一种跨季节储热供热系统及其供暖方法与流程

本发明涉及蓄热及供热技术领域，尤其是涉及一种跨季节储热供热系统及其供暖方法。

背景技术：

目前，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。

而由于季节的变化，太阳能等集热系统的获取热量的效率是不同的，同时，不同季节人们对热水等热能的需求也随着变化；具体而言，在夏季，太阳能等集热系统的集热效率较高，而人们对热水以及其他供热的需求缺较低；而在冬季，太阳能的集热效率较低，而人们对热水、采暖的热需求较高。由此导致，在冬季太阳能等集热系统的供热能力不足，而在夏季，集热系统的热量无法充分利用而白白浪费掉。

跨季节储热、供热系统的出现则很好解决了上述的供、需量交错的矛盾。一个能将夏季大量的、过剩的太阳能进行存储，并跨季节释放的太阳能储能供热系统成为了目前能源利用的焦点研究方向。

而目前，现有的跨季节储热供热系统存在热量损失严重、储热效率低的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种跨季节储热供热系统及其供暖方法，以解决现有技术中存在的跨季节储热供热系统存在热量损失严重、储热效率低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种跨季节储热供热系统，包括：太阳能集热器、缓冲水箱、第一换热器、第二换热器以及地下蓄热系统；

所述太阳能集热器通过集热循环管路与所述第一换热器的热源侧连接；

所述第一换热器的换热侧通过第一换热管路与所述缓冲水箱连接；所述太阳能集热器通过所述第一换热器对所述缓冲水箱内的水加热；

所述第二换热器的热源侧通过第二换热管路与所述缓冲水箱连接；

所述地下蓄热系统包括埋设在地下的蓄热池和第一换热盘管；

所述第一换热盘管围绕所述蓄热池设置；

所述第二换热器的换热侧与所述蓄热池连通，用于对蓄热池内的储热介质进行加热；

所述第二换热器的换热侧还与所述第一换热盘管连通，并通过第一换热盘管对蓄热池周围的土壤进行加热。

本发明公开的一种跨季节储热供热系统在夏季太阳能集热器通过换热器和缓冲水箱将多余的热量稳定地存储到所述地下蓄热系统中，供冬季采暖及生活热水使用。

本发明通过蓄热池将非采暖季太阳能热量存储，并通过在蓄热池周围设置的第一换热盘管对蓄热池周围的土壤进行加热，进一步有效利用蓄热池周围的土壤蓄热，另外，第一换热盘管围绕蓄热池设置可以二次利用蓄热池向外散发的热量，提供系统效率。

进一步地，所述第二换热管路和所述第一换热管路上设置有水泵和阀门。

进一步地，所述蓄热池通过管路与用于供暖的采暖末端设备连接，用于在采暖季节对采暖末端设备进行供热。

进一步地，所述第一换热盘管通过管路与用于供暖的采暖末端设备连接，用于在采暖季节对采暖末端设备进行供热。

进一步地，所述跨季节储热供热系统还包括第三换热管路，所述蓄热池和所述第一换热盘管相互并联，并通过所述第三换热管路与所述第二换热器的换热侧连接。

进一步地，所述蓄热池通过池支管与所述第三换热管路连接；所述第一换热盘管通过盘管支管与所述第三换热管路连接。

进一步地，所述采暖末端设备通过采暖支管与所述第三换热管路连接，并通过第三换热管路与所述第一换热盘管和所述蓄热池连接。

进一步地，所述采暖支管上还设置有对采暖支管内热水进一步加热的二次加热装置。

进一步地，所述二次加热装置为水源热泵或者电加热器；

或者，所述二次加热装置包括热采集器和第三换热器，热采集器通过所述第三换热器对所述采暖支管内热水做进一步加热。

进一步地，所述第一换热盘管的数量为多个，在水平投影平面内，多个所述第一换热盘管围绕着所述蓄热池布设。

优选地，多个所述第一换热盘管围绕着所述蓄热池均匀布设。

进一步地，多个所述第一换热盘管相互并联并分别通过盘管支管与所述第三换热管路连接。

在以蓄热池为中心的外圆周向上，多个第一换热盘管均匀布设，彼此相对独立，该种设置方式结构简单，施工方便，在某个第一换热盘管出现管路破裂的情况下，不影响其他第一换热盘管的继续正常工作。

进一步地，所述第三换热管路上设置有双向泵组，所述双向泵组一端与所述蓄热池以及所述第一换热盘管连接；

所述双向泵组一端通过换向阀分别与所述第二换热器的换热侧、以及所述采暖末端设备连接；

非采暖季时，双向泵组用于所述第二换热器与所述蓄热池以及所述第一换热盘管之间的热水循环以及蓄热；

采暖季时，双向泵组反向运转，用于所述蓄热池以及所述第一换热盘管与所述第二换热器之间的热水循环，通过第二换热器向缓冲水箱供热；或者，用于所述蓄热池以及所述第一换热盘管与所述采暖末端设备之间的热水循环，向采暖末端设备供热。

