一種基于跨季節(jié)水體儲(chǔ)熱的太陽能中溫供熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于跨季節(jié)水體儲(chǔ)熱的太陽能中溫供熱系統(tǒng)，包括：太陽能集熱系統(tǒng)、跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體，吸收式熱泵，緩沖水箱，熱用戶，輔助熱源，水泵，閥門，換熱器，控制系統(tǒng)。太陽能集熱系統(tǒng)與緩沖水箱相連通，跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體與熱用戶和吸收式熱泵通過換熱器相連通。輔助熱源與吸收式熱泵和熱用戶相連通。通過不同模式的調(diào)節(jié)，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)太陽能與其他能源多能互補(bǔ)供熱，并可以滿足一般城市管網(wǎng)供熱水溫要求。本發(fā)明適用于我國北方太陽能資源豐富及較豐富的城鎮(zhèn)地區(qū)建筑供熱。
【專利說明】
一種基于跨季節(jié)水體儲(chǔ)熱的太陽能中溫供熱系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能中溫供熱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能是取之不盡用之不竭的可再生能源，在化石燃料逐年減少、國際能源形勢(shì)日趨嚴(yán)峻的今天，開發(fā)利用太陽能是實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)多元化、保證能源安全的重要途徑之一。太陽能供熱是降低我國北方建筑供熱煤耗的有效途徑之一。對(duì)于城鎮(zhèn)居住建筑來說，由于建筑體形系數(shù)較小，建筑本體放置太陽能集熱器的面積較小，無法像村鎮(zhèn)單體建筑一樣，實(shí)現(xiàn)太陽能建筑一體化。根據(jù)相關(guān)研究，集中型太陽能供熱系統(tǒng)則是更加適用于城鎮(zhèn)建筑的低碳化供熱系統(tǒng)之一。集中型太陽能供熱系統(tǒng)包括:集熱系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)、末端供熱系統(tǒng)、輔助熱源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。其中，由于集中型熱站多針對(duì)1000平米以上的建筑供熱，因此儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱容量較大，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期儲(chǔ)熱，即跨季節(jié)儲(chǔ)熱。根據(jù)儲(chǔ)熱介質(zhì)的不同，跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以分為:水體儲(chǔ)熱、土壤儲(chǔ)熱、巖體儲(chǔ)熱、含水層儲(chǔ)熱等形式。其中，水的比較和密度較大，單位體積的儲(chǔ)熱容量大，換熱強(qiáng)度，便于控制等優(yōu)點(diǎn)，水體儲(chǔ)熱是未來具有發(fā)展前景的跨季節(jié)儲(chǔ)熱形式之一。另外，我國大部分城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)要求水溫需達(dá)到70°c以上，在嚴(yán)寒期供水溫度甚至達(dá)到95°C。以跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體為基礎(chǔ)的集中型太陽能供熱系統(tǒng)在國內(nèi)外鮮有相關(guān)研究及工程報(bào)道。在國外，丹麥?zhǔn)腔诳缂竟?jié)儲(chǔ)熱水體的太陽能集中型供熱系統(tǒng)發(fā)展規(guī)模較大的地區(qū)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是解決太陽能供熱系統(tǒng)存在的冬夏冷熱不平衡問題，基于跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體特點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)較高出水溫度為目標(biāo)，開發(fā)一種適用于城鎮(zhèn)建筑的集中型太陽能中溫供熱系統(tǒng)，以降低用于我國北方城鎮(zhèn)地區(qū)冬季供熱的傳統(tǒng)能源消耗。本發(fā)明通過合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，出水溫度可以達(dá)到70°C以上，最大程度提高太陽能供熱保證率，同時(shí)確保穩(wěn)定供熱和滿足城市供熱管網(wǎng)供水溫度要求。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]—種基于跨季節(jié)水體儲(chǔ)熱的太陽能中溫供熱系統(tǒng)，主要包括:太陽能集熱系統(tǒng)，緩沖水箱，跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體，吸收式熱栗，熱用戶，輔助熱源，換熱器，閥門，水栗，以及控制系統(tǒng)。
