一种双水箱加热式太阳能热水系统的制作方法

本发明涉及太阳能技术领域，特别是涉及一种双水箱加热式太阳能热水系统。

背景技术：

现在普遍采用的单水箱直接加热式太阳能热水系统连接如图1所示，冷水进水管分别连通储热水箱3和集热器2，冷水源1进水管与储热水箱3之间设置有第二电动阀，冷水源1进水管与集热器2之间设置有第一电动阀，储热水箱3与集热器2之间设置有第一集热循环泵，储热水箱3水满时的水位高度为h。在储热水箱3设置第一温度传感器，所测温度为t1。在集热器2出口端设置第二温度传感器，所测温度为t2。在辅助热源加热器6出口端设置第三温度传感器，所测温度为t3。

其控制方式为：当储热水箱3水位低于1/3h时采用定温放水方式，即当t2≥50℃且水位低于1/3h时，第一电动阀开启经集热器2向储热水箱3补水；当t2<50℃或水位高于1/3h时，第一电动阀关闭。当储热水箱3水位高于1/3h+100时，采用温差循环方式，第二电动阀开启向储热水箱3直接补水。当t2-t1的≥5～10℃时，第二集热循环泵启动；当t2-t1≤1～3℃时，第二循环泵停止。当达到设定时间且t1≤50℃时，辅助热源加热器6开启，当t1>60℃时，辅助热源加热器6关闭。

《建筑给水排水设计规范》规定，辅助热源的供热量应按本规范qg＝qh-ηvτ(tτ-t1)cρ/t计算。本公式中，供热量为设计小时耗热量与耗热量持续时间的函数，而设计小时耗热量仅与用水人数、用水定额、用水水温、用水时长及时变化系数有关，对于特定项目，其值是一定的，这时，当水箱容积选定后，供热量仅与耗热量持续时间相关，且耗热量持续时间越短，需要的供热量越少，甚至计算出负值，显然是错误的。

储热水箱3与热水用水量直接相关，而不应与集热器2面积相关，当由于受安装场地限制集热器2安装面积小于设计面积时，按本公式计算设计的储热水箱3将由于贮热量不足而导致部分用户无热水可用的尴尬局面。

未预留保持热水循环的供热水箱4容量，热水难以循环保温，且在太阳尚未达到最大产水量时，水箱水已由空气源热将其加热完毕，当夏季气温高日照时间长可产生更多热水时，由于缺少足够的储热水箱3容积而白白浪费太阳能，太阳能利用率低。

综上所述，如何有效地解决太阳能利用率低等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种双水箱加热式太阳能热水系统，该双水箱加热式太阳能热水系统有效地提高了太阳能的利用率。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种双水箱加热式太阳能热水系统，包括冷水源、第一进水端与所述冷水源连通的储热水箱、第一进水口通过第一循环泵与所述储热水箱的第一出水端连接的集热器、第一进水孔与所述储热水箱的第二出水端连通的供热水箱，所述储热水箱和所述集热器均为恒满水位，所述储热水箱上部设置有第一温度传感器，所述集热器的第一出水口设置有第二温度传感器，所述供热水箱内设置有第三温度传感器；还包括与所述集热器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器均连接的控制器，

所述控制器用于控制当所述第二温度传感器的温度值与所述第一温度传感器的温度值之差大于等于第一阈值时，启动所述第一循环泵，将所述储热水箱内的水注入所述集热器；当所述第二温度传感器的温度值与所述第一温度传感器的温度值之差小于等于第二阈值时，停止所述第一循环泵，直至所述储热水箱的水温达到第三阈值。

优选地，还包括进口通过第二循环泵与所述储热水箱的第三出水端连接且通过第三循环泵与所述供热水箱的第一出水孔连接的辅助热源加热器，所述辅助热源加热器的出口分别通过第一阀门和第二阀门与所述储热水箱的第二进水端和所述供热水箱的第二进水孔连接，所述辅助热源加热器的进口处设置有第三阀门，所述辅助热源加热器的出口处设置有第四温度传感器，所述辅助热源加热器为恒满水位，所述辅助热源加热器、所述第二循环泵、所述第三循环泵、所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四温度传感器均与所述控制器连接，