在夏季等非采暖季节，缓冲水箱内的多余热量经第二换热器存储在蓄热池内，可有效避免缓冲水箱内的水过热甚至汽化，有效控制缓冲水箱内热水温度。

而在冬季等采暖季节或者其他太阳能集热器供热不足的情况下，第二换热器可以利用蓄热池内的热量对缓冲水箱内水进行二次加热，弥补其热能的不足。

在冬季等采暖季节，通过换向阀，所述蓄热池以及所述第一换热盘管也可以与所述采暖末端设备直接连通，向采暖末端设备供热。

进一步地，所述双向泵组包括两组并联设置的单向泵和单向阀；两组单向泵和单向阀的液体可流动方向相反。

进一步地，所述蓄热池的侧壁和底部上设置有保温层和防水层；蓄热池内还设置有分层板，所述分层板将蓄热池内部空间自上而下分割为若干个相互连通的分空间，用于减缓上下分空间之间的热量流动。

进一步地，所述蓄热池包括设置在中上部的热水口，和设置在中下部的冷水口；所述热水口通过管路和换向阀分别与所述第二换热器换热侧的出水口、所述采暖末端设备的进水口连接；

所述冷水口通过管路和换向阀分别与所述第二换热器换热侧的进水口、所述采暖末端设备的出水口连接。

进一步地，所述储热介质为在蓄热池、所述第二换热器、所述第一换热盘管以及所述采暖末端设备之间循环流动的水。

进一步地，所述储热介质为砾石沙土；所述蓄热池内设置有第二换热盘管；第二换热盘管埋设在所述砾石沙土中，用于对砾石沙土加热或者从砾石沙土中获取热量；所述第二换热盘管与所述第二换热管路连接。

进一步地，所述第二换热盘管包括上下相对设置的所述热水口和所述冷水口。

进一步地，所述缓冲水箱上设置有补水口和热水出口，补水口设置在缓冲水箱下部，热水出口设置在缓冲水箱的上部。

本发明跨季节储热供热系统还包括：

控制器；

设置在所述蓄热池内的第一温度传感器；

设置在第一换热盘管内的第二温度传感器；

控制所述蓄热池与所述第二换热管路连通的池控制阀；

控制所述第一换热盘管与所述第二换热管路连通的盘管控制阀；

控制器分别与所述双向泵组、所述二次加热装置、第一温度传感器、第二温度传感器、所述换向阀、所述池控制阀以及所述盘管控制阀连接。

本发明还公开了一种采用上述跨季节储热供热系统的供暖方法，其包括如下步骤：

步骤一：非采暖季时，所述太阳能集热器通过换热器和缓冲水箱将多余的热量存储到蓄热池中以及蓄热池周围的土壤中；

步骤二：采暖季节，首先所述控制器开启池控制阀以连通所述蓄热池与所述采暖末端设备，并由蓄热池向采暖末端设备进行供热；

步骤三：当所述第一温度传感器测定的所述蓄热池内的温度低于设定温度以至于不足以独立向所述采暖末端设备供热时，所述控制器启动所述二次加热装置对采暖支管内热水进一步加热以满足所述采暖末端设备供热需要；

步骤四：当所述蓄热池内温度低于周围所述第一换热盘管内温度时，控制器关闭所述池控制阀开启所述盘管控制阀，以连通所述第一换热盘管与所述采暖末端设备，并启动所述二次加热装置，两者同时向所述采暖末端设备供热。

进一步地，所述步骤一中，所述太阳能集热器通过换热器和缓冲水箱首先将多余的热量存储到蓄热池中；

当蓄热池内温度达到一定温度后，再将多余热量存储到所述第一换热盘管内以及蓄热池周围的土壤中。

进一步地，所述步骤二中，在采暖季的晴朗白天，所述缓冲水箱与所述采暖末端设备连通，由缓冲水箱向采暖末端设备提供热量；

在采暖季的阴天或者夜晚，所述控制器开启池控制阀以连通所述蓄热池与所述采暖末端设备，并由蓄热池向采暖末端设备进行供热。

太阳能集热系统可以为承压系统,也可以为非承压系统以及防冻循环系统，夏季、冬季运行更加可靠。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明通过蓄热池将非采暖季太阳能热量存储，并通过在蓄热池周围设置的第一换热盘管对蓄热池周围的土壤进行加热，进一步有效利用蓄热池周围的土壤蓄热，另外，第一换热盘管围绕蓄热池设置可以二次利用蓄热池向外散发的热量，同时降低水池热损，提供系统效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例1提供的一种跨季节储热供热系统的结构示意图；

