CN212987364U - 一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统，属于供暖技术领域，在储热罐中设有电加热器以及水温控制装置，实现了电能加热；在储热罐与太阳能热水装置之间设有加热循环管路，实现了太阳能加热；电能加热和太阳能加热配合对储热罐进行加热，避免太阳能自身间歇性和不稳定性的问题；储热罐的出水口与采暖供水管连接，进水口通过循环水泵与采暖供水管连接，实现了供暖循环；储热罐的出水口与进水口之间设有带有混水控制阀旁通管路，通过混水控制阀实现在供暖管路中混水降温的同时，避免对储热罐的加热造成影响，继而提高太阳能的利用率。

Description

一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统

技术领域

本实用新型涉及供暖技术领域，特别是涉及一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统。

背景技术

太阳能是最清洁的可再生能源，提高太阳能的利用率，是节能减排的最佳途径，但其受天气环境影响较大，太阳能具有间歇性和不稳定性，因此现有技术中往往都在太阳能系统中加入一套电加热系统，用于弥补太阳能的间歇性和不稳定性，来保证系统稳定不间断运行，确保持续的热水供应需求。如专利号为“201820805836.2”，名称为“一种基于太阳能、高温相变蓄热及电辅多能互补供暖系统”的实用新型专利中，储热装置由高温蓄热罐和低温油箱组成，高温蓄热罐中设有高温相变蓄热材料和电加热装置，高温蓄热罐通过高温导热油管与高温太阳能集热器连通，低温油箱通过低温导热油管与高温太阳能集热器连通，从而在储热装置与高温太阳能集热器形成循环，通过给低温油箱中流出的导热油加热，达到给高温蓄热罐中高温相变蓄热材料加热的目的；然后高温蓄热罐和低温油箱分别通过管路与换热器连通，换热器又与用户之间设有高温供水管和低温回水管，从而实现给用户供暖供热。如专利号为“201420316473.8”，名称为“一种太阳能-电加热立体循环供暖系统”的实用新型专利中，生活采暖是通过电加热器循环管路对管路中水进行加热，然后将管路中的水提供给供暖管路实现供暖的，生活热水是通过太阳能热水装置给储热罐中水加热，然后将储热罐中的水直接用于生活用水实现生活用水的；自来水管路直通入电加热器循环管路和储热罐中实现对管路的补水；其中电加热器循环管路与储热罐的循环管路之间设置有换热器互相辅热。

但上述储热供暖技术中，第一种由于采用的是高温相变蓄热材料进行储热，需要通过换热器给供暖系统进行换热才能供暖，无法将液体直接用于供热，因此导致系统结构十分复杂，同时高温相变蓄热材料热的利用本身也比较复杂；而且相变蓄热材料虽然可以提供更高的温度，但也正是因为熔盐温度高，导致对保温要求极高，从而对容器的安全性要求也十分很高，而且相变蓄热材料成本较高，导致成套设备造价很高。第二种储热供暖技术中由于生活用水往往需要50-60℃即可满足用户需要，而第二种储热供暖技术中的生活用水是直接从储热罐中流出的，因此，储热罐中的水如果温度过高，很容易会烫伤用户，因此储热罐中的水只能加热到60℃以下，这使得太阳能没有得到充分的使用，造成太阳能的浪费。且由于储热罐中的热水只有60℃左右，到了晚上外界环境温度降下来之后，储热罐中的水很快就会降温，因此电加热系统早早就需要进行加热，然后通过换热器对储热罐中的水进行加热，造成电力能源的成本大幅度上升。且电力加热和太阳能加热系统是相互分开的，分别给生活供暖和生活用水进行加热，也使得系统变得十分复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决上述技术问题，提供一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统，采暖的供水直接从储热罐中将水抽出来使用，降温后再返回储热罐二次加热，多次加热不用换水。且通过太阳能加热和电加热相互配合实现供暖用水和生活用水正常供给的同时，能够大幅提高太阳能的利用率，避免电加热的过早使用，同时太阳能及电加热一体化，能够尽可能简化结构。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统，其特征在于，包括太阳能热水装置、低谷价配电箱、储热罐、循环水泵、控制柜、采暖供水管和采暖回水管；储热罐中设有电加热器，电加热器与低谷价配电箱电相连接，储热罐中设有控制电加热器开、关的水温控制装置；储热罐与太阳能热水装置之间设有加热循环管路；储热罐的出水口与采暖供水管连接，储热罐的进水口通过循环水泵与采暖回水管连接；采暖供水管上设有温度传感器；储热罐的出水口与进水口之间设有旁通管路，旁通管路上设有混水控制阀；控制柜分别与太阳能热水装置、低谷价配电箱、混水控制阀、温度传感器和循环水泵电相连接；

