专利名称：一种循环复合能源与高层建筑一体化集中供热系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑供热技术领域，特别是一种循环复合能源与高层建筑一体化集中 供热系统。
背景技术：
太阳能是一种取之不尽，用之不竭的清洁能源，具有无噪声、零排放等优点，因此 太阳能在光电和光热方面应用广泛，但是太阳能具有间歇性和随机性，存在太阳能电池占 用面积大，发电需要储存且不易与建筑物结合等问题。除此之外，太阳能电池组件在产生光 电效应的同时又发热，且随着环境温度的升高，太阳能电池组件的输出功率会大幅降低，致 使太阳能电池组件不能充分发挥最大性能。目前国内外关于太阳能光伏发电的系统有很 多，大致可分为离网和并网两种方式，如果将屋顶小面积太阳能所发电量输入公共电网，不 但存在大量技术管理问题，还会影响公共电网安全，因此采用即发即用的并网自用模式较 经济且安全。特别是应用在高层建筑上，由于建筑物顶层面积有限，不能满足太阳能电池 面积需求，且需要大量蓄电池储存电能，再加上蓄电池在充放电过程中存在着可观的电能 损失，以及蓄电池的维护和污染等问题，不但使得系统的运行费用增加，运行效率也大幅降 低。目前用于小高层的供热水系统有很多，比如每户安装一台家用太阳能热水器；每 户阳台式太阳能热水器；集中集热-分户贮水-分户使用的太阳能热水系统(“集-分-分” 系统)；但大多存在独立系统多，维修不方便，故障频率高，不易与建筑协调，影响建筑美 观，不能实现热水资源共享等问题。此外，目前热水系统的安装没有统一的安装规范，在安 装方式上大多处于事后安装、无序安装的状态。由于供热水系统的规格大小不一，没有做整 体设计，虽然在供热水系统安装上力求排列整齐，但其对建筑而言仍然是后加构件，因而还 是破坏了建筑的整体形象。还有用户用于供暖的空调系统，也存在独立系统多，占用住房面 积等问题。集中集热-集中储水-分户使用太阳能热水系统(“集-集-分”系统)可实 现热水资源共享，不占用户住房面积，具有维修方便，用户统一管理等优点，但由于供热水 管长度过长，热损失过大，热水在输送管道中散热降温，尤其是低区用户需放出大量冷水， 造成低区用户多交热水费，易造成物业和用户矛盾等问题，如果采用集中供暖，还存在复杂 繁琐的收费问题。目前，低碳型新能源集中供热是今后绿色建筑业发展的必然趋势，用新型 能源对高层建筑集中供热系统未见报导和应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种循环复合能源与高层建筑一体化集中供热系统，该系统 采用即发即用的并网自用模式，使用经济安全，而且特别注重系统与建筑一体化，节能节 水，可保证全天候、全时段热水供应，满足用户供暖需求。解决本发明的技术问题所采用的方案是在建筑物顶上该系统的构成为太阳能 电池组件下铺设有太阳能冷却组件，太阳能电池组件通过电缆与并网逆变器连接，公共电
3网和并网逆变器共同与空气源热泵连接；太阳能冷却组件通过上循环管和下循环管与冷却 水箱连通，冷却水箱与恒温热水箱相连，恒温热水箱下部连接空气源热泵；恒温热水箱通过 供热水主管道连通各用户，供热水主管道同时连通各用户盘管；供热水主管道连通用户盘 管，用户盘管连接回水管道，回水管道连接一个循环泵后与恒温热水箱连接；供热水主管道 与各用户间装备(用户专属)IC卡计量电子水表，和与各用户盘管间装有(用户专属)IC 卡热量表，物业管理主机通过通讯设备连接各电子水表。建筑物屋顶浇有混凝土斜梁，斜梁上铺设有标准钢架，钢架上放置太阳能组件 (包括太阳能电池组件、太阳能冷却组件、聚氨酯保温层)。混凝土斜梁下可作为屋顶花园 或工作房。并网逆变器、冷却水箱、软水机、恒温热水箱、空气源热泵均放置在电梯井的承重 墙之上。供热水主管道与各用户的出水管及用户盘管之间均装有止回阀。供热水主管道使 用钢塑复合管，采用优质聚氨酯保温，并用镀锌板材做外防护。