布、中空塑料薄膜等，内保温层3-4的材质可以为泡沫塑料、聚氨酯材料、植物秸秆等；

所述热交换装置4，通过管道与高温储热罐2和供热末端水箱6相连，用以将高温储热罐2内温度较高的储热介质24的能量转换成供热末端水箱6内水的热量的装置，包括各种类型的热交换装置，热交换装置又称换热器，是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置，是对流传热及热传导的一种工业应用，采用常规产品即可，热交换装置4可以安装于供热末端水箱6的内部，热交换装置4通过管道和高温介质输送设备二13与高温储热罐2相连，高温介质输送设备二13将高温储热罐2的储热介质的能量通过传热介质输送至热交换装置4中，传热介质如空气通过热交换从储热介质24中吸收热量，得到温度较高的空气，经管道进入热交换装置4中，热交换装置4将温度较高的空气的能量转化成供热末端水箱6内部水的热量，热交换装置4也可以安装于高温储热罐2内部，这时就不需要高温介质输送设备了，热交换装置4通过管道与供热末端水箱6相连，通过水泵一14和三通阀22的b、c端与跨季节储热体3的取水口20相连，跨季节储热体3的低温水流入热交换装置4中，热交换装置4直接将高温储热罐2内储热介质24的能量转化成水的热量，再将得到的温度较高的水回流至供热末端水箱6中；

注:本系统中高温太阳能热源1中的传热介质、高温储热罐2的储热介质和高温介质输送设备二13实现储热介质热量传输的传热介质，其中传热介质可以为空气、熔盐、导热油、陶粒、砂、石墨、粉煤灰等，而储热介质可以为砾石、陶粒、砂、石墨、粉煤灰、熔盐、导热油等，传热介质、储热介质的材料有重合的，可以选择相同或者不同的材料。

所述混水器5，安装于供热末端水箱6内部，用于调节供热末端水箱6内的水温，采用市场上常规产品即可；

所述供热末端水箱6，可安装在地面上，如果容量较小也可安装在房顶上，用于给供暖用户端9和热水用户端8提供温度适宜和水量充足的热水，采用市场上常规产品即可；

所述承压水箱7，可安装在地面上或房顶上，通过管道、水泵与供热末端水箱6相连，水泵从供热末端水箱6内抽水至承压水箱7中，从而为给热水用户端8提供有压力的热水，承压储水技术主要用于供水系统中，其原理就是把供水系统中的某一段容积加大，形成一个小的储水单元，这个储水单元在供水正常的情况下只是管道的一部分，有着与供水压力相等的水压，而在供水出现故障时，比如水压不足、管道损坏、设备检修等，这个储水单元内所储存的水可以为用户继续提供生活生产用水，采用市场上常规产品即可；

所述供暖回水管10通过管道与跨季节储热体3相连，用于将供暖产生的低温水回流至跨季节储热体3中。

所述外供低温水源11，通过管道、阀门分别与跨季节储热体3和混水器5相连，用于跨季节储热体3供水、补水以及混水器7内的水温调节，选用经过一般过滤的自来水即可；

所述水泵，分别安装在供热末端水箱6与承压水箱7、跨季节储热体3取水口20、供暖用户端9相连的管道上，用于管道内水介质的输送，采用市场上常规产品即可；

所述高温介质输送设备，安装在输送高温太阳能热源1与高温储热罐2连接管道和高温储热罐2与热交换装置4之间的连接管道上，用于实现介质输送的装置，传热介质为空气、熔盐、导热油时对应的输送设备依次为高温风机、熔盐泵、导热油泵，传热介质为石墨、粉煤灰时对应的输送设备为输粉机，传热介质为陶粒、砂时对应的输送设备为流化床，采用市场上常规产品即可；

所述阀门，包含回水阀、流量控制阀、四通阀、三通阀，安装在系统水输送管道上，用于切换系统运行模式，调节水温和水量，均采用市场上常规产品即可。

优选的，一种太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统还包含多组温度传感器、多组水位传感器、压力传感器、多组压力表、控制器、电动执行器、安全阀及溢水口，从而实现系统温度、水位、压力的自动控制；

