Ddc控制多单元联合运行的太阳能采暖系统及方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明属于太阳能利用技术领域，尤其涉及一种多单元联合运行的太阳能采暖系 统。
【背景技术】
[0003] 当前，能源和环境问题备受关注，尤其是一次能源的匮乏引发的能源安全问题越 来越受到人们的重视，近年来经过人们的研宄与实践，普遍认为建筑节能是各种节能途径 中潜力最大、最为直接有效的方式，是缓解能源紧张的最有效措施之一，而在建筑中应用可 再生能源是建筑节能的最有效途径。根据国家未来的发展战略，将大力推进城镇化建设， 在这一过程中，开发利用太阳能，用可再生清洁能源解决全部或部分供热，对于节约常规能 源，保护环境意义重大。
[0004] 然而，这些年来，国内外学者和研宄机构在这一领域的研宄还存在某些不足。主要 表现在两个方面：⑴提高太阳能的利用率存在一些技术瓶颈，难以找到新的突破。传统的 太阳能热水供暖系统大多是由太阳能集热器、蓄热水箱和阀门管路等与供暖未端(一般为 辐射地暖盘管）相连进行供暖。这种方式存在以下问题，当地暖盘管的循环水温低于30°c 时，不能有效担负房间的供暖，而不得不改由其他辅助热源，如电加热器加以补充。也就是 说30°C以下的中温水无法被有效挖掘、利用，只能参与到第二天的太阳能集热循环中去，导 致蓄热水箱内水的低温热量没能被利用，太阳能的利用率低下。⑵许多研宄，往往更重视 某一项技术的开发和应用，将多种太阳能技术整合到一起，形成一整套复合系统的研宄不 多。鉴于如此，本发明将太阳能集热-储热、太阳能热泵、空气集热器整合到一个系统，通过 直接数字控制技术，实现系统的联合运行，以求最大限度地提高太阳能的利用率。
【发明内容】
[0005] 为了解决太阳能采暖系统的太阳能利用率低下的问题，提供一种多单元联合运行 的太阳能采暖装置和采暖方法，针对不同时段，采用不同的采暖运行策略，以满足建筑物全 天候采暖需求。其技术方案如下。 一种DDC(直接数字控制，以下简称DDC)控制多单元联合运行的太阳能采暖系统，包 括太阳能集热器、储热主水箱和供暖末端，太阳能集热器和储热主水箱之间通过其上设有 第一循环水泵的管路相连，构成集热一储热循环回路；在储热主水箱的出水管上依次连接 第一电磁阀、第二循环水泵、供暖未端和第二电磁阀后回到储热主水箱的回水管构成第一 采暖回路，其特殊之处是还设有热泵机组，在储热主水箱的出水管上依次连接第三电磁阀 和第三循环水泵后接在热泵机组的蒸发器入水口，蒸发器的出水口与储热主水箱的回水管 相连，热泵机组内的冷凝器通过其上设有第四循环水泵的管路与过渡水箱相连接，过渡水 箱的另一端供水管安装第四电磁阀后接在供暖末端供水管上的第二循环水泵与第一电磁 阀之间，而过渡水箱的回水管与供暖末端的回水管相连接，构成第二采暖回路；在过渡水箱 中还设有辅助电加热器；在该系统中还包括DDC控制器和单独设置的其上安装有送风风扇 的空气集热器；在建筑物室内设有第一温度传感器、太阳能集热器内设有第二温度传感器、 储热主水箱内设有第三温度传感器、过渡水箱内设有第四温度传感器，空气集热器内设有 第五温度传感器，DDC控制器内的控制模块分别与第一循环水泵、第二循环水泵、第三循环 水泵、第四循环水泵、热泵、辅助电加热器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁 阀、空气集热器的送风风扇通过数据线相连接；温度采集模块分别与第一温度传感器、第二 温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器通过数据线相连接。