图2为图1所示的蓄热池结构示意图；

图3为图1所示的缓冲水箱的结构示意图；

图4为本发明实施例2提供的跨季节储热供热系统的结构示意图。

附图标记：

10-太阳能集热器；11-第一换热器；12-集热循环管路；13-第一换热管路；20-缓冲水箱；20a-补水口；20b-热水出口；21-第二换热器；22-第二换热管路；23-换向阀；30-蓄热池；30a-保温层；30b-防水层；30c-分层板；31-第三换热管路；32-池支管；33-双向泵组；34-池控制阀；35-砾石沙土；36-第二换热盘管；40-第一换热盘管；41-盘管支管；42-盘管控制阀；50-采暖末端设备；51-采暖支管；52-二次加热装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的一种跨季节储热供热系统，包括：太阳能集热器10、缓冲水箱20、第一换热器11、第二换热器21以及地下蓄热系统；

太阳能集热器10通过集热循环管路12与第一换热器11的热源侧连接；

第一换热器11的换热侧通过第一换热管路13与缓冲水箱20连接；太阳能集热器10通过第一换热器11对缓冲水箱20内的水加热；

第二换热器21的热源侧通过第二换热管路22与缓冲水箱20连接；

第一换热管路13和第二换热管路22上均设置有水泵和控制阀；

地下蓄热系统包括埋设在地下的蓄热池30和第一换热盘管40；

第一换热盘管40围绕蓄热池30设置；

第二换热器21的换热侧与蓄热池30连通，用于对蓄热池30内的水进行加热；

第二换热器21的换热侧与第一换热盘管40连通，并通过第一换热盘管40对蓄热池30周围的土壤进行加热。

本发明公开的一种跨季节储热供热系统在夏季太阳能集热器10通过换热器和缓冲水箱20将多余的热量稳定地存储到地下蓄热系统中，供冬季采暖及生活热水使用。

本发明通过蓄热池30将非采暖季太阳能热量存储，并通过在蓄热池30周围设置的第一换热盘管40对蓄热池30周围的土壤进行加热，进一步有效利用蓄热池30周围的土壤蓄热，另外，第一换热盘管40围绕蓄热池30设置可以二次利用蓄热池30向外散发的热量，提供系统效率。

蓄热池30通过管路与用于供暖的采暖末端设备50连接，用于在采暖季节对采暖末端设备50进行供热。

第一换热盘管40通过管路与用于供暖的采暖末端设备50连接，用于在采暖季节对采暖末端设备50进行供热。

跨季节储热供热系统还包括第三换热管路31，蓄热池30和第一换热盘管40相互并联，并通过第三换热管路31与第二换热器21的换热侧连接。

蓄热池30通过池支管32与第三换热管路31连接；第一换热盘管40通过盘管支管41与第三换热管路31连接。

采暖末端设备50通过采暖支管51与第三换热管路31连接，并通过第三换热管路31与第一换热盘管40和蓄热池30连接。

采暖支管51上还设置有对采暖支管51内热水进一步加热的二次加热装置52。

二次加热装置52的形式很多，例如为水源热泵或者电加热器；

或者，二次加热装置52包括热采集器和第三换热器，热采集器通过第三换热器对采暖支管51内热水做进一步加热。

其中，第一换热盘管40的数量为多个，在水平投影平面内，多个第一换热盘管40围绕着蓄热池30布设。优选地，多个第一换热盘管40围绕着蓄热池30均匀布设。

多个第一换热盘管40相互并联并分别通过盘管支管41与第三换热管路31连接。

在以蓄热池30为中心的外圆周向上，多个第一换热盘管40均匀布设，彼此相对独立，该种设置方式结构简单，施工方便，在某个第一换热盘管40出现管路破裂的情况下，不影响其他第一换热盘管40的继续正常工作。

第三换热管路31上设置有双向泵组33，双向泵组33一端与蓄热池30以及第一换热盘管40连接；

双向泵组33一端通过换向阀分别与第二换热器21的换热侧、以及采暖末端设备50连接；

非采暖季时，双向泵组33用于第二换热器21与蓄热池30以及第一换热盘管40之间的热水循环以及蓄热；

采暖季时，双向泵组33反向运转，用于蓄热池30以及第一换热盘管40与第二换热器21之间的热水循环，通过第二换热器21向缓冲水箱20供热；或者，用于蓄热池30以及第一换热盘管40与采暖末端设备50之间的热水循环，向采暖末端设备50供热。