所述温度传感器分别和高温太阳能热源1、高温储热罐2、跨季节储热体3、供热末端水箱6、承压水箱7、高温太阳能热源1与高温储热罐2之间的管道连接，用于探测内部温度并向控制器输出温度信号的装置，采用市场上常规产品即可；

所述水位传感器分别和跨季节储热体3、供热末端水箱连接6，水位传感器用于监测跨季节储热体3、供热末端水箱连接6内水量位置，将数据传送控制器的装置，采用市场上常规产品即可；

所述压力传感器和承压水箱7相连，用于监测承压水箱7内水压和水量，将数据传送至控制器的装置，采用市场上常规产品即可；

所述压力表安装在高温太阳能热源1与高温储热罐2输入管道及承压水箱7上，用于显示高温储热罐2的传热介质传输时和承压水箱7内的压力情况的装置，采用市场上常规产品即可；

所述控制器，通过线缆与温度传感器、水位传感器、压力传感器相连并接收它们的信号，对信号进行处理的装置，所述控制器还通过线缆与电动执行器和水泵相连，并将指令发送给电动执行器和水泵，可采用单片机或可编程逻辑控制器PLC，本发明采用的是可编程逻辑控制器PLC，专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程的装置，采用市场上常规产品即可；

所述电动执行器，用以接收控制器的指令，并通过线缆与多组阀门相连，控制阀门开闭、控制流量的装置，可使用电磁式、部分回转式或多回转式电动执行器，采用常规产品即可；

所述安全阀装配在高温储热罐2、供热末端水箱6及承压水箱7上，是超压自动泄放，保证设备安全压力的装置，用于在发生特殊情况时，确保高温储热罐2、供热末端水箱6和承压水箱7的使用安全，防止罐体和箱体爆炸，采用常规产品即可；

所述溢水口设置在跨季节储热体3和供热末端水箱6内，在紧急情况下如水位传感器失灵，跨季节储热体3和供热末端水箱6的溢水口排出多余的水，用于防止跨季节储热体3和供热末端水箱6内液面过高，保证系统正常运行的结构，采用常规产品即可。

优选的，所述跨季节储热体3内置一套以上的高温储热罐2，以及系统设有与之相应数量的热交换装置4、混水器5、供热末端水箱6、承压水箱7、热水用户端8、供暖用户端9、外供低温水源11、地埋管23、连接管道、多套水泵、多套高温介质输送设备、多组阀门、多组温度传感器、多组水位传感器、压力传感器、多组压力表、控制器、电动执行器、安全阀及溢水口，便于系统整合，通过一个系统可以给多个终端供暖供热水。

本发明系统包括六种独立运行工况模式和多种组合运行工况模式：

六种独立运行工况模式为：①高温储热工况、②供热末端水箱加水工况、③供热末端水箱加热工况、④跨季节储热体储热工况、⑤供暖用户端供热工况、⑥热水用户端供热水工况。

多种组合运行工况模式为：六种独立运行工况模式，在系统设计的相关参数条件下，从两种到六种工况模式逐项或同时运行的各种系统设计要求的组合运行工况模式。

实施例1

如图1所示，该系统包含高温太阳能热源1、高温储热罐2、跨季节储热体3、热交换装置4、混水器5、供热末端水箱6、承压水箱7、热水用户端8、供暖用户端9、供暖回水管10、外供低温水源11、高温介质输送设备一12、高温介质输送设备二13、水泵一14、水泵二15、水泵三16、回水阀17、流量控制阀18、四通阀19、水25、连接管道；其中，高温太阳能热源1与高温储热罐2之间通过管道以及高温介质输送设备一12相连；高温储热罐2完全放置在跨季节储热体3内，其内装有储热介质24；跨季节储热体3内装有满足系统设计要求容量的水25，设有取水口20和进水口21；高温储热罐2与热交换装置4之间，通过管道以及高温介质输送设备二13相连；热交换装置4安装在供热末端水箱6内，供热末端水箱6通过水泵二15向供暖用户端9供热，并通过水泵三16向承压水箱7供热水，承压水箱7再连接热水用户端8；供热末端水箱6通过水泵一14与跨季节储热体3的取水口20相连；供热末端水箱6回水端通过回水阀17和四通阀19的d、c端，与跨季节储热体3的进水口21相连；供暖回水管10通过四通阀19的b、c端与跨季节储热体3的进水口21相连；混水器5在供热末端水箱6内，所述外供低温水源11通过流量控制阀18与供热末端水箱6内的混水器5相连，外供低温水源11通过四通阀19的a、c端与跨季节储热体3进水口21相连。

