专利名称：太阳能、风能以及空气能热水综合供应系统及其实现方法
技术领域：
本发明涉及热水供应技术领域，综合了太阳能、风能以及空气能的优点，具体提出 一种太阳能、风能以及空气能热水综合供应系统及其实现方法。
背景技术：
随着社会的发展，能源成为社会进步的制约因素正不断地渗入到各个领域。传统 能源的不断减少，在能源紧张和能源价格不断上涨的背景下，国家大力推行可持续发展战 略，推进可再生能源技术及产品广泛应用到工业生产以及日常生活中，同时也受到广大人 民群众的拥护。为此，人们都将目光投向新能源的开发，以及技术的更新，特别是环保能源， 如核能、谁能、风能和太阳能等；由于上述环保能源具有成本低、技术复杂度小，不易受环境 限制等优点，所以上述环保能源越来越受到重视及普及。太阳能作为可再生能源的一种，越来越受到人们的青睐，太阳能热水作为较为成 熟的技术也受到了广泛的推广应用。由于天气复杂多变，而且昼夜循环交替，所以依靠太阳 能获取热能以产生热水的太阳能热水器，一般都需要结合电热水器加热互补形式，以满足 在光照不够的情况下，通过辅助的电热水器产生热水以满足实际热水供应需要。但是，辅助 的电热水器耗电高，其工作时容易出现漏电、干烧等危险。而且，目前电加热互补的太阳能 热水器主要采用整箱加热方式，由于储水箱呈一体化设计，所以必须使得整箱水均满足用 户所设定的需求数据才能进行供水，因此难以做到随时随地、快速出热水。相比于上述太阳能热水器，空气能热水器可以从根本上消除了电热水器漏电、干 烧以及燃气热水器工作时产生有害气体等安全隐患，克服了太阳能热水器阴雨天、或夜晚 不能工作等缺点，具有高效节能、安全环保、全天候运行、使用方便等诸多优点，符合我国能 源、社会、环境可持续发展的战略方针，因而必将成为我国最具竞争力的新一代热水器产 品。但是，空气能热水器相对于太阳能来说，其使用的是节约型能源，耗电量比较大，主要体 现在其中的空气压缩机能耗较大，而且，也需要单独引入市电供应其运行。风能也是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。由于我国具有丰富的风力资 源，近年来在国家政策扶持下，已得到快速发展和推广应用。但是，由于地理环境、气象复杂 多变，风力发电机必须在风力满足运行条件时才能得到运行。综上所述，现有的太阳能热水器、风力发电机均受到自然条件的影响，甚至于太阳 能热水器通常需要辅以电热水器来满足热水供应需要；而空气能热水器耗电量大，需要引 入市电供应其运行，热水供应难以保证持续性。随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对可再生能源和节约型能源的开发 和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。尽管现有太阳 能、风能、空气能受到上述的这样那样的局限，但太阳能、风能、空气能是存在互补性的，若 能集成太阳能、风能、空气能技术的优点，不但将解决了热水供应的持续性问题，也能更有 效率地利用各种可再生资源、节约型能源，更进一步实现节能环保、经济、可持续发展的目 标。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种太阳能、风能以及空气能热水综合供应系统，本热水综合供应系统充分利用了太阳能、风能、空气能技术的互补性特 点，可以依据气象的不同，选择性使用太阳能、风能和空气能来实现热水供应，使得热水供 应更为持续，更好地实现了节能环保、经济、可持续发展。本发明的另一目的在于提供上述太阳能、风能以及空气能热水综合供应系统的实 现方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的太阳能、风能以及空气能热水综合 供应系统，包括太阳能热水器，其设置有用于获取太阳能并转换为热能的集热管以及用于存储热 水的热水箱，所述集热管与热水箱通过管路连接；所述集热管设置有集热效率传感器，用于 检测太阳能热水器的集热效率；所述热水箱内设置有水温水位传感器，用于检测热水箱内 部热水温度和水位；至少一个热水需求终端，面向用户，用于向信息管理中心发送用户需求信息，并且 与所述热水箱通过管路连接；空气能热水器，设置有空气压缩机，接收信息管理中心的控制命令，采用空气能技 术以执行加热任务，并把热水输入到所述热水箱；风力发电机，为信息管理中心以及空气压缩机供电，同时将发电量以及发电条件 状态信息传给信息管理中心；市电接入单元，通过一智能开关分别与信息管理中心、空气压缩机电力连接；信息管理中心，通过所述智能开关与市电接入单元相连接，以控制接入市电给信 息管理中心自身以及空气压缩机与否；接收热水需求终端传来的用户需求信息，根据水温 水位传感器传来的温度和水位信息，以及集热管传来的集热效率信息，判断太阳能热水器 是否满足供水条件，如满足，则控制热水箱直接供热水到热水需求终端，否则，太阳能热水 器的集热效率相比于上述用户需求信息所相差的供水差额，输出相应的控制命令给空气能 热水器执行加热任务，由空气能热水器向热水箱供应热水，以补偿所述供水差额，再控制热 水箱供热水到热水需求终端。