本发明所述各用户的IC卡计量电子水表具有计量功能，IC卡热量表可记录消耗 热量，各表有内置电池，均为非接触式IC卡水表。物业管理主机通过通讯设备和各电子水 表进行无线通讯，对用户消费数据进行记录和管理。物业管理主机还连接有发卡充值机和 打印机。本发明的新型复合能源集中供热系统各项技术参数优化值为空气源热泵夏季设 定在40°C 45°C之间，冬季设定在45°C 53°C ；冷却水箱和恒温热水箱均采用优质聚氨酯 保温，保温层厚度为50_ 80_。太阳能电池组件将太阳能转化为电能，不经过蓄电池储能，直接通过并网逆变器 对空气源热泵进行供电，并网逆变器内装有电表，可记录太阳能电池组件发电量。电能不 足时，以公共电网作为补充，省掉了蓄电池。太阳能冷却组件铺设在太阳能电池组件下，通 过上循环管和下循环管让冷却水箱内冷水进行自然循环，用于吸收太阳能电池组件周围热 量，这样不但降低了太阳能电池组件的温度，而且冷水变成热水储存在冷却水箱中。冷却水 箱接有软水机，用于清除自来水中的泥沙以及软化水质，以防止结垢对热泵产生影响，并通 过自来水管进行补水。同时，冷却水箱连通恒温热水箱，将热水不断输送至恒温热水箱，由 空气源热泵进行恒温。恒温热水箱通过供热水主管道给用户供应热水，同时，供热水主管道 连通各用户盘管给用户供暖，并通过一个循环泵将主管道内余水抽回至恒温热水箱，由空 气源热泵进行补热后继续循环。供热水主管道与各用户间配备用户专属IC卡计量电子水 表，并与各用户盘管间配有用户专属IC卡热量表，对用户使用热水量及供暖消耗热量进行 科学计量。各表有内置电池，为非接触式IC卡水表，物业管理主机通过通讯设备和各电子 水表进行无线连接，此外，物业管理主机还接有打印机、发卡充值机等设备，对用户刷卡消 费进行记录和管理。本发明的有益效果是(1)解决了楼顶面积(即太阳能电池组件面积)和楼层高度的制约问题，使用太阳 能和空气能集成技术保证全天候24小时供热水，并对用户进行供暖。(2)系统与建筑一体化，节省了建筑的可用面积。本系统构件与建筑一体化格局， 将所用设备安置在电梯井的承重墙之上，太阳能电池组件和冷却组件铺设在屋顶浇筑的混 凝土斜梁上，构件与建筑一体化，将太阳能组件(包括太阳能电池组件、太阳能冷却组件、聚氨酯保温层)、水箱、热泵作为建筑构件的元素来考虑。同时，太阳能电池组件扩展了建筑 的可用面积，屋顶可规划为花园、工作房等。(3)节能，无污染。利用太阳能电池组件发电，所发电量不足时，由公共电网补足空 气源热泵所需电量并对其供电。采用光伏发电与公共电网共同向负载供电的设计，即发即 用，不足时向公共电网取电，不仅增加了系统的可靠性，不危害公共电网安全，而且省去了 蓄电池，避免维护和电池污染以及蓄电池在充放电过程中存在着可观的电能损失等问题， 比独立太阳能光伏系统的建设投资减少达35% 45%，大大降低发电成本；除此之外，采 用太阳能冷却组件对太阳能电池组件进行降温处理可提高组件输出功率达20%，并将冷却 水收集来的热量加以利用，达到了能源循环利用的目的。所用空气源热泵利用环境空气作 为低温热源，通过电能驱动不断从低温空气中吸收热量并释放到高温热水中，其年平均能 效比可达3. 8以上，运行费用与传统的燃气、燃油供热系统相比可节省50 80%。整个系 统从发电到用电，全程节能无污染。(4)节省水资源。高层建筑屋顶恒温热水箱到用户之间的各主管道内余水由循环 泵抽回至恒温热水箱，并由空气源热泵进行补热，既避免了水资源浪费，也免除了用户使用 桶存积大量余水的麻烦。(5)热水系统由物业统一管理，计量科学准确。每个用户拥有专属的非接触式IC 卡电子水表、热量表，对用户使用生活热水和供暖时进行计量，解决和完善了高层建筑不能 集中供生活热水和供暖分户计量的难题。物业管理主机通过通讯设备和各电子水表进行无 线通讯，对用户消费数据进行管理，除去了有线连接的麻烦。物业管理主机还连接有发卡充 值机和打印机，用户在发卡充值机充值后，到计量表处读卡，计量科学准确。本发明是一种低投入、高产出，低消耗、零排放，能循环、可持续的低碳新能源高层 建筑集中供热系统，涵盖了低碳产业和低碳技术体系。
