专利名称：轨道交通车辆基地燃气锅炉辅助太阳能热水及采暖装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轨道交通车辆基地的节能技术以及太阳能热利用技术领域，尤其
涉及该基地中燃气锅炉辅助太阳能热水及采暖装置。
背景技术：
全球性石化能源的紧缺以及温室效应的加剧给环境和社会发展带来了很多负担， 作为应对，近年来太阳能等可再生能源的开发及利用发展迅速。轨道交通车辆基地占地较 大并且以低层建筑为主，具有较好的太阳能应用条件。同时，由于车辆检修等工作需要，轨 道交通车辆基地对热量的要求也较大，并且要具备全天候的热量要求。这些因素决定了在 轨道交通车辆基地中采用太阳能系统能够有效节约能量。 轨道交通车辆基地对于热量的要求，主要是生活热水以及采暖季的供热。这些需
求对于供热稳定性有一定要求，而太阳能系统在稳定性方面则非常欠缺，具有强烈的变动
性。为了弥补这一缺陷，在系统中需要设置辅助热源以维持系统稳定工作。对于轨道交通车
辆基地这种较大规模的生活热水及采暖需求，采用燃气锅炉作为辅助热源在稳定性、效率
和经济性方面综合考虑起来具有较大优势。太阳能热水及采暖联合系统已经有一些应用，
比如专利申请号200710063483. X和200610111393. 9专利中，都对同时具备生活热水制备
及采暖功能的太阳能热水系统进行了设计。但是，现有的这方面的专利主要针对小型的家
用太阳能系统，主要着眼于功能的实现。而轨道交通车辆基地的太阳能热水及采暖系统规
模较大，对热水及采暖两种不同需求的调配相对家用系统也有较高要求。 如何设计一种能够有效满足轨道交通车辆基地热水及采暖需求的燃气锅炉辅助
太阳能热水及采暖联合系统，保证系统系统运行稳定性及能量效率，是技术人员要解决的问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种轨道交通车辆基地燃气锅炉辅助太阳能 热水及采暖装置，旨在解决上述的问题。 为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的 本发明包括一个采暖热水箱；还包括一个与采暖热水箱连接的太阳能集热器
阵列， 一个与采暖热水箱连接的生活热水箱， 一个与采暖热水箱及生活热水箱同时连接的
燃气锅炉以及一个控制系统。 与现有技术相比，本发明的有益效果是在轨道交通车辆基地的热水及采暖需求 下，能够提高太阳能利用率，节约能源消耗。
图1为本发明结构示意具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步详细描述 由图l可见本发明包括一个采暖热水箱2 ;还包括一个与采暖热水箱2连接的 太阳能集热器阵列1， 一个与采暖热水箱2连接的生活热水箱3， 一个与采暖热水箱2及生 活热水箱3同时连接的燃气锅炉4以及一个控制系统(图中未示)；
还包括一个与采暖热水箱2连接的地板采暖末端5 ; 所述的采暖热水箱2与地板采暖末端5相接是采暖热水箱2的上输出端与地板 采暖末端5的输入端相接，采暖热水箱2的下输入端与地板采暖末端5的输出端相接；在采 暖热水箱2的上输出端与地板采暖末端5的输入端之间还包括一个采暖循环泵12 ;
在所述的采暖热水箱2内固定安置一个竖直方向螺旋形排布的换热盘管6 ;所述 换热盘管6的上、下二端分别与太阳能集热器阵列1的输出、输入端相接；
在换热盘管6的下端和集热器阵列1的输入端之间还安置一个集热循环泵10 ;