[0006] 所述空气集热器，由保温材料围成一面呈敞开盒状，敞开面蒙上透明材料，其内部 倾斜朝阳安装若干其上密布小孔、表面涂有深色的铝板，空气集热器朝向房间一侧的下部 开有进气口、上部开有出气口，并设有送风风扇。
[0007] -种使用上述DDC控制多单元联合运行的太阳能采暖系统进行采暖的方法，它包 括太阳能集热一储热模式和由储热主水箱通过其上设有的第一电磁阀、第二循环水泵和第 二电磁阀的管路向供暖未端供热的第一采暖模式，其特殊 之处是利用太阳能热泵通过制热循环，将储热主水箱内的低品位热量传递给过渡水 箱，使过渡水箱内的水升温至30°C~45°C之间，然后过渡水箱通过其上设有第四电磁阀 和第二循环水泵的管路向供暖未端供热，实现第二采暖模式，当储热主水箱内的水温降至 l〇°C时，热泵停止工作，启动辅助电加热器，加热过渡水箱中的水，继续维持供暖，实现第三 采暖模式，直至早上太阳升起，空气集热器开始工作，向房间送暖风实现第四采暖模式。
[0008] 根据上述使用DDC控制多单元联合运行的太阳能采暖系统进行采暖的方法，其特 殊之处是通过DDC控制器对整个系统工作循环进行控制，即各个测点的温度传感器将测得 的温度信号传递给温度采集模块，根据预先编制的程序，DDC控制器控制各循环水泵、电磁 阀、热泵和辅助电加热器的开启和关闭。
[0009] 本发明的太阳能采暖方法，体现了分时段采用不同运行策略的控制理念：正常天 气，白天日照充足时，主要依靠建筑物自然得热和空气集热器向房间供暖，采暖系统设备基 本不提供热量或提供的热量很少，太阳能集热-储热装置正常工作，主要是储存热能；夜幕 降临时，先启动储热主水箱与供暖末端之间的循环，为房间供暖。当储热主水箱水温降至 30°C时，热泵机组启动，蒸发器内的制冷工质吸收储热主水箱的低品位热量，经过压缩机压 缩，制冷工质升温升压，被输送到冷凝器散热，将热量传递给过渡水箱4,使过渡水箱的水温 保持在可用于供暖的35°C~45°C之间，然后过渡水箱就可继续为房间供暖。当储热主水箱 水温降至l〇°C时，热泵停止工作，同时启动辅助电加热器27,加热过渡水箱中的水，继续维 持供暖，直至天亮。当太阳升起，达到有效日照时，空气集热器15内的空气被加热，启动送 风风扇21继续为房间供热，同时透过建筑物的窗户的日照也能实现自然得热。当日照能够 维持建筑物供暖时，就可提前关闭辅助电加热器27,此时，过渡水箱4尚能够维持短时间的 供暖，然后关闭第二循环水泵8。
[0010] 本发明具有如下优点： 由于本发明将太阳能热泵连接于储热主水箱3上，先由储热主水箱3与供暖末端6的 循环；当储热主水箱3中的水温下降至30°C时，热泵机组5将启动，将储热主水箱3的热量 通过制热循环输送到过渡水箱4中，并将其水温保持在35°C~45°C之间，然后热媒通过第 四电磁阀13,在第二循环水泵8的驱动下，被输送到供暖未端6,实现第二采暖模式。这样 的设计方案和运行模式，其最大优点在于：可以进一步挖掘储热主水箱3中温水的显热，持 续维持足够长的供暖时间，从而大幅度提高太阳能的利用率。由于本发明采用多装置联合 运行采暖的综合措施，不仅大大地提高了太阳能的利用率，而且节省能源。
[0011] 下面通过两组实验结果的对比来证明这一发明： 实验过程描述如下： 利用现有的一套实验装置，选择天气条件相近的两天分别做两个集热-储热-供热实 验： 第一组实验，如附图3所示，前一天未开启热泵，集热前储热水箱起始温度为30. 8°C， 经白天的集热-储热，最终储热主水箱3内的