所述控制器还用于控制所述第一温度传感器在设定时间检测所述储热水箱内水的水温，当所述第一温度传感器的温度值小于第四阈值时，启动所述辅助热源加热器和打开所述第二循环泵，并打开所述第一阀门和所述第三阀门，将所述储热水箱内低于第四阈值的水经所述辅助热源加热器加热至第四阈值。

优选地，所述储热水箱的第一进水端与其第一出水端为开式连接，所述供热水箱的第二进水孔与其第一出水孔为开式连接，所述供热水箱的第一出水孔还通过所述第三循环泵和第四阀门与所述储热水箱的第三进水端连接，

所述控制器还用于控制当所述供热水箱中所述第三温度传感器的温度值低于第四阈值时，并且当所述储热水箱的所述第一温度传感器的温度值大于第四阈值时，启动所述第三循环泵，打开所述第四阀门，将所述储热水箱高温热水置换所述供热水箱低温热水；当所述第一温度传感器的温度值小于等于第四阈值时，启动所述辅助热源加热器和所述第三循环泵，打开所述第二阀门和所述第三阀门，将所述供热水箱低温热水由所述辅助热源加热器加热到第四阈值。

优选地，所述辅助热源加热器的加热温度设定为48-52℃。

优选地，所述控制器还用于当用户在零星用水后，所述储热水箱水量减少需要补水时，启动所述辅助热源加热器，当所述第四温度传感器的温度值达到第四阈值时，启动第二循环泵，打开第四阀门。

优选地，所述控制器还用于当热水系统在长时间循环后，所述第三温度传感器的温度值小于第四阈值时，启动所述辅助热源加热器和所述第三循环泵，打开第三阀门，使所述供热水箱的水由所述辅助热源加热器加热，直到所述第三温度传感器的温度值大于等于第四阈值。

优选地，所述储热水箱的容积等于最高日热水用水量，所述供热水箱的容积等于预设时间内耗热量，热水箱的总容积等于所述储热水箱的容积与所述供热水箱的容积之和。

优选地，所述辅助热源加热器的加热时间为3.5～4.5小时。

本发明所提供的双水箱加热式太阳能热水系统，包括冷水源、储热水箱、集热器、供热水箱、控制器，冷水源为冷水来源，比如接通自来水管。储热水箱第一进水端与冷水源连通，集热器第一进水口通过第一循环泵与储热水箱的第一出水端连接，供热水箱第一进水孔与储热水箱的第二出水端连通，储热水箱和集热器均为恒满水位，储热水箱上部设置有第一温度传感器，集热器的第一出水口设置有第二温度传感器，供热水箱内设置有第三温度传感器；还包括与集热器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器均连接的控制器，控制器为太阳能控制中心。

控制器用于控制当第二温度传感器的温度值与第一温度传感器的温度值之差大于等于第一阈值时，启动第一循环泵，将储热水箱内的水注入集热器；当第二温度传感器的温度值与第一温度传感器的温度值之差小于等于第二阈值时，停止第一循环泵，直至储热水箱的水温达到第三阈值。

具体地说，当第二温度传感器的温度值与第一温度传感器的温度值之差≥5～10℃时，此时第一阈值为5～10℃，第一循环泵启动，当第二温度传感器的温度值与第一温度传感器的温度值之差≤1～3℃时，此时第一阈值为1～3℃，第一循环泵停止，直至储热水箱水温达到70℃，此时第三阈值为70℃，在不使热水气化的条件下，储存更多热能，以便在没有太阳的时候保证储热水箱的水具有较高温度，较为节能，充分利用太阳能。

本发明所提供的双水箱加热式太阳能热水系统，充分利用太阳能，连接方式简单，简化结构，太阳能利用率较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种典型的单水箱加热式太阳能热水系统的示意图；