实施例1包括六种独立运行工况模式和多种组合运行工况模式：

六种独立运行工况模式为：①高温储热工况、②供热末端水箱加水工况、③供热末端水箱加热工况、④跨季节储热体储热工况、⑤供暖用户端供暖工况、⑥热水用户端供热水工况。

在工况①，该系统将高温太阳能热源1中的温度较高的传热介质输送到高温储热罐2内，与高温储热罐2内储热介质24进行充分热交换，后变成温度较低的传热介质再输送至高温太阳能热源1中，该模式只要在有效日照情况下就处于运行状态；在工况②，开启供热末端水箱6的水泵一14，将跨季节储热体3内的水工质通过跨季节储热体3取水口20输送到供热末端水箱6；在工况③，当高温储热罐2内的储热介质24温度达到一定值(该温度值需根据高温太阳能热源的供热温度范围以及传热储热介质的温度特性来确定)后，开启高温介质输送设备二13，高温介质输送设备二13将高温储热罐2的储热介质24的能量通过传热介质输送至热交换装置4中，传热介质也可以为空气、熔盐或导热油等，传热介质如空气通过热交换从储热介质中吸收热量，得到温度较高的空气，经管道进入热交换装置4中，热交换装置4将温度较高的空气的能量转化成供热末端水箱6内部水的热量，从而加热供热末端水箱6内的水工质，交换后的低温储热介质24再通过管道送回高温储热罐2中；在工况④，当供热末端水箱6水位高于设定的最低水位并且供热末端水箱6水温超过根据不同运行状态的系统设定值时，开启供热末端水箱6的回水阀17和四通阀19的d、c端，使供热末端水箱6内的温度较高的水工质自进水口21流到跨季节储能体3中，对跨季节储能体3进行储热；在工况⑤，开启供暖用户端9的水泵二15，从供热末端水箱6抽取温度符合供暖要求的热水向供暖用户端9供暖；在工况⑥，开启承压水箱7的水泵三16，先从供热末端水箱6抽出温度符合供热水要求的水工质到承压水箱7内，再向热水用户端8供热水。

实施例1中,高温储热罐2中的储热介质24温度有TL（保证系统运行的最低设计温度）；供热末端水箱6中的最高水温为90℃；跨季节储能体3的储热工质的最高温度为90℃；工况⑤中的供暖水温取的是40℃～45℃，工况⑥中的供热水水温取的是55℃～65℃。

实施例1系统建设完成后开始运行的最初时期为预热期；预热期结束后，该系统开始进入储热供热水期和储热供暖供热水期交替循环运行的状态；储热供热水期处于非采暖季节，储热供暖供热水期处于采暖季节。

预热期分为初始阶段和正常阶段，初始阶段要完成的条件是：一、将高温储热罐2的储热介质24加热到能保证系统运行的最低设计温度TL，二、给跨季节储热体3存储满足系统正常运行所需数量的储热工质，本实施例中跨季节储热体3内的储热工质为水；正常阶段要完成的条件是：将跨季节储热体3内的储热工质加热到35℃左右。

预热期的初始阶段需单独运行工况①一段时间，其时间周期依下列情况而定: a：预热期初始阶段开始的季节、b：预热期初始阶段内的平均太阳辐照度、c：预热初始阶段期内的晴好天数，此时，系统只要在有有效日照的时段就实施工况①；同时打开四通阀19的19a、19c端，从外供低温水源11处将水工质通过跨季节储热体3进水口21传送到跨季节储热体3内；当高温储热罐2内的储热介质24温度达到TL，同时跨季节储热体3内的水位达到最低水位要求时，预热期的初始阶段结束。