[0006]太陽能集熱系統(tǒng)通過帶有第一閥門和第一水栗的管路與緩沖水箱連通；
[0007]所述的緩沖水箱通過帶有第二換熱器的管路與跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體連通。緩沖水箱通過帶有第二閥門和第二水栗的管路與第二換熱器相連，跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體通過帶有第四閥門至第七閥門和第四水栗的管路與第二換熱器連通；
[0008]所述的緩沖水箱通過帶有第一換熱器的管路同時(shí)與熱用戶和吸收式熱栗連通。緩沖水箱通過帶有第三閥門和第三水栗的管路與第一換熱器相連，吸收式熱栗通過帶有第九閥門、第十一閥門和第五水栗的管路與第一換熱器連通，吸收式熱栗通過帶有第十五至第十七閥門和第七水栗的管路與熱用戶連通，第一換熱器通過帶有第九閥門、第十閥門、第十二閥門、第十七閥門和第七水栗與熱用戶直接連通；
[0009]所述的輔助熱源通過帶有第十四閥門和第六水栗的管路與吸收式熱栗連通；
[0010]并且，所述的輔助熱源通過帶有第十三閥門、第十七閥門和第七水栗的管路與熱用戶連通；
[0011]輔助熱源為提供高于熱用戶所需水溫要求的高溫?zé)嵩础?br>[0012]所述的控制系統(tǒng)與水栗和閥門連接，控制第一水栗、第二水栗、第三水栗、第四水栗、第五水栗、第六水栗和至第七水栗的啟停和第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門、第五閥門、第六閥門、第七閥門、第八閥門、第九閥門、第十閥門、第十一閥門、第十二閥門、第十三閥門、第十四閥門、第十五閥門、第十六閥門和第十七閥門的開度。
[0013 ]所述的太陽能集熱系統(tǒng)既可以為太陽能低溫集熱系統(tǒng)，也可以為太陽能中溫集熱系統(tǒng)。
[0014]所述的輔助熱源為能夠提供高于熱用戶所需水溫要求的高溫?zé)嵩础?br>[0015]本發(fā)明所述的系統(tǒng)具有如下幾種典型工作模式:
[0016](I)太陽能集熱系統(tǒng)向緩沖水箱供熱。
[0017]在全年時(shí)間內(nèi)，只要太陽能集熱系統(tǒng)達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，即啟動(dòng)第一水栗，開啟第一閥門，將太陽能集熱系統(tǒng)收集熱量輸送至緩沖水箱中。
[0018](2)非供熱季，將太陽能集熱系統(tǒng)收集的熱量?jī)?chǔ)存于跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體中。
[0019]太陽能集熱系統(tǒng)收集太陽能熱量后，啟動(dòng)第一水栗，開啟第一閥門，將熱量存儲(chǔ)于緩沖水箱中。當(dāng)緩沖水箱內(nèi)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象時(shí)，開啟第二閥門、第四閥門、第六閥門和第七閥門，關(guān)閉第五閥門和第八閥門，啟動(dòng)第二水栗和第四水栗，將緩沖水箱內(nèi)的熱量輸送并存儲(chǔ)于跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體中。
[0020](3)在供熱季初期，跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體溫度能夠滿足熱用戶供熱水溫要求，直接利用跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體供熱。
[0021]啟動(dòng)第二水栗和第四水栗，開啟第二閥門、第五閥門、第七閥門和第八閥門，關(guān)閉第四閥門和第六閥門，將跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體內(nèi)的熱量輸送至緩沖水箱中。啟動(dòng)第三水栗和第七水栗，開啟第三閥門，第九閥門、第十閥門、第十二閥門和第十七閥門，將熱量送至熱用戶處。
[0022](4)在供熱季嚴(yán)寒期，跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體溫度不能夠滿足熱用戶供熱水溫要求，啟動(dòng)吸收式熱栗供熱。
[0023]啟動(dòng)第三水栗、第五水栗、第六水栗和第七水栗，開啟第三閥門、第九閥門、第十四閥門、第十五閥門、第十六閥門和第十七閥門，關(guān)閉第十閥門、第十二閥門和第十三閥門，利用輔助熱源作為高溫端，緩沖水箱作為低溫端，驅(qū)動(dòng)吸收式熱栗向熱用戶供熱。當(dāng)緩沖水箱內(nèi)水溫降低，低于跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體內(nèi)溫度時(shí)，則啟動(dòng)第二水栗和第四水栗，開啟閥門第而閥門、第五閥門、第七閥門和第八閥門，關(guān)閉第四閥門和第六閥門，將跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體內(nèi)的熱量輸送至緩沖水箱中。
