一种基于跨季节水体储热的太阳能中温供热系统的制作方法
【专利摘要】一种基于跨季节水体储热的太阳能中温供热系统，包括：太阳能集热系统、跨季节储热水体，吸收式热泵，缓冲水箱，热用户，辅助热源，水泵，阀门，换热器，控制系统。太阳能集热系统与缓冲水箱相连通，跨季节储热水体与热用户和吸收式热泵通过换热器相连通。辅助热源与吸收式热泵和热用户相连通。通过不同模式的调节，本发明可以实现太阳能与其他能源多能互补供热，并可以满足一般城市管网供热水温要求。本发明适用于我国北方太阳能资源丰富及较丰富的城镇地区建筑供热。
【专利说明】
一种基于跨季节水体储热的太阳能中温供热系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种太阳能中温供热系统。
【背景技术】
[0002]太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，在化石燃料逐年减少、国际能源形势日趋严峻的今天，开发利用太阳能是实现能源供应多元化、保证能源安全的重要途径之一。太阳能供热是降低我国北方建筑供热煤耗的有效途径之一。对于城镇居住建筑来说，由于建筑体形系数较小，建筑本体放置太阳能集热器的面积较小，无法像村镇单体建筑一样，实现太阳能建筑一体化。根据相关研究，集中型太阳能供热系统则是更加适用于城镇建筑的低碳化供热系统之一。集中型太阳能供热系统包括:集热系统、储热系统、末端供热系统、辅助热源系统和控制系统。其中，由于集中型热站多针对1000平米以上的建筑供热，因此储热系统的储热容量较大，可以实现长周期储热，即跨季节储热。根据储热介质的不同，跨季节储热系统可以分为:水体储热、土壤储热、岩体储热、含水层储热等形式。其中，水的比较和密度较大，单位体积的储热容量大，换热强度，便于控制等优点，水体储热是未来具有发展前景的跨季节储热形式之一。另外，我国大部分城镇供热管网要求水温需达到70°c以上，在严寒期供水温度甚至达到95°C。以跨季节储热水体为基础的集中型太阳能供热系统在国内外鲜有相关研究及工程报道。在国外，丹麦是基于跨季节储热水体的太阳能集中型供热系统发展规模较大的地区。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是解决太阳能供热系统存在的冬夏冷热不平衡问题，基于跨季节储热水体特点，以实现较高出水温度为目标，开发一种适用于城镇建筑的集中型太阳能中温供热系统，以降低用于我国北方城镇地区冬季供热的传统能源消耗。本发明通过合理的系统设计，出水温度可以达到70°C以上，最大程度提高太阳能供热保证率，同时确保稳定供热和满足城市供热管网供水温度要求。
[0004]本发明的技术方案如下:
[0005]—种基于跨季节水体储热的太阳能中温供热系统，主要包括:太阳能集热系统，缓冲水箱，跨季节储热水体，吸收式热栗，热用户，辅助热源，换热器，阀门，水栗，以及控制系统。
[0006]太阳能集热系统通过带有第一阀门和第一水栗的管路与缓冲水箱连通；
[0007]所述的缓冲水箱通过带有第二换热器的管路与跨季节储热水体连通。缓冲水箱通过带有第二阀门和第二水栗的管路与第二换热器相连，跨季节储热水体通过带有第四阀门至第七阀门和第四水栗的管路与第二换热器连通；
[0008]所述的缓冲水箱通过带有第一换热器的管路同时与热用户和吸收式热栗连通。缓冲水箱通过带有第三阀门和第三水栗的管路与第一换热器相连，吸收式热栗通过带有第九阀门、第十一阀门和第五水栗的管路与第一换热器连通，吸收式热栗通过带有第十五至第十七阀门和第七水栗的管路与热用户连通，第一换热器通过带有第九阀门、第十阀门、第十二阀门、第十七阀门和第七水栗与热用户直接连通；
[0009]所述的辅助热源通过带有第十四阀门和第六水栗的管路与吸收式热栗连通；
[0010]并且，所述的辅助热源通过带有第十三阀门、第十七阀门和第七水栗的管路与热用户连通；
[0011]辅助热源为提供高于热用户所需水温要求的高温热源。