图2为本发明中一种具体实施方式所提供的双水箱开式加热式太阳能热水系统的示意图；

图3为本发明中另一种具体实施方式所提供的双水箱闭式加热式太阳能热水系统的示意图。

附图中标记如下：

1-冷水源、2-集热器、3-储热水箱、4-供热水箱、5-控制器、6-辅助热源加热器。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种双水箱加热式太阳能热水系统，该双水箱加热式太阳能热水系统有效地提高了太阳能的利用率。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参考图2和图3，图2为本发明中一种具体实施方式所提供的双水箱开式加热式太阳能热水系统的示意图；图3为本发明中另一种具体实施方式所提供的双水箱闭式加热式太阳能热水系统的示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的双水箱加热式太阳能热水系统，包括冷水源1、储热水箱3、集热器2、供热水箱4、控制器5，冷水源1为冷水来源，比如接通自来水管。储热水箱3第一进水端与冷水源1连通，集热器2第一进水口通过第一循环泵与储热水箱3的第一出水端连接，供热水箱4第一进水孔与储热水箱3的第二出水端连通，储热水箱3和集热器2均为恒满水位，储热水箱3上部设置有第一温度传感器，集热器2的第一出水口设置有第二温度传感器，供热水箱4内设置有第三温度传感器；还包括与集热器2、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器均连接的控制器5，控制器5为太阳能控制中心。

控制器5用于控制当第二温度传感器的温度值与第一温度传感器的温度值之差大于等于第一阈值时，启动第一循环泵，将储热水箱3内的水注入集热器2；当第二温度传感器的温度值与第一温度传感器的温度值之差小于等于第二阈值时，停止第一循环泵，直至储热水箱3的水温达到第三阈值。

具体地说，当第二温度传感器的温度值与第一温度传感器的温度值之差≥5～10℃时，此时第一阈值为5～10℃，第一循环泵启动，当第二温度传感器的温度值与第一温度传感器的温度值之差≤1～3℃时，此时第一阈值为1～3℃，第一循环泵停止，直至储热水箱3水温达到70℃，此时第三阈值为70℃，在不使热水气化的条件下，储存更多热能，以便在没有太阳的时候保证储热水箱3的水具有较高温度，较为节能，充分利用太阳能。

本发明所提供的双水箱加热式太阳能热水系统，充分利用太阳能，连接方式简单，简化结构，太阳能利用率较高。

上述双水箱加热式太阳能热水系统仅是一种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要做出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式，还包括辅助热源加热器6，辅助热源加热器6进口通过第二循环泵与储热水箱3的第三出水端连接且通过第三循环泵与供热水箱4的第一出水孔连接，辅助热源加热器6的出口分别通过第一阀门和第二阀门与储热水箱3的第二进水端和供热水箱4的第二进水孔连接，辅助热源加热器6的进口处设置有第三阀门，辅助热源加热器6的出口处设置有第四温度传感器，辅助热源加热器6为恒满水位，辅助热源加热器6、第二循环泵、第三循环泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四温度传感器均与控制器5连接。控制器5还用于控制第一温度传感器在设定时间检测储热水箱3内水的水温，当第一温度传感器的温度值小于第四阈值时，启动辅助热源加热器6和打开第二循环泵，并打开第一阀门和第三阀门，将储热水箱3内低于第四阈值的水经辅助热源加热器6加热至第四阈值。

以中原地区为例，最冷日一般发生在每年的12月27日左右，这天，日出时间为7:30，日落时间为17:20，根据经纬度不同，会有所差别。在这近10个小时的时间内，上午由于气温低，水温上升慢，热水产水量较少。气温最高时间段在12:30—16:30间，16:30之后，由于太阳角度偏大，太阳能产热水量急剧衰减，直至日落。

具体地说，为充分利用太阳辐照热能，最冷日应在设定时间16:30左右，其他地区和日期可适当推迟，检测储热水箱3内水的温度，当检测到储热水箱3内水温达不到50℃时，此时第四阈值为50℃，辅助热源集热器2和第二循环泵启动，打开阀门第一阀门和第三阀门，将储热水箱3内低于50℃的水经辅助热源加热器6加热至50℃。也就是说，在日落前某时间内，比如日落前1小时左右测量热水箱水量，人们集中使用热水时间一般从19:30开始，供热水箱4可待续供应热水90min，因此，在21:00之前应将全部用水完成加热，辅助热源加热器6加热时间从16:30～21:00共270min，为安全起见，加热时间取t＝240min，冷水经辅助热源加热器6加热后才向储热水箱3补水，保证具有足够的热水使用。