所述集热管的安装位置比热水箱低，集热管与热水箱之间的水流为自然循环，具 体是热水上升、冷水下沉。由于现有的太阳能热水器主要采用整箱加热方式，作为一种技术改进，本发明所 述热水箱采用间隔式集成热水箱，该间隔式集成热水箱分成两个舱体，其中一个舱体为热 水区，另一个舱体为自然加热区，两者的体积可以自动调整，但总体积不变，所述自然加热 区与一外接水源管相连接；所述自然加热区的水达到预设温度时会进入热水区，同时启动 上水，从所述外接水源管补水到自然加热区；所述水温水位传感器具体置于热水区，所述预 设温度具体由信息管理中心设定。所述信息管理中心与热水需求终端通过有线或无线方式进行数据交互。上述太阳能、风能以及空气能热水综合供应系统的实现方法，包括如下步骤a.至少一个面向用户的热水需求终端向信息管理中心发送用户需求信息；
b.信息管理中心接收热水需求终端传来的用户需求信息，根据水温水位传感器传 来的温度和水位信息，以及集热管传来的集热效率信息，判断太阳能热水器是否满足供水 条件，如满足，则控制热水箱直接供热水到热水需求终端，否则，太阳能热水器的集热效率 相比于上述用户需求信息所相差的供水差额，输出相应的控制命令给空气能热水器执行加 热任务，由空气能热水器向热水箱供应热水，以补偿所述供水差额，再控制热水箱供热水到 热水需求终端。所述用户需求信息具体包括时间点、温度以及水量等的需求信息。系统供电方面，风力发电机为信息管理中心以及空气压缩机供电，同时将发电量 以及发电条件 状态信息传给信息管理中心；信息管理中心依据发电量以及发电条件状态信 息判断该风力发电机传来的电量是否满足信息管理中心以及空气压缩机的供电需要，若仅 满足信息管理中心的供电需要而不满足空气压缩机的供电需要，则控制智能开关供应市电 给空气压缩机；若均不满足信息管理中心以及空气压缩机的供电需要，则控制智能开关同 时供应市电给信息管理中心和空气压缩机。上述方法中，当有多个用户发送用户需求信息到信息管理中心时，步骤b具体操 作如下信息管理中心统计所有热水需求终端传来的用户需求信息，按不同时间点对用户 需求信息进行分组，信息管理中心根据能量换算和热容换算，可以得到各个时间点相对应 的总能量需求Q和同一标准温度T下的总水量需求L。信息管理中心获知太阳能热水器的集热效率，从而预计从当前时间到各个时间点 的时间内吸收的太阳能是否满足Q，若不满足将利用空气能热水器进行能量补充，这样可以 避免盲目使用辅助加热，达到最大限度的节能目的。信息管理中心还会通过传感器获知排空状态，及时回收利用排空热水，达到节水 的目的。其中，标准温度T和总水量需求L是根据热水箱的可承受范围确定的。上水量和 空气能热水器是根据实时的集热效率进行调整。本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果1、本发明可以对太阳能、风能、空气能进行统一协调控制和管理，合理利用资源， 做到随时随地的产生热水，并最大程度的利用可再生能源，做到低成本、高效率的解决热水 供应问题。2、太阳能、空气能、风能互补，大大降低使用电加热耗电高，漏电风险大的问题。空 气能较普通的电加热耗电量降低约75%，使得用风能来供电成为可能，同时使用风能的发 电为空气能压缩机和控制器进行供电。3、间隔式集成储水箱可以做到随时随地出热水。间隔式集成热水箱是将水箱自然 分成两个舱体，一部分为热水区，一部分为自然加热区，两者的水箱体积可以自动调整，但 总体积不变。自然加热区的水达到一定温度时进入热水区，同时启动上水，进入一部分冷水 到自然加热区。