所述燃气锅炉4与采暖热水箱2和生活热水箱3之间的连接是经由一个第一电动 三通阀8和第二电动三通阀9来实现；所述第一电动三通阀8位于燃气锅炉4的进水管路 上，三通阀出口通向燃气锅炉4，两个进口分别连接采暖热水箱2和生活热水箱3 ;第二电动 三通阀9位于燃气锅炉4的出水管路上，三通阀进口通向燃气锅炉4，两个出口分别连接采 暖热水箱2和生活热水箱3 ; 在所述燃气锅炉4和第一电动三通阀8之间还设置一台用以驱动燃气辅助加热循 环的热水循环泵11 ; 所述采暖热水箱2与生活热水箱3通过一个倾斜连通管7连接；所述倾斜连通管 7与采暖热水箱2相连的一端较与生活热水箱3相连的一端低； 采暖热水箱2内部布置了补水器13，补水器13的另一端直接接入自来水管路；
所述的控制系统包括中控电脑及温度传感器；所述的的温度传感器分别位于太 阳集热器阵列1出口、采暖热水箱2中部、生活热水箱3中部、地板采暖末端5出口、地板表 面以及室内空气中。 本发明中太阳能集热器阵列1采用单个集热器按照一定的串、并联方式组成，置 于在楼顶或其他空旷地带。轨道交通车辆基地一般面积较大并且以低层建筑为主，所以具 有足够的空间来放置集热器阵列。每个集热器采用不带有水箱的直通式结构。在太阳能集 热器阵列1和采暖热水箱2之间接近太阳能集热器阵列1入口的地方，设置有集热循环泵 10。太阳能集热循环的设计循环温差为l(TC，根据循环温差和当地太阳辐照情况可以选用 合适的串、并联形式及集热循环泵10的规格，使得在该设计循环温差下集热器阵列的总流 量和压力损失与集热循环泵10的额定流量及压头相匹配。太阳能集热器阵列1内部的工 作介质，优先选用适合在冬季工作的防冻液，这样在冬季夜间环境温度较低时管路也不会 上冻。 采暖热水箱2内部设置有太阳能集热器阵列1的换热盘管6，该盘管在水箱内部沿 竖直方向螺旋形排布，按照内部液体流动方向，上部为其入口，下部为其出口。在太阳能集 热泵运行时，太阳能集热器阵列1中的热水由水箱上部进入换热盘管6，在液体向下流动的 同时对采暖热水箱2中的储水进行加热并降低自身温度，最后从水箱下部流出，经由集热 循环泵10回到太阳能集热器阵列1。
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采暖热水箱2另一对进出口通往地板采暖末端5。采暖热水箱2中的储水从水箱 上部流向地板采暖末端5，而从地板采暖末端5中流回的热水则从下部进入采暖热水箱2。 流经地板采暖末端5的热水直接来自采暖热水箱2，中间没有附加换热器。
采暖热水箱2还有一对进出口通向燃气锅炉4。采暖热水箱2中的储水从水箱下 部流向燃气锅炉4，而从燃气锅炉4中流回的热水则从上部进入采暖热水箱2。通向燃气锅 炉4的热水直接来自采暖热水箱2，中间没有附加换热器。 除了上述三对进出口之外，采暖热水箱2还通过一根倾斜连通管7与生活热水箱3 连接。该倾斜连通管7与采暖热水箱2相连的一端位于采暖热水箱2中部，在运行期间会 有部分热水从该连通管7流向生活热水箱3。 采暖热水箱2内部布置了补水器13，补水器13的另一端直接接入自来水管路。在 本实例中补水器13采用浮球阀形式，不过液位式补水器等其他形式的补水器也同样能满 足要求。当采暖热水箱2水位下降时，补水器13开启对采暖热水箱2中的储水进行补充， 从而维持采暖热水箱2内部水量。 地板采暖末端5位于采暖房间内中，在本实例中为置于地板结构中按照"回"字形 排布的热水盘管，除此之外其他形式的盘管布置方式也可以。除了最基本的热水盘管之外， 在不同的应用场合下地板采暖末端5可能还包括分集水器及排气阀等其他调节装置，不过 这在地板采暖领域已经是很成熟的技术，在本发明中就不再敷述。在地板采暖末端5和采 暖热水箱2之间接近地板采暖末端5入口的管路上设置有采暖循环泵12，采暖热水箱2中 的热水经由采暖循环泵12流入地板采暖末端5，对地板结构进行加热，然后再回到采暖热 水箱2。本发明中采用地板采暖系统作为轨道交通车辆基地的供暖末端，主要基于能量使用 效率方面的考虑。常规太阳能集热的工作温度都较低，如果与普通的室内换热器相配合，则 太阳能集热效率衰减很严重。而地板采暖的热水需求温度较低， 一般不超过55°C ，在非严寒 地区采暖温度还要更低。