随后进入预热期的正常阶段，该阶段运行四种独立运行工况模式: 工况①、工况②、工况③、工况④，和相应的组合运行工况模式，系统建设完成开始运行后，只要在有有效日照的时段，就将常年保持工况①运行，并开启相关设备，而其他工况将是根据各种设计要求有条件的运行，有时可能与工况①同时运行，有时可能分别运行，有时可能部分同时或部分分别运行。

下面例举预热期的正常阶段可以有下列三种工况流程：

名称	工况流程
		A1	工况②→工况③→工况④依次逐项运行流程
B1	工况②、工况③、工况④部分同时运行流程
		C1	工况②、工况③、工况④全部同时运行流程

上述A1、B1、C1三种工况流程在预热期的正常阶段视系统设备情况和当地环境情况可选择任意一种运行，A1依次逐项运行流程是指在前一种工况完成后，再进行后一种工况的模式；B1部分同时运行流程是工况②、工况③同时运行，工况②、工况③结束后再进行工况④的模式；C1全部同时运行流程是工况②、工况③、工况④全部同时运行的模式；A1、B1、C1三种工况流程的运行不受工况①是否运行、白天还是夜晚和天气情况的影响，只是根据高温储热罐2的储热介质24温度和跨季节储热体3的储热工质温度变化而定；当高温储热罐2的储热介质24高于设计温度TL、跨季节储热体3内的储热工质低于35℃时，所述工况流程运行；当高温储热罐2的储热介质24低于设计温度TL，所述工况流程停止运行；当跨季节储热体3内的储热工质加热到35℃左右时，则预热期结束。

储热供热水期处于非采暖季节，该期间运行的主要目的是给跨季节储热体3储热，其次才是提供热水，实现“夏储冬供”跨季节储能的目的，提供的热水量、热水温度和提供的时间段视以下情况而定：a：系统设计提供热水的热量数据、b：非采暖季的平均太阳辐照度、c：非采暖季的晴好天数、d：高温储热罐储热介质24的即时温度、e：跨季节储热体储热工质的即时温度，本实施例设计给跨季节储热体3的储热工质的温度上限为90℃。

该阶段运行五种独立运行工况模式: 工况①、工况②、工况③、工况④、工况⑥，和相应的组合运行工况模式，工况①的运行状态如预热期的正常阶段所述，这里不再赘述。

储热供热水期可以有下列三种工况流程：

名称	工况流程
		D1	工况②→工况③→工况⑥→工况②→工况③→工况④依次逐项运行流程
E1	工况②、工况③、工况⑥、工况④部分同时运行流程
		F1	工况②、工况③、工况⑥、工况④全部同时运行流程

上述D1、E1、F1三种工况流程在储热供热水期，视系统设备情况和当地环境情况可选择任意一种运行，D1依次逐项运行流程是指前一种工况完成后，再进行后一种工程的模式；E1部分同时运行流程是工况②、工况③、工况⑥同时进行，工况②、工况③、工况⑥结束后再进行工况④的模式；F1全部同时运行流程是指工况②、工况③、工况⑥、工况④全部同时运行的模式，上述D1、E1、F1三种工况流程的运行不受工况①是否运行、白天还是夜晚和天气情况的影响，只是根据高温储热罐2的储热介质24温度、跨季节储热体3的储热工质温度以及承压水箱7中的热水量和水压变化而定；当高温储热罐2的储热介质24高于设计温度TL、跨季节储热体3内的储热工质低于90℃时，所述工况流程运行；当高温储热罐2的储热介质24低于设计温度TL时，所述工况流程停止运行；当跨季节储热体3内的储热工质加热到90℃左右或跨季节储热体3内的储热工质温度超过75℃且已到采暖季时，储热供热水期结束。

储热供暖供热水期处于采暖季节，是本发明的核心目的，在太阳能跨季节储热的同时，实现绿色、零碳排放、可再生、高效、低成本的给供暖用户端供暖以及给热水用户端供热水，该期间运行的主要目的是给供暖用户端供暖，提供的热水量、热水温度和提供的时间段视以下情况而定：a：系统设计提供热水的热量数据、b：采暖季的平均太阳辐照度、c：采暖季的晴好天数、d：高温储热罐储热介质24的即时温度、e：跨季节储热体储热工质的即时温度，给跨季节储热体,3储热需根据本系统当时的已储热量情况和保证一段时间内供暖热量的情况综合而定，在取暖季初期，一般不对跨季节储热体3蓄热，到取暖季末期可酌情考虑。