在不考虑储热罐散热的情况，储热罐中的蓄水量由如下公式所得：

储热罐的蓄水量＝所供建筑总面积每天耗热量/1吨水由采暖供水设定温度升至储热罐设定温度所需的热量；

其中蓄水量单位为吨。

优选的，采暖供水管和采暖回水管之间连接有换热器；换热器内设有采暖换热管路和生活用水换热管路，采暖换热管路的进水口和采暖换热管路的出水口分别与采暖供水管和采暖回水管连接；生活用水换热管路的进水口和生活用水换热管路的出水口分别连接有自来水管路和生活热水管路。

优选的，采暖供水管、采暖回水管、自来水管路、循环水泵的进水口和出水口以及储热罐的进水口上均设有关断阀。

优选的，循环水泵的出水口和自来水管路上均设有止回阀。

优选的，采暖回水管和自来水管路均设有Y型过滤器。

优选的，混水控制阀的前后管路上均设有球阀。

优选的，生活用水换热管路的进水口、生活用水换热管路的出水口、采暖换热管路的进水口和采暖换热管路的出水口上均设有与控制柜电相连接的压力表和温度计。

优选的，生活用水换热管路的进水口、生活用水换热管路的出水口、采暖换热管路的进水口和采暖换热管路的出水口上均设有关断阀。

优选的，储热罐的出水口连接有膨胀罐，膨胀罐与储热罐的出水口之间的管路上设有球阀。

优选的，循环水泵有两套，均与储热罐的进水口和采暖回水管连接。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、与太阳能加热器相连接的储热罐中另设置有电加热器和温度控制装置，温度控制装置只在阳光不充足的白天或者没有阳光的夜晚才会正常的工作，通过检测到储热罐中水温，来控制电加热器的打开和关闭，当储热罐中热度小于设定温度时，则开启电加热器对储热罐中的水进行加热，保证夜晚或阳光不足的白天热水的供应，避免出现太阳能间歇和不稳定的问题。

2、在储热罐一侧设有旁通支路，使得采暖回水管路中的采暖回水与储热罐中出来的水直接在旁通管路与采暖供水管路连接三通处混合，在供暖或给换热器供水时只需限制采暖供水管的温度，使其为适宜的温度即可，无需限制储热罐中的温度，即可以使太阳能一直加热，使储热罐达到一个较高温度，到了夜晚时，较高的温度可以延缓降到设定温度的时间，从而延缓电加热器开启的时间，节省电能。

3、通过旁通支路上混水控制阀控制，能够保证采暖供水管路中的水的温度始终保持恒定，当采暖供水管路上的温度传感器检测到采暖供水管路上的温度降低时，通过控制柜控制混水控制阀的开度，使混水控制阀的开度变小，储热罐中出来的高温热水变多，而旁通支路出来的温度较低的采暖回水减少，采暖供水管路中热水量增多，温度升高；相反控制混水控制阀开度变大，采暖供水管路中冷水量增多，温度降低。

4、本实用新型中采暖供水直接从储热罐中抽出来使用，降温后再返回容器二次加热，多次加热不用换水，无需先用高温相变蓄热材料进行储热，在用换热器给供暖系统进行换热才能供暖，使得供暖系统简单、易设置，且水在损失掉后，也容易进行补充，相比昂贵的高温相变蓄热材料，大大节省了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1、太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统结构示意图；

附图标记说明：1、太阳能热水装置；2、低谷价配电箱；3、储热罐；4、电加热器；5、膨胀罐；6、循环水泵；7、换热器；8、控制柜；9、采暖供水管；10、采暖回水管；11、生活热水管路；12、自来水管路；13、旁通管路；14、加热循环管路；15、混水控制阀；16、球阀；17、温度传感器；18、关断阀；19、止回阀；20、Y型过滤器；21、压力表；22、温度计；71、采暖换热管路；72、生活用水换热管路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例提供一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统，如图1所示，包括太阳能热水装置1、低谷价配电箱2、储热罐3、循环水泵6、控制柜8、采暖供水管9和采暖回水管10；储热罐3中设有电加热器4，电加热器4与低谷价配电箱2电相连接，储热罐3中设有控制电加热器4开、关的水温控制装置；储热罐3与太阳能热水装置1之间设有加热循环管路14；储热罐3的出水口与采暖供水管9连接，储热罐3的进水口通过循环水泵6与采暖回水管10连接；采暖供水管9上设有温度传感器17；储热罐3的出水口与进水口之间设有旁通管路13，旁通管路13上设有混水控制阀15；控制柜8分别与太阳能热水装置1、低谷价配电箱2、混水控制阀15、温度传感器17和循环水泵6电相连接。当阳光充足时候，太阳能热水装置1通过加热循环管路14对储热罐3中的水进行加热，当阳光不充足时或到了夜晚时，通过控制柜8启动电加热器4，开始对储热罐3中的水进行加热，当水温控制装置检测到储热罐3中的水温到达设定的温度后，水温控制装置关闭电加热器4停止加热，当储热罐3中水温小于设定温度时，则开启电加热器4对储热罐3中的水进行加热，保证夜晚或阳光不足的白天热水的供应，避免出现太阳能间歇和不稳定的问题。