除此之外，国内外的研究表明，由于地板采暖中辐射的存在以及地 板层的蓄热效果，对于连续运行的地板采暖系统，室内有效温度对采暖供水并不敏感。这就 是说，对于轨道交通车辆基地这种部分房间全天都需要供暖的情况，其地板采暖用热水温 度还可以根据当地气候进一步降低，在这种情况下，采用地板采暖的形式能够使得太阳能 集热器能够保持高效运行。 生活热水箱3位于采暖热水箱2旁边，高度与采暖热水箱2 —致，容量根据末端热 水需求确定。生活热水箱3和采暖热水箱2之间通过一根倾斜连通管7相连。该连通管7 与生活热水箱3相连的一端较高，位于生活热水箱3的中上部。 在生活热水箱3和采暖热水箱2之间采用倾斜连通管7，主要是基于节能考虑。在 轨道交通车辆基地中，生活热水的温度和地板采暖热水的温度并不相同，生活热水的温度 一般在50 60°C ，而基于节能考虑在大部分情况下地板采暖热水的温度都低于50°C ，所以 生活热水箱3的温度一般比采暖热水箱2温度高。在能源方面，对于上述两种不同的温度 需求，燃气锅炉的效率基本不会受到影响，而太阳能集热器的效率则有显著的改变。为了提 高作为主要热源的太阳能集热器的效率，发明中把低温热水的供应交由太阳能集热器阵列 1负责，而进一步加热到较高的生活热水温度则交由燃气锅炉4负责，而该连通管7恰好能 达到该目的。当生活热水箱3中的热水被送往末端消耗掉时，生活热水箱3中的液位降低， 于是一部分热水从采暖热水箱2中经由连通管7补充进来，这部分补水是在采暖热水箱2中是被太阳能集热器进行初步加热的，进而在生活热水箱3中被燃气锅炉4进一步加热到
更高的温度，这样通过能量的梯级利用提高了系统的效率，达到了节能效果。由于温度较高
的水相对温度较低的水更倾向于向上浮，所以在该倾斜的连通管中，热水的流向基本是单
向的，不会出现生活热水箱3中温度较高的热水流回采暖热水箱2的情况。 生活热水箱3上部具有一个生活热水出水口 14，在生活热水末端阀门开启时热水
经由该出口流向各种生活热水消耗末端。 采暖热水箱2有一对进出口通向燃气锅炉4。生活热水箱3中的储水从水箱下部 流向燃气锅炉4，而从燃气锅炉4中流回的热水则从上部进入生活热水箱3。通向燃气锅炉 4的热水直接来自生活热水箱3，中间没有附加换热器。 采暖热水箱2和生活热水箱3以并联的方式与燃气锅炉4连接，在燃气锅炉4进 水管上布置有第一电动三通阀8及第二电动三通阀9，对流经采暖热水箱2和生活热水箱3 的水量进行调节。其中第一电动三通阀8出口通向燃气锅炉4，两个进口分别与采暖热水箱 2和生活热水箱3的出口连接；第二电动三通阀9进口通向燃气锅炉4，两个出口分别与采 暖热水箱2和生活热水箱3的进口连接。在燃气锅炉4和第一电动三通阀8之间的燃气锅 炉4进水管路上布置了一台热水循环泵ll，用以驱动该环路的热水循环。该热水循环泵11 入口与三通阀出口管路相连，热水循环泵11出口与燃气锅炉4入口管路相连。
燃气锅炉4的形式及规格根据系统设计热水负荷确定，在有多种产品备选的情况 下尽量选用启停速度快的产品，以与本发明中的系统较好的配合。燃气锅炉本身已经属于 很成熟的产品，本发明中不进一步敷述。 控制系统包括中控电脑及温度传感器。本实例中设置的温度传感器分别位于太阳 集热器阵列出口、采暖热水箱2中部、生活热水箱3中部、地板采暖出口、地板表面、室内空 气中等处。在中控电脑上安装有有系统专用控制程序，用于可以按照默认的值也可以自行 设定控制标准。根据到接收到的传感器的温度信号，中控电脑确定下一步的系统工作状态， 并向集热循环泵10、采暖循环泵12、热水循环泵11及第一电动三通阀8和第二电动三通阀 9发送动作信号。 在使用过程中，本发明能够充分利用太阳能制取生活热水及提供冬季采暖，达到 节能效果；同时本发明还能够解决太阳能自身不稳定性带来的问题，使得生活热水供应和 采暖都能得到保障。
权利要求