该阶段也运行六种独立运行工况模式: 工况①、工况②、工况③、工况④、工况⑤、工况⑥，和相应的组合运行工况模式，工况①的运行状态如预热期的正常阶段所述，这里不再赘述。

储热供暖供热水期可以有下列14种工况流程：

名称	工况流程	跨季节储热体3中水工质温度
			G1	工况②→⑤供暖运行流程	≥40℃
H1	工况②→⑥→⑤供热水供暖运行流程	≥55℃
			I1	工况②→③→⑤加热供暖运行流程	＜40℃
J1	工况②→③→⑥→⑤加热供热水供暖运行流程	＜40℃
			K1	工况②→③→⑤+④加热供暖储热运行流程	＜40℃
L1	工况②→③→⑥→⑤+④加热供热水供暖储热运行流程	＜40℃
			M1	工况②＋⑤连续供暖运行流程	≥40℃
N1	工况②+⑥+⑤连续供热水供暖运行流程	≥55℃
			O1	工况②+③+⑤连续加热供暖运行流程	＜40℃
P1	工况②+③+⑥+⑤连续加热供热水供暖运行流程	＜40℃
			Q1	工况②+③+⑤+④连续加热供暖储热运行流程	＜40℃
R1	工况②+③+⑥+⑤+④连续加热供热水供暖储热运行流程	＜40℃
			S1	工况②+③+⑥+④+⑤连续加热供热水储热供暖运行流程	＜40℃
T1	工况②+③+⑥+④+⑤+④连续加热供热水储热供暖储热运行流程	＜40℃

对处于采暖季节的储热供暖供热水期的目的要求，在储热供暖供热水期的初期一般可运行G1、M1、H1、N1四种工况流程，供暖水温取的是40℃～45℃，供热水水温取的是55℃～65℃，在储热供热水期刚结束之后，跨季节储热体3内水工质的温度比较高，一般是超过供暖的最低要求40℃的(根据不同地区的供暖需求，此值有所不同)，或超过供热水的最低温度要求55℃的，所以可根据实际情况直接或降温后供暖供热水，温度过高的降温方法是：开启流量控制阀18，从外供低温水源11处将低温水输送到混水器5内，与供热末端水箱6内的高温水工质进行充分混合，保证供热末端水箱6水温在40℃～45℃之间或者55℃～65℃之间，从而供暖或者供热水；在储热供暖供热水期的中期一般可运行I1、O1、J1、P1四种工况流程，此期间跨季节储热体3内水工质的温度一般低于40℃，需要对水工质进行加热，即需要开启工况③：通过高温储罐2中的储热介质24将供热末端水箱6内水工质的温度加热到合适温度后供暖供热水；在储热供暖供热水期的末期，一般可以运行K1、Q1、L1、R1、S1、T1六种工况流程，在保证供暖供热水的前提下，可以适当给跨季节储热体3蓄热，即需要开启工况④：开启供热末端水箱6的回水阀17和四通阀19的d、c端，使供热末端水箱6内的温度较高的水工质自进水口21流到跨季节储能体3中，对跨季节储能体3进行蓄热，而具体在储热供暖供热水期的初、中、末期选择何种工况流程运行，需根据系统最初设计要求、系统设备情况、当地环境情况和供暖供热水用户实际使用情况而定，所述工况流程的运行不受工况①是否运行、白天还是夜晚和天气情况的影响，只是根据高温储热罐2的储热介质24温度、跨季节储热体3的储热工质温度以及承压水箱7中的热水量和水压变化而定，处于采暖季节的储热供暖供热水期的工况流程运行最主要目的是保证供暖，因此无论采用何种工况流程运行均以供暖为中心，其次才是供热水，最后根据当时的高温储热罐2已储热量和保证一段时间内供暖热量有余量情况下，适量给跨季节储热体3蓄热。

温度值40℃、45℃、55℃、65℃、90℃是典型数值，在具体使用时应根据实际情况可做调整；上述实施例1中所述的供热水温度55℃～65℃，也可根据使用地的具体情况，选择与供暖温度40℃～45℃一致，此时与工况⑥有关的工况流程将相应简化。