在上述具体实施方式的基础上，本领域技术人员可以根据具体场合的不同，对双水箱加热式太阳能热水系统进行若干改变，储热水箱3的第一进水端与其第一出水端为开式连接，供热水箱4的第二进水孔与其第一出水孔为开式连接，供热水箱4的第一出水孔还通过第三循环泵和第四阀门与储热水箱3的第三进水端连接。控制器5还用于控制当供热水箱4中第三温度传感器的温度值低于第四阈值时，并且当储热水箱3的第一温度传感器的温度值大于第四阈值时，启动第三循环泵，打开第四阀门，将储热水箱3高温热水置换供热水箱4低温热水；当第一温度传感器的温度值小于等于第四阈值时，启动辅助热源加热器6和第三循环泵，打开第二阀门和第三阀门，将供热水箱4低温热水由所述辅助热源加热器6加热到第四阈值。

具体地说，当热水系统在长时间循环后，供热水箱4的第三温度传感器检测的温度降低到50℃以下时，需要提高系统温度。当储热水箱3水温>50℃时，启动第三循环泵，打开第四阀门，将储热水箱3高温热水置换供热水箱4低温热水；当储热水箱3水温≤50℃时，启动辅助热源加热器6和第三循环泵，打开第二阀门和第三阀门，将供热水箱4低温热水由辅助热源加热器6加热到50℃，提高系统温度，以备使用。

显然，在这种思想的指导下，本领域的技术人员可以根据具体场合的不同对上述具体实施方式进行若干改变，除洗涤盆和实验室洗脸盆外，其使用热水水温均不超过40℃，在由辅助热源加热的情况下，使热水箱水温达到50℃完全能满足除洗涤盆外的使用要求，因此，为节省能源，采用辅助热源集热器2加热时水温设定为48-52℃，优选地辅助热源加热器6的加热温度设定为50℃。

需要特别指出的是，本发明所提供的双水箱加热式太阳能热水系统不应被限制于此种情形，控制器5还用于当用户在零星用水后，储热水箱3水量减少需要补水时，启动辅助热源加热器6，当第四温度传感器的温度值达到第四阈值时，比如第四阈值为50℃，启动第二循环泵，打开第四阀门，将热水补入供热水箱4内，提高系统水温，以备使用。

本发明所提供的双水箱加热式太阳能热水系统，在其它部件不改变的情况下，控制器5还用于当热水系统在长时间循环后，第三温度传感器的温度值小于第四阈值时，比如第四阈值为50℃，启动辅助热源加热器6和第三循环泵，打开第三阀门，使供热水箱4的水由辅助热源加热器6加热，直到第三温度传感器的温度值大于等于第四阈值，提高系统温度，以备使用。

对于上述各个实施例中的双水箱加热式太阳能热水系统，储热水箱的容积等于最高日热水用水量，供热水箱的容积等于预设时间内耗热量，热水箱的总容积等于储热水箱的容积与供热水箱的容积之和。

具体地说，

储热水箱有效容积

储热水箱必须有足够的容积，不管是采用太阳能加热还是辅助热源加热，贮存的热水量应能满足设计定额下热水使用量的要求，设计使用量即是最高日热水用水量。

vrx＝m.qr

vrx----储热水箱有效容积；

m----用水计算单位数人数或床位数；

qr----最高日热水用水定额；

供热水箱有效容积

在供热结束后，为维持系统内热水可靠循环、维持系统有一定水温、能够供应临时使用热水，热水系统应设置供热水箱，并保证一定容量，以便循环时不造成水温下降太快，不使辅助热源频繁启动。以供热水箱有效容积取90min设计耗热量为例。

vgx＝90.kh.m.qr/(60.t)

vgx----供热水箱有效容积；

kh----小时变化系数；

m----热水用水单位数；

qr----热水用水定额；

t----热水使用时间。

当采用单水箱热水系统时，应在水箱下部留出供热水箱容积。

热水箱总有效容积：

热水箱总有效容积vrz＝vrx+vgx

具体地说，为解决辅助热源加热器供热量计算成为负值的问题，真实反映辅助热源所需供热量，采用《建筑给水排水设计规范》gb50015-2003(2009年版)公式计算，式中：

qg---水源热泵设计小时供热量；

qr----热水用水定额；

m----用水计算单位数；

tr----热水温度；

t1----冷水温度；

t1----热泵机组设计工作时间；

k1----安全系数，k1＝1.05～1.10。

如上所述，测算加热时间t1为270min，为安全起见，t1应取3.5～4.5小时。。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。