[0012]所述的控制系统与水栗和阀门连接，控制第一水栗、第二水栗、第三水栗、第四水栗、第五水栗、第六水栗和至第七水栗的启停和第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门、第十二阀门、第十三阀门、第十四阀门、第十五阀门、第十六阀门和第十七阀门的开度。
[0013 ]所述的太阳能集热系统既可以为太阳能低温集热系统，也可以为太阳能中温集热系统。
[0014]所述的辅助热源为能够提供高于热用户所需水温要求的高温热源。
[0015]本发明所述的系统具有如下几种典型工作模式:
[0016](I)太阳能集热系统向缓冲水箱供热。
[0017]在全年时间内，只要太阳能集热系统达到预设温度，即启动第一水栗，开启第一阀门，将太阳能集热系统收集热量输送至缓冲水箱中。
[0018](2)非供热季，将太阳能集热系统收集的热量储存于跨季节储热水体中。
[0019]太阳能集热系统收集太阳能热量后，启动第一水栗，开启第一阀门，将热量存储于缓冲水箱中。当缓冲水箱内出现过热现象时，开启第二阀门、第四阀门、第六阀门和第七阀门，关闭第五阀门和第八阀门，启动第二水栗和第四水栗，将缓冲水箱内的热量输送并存储于跨季节储热水体中。
[0020](3)在供热季初期，跨季节储热水体温度能够满足热用户供热水温要求，直接利用跨季节储热水体供热。
[0021]启动第二水栗和第四水栗，开启第二阀门、第五阀门、第七阀门和第八阀门，关闭第四阀门和第六阀门，将跨季节储热水体内的热量输送至缓冲水箱中。启动第三水栗和第七水栗，开启第三阀门，第九阀门、第十阀门、第十二阀门和第十七阀门，将热量送至热用户处。
[0022](4)在供热季严寒期，跨季节储热水体温度不能够满足热用户供热水温要求，启动吸收式热栗供热。
[0023]启动第三水栗、第五水栗、第六水栗和第七水栗，开启第三阀门、第九阀门、第十四阀门、第十五阀门、第十六阀门和第十七阀门，关闭第十阀门、第十二阀门和第十三阀门，利用辅助热源作为高温端，缓冲水箱作为低温端，驱动吸收式热栗向热用户供热。当缓冲水箱内水温降低，低于跨季节储热水体内温度时，则启动第二水栗和第四水栗，开启阀门第而阀门、第五阀门、第七阀门和第八阀门，关闭第四阀门和第六阀门，将跨季节储热水体内的热量输送至缓冲水箱中。
[0024](5)在供热季末期，跨季节储热水体温度很低，不足以提供足够的低温端热量，则直接利用辅助热源向热用户供热。
[0025]启动第七水栗，开启第十三阀门和第十七阀门，关闭除太阳能集热系统的第一水栗和第一阀门外的其余水栗和阀门，直接利用辅助热源向热用户供热。
[0026]本发明优先使用太阳能进行供热，最大程度提高太阳能供热保证率。利用跨季节储热水体，有效解决太阳能冬夏冷热不平衡问题，实现了太阳能的全年高效利用。通过合理的系统设计，充分利用跨季节储热水体内的热量，同时可以实现较高出水温度，满足热用户用水温度要求。本发明在我国北方太阳能资源丰富及较丰富的城镇地区具有广泛的适用性。
[0027]本系统与丹麦地区供热系统的主要区别在于:I)基于我国集中供热特点，多数情况下集中供热仅在冬季使用，其他季节基本无集中供热需求。而在丹麦，需要一年四季向用户供热，以满足采暖和生活热水要求。因此，在系统设计中，为了降低非采暖季的跨季节储热水体热损，本发明将太阳能集热系统出口热水送至跨季节储热水体的中部;2)丹麦地区多数集中型太阳能供热系统利用CO2热栗保证80°C以上出水温度，但是CO2热栗初投资过高，直接影响整个系统的经济性。因此，本发明采用性价比更高的吸收式作为跨季节储热水体的取热设备，改善系统的经济性;3)丹麦地区采用的是太阳能集热系统为普通的平板集热系统，一般集热系统出水温度仅有60-70°C，本发明采用的太阳能集热系统可以为太阳能中温集热系统，集热系统出水温度可以达到95°C左右，当太阳能直射辐照度较高的供热初期，可以实现太阳能集热系统直接供热。
【附图说明】
[0028]图1本发明基于跨季节水体储热的太阳能供热系统的结构示意图；
[0029]图2太阳能集热系统向缓冲水箱供热的运行原理图；
[0030]图3将太阳能集热系统收集的热量储存于跨季节储热水体的运行原理图；
[0031 ]图4跨季节储热水体直接向热用户供热的运行原理图；
[0032]图5利用吸收式热栗向热用户供热的运行原理图；