一种轨道交通车辆基地燃气锅炉辅助太阳能热水及采暖装置，包括一个采暖热水箱(2)；其特征在于还包括一个与采暖热水箱(2)连接的太阳能集热器阵列(1)，一个与采暖热水箱(2)连接的生活热水箱(3)，一个与采暖热水箱(2)及生活热水箱(3)同时连接的燃气锅炉(4)以及一个控制系统。
2. 根据权利要求1所述的轨道交通车辆基地燃气锅炉辅助太阳能热水及采暖装置，其特征在于还包括一个与采暖热水箱(2)连接的地板采暖末端(5)。
3. 根据权利要求1所述的轨道交通车辆基地燃气锅炉辅助太阳能热水及采暖装置，其特征在于所述的采暖热水箱(2)与地板采暖末端(5)相接是采暖热水箱(2)的上输出端与地板采暖末端(5)的输入端相接，采暖热水箱(2)的下输入端与地板采暖末端(5)的输 出端相接；在采暖热水箱(2)的上输出端与地板采暖末端(5)的输入端之间还包括一个采 暖循环泵(12)。
4. 根据权利要求3所述的轨道交通车辆基地燃气锅炉辅助太阳能热水及采暖装置，其特征在于在所述的采暖热水箱(2)内固定安置一个竖直方向螺旋形排布的换热盘管(6);所述换热盘管(6)的上、下二端分别与太阳能集热器阵列(1)的输出、输入端相接。
5. 根据权利要求4所述的轨道交通车辆基地燃气锅炉辅助太阳能热水及采暖装置，其 特征在于在换热盘管(6)的下端和集热器阵列(1)的输入端之间还安置一个集热循环泵 (10)。
6. 根据权利要求1所述的轨道交通车辆基地燃气锅炉辅助太阳能热水及采暖装置，其 特征在于所述燃气锅炉(4)与采暖热水箱(2)和生活热水箱(3)之间的连接是经由第一 电动三通阀(8)和第二电动三通阀(9)来实现；所述第一电动三通阀(8)位于燃气锅炉(4) 的进水管路上，三通阀出口通向燃气锅炉(4)，两个进口分别连接采暖热水箱(2)和生活热 水箱(3);所述第二电动三通阀(9)位于燃气锅炉(4)的出水管路上，三通阀进口通向燃气 锅炉(4)，两个出口分别连接采暖热水箱(2)和生活热水箱(3)。
7. 根据权利要求6所述的轨道交通车辆基地燃气锅炉辅助太阳能热水及采暖装置，其 特征在于在所述燃气锅炉(4)和第一电动三通阀(8)之间还设置一台用以驱动燃气辅助 加热循环的热水循环泵(11)。
8. 根据权利要求1所述的轨道交通车辆基地燃气锅炉辅助太阳能热水及采暖装置，其 特征在于所述采暖热水箱(2)与生活热水箱(3)通过一个倾斜连通管(7)连接；所述倾斜 连通管(7)与采暖热水箱(2)相连的一端较与生活热水箱(3)相连的一端低。
9. 根据权利要求1所述的轨道交通车辆基地燃气锅炉辅助太阳能热水及采暖装置，其 特征在于采暖热水箱(2)内部布置了补水器(13)，补水器(13)的另一端直接接入自来水 管路；
10. 根据权利要求1-9任一项所述的轨道交通车辆基地燃气锅炉辅助太阳能热水及采 暖装置，其特征在于所述的控制系统包括中控电脑及温度传感器；所述的的温度传感器 分别位于太阳集热器阵列(1)出口、采暖热水箱(2)中部、生活热水箱(3)中部、地板采暖 末端(5)出口、地板表面以及室内空气中。
全文摘要
本发明涉及一种轨道交通车辆基地燃气锅炉辅助太阳能热水及采暖装置，包括一个采暖热水箱(2)；还包括一个与采暖热水箱(2)连接的太阳能集热器阵列(1)，一个与采暖热水箱(2)连接的生活热水箱(3)，一个与采暖热水箱(2)及生活热水箱(3)同时连接的燃气锅炉(4)以及一个控制系统；本发明的有益效果是在轨道交通车辆基地的热水及采暖需求下，能够提高太阳能利用率，节约能源消耗。
文档编号F24D3/08GK101726028SQ20081020112
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月14日 优先权日2008年10月14日
发明者宋兆培, 温清, 王晓保, 翟晓强 申请人:上海申通轨道交通研究咨询有限公司