[0024](5)在供熱季末期，跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體溫度很低，不足以提供足夠的低溫端熱量，則直接利用輔助熱源向熱用戶供熱。
[0025]啟動(dòng)第七水栗，開啟第十三閥門和第十七閥門，關(guān)閉除太陽能集熱系統(tǒng)的第一水栗和第一閥門外的其余水栗和閥門，直接利用輔助熱源向熱用戶供熱。
[0026]本發(fā)明優(yōu)先使用太陽能進(jìn)行供熱，最大程度提高太陽能供熱保證率。利用跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體，有效解決太陽能冬夏冷熱不平衡問題，實(shí)現(xiàn)了太陽能的全年高效利用。通過合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，充分利用跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體內(nèi)的熱量，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)較高出水溫度，滿足熱用戶用水溫度要求。本發(fā)明在我國北方太陽能資源豐富及較豐富的城鎮(zhèn)地區(qū)具有廣泛的適用性。
[0027]本系統(tǒng)與丹麥地區(qū)供熱系統(tǒng)的主要區(qū)別在于:I)基于我國集中供熱特點(diǎn)，多數(shù)情況下集中供熱僅在冬季使用，其他季節(jié)基本無集中供熱需求。而在丹麥，需要一年四季向用戶供熱，以滿足采暖和生活熱水要求。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了降低非采暖季的跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體熱損，本發(fā)明將太陽能集熱系統(tǒng)出口熱水送至跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體的中部;2)丹麥地區(qū)多數(shù)集中型太陽能供熱系統(tǒng)利用CO2熱栗保證80°C以上出水溫度，但是CO2熱栗初投資過高，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。因此，本發(fā)明采用性價(jià)比更高的吸收式作為跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體的取熱設(shè)備，改善系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性;3)丹麥地區(qū)采用的是太陽能集熱系統(tǒng)為普通的平板集熱系統(tǒng)，一般集熱系統(tǒng)出水溫度僅有60-70°C，本發(fā)明采用的太陽能集熱系統(tǒng)可以為太陽能中溫集熱系統(tǒng)，集熱系統(tǒng)出水溫度可以達(dá)到95°C左右，當(dāng)太陽能直射輻照度較高的供熱初期，可以實(shí)現(xiàn)太陽能集熱系統(tǒng)直接供熱。
【附圖說明】
[0028]圖1本發(fā)明基于跨季節(jié)水體儲(chǔ)熱的太陽能供熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2太陽能集熱系統(tǒng)向緩沖水箱供熱的運(yùn)行原理圖；
[0030]圖3將太陽能集熱系統(tǒng)收集的熱量?jī)?chǔ)存于跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體的運(yùn)行原理圖；
[0031 ]圖4跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體直接向熱用戶供熱的運(yùn)行原理圖；
[0032]圖5利用吸收式熱栗向熱用戶供熱的運(yùn)行原理圖；
[0033]圖6輔助熱源直接向熱用戶供熱的運(yùn)行原理圖；
[0034]圖中:I太陽能集熱系統(tǒng)，2緩沖水箱，3跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體，4吸收式熱栗，5熱用戶，6輔助熱源，E-1、E-2換熱器，8控制系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步的說明本發(fā)明。
[0036]如圖1所示，本發(fā)明基于跨季節(jié)水體儲(chǔ)熱的太陽能供熱系統(tǒng)主要包括:太陽能集熱系統(tǒng)I，緩沖水箱2，跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體3，吸收式熱栗4，熱用戶5，輔助熱源6，換熱器E-1、E_2，以及控制系統(tǒng)8。