[0033]图6辅助热源直接向热用户供热的运行原理图；
[0034]图中:I太阳能集热系统，2缓冲水箱，3跨季节储热水体，4吸收式热栗，5热用户，6辅助热源，E-1、E-2换热器，8控制系统。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和【具体实施方式】进一步的说明本发明。
[0036]如图1所示，本发明基于跨季节水体储热的太阳能供热系统主要包括:太阳能集热系统I，缓冲水箱2，跨季节储热水体3，吸收式热栗4，热用户5，辅助热源6，换热器E-1、E_2，以及控制系统8。
[0037]太阳能集热系统I通过带有第一阀门V-1和第一水栗P-1的管路与缓冲水箱连通。缓冲水箱2通过带有第二换热器E-2的管路与跨季节储热水体2连通。缓冲水箱通过带有第二阀门V-2和第二水栗P-2的管路与第二换热器E-2相连，跨季节储热水体2通过带有第四阀门V-4至第七阀门V-7和第四水栗P-4的管路与第二换热器E-2连通。缓冲水箱2通过带有第一换热器E-1的管路同时与热用户5和吸收式热栗4连通。缓冲水箱2通过带有第三阀门V-3和第三水栗P-3的管路与第一换热器E-1相连，吸收式热栗4通过带有第九阀门V-9、第^^一阀门V-1I和第五水栗P-5的管路与第一换热器E-1连通，吸收式热栗4通过带有第十五阀门V-15、第十七阀门V-17和第七水栗P-7的管路与热用户5连通，并通过第十六阀门v-16与热用户5连通。第一换热器E-1通过带有第九阀门V-9、第十阀门V-10、第十二阀门V-12、第十七阀门V-17和第七水栗P-7与热用户5直接连通。辅助热源6通过带有第十四阀门V-14和第六水栗P-6的管路与吸收式热栗6连通，并且，辅助热源6通过带有第十三阀门V-13、第十七阀门V-17和第七水栗P-7的管路与热用户5连通。控制系统8与水栗和阀门连接，控制第一水栗P-1、、第二水栗P-2、第三水栗P-3、第四水栗P-4、第五水栗P-5、第六水栗P_6和第七水栗P-7的启停，以及第一阀门V-1、第二阀门V-2、第三阀门V-3、第四阀门V-4、第五阀门V-5、第六阀门V-6、第七阀门V-7、第八阀门V-8、第九阀门V-9、第十阀门V-1O、第^^一阀门V-11、第十二阀门V-12、第十三阀门V-13、第十四阀门V-14、第十五阀门V-15、第十六阀门V-16和第十七阀门V-17的开度。
[0038]本发明所述的系统具有如下几种典型工作模式:
[0039](I)太阳能集热系统I向缓冲水箱2供热，如图2所示。
[0040]在全年时间内，只要太阳能集热系统I达到预设温度，即启动第一水栗P-1，开启第一阀门V-1，将太阳能集热系统收集热量输送至缓冲水箱2中。
[0041](2)非供热季，将太阳能集热系统I收集的热量储存于跨季节储热水体3中，如图3所示。
[0042]太阳能集热系统I收集太阳能热量后，启动第一水栗P-1，开启第一阀门V-1，将热量存储于缓冲水箱2中。当缓冲水箱2内出现过热现象时，开启第二阀门V-2，第四阀门V-4，第六阀门V-6和第七阀门V-7，关闭第五阀门V-5和第八阀门V-8，启动第二水栗P-2和第四水栗P-4，将缓冲水箱2内的热量输送并存储于跨季节储热水体3中。
[0043](3)在供热季初期，跨季节储热水体3的温度能够满足热用户5供热水温要求，直接利用跨季节储热水体3供热，如图4所示。
[0044]启动第二水栗P-2和第四水栗P-4，开启第二阀门V-2、第五阀门V_5、第七阀门V_7和第八阀门V-8，关闭第四阀门V-4和第六阀门V-6，将跨季节储热水体3内的热量输送至缓冲水箱2中。启动第三水栗P-3和第七水栗P-7，开启第三阀门V-3，第九阀门V-9、第十阀门V-
10、第十二阀门V-12和第十七阀门V-17，将热量送至热用户5处。
[0045](4)在供热季严寒期，跨季节储热水体3温度不能够满足热用户5供热水温要求，启动吸收式热栗4供热，如图5所示。