图1为本发明的一体化集中供热系统结构示意图；图2为本发明的一体化集中供热系统物业管理系统图；图中序号表示1_太阳能电池组件，2-太阳能冷却组件，3-聚氨酯保温层，4-标准 钢架，5-下循环管，6-上循环管，7-电缆，8-冷却水箱，9-软水机，10-补水阀，11-并网逆变 器，12-买电电表，13-公共电网，14-空气源热泵，15-恒温热水箱，16-供热水主管道，17-IC 卡计量水表，18-IC卡热量表，19-用户盘管，20-余水循环泵，21-回水管道，22-建筑物屋 顶，23-混凝土斜梁，24-通讯设备，25-打印机，26-物业管理主机，27-发卡充值机。K1、K2、 Κ3均为闸阀，H1、Η2、Η3均为止回阀。
具体实施例方式参见图1，太阳能电池组件1下铺设有太阳能冷却组件2 (是一种液体循环冷却装 置)。太阳能电池组件1通过电缆7与并网逆变器11相连，并网逆变器11与公共电网13 之间接入买电电表12。并网逆变器11将太阳能直流电转换成交流电后与公共电网13共同 供给空气源热泵14运行。太阳能冷却组件2通过下循环管5和上循环管6接通冷却水箱 8，下循环管5装有检修闸阀Kl。自来水通过补水阀10接通冷却水箱8进行自动补水，冷却水箱8和补水阀10之间装有软水机9。冷却水箱8通过闸阀K2和止回阀Hl连通恒温热水 箱15，空气源热泵14与恒温热水箱15底部接通。恒温热水箱15通过供热水主管道16连 通各用户和用户盘管19，供热水主管道16装有余水循环泵20通过回水管道21连通恒温热 水箱15上部。恒温热水箱15与供热水主管道16之间装有闸阀K3，供热水主管道16与各 用户之间均装有止回阀H2和IC卡计量水表17，供暖主管道16与各用户盘管19之间均装 有止回阀H3和IC卡热量表18。参见图2，物业管理主机26与发卡充值机27和打印机25连接，并通过通讯设备 24与IC卡计量水表17和IC卡热量表18进行无线通讯。本系统运行过程如下太阳能电池组件1下铺设有太阳能冷却组件2。太阳能电 池组件1将太阳辐射转化为直流电能，由并网逆变器11将太阳能电池组件1发出的直流电 转化为交流电与公共电网13共同供给空气源热泵14。空气源热泵14与公共电网13之间 接入买电电表12，实时显示负载从公共电网13用电电量。并网逆变器11内置有电表显示 太阳能电池组件1的发电量。太阳能冷却组件2通过下循环管5和上循环管6使冷却水箱 8内的冷水进行自然循环，在对太阳能电池组件1进行降温的同时提升冷却水箱8内的水 温。自来水通过补水阀10先进入软水机9，清除自来水中的泥沙及软化水质，减少自来水水 质对热泵的影响，当冷却水箱内水位下降时，通过自来水管对冷却水箱8自动补水。冷却水 箱8内的温水通过闸阀K2和止回阀Hl进入恒温热水箱15，闸阀K2可调节流入恒温热水箱 15的水流大小，恒温热水箱15始终保持为满。恒温热水箱15的底部接有空气源热泵14， 用来恒定恒温热水箱15内的水温。恒温热水箱15通过供热水主管道16向各用户供应热 水，供热水主管道16内的余水被余水循环泵20通过回水管道21抽回至恒温热水箱继续加 热。同时，供热水主管道还连接用户盘管19，用于用户供暖。供暖热水通过用户盘管19散 热后也由余水循环泵20通过回水管道21抽回至恒温热水箱15进行加热并继续循环。本系统采用智能计量方式进行收费，由物业管理主机26对所有用户进行统一管 理。IC卡计量水表17和IC卡热量表18通过通讯设备24与物业管理主机26进行无线通 信。具体方式为用户先在发卡充值机27处充值，在IC卡计量水表17处刷卡，则表自动开 阀供热水，此时热水由供热水主管道16流向用户供使用，当购买量用完后，表自动关阀停 供热水；当用户需要供暖时，在充值机27处充值后在IC卡热量表18处刷卡，热水即通过用 户盘管19进行散热，以达到供暖的目的，当购买量用完后，表自动关阀停止供热。