实施例2

如图2所示，实施例2与实施例1的区别在于：热交换装置4安装于高温储热罐2的内部，因此不需要高温介质输送设备二13输送储热介质24，所述供热末端水箱6通过三通阀22的a、c端和水泵一14与跨季节储热体3的取水口20相连，所述热交换装置4通过管道与供热末端水箱6相连，通过三通阀22的b、c端与跨季节储热体3的取水口20相连，跨季节储热体3内的水工质自水泵一14和三通阀22的b、c端进入热交换装置4，热交换装置4直接在高温储热罐2内与储热介质24进行热交换，得到高温的水工质进入供热末端水箱6，从而使供热末端水箱6的水温升高；此外，实施例2中还设有五组温度传感器(图中未示出)、两组水位传感器(图中未示出)、一个压力传感器(图中未示出)、控制器(图中未示出)及电动执行器(图中未示出)、两个压力表(图中未示出)、三个安全阀(图中未示出)和两个溢水口(图中未示出)，所述温度传感器分别安装在高温太阳能热源1、高温储热罐2、跨季节储热体3、供热末端水箱6、承压水箱7内，用于探测内部温度并向控制器输出温度信号，所述水位传感器分别安装在跨季节储热体3、供热末端水箱连接6内，用于监测内部水量位置，并将数据传送控制器，所述压力传感器安装在承压水箱7内，用于监测承压水箱7内水压和水量，并将数据传送至控制器，所述压力表安装在高温太阳能热源1与高温储热罐2输入管道上及承压水箱7内，用于显示压力情况，所述控制器通过线缆与温度传感器、水位传感器、压力传感器相连并接收它们的信号，对信号进行处理的装置，所述控制器还通过线缆与电动执行器和水泵相连，并将指令发送给电动执行器和水泵，所述电动执行器，用以接收控制器的指令，并通过线缆与多组阀门相连，控制阀门开闭、控制流量的装置，所述安全阀安装在高温储热罐、供热末端水箱及承压水箱上，是超压自动泄放，保证设备安全压力的装置，所述溢水口安装在跨季节储热体3和供热末端水箱6液面最高极限值的地方，用于防止跨季节储热体3和供热末端水箱6内液面过高，保证系统正常运行的结构。

实施例2也包括六种独立运行工况模式和多种组合运行工况模式，系统建设完成最初时期为预热期，随后为储热供热水期和储热供暖供热水期交替循环运行的状态，其中预热期分为初始阶段和正常阶段，预热期的正常阶段有三种工况流程；储热供热水期有三种工况流程；储热供暖供热水期有十四种工况流程，原理及过程与实施例1相同，而实施例2中设置的温度传感器、水位传感器、压力传感器、控制器及电动执行器，可以实现系统的自动控制，根据系统中的温度、水位、压力情况，通过控制器控制电动执行器及水泵的动作，自动控制阀门开闭、控制流量的大小，从而保证系统处于所需的温度、水位、压力，而安全阀和溢水口，可在控制器及电动执行器失效的情况下，发挥超压自动泄放、调整液面的作用，进一步提高系统运行的安全性及稳定性。

实施例3

如图3所示，实施例3与实施例1的区别在于：跨季节储热体3的储热工质为土壤26，土壤26内部置有地埋管23，地埋管23一端为取水口20，另一端为进水口21，所述地埋管23为均布的U形管，便于循环液体工质与土壤26换热，材质可采用不锈钢、紫铜、PE-RT材质或常规PE材质，而跨季节储热体3为覆盖在土壤26上方的罩层结构，便于保温。

实施例3也包括六种独立运行工况模式和多种组合运行工况模式，系统建设完成最初时期为预热期，随后为储热供热水期和储热供暖供热水期交替循环运行的状态，其中预热期分为初始阶段和正常阶段，预热期的正常阶段有三种工况流程；储热供热水期有三种工况流程；储热供暖供热水期有十四种工况流程，原理及过程与实施例1相同。