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1本发明的目的是通过以下技术方案来实现的太阳能、风能以及空气能热水综合 供应系统，包括太阳能热水器，其设置有用于获取太阳能并转换为热能的集热管以及用于存储热 水的热水箱，所述集热管与热水箱通过管路连接；所述集热管设置有集热效率传感器，用于 检测太阳能热水器的集热效率；所述热水箱内设置有水温水位传感器，用于检测热水箱内 部热水温度和水位；至少一个热水需求终端，面向用户，用于向信息管理中心发送用户需求信息，并且 与所述热水箱通过管路连接；空气能热水器，设置有空气压缩机，接收信息管理中心的控制命令，采用空气能技 术以执行加热任务，并把热水输入到所述热水箱；风力发电机，为信息管理中心以及空气压缩机供电，同时将发电量以及发电条件 状态信息传给信息管理中心；市电接入单元，通过一智能开关(图中未示出)分别与信息管理中心、空气压缩机 电力连接；信息管理中心，通过所述智能开关与市电接入单元相连接，以控制接入市电给信 息管理中心自身以及空气压缩机与否；接收热水需求终端传来的用户需求信息，根据水温 水位传感器传来的温度和水位信息，以及集热管传来的集热效率信息，判断太阳能热水器 是否满足供水条件，如满足，则控制热水箱直接供热水到热水需求终端，否则，太阳能热水 器的集热效率相比于上述用户需求信息所相差的供水差额，输出相应的控制命令给空气能 热水器执行加热任务，由空气能热水器向热水箱供应热水，以补偿所述供水差额，再控制热 水箱供热水到热水需求终端。所述集热管的安装位置比热水箱低，集热管与热水箱之间的水流为自然循环，具 体是热水上升、冷水下沉。由于现有的太阳能热水器主要采用整箱加热方式，作为一种技术改进，本发明所 述热水箱采用间隔式集成热水箱，该间隔式集成热水箱分成两个舱体，其中一个舱体为热 水区，另一个舱体为自然加热区，两者的体积可以自动调整，但总体积不变，所述自然加热 区与一外接水源管相连接；所述自然加热区的水达到预设温度时会进入热水区，同时启动 上水，从所述外接水源管补水到自然加热区；所述水温水位传感器具体置于热水区，所述预 设温度具体由信息管理中心设定。所述信息管理中心与热水需求终端通过有线或无线方式进行数据交互。上述太阳能、风能以及空气能热水综合供应系统的实现方法，包括如下步骤a.至少一个面向用户的热水需求终端向信息管理中心发送用户需求信息；b.信息管理中心接收热水需求终端传来的用户需求信息，根据水温水位传感器传 来的温度和水位信息，以及集热管传来的集热效率信息，判断太阳能热水器是否满足供水条件，如满足，则控制热水箱直接供热水到热水需求终端，否则，太阳能热水器的集热效率 相比于上述用户需求信息所相差的供水差额，输出相应的控制命令给空气能热水器执行加 热任务，由空气能热水器向热水箱供应热水，以补偿所述供水差额，再控制热水箱供热水到 热水需求终端。所述用户需求信息具体包括时间点、温度以及水量等的需求信息。系统供电方面，风力发电机为信息管理中心以及空气压缩机供电，同时将发电量 以及发电条件状态信息传给信息管理中心；信息管理中心依据发电量以及发电条件状态信 息判断该风力发电机传来的电量是否满足信息管理中心以及空气压缩机的供电需要， 若仅 满足信息管理中心的供电需要而不满足空气压缩机的供电需要，则控制智能开关供应市电 给空气压缩机；若均不满足信息管理中心以及空气压缩机的供电需要，则控制智能开关同 时供应市电给信息管理中心和空气压缩机。上述方法中，当有多个用户发送用户需求信息到信息管理中心时，步骤b具体操 作如下信息管理中心统计所有热水需求终端传来的用户需求信息，按不同时间点对用户 需求信息进行分组，如在tl时间点，用户χ的温度需求为al、水量需求为bl，用户y的温度 需求为a2、水量需求为b2，用户ζ的温度需求为a3、水量需求为b3等，根据能量换算和热容 换算，可以得到tl时间点的总能量需求Ql和同一标准温度Tl下的总水量需求Li。信息管理中心获知太阳能热水器的集热效率，从而预计从当前时间到tl时间点 的时间内吸收的太阳能是否满足Q1，若不满足将利用空气能热水器进行能量补充，这样可 以避免盲目使用辅助加热，达到最大限度的节能目的。信息管理中心还会通过传感器获知排空状态，及时回收利用排空热水，达到节水 的目的。其中，标准温度Tl和总水量需求Ll是根据水箱的可承受范围确定的。上水量和 空气能热水器是根据实时的集热效率进行调整。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