[0037]太陽能集熱系統(tǒng)I通過帶有第一閥門V-1和第一水栗P-1的管路與緩沖水箱連通。緩沖水箱2通過帶有第二換熱器E-2的管路與跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體2連通。緩沖水箱通過帶有第二閥門V-2和第二水栗P-2的管路與第二換熱器E-2相連，跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體2通過帶有第四閥門V-4至第七閥門V-7和第四水栗P-4的管路與第二換熱器E-2連通。緩沖水箱2通過帶有第一換熱器E-1的管路同時(shí)與熱用戶5和吸收式熱栗4連通。緩沖水箱2通過帶有第三閥門V-3和第三水栗P-3的管路與第一換熱器E-1相連，吸收式熱栗4通過帶有第九閥門V-9、第^^一閥門V-1I和第五水栗P-5的管路與第一換熱器E-1連通，吸收式熱栗4通過帶有第十五閥門V-15、第十七閥門V-17和第七水栗P-7的管路與熱用戶5連通，并通過第十六閥門v-16與熱用戶5連通。第一換熱器E-1通過帶有第九閥門V-9、第十閥門V-10、第十二閥門V-12、第十七閥門V-17和第七水栗P-7與熱用戶5直接連通。輔助熱源6通過帶有第十四閥門V-14和第六水栗P-6的管路與吸收式熱栗6連通，并且，輔助熱源6通過帶有第十三閥門V-13、第十七閥門V-17和第七水栗P-7的管路與熱用戶5連通。控制系統(tǒng)8與水栗和閥門連接，控制第一水栗P-1、、第二水栗P-2、第三水栗P-3、第四水栗P-4、第五水栗P-5、第六水栗P_6和第七水栗P-7的啟停，以及第一閥門V-1、第二閥門V-2、第三閥門V-3、第四閥門V-4、第五閥門V-5、第六閥門V-6、第七閥門V-7、第八閥門V-8、第九閥門V-9、第十閥門V-1O、第^^一閥門V-11、第十二閥門V-12、第十三閥門V-13、第十四閥門V-14、第十五閥門V-15、第十六閥門V-16和第十七閥門V-17的開度。
[0038]本發(fā)明所述的系統(tǒng)具有如下幾種典型工作模式:
[0039](I)太陽能集熱系統(tǒng)I向緩沖水箱2供熱，如圖2所示。
[0040]在全年時(shí)間內(nèi)，只要太陽能集熱系統(tǒng)I達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，即啟動(dòng)第一水栗P-1，開啟第一閥門V-1，將太陽能集熱系統(tǒng)收集熱量輸送至緩沖水箱2中。
[0041](2)非供熱季，將太陽能集熱系統(tǒng)I收集的熱量?jī)?chǔ)存于跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體3中，如圖3所示。
[0042]太陽能集熱系統(tǒng)I收集太陽能熱量后，啟動(dòng)第一水栗P-1，開啟第一閥門V-1，將熱量存儲(chǔ)于緩沖水箱2中。當(dāng)緩沖水箱2內(nèi)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象時(shí)，開啟第二閥門V-2，第四閥門V-4，第六閥門V-6和第七閥門V-7，關(guān)閉第五閥門V-5和第八閥門V-8，啟動(dòng)第二水栗P-2和第四水栗P-4，將緩沖水箱2內(nèi)的熱量輸送并存儲(chǔ)于跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體3中。
[0043](3)在供熱季初期，跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體3的溫度能夠滿足熱用戶5供熱水溫要求，直接利用跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體3供熱，如圖4所示。
[0044]啟動(dòng)第二水栗P-2和第四水栗P-4，開啟第二閥門V-2、第五閥門V_5、第七閥門V_7和第八閥門V-8，關(guān)閉第四閥門V-4和第六閥門V-6，將跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體3內(nèi)的熱量輸送至緩沖水箱2中。啟動(dòng)第三水栗P-3和第七水栗P-7，開啟第三閥門V-3，第九閥門V-9、第十閥門V-
10、第十二閥門V-12和第十七閥門V-17，將熱量送至熱用戶5處。
[0045](4)在供熱季嚴(yán)寒期，跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體3溫度不能夠滿足熱用戶5供熱水溫要求，啟動(dòng)吸收式熱栗4供熱，如圖5所示。
[0046]啟動(dòng)第三水栗p-3、第五水栗P-5、第六水栗P-6和第七水栗P-7，開啟第三閥門V_3、第九閥門V-9、第十四閥門V-14、第十五閥門V-15、第十六閥門V-16和第十七閥門V-17，關(guān)閉第十閥門V-10、第十二閥門V-12和的十三閥門V-13，利用輔助熱源6作為高溫端，緩沖水箱2作為低溫端，驅(qū)動(dòng)吸收式熱栗4向熱用戶5供熱。當(dāng)緩沖水箱2內(nèi)水溫降低，低于跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體3內(nèi)溫度時(shí)，則啟動(dòng)第二水栗P-2和第四水栗P-4，開啟第二閥門V-2、第五閥門V-5、第七閥門V-7和的八閥門V-8，關(guān)閉第四閥門V-4和第六閥門V-6，將跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體3內(nèi)的熱量輸送至緩沖水箱2中。