实施例4

如图4所示，实施例4与实施例3的区别在于：热交换装置4安装于高温储热罐2的内部，因此不需要高温介质输送设备二13输送储热介质24，所述供热末端水箱6通过三通阀22的a、c端和水泵一14与跨季节储热体3的取水口20相连，所述热交换装置4通过管道与供热末端水箱6相连，通过三通阀22的b、c端与跨季节储热体3的取水口20相连，跨季节储热体3内的水工质自水泵一14和三通阀22的b、c端进入热交换装置4，热交换装置4直接在高温储热罐2内与储热介质24进行热交换，得到高温的水工质进入供热末端水箱6，从而使供热末端水箱6的水温升高。

实施例4也包括六种独立运行工况模式和多种组合运行工况模式，系统建设完成最初时期为预热期，随后为储热供热水期和储热供暖供热水期交替循环运行的状态，其中预热期分为初始阶段和正常阶段，预热期的正常阶段有三种工况流程；储热供热水期有三种工况流程；储热供暖供热水期有十四种工况流程，原理及过程与实施例1相同。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统，其特征是，包括高温太阳能热源（1）、高温储热罐（2）、跨季节储热体（3）、热交换装置（4）、混水器（5）、供热末端水箱（6）、承压水箱（7）、热水用户端（8）、供暖用户端（9）、供暖回水管（10）、外供低温水源（11）、连接管道、多套水泵、多套高温介质输送设备和多组阀门；

所述高温太阳能热源（1），安装在户外便于接收太阳光的位置，是通过高倍聚光的方式收集太阳能并使其内传热介质获得高温热能的装置；

所述高温储热罐（2），通过管道和高温介质输送设备一（12）与高温太阳能热源（1）相连，其为装有储热介质的封闭式罐体结构，用于储存从高温太阳能热源（1）处收集的并通过传热介质与储热介质换热后获得的高温热能且有保温结构的装置；

所述跨季节储热体（3）埋设在土壤里面，设有取水口（20）和进水口（21）并分别通过管道、水泵、阀门与供热末端水箱（6）相连，跨季节储热体（3）其内部装有储热工质，用于跨季储能的装置；