为防止用 户余水回流，供热水主管道16与各用户之间特安装止回阀H2，供热水主管道16与各用户盘 管19之间也装有止回阀H3。各计量水表通过通讯设备24与物业管理主机26进行无线连 接，物业管理主机26对用户消费数据进行记录和管理，并可用与其相连的打印机25打印。空气源热泵14夏季预设温度在40°C 45°C之间，冬季设定在45°C 53°C，前者 为热泵开启的最低温度，后者为热泵关闭最高温度。冷却水箱8和恒温热水箱15均采用 304食品级不锈钢内胆，外壳采用201不锈钢板材，水箱夹层的保温材料采用50mm 80mm 优质聚氨酯保温层。供热水主管道16使用钢塑复合管，采用优质聚氨酯保温，并用镀锌板 材做外防护。如图1所示，本发明将系统的各个部分作为建筑的构件处理，在建筑物屋顶22筑 有混凝土斜梁23，斜梁23上铺设有标准钢架4，标准钢架4上放置太阳能组件(包括太阳 能电池组件1、太阳能冷却组件2、聚氨酯保温层3)。混凝土斜梁23下可作为屋顶花园或工
6作房。冷却水箱8、并网逆变器11、空气源热泵14、恒温热水箱15均放置在电梯井的承重墙 之上，不占用建筑物屋顶面积。 本发明中采用IC卡计量水表17和IC卡热量表18进行计量，各表均为非接触式 IC卡电子水表，并配有内置电池，客户在各计量水表处刷卡消费，计量科学准确。各表通过 通讯设备24与物业管理主机26进行无线通信。无论住宅小区大小，只需一台物业管理主 机26由物业公司管理即可完成多用户发卡和续费。
权利要求
一种循环复合能源与高层建筑一体化集中供热系统，其特征在于在建筑物顶上该系统的构成为太阳能电池组件下铺设有太阳能冷却组件，太阳能电池组件通过电缆与并网逆变器连接，公共电网和并网逆变器共同与空气源热泵连接；太阳能冷却组件通过上循环管和下循环管与冷却水箱连通，冷却水箱与恒温热水箱相连，恒温热水箱下部连接空气源热泵；恒温热水箱通过供热水主管道连通各用户，供热水主管道同时连通各用户盘管；供热水主管道连通用户盘管，用户盘管连接回水管道，回水管道连接一个循环泵后与恒温热水箱连接；供热水主管道与各用户间装备IC卡计量电子水表，和与各用户盘管间装有IC卡热量表，物业管理主机通过通讯设备连接各电子水表、热量表。
2.按权利要求1所述的循环复合能源与高层建筑一体化集中供热系统，其特征在于 建筑物屋顶筑有混凝土斜梁，斜梁上铺设有标准钢架，钢架上放置太阳能组件。
3.按权利要求1所述的循环复合能源与高层建筑一体化集中供热系统，其特征在于 并网逆变器、冷却水箱、软水机、恒温热水箱、空气源热泵均放置在电梯井的承重墙之上。
4.按权利要求1所述的循环复合能源与高层建筑一体化集中供热系统，其特征在于 供热水主管道与各用户的出水管及用户盘管之间均装有止回阀。
5.按权利要求1所述的循环复合能源与高层建筑一体化集中供热系统其特征在于冷 却水箱和自来水补水管之间装有软水机。
全文摘要
本发明是一种循环复合能源与高层建筑一体化集中供热系统。在建筑物顶上该系统的构成为太阳能电池组件下铺设有太阳能冷却组件，太阳能电池组件通过电缆与并网逆变器连接，公共电网和并网逆变器共同与空气源热泵连接；太阳能冷却组件通过上循环管和下循环管与冷却水箱连通，冷却水箱与恒温热水箱相连，恒温热水箱下部连接空气源热泵；恒温热水箱通过供热水主管道连通各用户，供热水主管道同时连通各用户盘管；供热水主管道连通用户盘管，用户盘管连接回水管道，回水管道连接一个循环泵后与恒温热水箱连接。本系统装备IC卡计量电子水表和IC卡热量表，物业管理主机与各电子水表无线通讯。本发明能全天候24小时供热水，节水节能，无污染，计量准确。
文档编号F24D3/18GK101975413SQ20101054825
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者何亚丽, 庄天宝, 庄懿, 李洋, 杨永芬, 王骞, 陈冰 申请人:中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院