[0047](5)在供熱季末期，跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體3的溫度很低，不足以提供足夠的低溫端熱量，則直接利用輔助熱源6向熱用戶5供熱，如圖6所示。
[0048]啟動(dòng)第七水栗P-7，開啟第十三閥門V-13和第十七閥門V-17，關(guān)閉除太陽能集熱系統(tǒng)I的第一水栗P-1和第一閥門V-1外的其余水栗和閥門，直接利用輔助熱源6向熱用戶5供熱。
[0049]本發(fā)明突出優(yōu)點(diǎn)在于:使用太陽能進(jìn)行供熱，最大程度提高太陽能供熱保證率。利用跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體，有效解決太陽能冬夏冷熱不平衡問題，實(shí)現(xiàn)了太陽能的全年高效利用。通過合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，充分利用跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體內(nèi)的熱量，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)較高出水溫度，滿足熱用戶用水溫度要求。本發(fā)明在我國北方太陽能資源豐富及較豐富的城鎮(zhèn)地區(qū)具有廣泛的適用性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于跨季節(jié)水體儲(chǔ)熱的太陽能中溫供熱系統(tǒng)，其特征在于:所述的基于跨季節(jié)水體儲(chǔ)熱的太陽能供熱系統(tǒng)主要包括:太陽能集熱系統(tǒng)(I)，緩沖水箱(2)，跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體(3)，吸收式熱栗(4)，熱用戶(5)，輔助熱源(6)，換熱器(E-1、E-2)，以及控制系統(tǒng)(8); 所述的太陽能集熱系統(tǒng)(I)通過帶有第一閥門(V-1)的管路與緩沖水箱(2)連通； 所述的緩沖水箱(2)通過帶有第二換熱器(E-2)的管路與跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體(3)連通;緩沖水箱(2)通過帶有第二閥門(V-2)和第二水栗(P-2)的管路與第二換熱器(E-2)相連，跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體(3)通過帶有第四閥門(V-4)至第七閥門(V-7)和第四水栗(P-4)的管路與第二換熱器(E-2)連通； 所述的緩沖水箱(2)通過帶有第一換熱器(E-1)的管路同時(shí)與熱用戶(5)和吸收式熱栗(4)連通;緩沖水箱(2)通過帶有第三閥門(V-3)和第三水栗(P-3)的管路與第一換熱器(E-1)相連，吸收式熱栗(4)通過帶有第九閥門(V-9)、第十一閥門(V-1l)和第五水栗(P-5)的管路與第一換熱器(E-1)連通，吸收式熱栗(4)通過帶有第十五閥門(V-15)、第十六閥門(V-16)、第十七閥門(V-17)和第七水栗(P-7)的管路與熱用戶(5)連通，第一換熱器(E-1)通過帶有第九閥門(V-9)、第十閥門(V-1O)、第十二閥門(V-12)、第十七閥門(V-17)和第七水栗(P-7)與熱用戶(5)直接連通； 所述的輔助熱源(6)通過帶有第十四閥門(V-14)的管路與吸收式熱栗(4)連通； 所述的輔助熱源(6)通過帶有第十三閥門(V-13)和第十七閥門(V-17)的管路與熱用戶(5)連通; 所述的控制系統(tǒng)(8)與水栗和閥門連接，控制第一水栗(P-1)、第二水栗(P-2)、第三水栗(P-3)、第四水栗(P-4)、第五水栗(P-5)、第六水栗(P-6)和第七水栗(P-7)的啟停，以及第一閥門(V-1)、第二閥門(V-2)、第三閥門(V-3)、第四閥門(V-4)、第五閥門(V-5)、第六閥門(V-6)、第七閥門(V-7)、第八閥門(V-8)、第九閥門(V-9)、第十閥門(V-1O)、第^^一閥門(V-1I)、第十二閥門(V-12)、第十三閥門(V-13)第十四閥門(V-14)、第十五閥門(V-15)、第十六閥門(V-16)和第十七閥門(V-17)的開度。2.按照權(quán)利要求1所述的基于跨季節(jié)水體儲(chǔ)熱的太陽能中溫供熱系統(tǒng)，其特征在于:所述的太陽能集熱系統(tǒng)(I)為太陽能低溫集熱系統(tǒng)或太陽能中溫集熱系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】F24J2/46GK105841360SQ201610296889
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】楊銘, 王志峰, 付向東, 常春
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院電工研究所