[0046]启动第三水栗p-3、第五水栗P-5、第六水栗P-6和第七水栗P-7，开启第三阀门V_3、第九阀门V-9、第十四阀门V-14、第十五阀门V-15、第十六阀门V-16和第十七阀门V-17，关闭第十阀门V-10、第十二阀门V-12和的十三阀门V-13，利用辅助热源6作为高温端，缓冲水箱2作为低温端，驱动吸收式热栗4向热用户5供热。当缓冲水箱2内水温降低，低于跨季节储热水体3内温度时，则启动第二水栗P-2和第四水栗P-4，开启第二阀门V-2、第五阀门V-5、第七阀门V-7和的八阀门V-8，关闭第四阀门V-4和第六阀门V-6，将跨季节储热水体3内的热量输送至缓冲水箱2中。
[0047](5)在供热季末期，跨季节储热水体3的温度很低，不足以提供足够的低温端热量，则直接利用辅助热源6向热用户5供热，如图6所示。
[0048]启动第七水栗P-7，开启第十三阀门V-13和第十七阀门V-17，关闭除太阳能集热系统I的第一水栗P-1和第一阀门V-1外的其余水栗和阀门，直接利用辅助热源6向热用户5供热。
[0049]本发明突出优点在于:使用太阳能进行供热，最大程度提高太阳能供热保证率。利用跨季节储热水体，有效解决太阳能冬夏冷热不平衡问题，实现了太阳能的全年高效利用。通过合理的系统设计，充分利用跨季节储热水体内的热量，同时可以实现较高出水温度，满足热用户用水温度要求。本发明在我国北方太阳能资源丰富及较丰富的城镇地区具有广泛的适用性。
【主权项】
1.一种基于跨季节水体储热的太阳能中温供热系统，其特征在于:所述的基于跨季节水体储热的太阳能供热系统主要包括:太阳能集热系统(I)，缓冲水箱(2)，跨季节储热水体(3)，吸收式热栗(4)，热用户(5)，辅助热源(6)，换热器(E-1、E-2)，以及控制系统(8); 所述的太阳能集热系统(I)通过带有第一阀门(V-1)的管路与缓冲水箱(2)连通； 所述的缓冲水箱(2)通过带有第二换热器(E-2)的管路与跨季节储热水体(3)连通;缓冲水箱(2)通过带有第二阀门(V-2)和第二水栗(P-2)的管路与第二换热器(E-2)相连，跨季节储热水体(3)通过带有第四阀门(V-4)至第七阀门(V-7)和第四水栗(P-4)的管路与第二换热器(E-2)连通； 所述的缓冲水箱(2)通过带有第一换热器(E-1)的管路同时与热用户(5)和吸收式热栗(4)连通;缓冲水箱(2)通过带有第三阀门(V-3)和第三水栗(P-3)的管路与第一换热器(E-1)相连，吸收式热栗(4)通过带有第九阀门(V-9)、第十一阀门(V-1l)和第五水栗(P-5)的管路与第一换热器(E-1)连通，吸收式热栗(4)通过带有第十五阀门(V-15)、第十六阀门(V-16)、第十七阀门(V-17)和第七水栗(P-7)的管路与热用户(5)连通，第一换热器(E-1)通过带有第九阀门(V-9)、第十阀门(V-1O)、第十二阀门(V-12)、第十七阀门(V-17)和第七水栗(P-7)与热用户(5)直接连通； 所述的辅助热源(6)通过带有第十四阀门(V-14)的管路与吸收式热栗(4)连通； 所述的辅助热源(6)通过带有第十三阀门(V-13)和第十七阀门(V-17)的管路与热用户(5)连通; 所述的控制系统(8)与水栗和阀门连接，控制第一水栗(P-1)、第二水栗(P-2)、第三水栗(P-3)、第四水栗(P-4)、第五水栗(P-5)、第六水栗(P-6)和第七水栗(P-7)的启停，以及第一阀门(V-1)、第二阀门(V-2)、第三阀门(V-3)、第四阀门(V-4)、第五阀门(V-5)、第六阀门(V-6)、第七阀门(V-7)、第八阀门(V-8)、第九阀门(V-9)、第十阀门(V-1O)、第^^一阀门(V-1I)、第十二阀门(V-12)、第十三阀门(V-13)第十四阀门(V-14)、第十五阀门(V-15)、第十六阀门(V-16)和第十七阀门(V-17)的开度。2.按照权利要求1所述的基于跨季节水体储热的太阳能中温供热系统，其特征在于:所述的太阳能集热系统(I)为太阳能低温集热系统或太阳能中温集热系统。
【文档编号】F24J2/46GK105841360SQ201610296889
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】杨铭, 王志峰, 付向东, 常春
【申请人】中国科学院电工研究所