为了避免水储热供暖系统中水热胀冷缩对管路造成破坏，如图1所示，本实施例中，在储热罐3的出水口处连接有膨胀罐5，并在膨胀罐5与储热罐3的出水口之间的管路上设有球阀16，当供暖系统中的水受热膨胀时，球阀16打开，一部分水会进入膨胀罐5内暂时储存起来，当供暖系统管路中水受冷收缩时，膨胀罐5中的水能够及时对管路进行补充；同时当供暖系统中的水消耗变少后，膨胀罐5也可以对管路中的水进行补充。

本实施例中还可在室外设置室外温度传感装置，当室外温度较高时，可以降低采暖供水温度。

如图1所示，为了给用户提供生活热水，本实施例在采暖供水管9和采暖回水管10之间连接有换热器7；换热器7内设有采暖换热管路71和生活用水换热管路72，采暖换热管路71的进水口和采暖换热管路71的出水口分别与采暖供水管9和采暖回水管10连接；生活用水换热管路72的进水口和生活用水换热管路72的出水口分别连接有自来水管路12和生活热水管路11；通过换热器7能够对自来水进行加热，用户随时打开，随时都是热水。

进一步，为了节省热量，保持生活热水管路11中的水温，可在生活热水管路11与换热器7之间设置生活热水循环泵形成循环管路，用来使生活热水管道形成循环以保持水温，方便用户打开热水阀即可得到热水，且能够避免为了得高热水而将生活热水管道中的热水排掉，从而造成水浪费。

本实施例中，为了有效控制各管路的水流量，本实施例在采暖供水管9、采暖回水管10、自来水管路12、循环水泵6的进水口和出水口、储热罐3的进水口、生活用水换热管路72的进水口、生活用水换热管路72的出水口、采暖换热管路71的进水口和采暖换热管路71的出水口上均设有关断阀18。

进一步，为了避免管路中水回流，本实施例中在循环水泵6的出水口和自来水管路12上均设有止回阀19。

本实施例中，为了避免管路中出现大量杂质，在采暖回水管10和自来水管路12均设有Y型过滤器20。

本实施例中，为了混水控制阀15更精准的控制旁通管路13的流量，在混水控制阀15前、后管路上均设有球阀16。

本实施例中，生活用水换热管路72的进水口、生活用水换热管路72的出水口、采暖换热管路71的进水口和采暖换热管路71的出水口上均设有与控制柜8电相连接的压力表21和温度计22，以便随时监测管路中的温度和压力，避免压力过大对管路造成破坏，以及温度过高超出设定温度。

进一步，本实施例中，采暖管路中的水可以更换成乙二醇等耐低温的介质，以避免冬天冻结对管路造成破坏。

用户用热分为两类，一类是生活热水，一年四季使用；另一类是采暖热水，仅冬季使用：

采暖热水使用工作流程：当白天阳光充足时，控制柜8启动太阳能热水装置1并通过加热循环管路14对储热罐3中的水进行加热，当加热到一定温度后，启动循环水泵6使储热罐3中热水进入采暖供水管9中给用户进行供暖；温度降低的水通过循环水泵6作用，从采暖回水管10中重新流回储热罐3中，进行再次加热，从而完成供暖的循环。当采暖供水管9上的温度传感器17检测到储热罐3中流出的热水超过了供暖设定的温度时，控制柜8控制旁通管路13上的混水控制阀15以及球阀16的开度，使采暖回水管10中的水更多进入到旁通管路13中，从而使储热罐3中出来的热水少一些，旁通管路13出来的水多一些，储热罐3中出来的热水和旁通管路13出来的温度较低的水在采暖供水管9和旁通管路13交接的三通处混合，从而降低管路中水的温度，直到达到设定温度位置。当温度传感器17检测到储热罐3中流出的热水小于供暖设定的温度时，则减小旁通管路13出来的水。由于采暖回水管路中的采暖回水与储热罐中出来的水直接在旁通管路与采暖供水管路连接三通处混合，因此在供暖时只需限制采暖供水管的温度，使其为适宜的温度即可，无需限制储热罐中的温度，即可以使太阳能一直加热，使储热罐达到一个较高温度，到了夜晚时，较高的温度可以延缓降到设定温度的时间，从而最大限度的利用太阳能，节约了电能的消耗。