所述热交换装置（4），通过管道分别与高温储热罐（2）和供热末端水箱（6）相连，用以将高温储热罐（2）内储热介质的能量转换成供热末端水箱（6）内水的热量的装置；

所述混水器（5），安装于供热末端水箱（6）内部，用于调节供热末端水箱（6）内的水温；

所述供热末端水箱（6），安装在地面上，用于给供暖用户端（9）和热水用户端（8）提供温度适宜和水量充足的热水；

所述承压水箱（7），通过管道、水泵与供热末端水箱（6）相连，用于给热水用户端（8）提供有压力的热水；

所述供暖回水管（10）通过管道、阀门与跨季节储热体（3）相连，用于将供暖产生的低温水回流至跨季节储热体（3）中；

所述外供低温水源（11），通过管道、阀门分别与跨季节储热体（3）和混水器（5）相连，用于跨季节储热体（3）供水、补水以及混水器（5）内的水温调节；

所述水泵，分别安装在供热末端水箱（6）与承压水箱（7）、跨季节储热体（3）取水口（20）、供暖用户端（9）相连的管道上，用于管道内水介质的输送的装置；

所述高温介质输送设备，安装在输送高温太阳能热源（1）与高温储热罐（2）连接管道和高温储热罐（2）与热交换装置（4）之间的连接管道上，用于传热介质输送的装置；

所述阀门，安装在系统水输送管道上，用于切换系统运行模式，调节水温和水量的装置。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统，其特征是，所述热交换装置（4）安装于供热末端水箱（6）的内部，热交换装置（4）通过管道和高温介质输送设备二（13）与高温储热罐（2）相连，所述阀门，包含回水阀（17）、流量控制阀（18）、四通阀（19），所述供热末端水箱（6）内的混水器（5）通过流量控制阀（18）和外供低温水源（11）相连，所述供热末端水箱（6）的回水端通过回水阀（17）和四通阀（19）的d、c端与跨季节储热体（3）的进水口（21）相连，所述供暖回水管（10）通过四通阀（19）的b、c端与跨季节储热体（3）的进水口（21）相连，所述外供低温水源（11）通过四通阀（19）的a、c端与跨季节储热体（3）的进水口（21）相连。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统，其特征是，所述热交换装置（4）安装于高温储热罐（2）内部，热交换装置（4）通过管道、阀门与供热末端水箱（6）相连，所述阀门，包含回水阀（17）、流量控制阀（18）、四通阀（19）、三通阀（22），所述供热末端水箱（6）内的混水器（5）通过流量控制阀（18）和外供低温水源（11）相连，所述供热末端水箱（6）的回水端通过回水阀（17）和四通阀（19）的d、c端与跨季节储热体（3）的进水口（21）相连，所述供暖回水管（10）通过四通阀（19）的b、c端与跨季节储热体（3）的进水口（21）相连，所述外供低温水源（11）通过四通阀（19）的a、c端与跨季节储热体（3）的进水口（21）相连，所述供热末端水箱（6）通过三通阀（22）的a、c端、水泵与跨季节储热体（3）的取水口（20）相连，所述热交换装置（4）通过管道与供热末端水箱（6）相连，通过三通阀（22）的b、c端、水泵与跨季节储热体（3）的取水口（20）相连。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统，其特征是，所述跨季节储热体（3）储热工质为水（25），所述跨季节储热体（3）为封闭式水池结构，具有外结构层（3-1）和内防漏层（3-2）。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统，其特征是，所述跨季节储热体（3）储热工质为土壤（26），土壤（26）内部置有地埋管（23），地埋管（23）一端为取水口（20），另一端为进水口（21），所述跨季节储热体（3）为覆盖在土壤（26）上方的罩层结构，具有外防水层（3-3）和内保温层（3-4）。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统，其特征是，所述高温储热罐（2）具有外高强度结构层(2-1)、中间保温层(2-2)和内耐高温层(2-3)。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统，其特征是，所述高温储热罐（2）设置在跨季节储热体（3）的内部。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统，其特征是，还包含多组温度传感器、多组水位传感器、压力传感器、多组压力表、控制器、电动执行器、安全阀及溢水口；

所述温度传感器分别和高温太阳能热源（1）、高温储热罐（2）、跨季节储热体（3）、供热末端水箱（6）、承压水箱（7）、高温太阳能热源（1）与高温储热罐（2）之间的管道连接，用于探测内部温度并向控制器输出温度信号的装置；

所述水位传感器分别和跨季节储热体（3）、供热末端水箱（6）连接，水位传感器用于监测跨季节储热体（3）、供热末端水箱（6）内水量位置，将数据传送控制器的装置；

所述压力传感器和承压水箱（7）相连，用于监测承压水箱（7）内水压和水量，将数据传送至控制器的装置；

所述压力表安装在高温太阳能热源（1）与高温储热罐（2）输入管道及承压水箱（7）上，用于显示高温储热罐（2）的传热介质传输时和承压水箱（7）内的压力情况的装置；

所述控制器，通过线缆与温度传感器、水位传感器、压力传感器相连并接收它们的信号，对信号进行处理的装置，所述控制器还通过线缆与电动执行器和水泵相连，并将指令发送给电动执行器和水泵；

所述电动执行器，用以接收控制器的指令，并通过线缆与多组阀门相连，控制阀门开闭、控制流量的装置；

所述安全阀装配在高温储热罐（2）、供热末端水箱（6）及承压水箱（7）上，是超压自动泄放，保证设备安全压力的装置；

所述溢水口安装在跨季节储热体（3）和供热末端水箱（6）内，用于防止跨季节储热体（3）和供热末端水箱（6）内液面过高，保证系统正常运行的结构。

9.根据权利要求1所述的一种太阳能为唯一供热源的跨季供暖供热水系统，其特征是，所述跨季节储热体（3）内置一套以上的高温储热罐（2），以及系统设有与之相应数量的热交换装置（4）、混水器（5）、供热末端水箱（6）、承压水箱（7）、热水用户端（8）、供暖用户端（9）、供暖回水管（10）、外供低温水源（11）、地埋管、连接管道、多套水泵、多套高温介质输送设备、多组阀门、多组温度传感器、多组水位传感器、压力传感器、多组压力表、控制器、电动执行器、安全阀及溢水口。