在夏季等非采暖季节，缓冲水箱20内的多余热量经第二换热器21存储在蓄热池30内，可有效避免缓冲水箱20内的水过热甚至汽化，有效控制缓冲水箱20内热水温度。

而在冬季等采暖季节或者其他太阳能集热器10供热不足的情况下，第二换热器21可以利用蓄热池30内的热量对缓冲水箱20内水进行二次加热，弥补其热能的不足。

在冬季等采暖季节，通过换向阀，蓄热池30以及第一换热盘管40也可以与采暖末端设备50直接连通，向采暖末端设备50供热。

在本实施例中，双向泵组33包括两组并联设置的单向泵和单向阀；两组单向泵和单向阀的液体可流动方向相反。

如图2所示，蓄热池30的侧壁和底部上设置有保温层30a和防水层30b；蓄热池30内还设置有分层板30c，分层板30c将蓄热池30内部空间自上而下分割为若干个相互连通的分空间，用于减缓上下分空间之间的热量流动。分层板30c上设置有连通上下两个分空间的通孔，相邻两个分层板30c的通孔交错设置，从而进一步减弱热量的上下传导速度。

蓄热池30包括设置在中上部的热水口，和设置在中下部的冷水口；热水口通过管路和换向阀23分别与第二换热器21换热侧的出水口、采暖末端设备50的进水口连接；冷水口通过管路和换向阀分别与第二换热器21换热侧的进水口、采暖末端设备50的出水口连接。

具体而言，非采暖季向蓄热池30蓄热时，池支管32中的进水管的出水口设置在蓄热池的上部，用于向蓄热池内输入热水，而池支管32中的出水管的进水口设置在蓄热池的中下部，用于将蓄热池中较冷的水吸走。

储热介质为在蓄热池30、第二换热器21、第一换热盘管40以及采暖末端设备50之间循环流动的水。

如图3所示，缓冲水箱20上设置有补水口20a和热水出口20b，补水口20a设置在缓冲水箱20下部，热水出口20b设置在缓冲水箱20的上部。

本发明跨季节储热供热系统还包括：控制器(未示出)、设置在蓄热池30内的第一温度传感器(未示出)、设置在第一换热盘管40内的第二温度传感器(未示出)、控制蓄热池30与第二换热管路22连通的池控制阀34；

控制第一换热盘管40与第二换热管路22连通的盘管控制阀42；

控制器分别与双向泵组33、二次加热装置52、第一温度传感器、第二温度传感器、换向阀23、池控制阀34以及盘管控制阀12连接。

本发明还公开了一种采用上述跨季节储热供热系统的供暖方法，其中控制器可以自动实现跨季节储热、供热的整个工作流程。其控制方法具体包括如下步骤：

步骤一：非采暖季时，控制器通过换向阀23，关闭第三换热管路31与采暖末端设备50的连通，开通第三换热管路31与第二换热器21的连通；

太阳能集热器10通过换热器和缓冲水箱20将多余的热量存储到蓄热池30中以及蓄热池30周围的土壤中；

具体而言，太阳能集热器通过换热器和缓冲水箱20首先将多余的热量存储到蓄热池30中；当蓄热池30内温度达到一定温度后，再将多余热量存储到第一换热盘管40内以及蓄热池30周围的土壤中。

步骤二：在采暖季的晴朗白天，缓冲水箱20与采暖末端设备50连通，由缓冲水箱向采暖末端设备50提供热量；

在采暖季的阴天或者夜晚，控制器通过换向阀23，开通第三换热管路31与采暖末端设备50的连通，关闭第三换热管路31与第二换热器21的连通；

控制器首先开启池控制阀34关闭盘管控制阀；连通蓄热池30与采暖末端设备50，并由蓄热池30向采暖末端设备50进行供热；

步骤三：当第一温度传感器测定的蓄热池30内的温度低于设定温度以至于不足以独立向采暖末端设备50供热时，控制器启动二次加热装置52对采暖支管51内热水进一步加热以满足采暖末端设备50供热需要；

步骤四：当蓄热池30内温度低于周围第一换热盘管40内温度时，控制器关闭池控制阀开启盘管控制阀，以连通第一换热盘管40与采暖末端设备50，并启动二次加热装置52，两者同时向采暖末端设备50供热。

本发明通过蓄热池30将非采暖季太阳能热量存储，并通过在蓄热池30周围设置的第一换热盘管40对蓄热池30周围的土壤进行加热，进一步有效利用蓄热池30周围的土壤蓄热，另外，第一换热盘管40围绕蓄热池30设置可以二次利用蓄热池30向外散发的热量，提供系统效率。

实施例2

本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处在于：

其中如图4所示，储热介质为砾石沙土35；蓄热池30内设置有第二换热盘管36；第二换热盘管36埋设在砾石沙土35中，用于对砾石沙土35加热或者从砾石沙土35中获取热量；第二换热盘管36与第二换热管路22连接。

第二换热盘管36包括上下相对设置的热水口和冷水口。

与实施例1相比，本实施例中的储热介质改为砾石沙土，从而具有一定的承压能力，从而可以将蓄热池设置在道路、建筑物等下方，从而不需要特别占用土地资源，便于在城市等土地资源短缺的区域推广应用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。