当晚上阳光不足时，储热罐3中热水温度逐渐降低，当水温控制装置检测到储热罐3中水温降到一定数值时，控制电加热器4的开启，对储热罐3中的热水进行加热，当加热到储热罐3中的设定温度时，例如98℃时，停止加热。

生活热水工作流程：打开循环水泵6，储热罐3中的高温热水进入采暖供水管9中，通过采暖换热管路71的进水口进入换热器7中，并从采暖换热管路71的出水口流回储热罐3中，此时自来水通过自来水管路12进入生活用水换热管路72中，并与采暖换热管路71中的高温热水进行换热，通过温度计监测自来水达到50-60℃之间时，从生活用水换热管路72的出口流入生活热水管路11中供用户使用。

储热罐中蓄水量的大小确定，在不考虑储热罐散热的情况下，由如下公式所得：

储热罐的蓄水量＝所供建筑总面积每天耗热量/1吨水由采暖供水设定温度升至储热罐设定温度所需的热量；

其中蓄水量单位为吨。

进一步，为了数据的准确，公式中：1吨水由采暖供水设定温度升至储热罐设定温度所需的热量，以采暖供水设定温度和生活用水设定温度中温度较高者为准。

例：100平方的建筑，储热罐需要的蓄水量：

100平方的建筑每天耗热量(单方负荷45W)：

＝100×45×24/1000

＝108KWH

108KWH＝108×3600＝388.8MJ＝0.4GJ

1吨水由采暖供水设定温度55度升至储热罐设定温度95度所需要的热：

＝4.2×1000×(95-55)

＝168000KJ

＝0.168GJ

在不考虑水箱散热的情况下，负担100平方建筑所需要的蓄水量为：

＝0.4/0.168＝2.38t。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统，其特征在于，包括太阳能热水装置、低谷价配电箱、储热罐、循环水泵、控制柜、采暖供水管和采暖回水管；所述储热罐中设有电加热器，所述电加热器与所述低谷价配电箱电相连接，所述储热罐中设有控制所述电加热器开、关的水温控制装置；所述储热罐与所述太阳能热水装置之间设有加热循环管路；所述储热罐的出水口与所述采暖供水管连接，所述储热罐的进水口通过所述循环水泵与所述采暖回水管连接；所述采暖供水管上设有温度传感器；所述储热罐的出水口与进水口之间设有旁通管路，所述旁通管路上设有混水控制阀；所述控制柜分别与所述太阳能热水装置、低谷价配电箱、混水控制阀、温度传感器和循环水泵电相连接；

在不考虑储热罐散热的情况，所述储热罐中的蓄水量由如下公式所得：

储热罐的蓄水量＝所供建筑总面积每天耗热量/1吨水由采暖供水设定温度升至储热罐设定温度所需的热量；

其中蓄水量单位为吨。

2.如权利要求1所述的一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统，其特征在于，所述采暖供水管和所述采暖回水管之间连接有换热器；所述换热器内设有采暖换热管路和生活用水换热管路，所述采暖换热管路的进水口和采暖换热管路的出水口分别与所述采暖供水管和采暖回水管连接；所述生活用水换热管路的进水口和生活用水换热管路的出水口分别连接有自来水管路和生活热水管路。

3.如权利要求2所述的一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统，其特征在于，所述采暖供水管、采暖回水管、自来水管路、循环水泵的进水口和出水口以及所述储热罐的进水口上均设有关断阀。

4.如权利要求3所述的一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统，其特征在于，所述循环水泵的出水口和所述自来水管路上均设有止回阀。

5.如权利要求4所述的一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统，其特征在于，所述采暖回水管和所述自来水管路均设有Y型过滤器。

6.如权利要求1所述的一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统，其特征在于，所述混水控制阀的前后管路上均设有球阀。

7.如权利要求1所述的一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统，其特征在于，所述生活用水换热管路的进水口、生活用水换热管路的出水口、采暖换热管路的进水口和采暖换热管路的出水口上均设有与所述控制柜电相连接的压力表和温度计。

8.如权利要求7所述的一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统，其特征在于，所述生活用水换热管路的进水口、生活用水换热管路的出水口、采暖换热管路的进水口和采暖换热管路的出水口上均设有关断阀。

9.如权利要求1-8任意一项所述的一种太阳能及电加热一体式的水储热供暖系统，其特征在于，所述储热罐的出水口连接有膨胀罐，所述膨胀罐与所述储热罐的出水口之间的管路上设有球阀。

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