太阳能、风能以及空气能热水综合供应系统，其特征在于包括太阳能热水器，其设置有用于获取太阳能并转换为热能的集热管以及用于存储热水的热水箱，所述集热管与热水箱通过管路连接；所述集热管设置有集热效率传感器，用于检测太阳能热水器的集热效率；所述热水箱内设置有水温水位传感器，用于检测热水箱内部热水温度和水位；至少一个热水需求终端，面向用户，用于向信息管理中心发送用户需求信息，并且与所述热水箱通过管路连接；空气能热水器，设置有空气压缩机，接收信息管理中心的控制命令，采用空气能技术以执行加热任务，并把热水输入到所述热水箱；风力发电机，为信息管理中心以及空气压缩机供电，同时将发电量以及发电条件状态信息传给信息管理中心；市电接入单元，通过一智能开关分别与信息管理中心、空气压缩机电力连接；信息管理中心，通过所述智能开关与市电接入单元相连接，以控制接入市电给信息管理中心自身以及空气压缩机与否；接收热水需求终端传来的用户需求信息，根据水温水位传感器传来的温度和水位信息，以及集热管传来的集热效率信息，判断太阳能热水器是否满足供水条件，如满足，则控制热水箱直接供热水到热水需求终端，否则，太阳能热水器的集热效率相比于上述用户需求信息所相差的供水差额，输出相应的控制命令给空气能热水器执行加热任务，由空气能热水器向热水箱供应热水，以补偿所述供水差额，再控制热水箱供热水到热水需求终端。
2.根据权利要求1所述的太阳能、风能以及空气能热水综合供应系统，其特征在于所 述集热管的安装位置比热水箱低，集热管与热水箱之间的水流为自然循环，具体是热水上 升、冷水下沉。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能、风能以及空气能热水综合供应系统，其特征在 于所述热水箱采用间隔式集成热水箱，该间隔式集成热水箱分成两个舱体，其中一个舱体 为热水区，另一个舱体为自然加热区，两者的体积可以自动调整，但总体积不变，所述自然 加热区与一外接水源管相连接；所述自然加热区的水达到预设温度时会进入热水区，同时 启动上水，从所述外接水源管补水到自然加热区；所述水温水位传感器具体置于热水区，所 述预设温度具体由信息管理中心设定。
4.根据权利要求3所述的太阳能、风能以及空气能热水综合供应系统，其特征在于所 述信息管理中心与热水需求终端通过有线或无线方式进行数据交互。
5.根据权利要求3所述的太阳能、风能以及空气能热水综合供应系统实现太阳能、风 能以及空气能热水综合供应的方法，其特征在于，步骤如下a.至少一个面向用户的热水需求终端向信息管理中心发送用户需求信息；b.信息管理中心接收热水需求终端传来的用户需求信息，根据水温水位传感器传来的 温度和水位信息，以及集热管传来的集热效率信息，判断太阳能热水器是否满足供水条件， 如满足，则控制热水箱直接供热水到热水需求终端，否则，太阳能热水器的集热效率相比于 上述用户需求信息所相差的供水差额，输出相应的控制命令给空气能热水器执行加热任 务，由空气能热水器向热水箱供应热水，以补偿所述供水差额，再控制热水箱供热水到热水 需求终端。
6.根据权利要求5所述的太阳能、风能以及空气能热水综合供应方法，其特征在于所 述用户需求信息具体包括时间点、温度以及水量需求信息。
7.根据权利要求5所述的太阳能、风能以及空气能热水综合供应方法，其特征在于风 力发电机为信息管理中心以及空气压缩机供电，同时将发电量以及发电条件状态信息传给 信息管理中心；信息管理中心依据发电量以及发电条件状态信息判断该风力发电机传来的 电量是否满足信息管理中心以及空气压缩机的供电需要，若仅满足信息管理中心的供电需 要而不满足空气压缩机的供电需要，则控制智能开关供应市电给空气压缩机；若均不满足 信息管理中心以及空气压缩机的供电需要，则控制智能开关同时供应市电给信息管理中心 和空气压缩机。
8.根据权利要求5所述的太阳能、风能以及空气能热水综合供应方法，其特征在于，当 有多个用户发送用户需求信息到信息管理中心时，步骤b具体操作如下信息管理中心统计所有热水需求终端传来的用户需求信息，按不同时间点对用户需求 信息进行分组，信息管理中心根据能量换算和热容换算，可以得到各个时间点相对应的总 能量需求Q和同一标准温度T下的总水量需求L。信息管理中心获知太阳能热水器的集热效率，从而预计从当前时间到各个时间点的时 间内吸收的太阳能是否满足Q，若不满足将利用空气能热水器进行能量补充。
全文摘要
本发明提供一种太阳能、风能以及空气能热水综合供应系统，本热水综合供应系统充分利用了太阳能、风能、空气能技术的互补性特点，可以依据气象的不同，选择性使用太阳能、风能和空气能来实现热水供应，使得热水供应更为持续，更好地实现了节能环保、经济、可持续发展。
文档编号F24J2/00GK101846397SQ20101018213
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者不公告发明人 申请人:惠州市卓耐普智能技术有限公司