本发明涉及供热装置技术领域，特别是涉及一种太阳能耦合水源热泵供热采暖系统及使用方法。
背景技术：
随着建筑能耗的逐年增长，建筑节能以及可再生能源的利用技术已经成为众多学者关注的热点。水源热泵作为一种可再生能源的应用技术，其合理应用能够取得良好的节能环保效果。该技术利用江河湖海等地表水、地下水、或生活污水中的热量，供暖时通过输入少量的电能一般可获得2～4倍的热量；同时，利用太阳能这种容易获取的可再生能源辅助水源热泵系统为建筑供暖，对缓解我国化石能源枯竭以及日趋严重的雾霾等环境问题有非常重要的现实意义。
太阳能耦合水源热泵技术的可行性已成为众多研究者的共识，研究表明，该双热源供暖技术一方面可以解决太阳能单独供暖时集热器面积过大的问题，另一方面可以提高热泵机组低温水源侧水温，进而提高机组的运行能效，降低系统的运行能耗。单一的水源热泵技术比较成熟，太阳能供暖系统也有技术规范指导，但关于太阳能-水源热泵联合系统在建筑供暖方面的研究，特别是在短期蓄热太阳能耦合水源热泵供暖方面的研究仍不充分。对于太阳能短期蓄热，由于太阳能具有昼夜间歇性和白天日照时间及强度的不规则性的特点，所以该联合系统的运行方式就成为提高该联合系统能效和可靠性的关键。当前太阳能耦合水源热泵的一般运行方式为：在太阳能蓄热的同时，根据蓄热水箱的出口水温实时地选择不同的运行模式，以充分利用水箱中的热水进行供暖。这种运行方式有效地提高了热泵低温水源侧的水温，热泵机组的运行能效随之提高，从而节约系统的运行能耗。但是，水箱中的热水被实时加以利用使得在系统供暖过程中蓄热水箱中的热水平均温度得不到充分提高，导致水箱中的热水被直接用于供暖的时间较短，或根本达不到直供的温度，因而热泵机组需要长时间的开机制热。这种运行方式看似能够及时地利用太阳能，但通过研究发现由于不能充分利用太阳能直接供暖的优势，因而并不能最大限度地提高系统的运行能效。
技术实现要素：
为解决以上技术问题，本发明提供一种太阳能耦合水源热泵供热采暖系统及方法，能够同时为用户提供生活热水和供暖。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种太阳能耦合水源热泵供热采暖系统，包括太阳能集热器、生活热水蓄热水箱、供暖蓄热水箱、热泵、第一换热器、第二换热器、低温热源侧水泵、集热泵、中间水泵、低温热源和和控制器；
所述太阳能集热器的主循环水出口与所述生活热水蓄热水箱的第一进水口通过第一管路相连通，所述生活热水蓄热水箱的第一出水口与所述供暖蓄热水箱的第二进水口通过第二管路相连通，所述供暖蓄热水箱的第二出水口与所述太阳能集热器的主循环水进口通过第三管路相连通；
所述主循环水出口与所述主循环水进口在所述太阳能集热器的内部相连通；所述第一进水口与所述第一出水口在所述生活热水蓄热水箱的内部相连通；所述第二进水口与所述第二出水口在所述供暖蓄热水箱的内部相连通；
所述热泵的第三进水口与所述第一换热器的第四出水口通过第五管路相连通，所述第一换热器的第四进水口与所述第二换热器的第五出水口通过第六管路相连通，所述第二换热器的第五进水口与所述热泵的第三出水口通过第七管路相连通；
所述第三进水口与所述第三出水口在所述热泵的内部相连通；所述第四出水口与所述第四进水口在所述第一换热器的内部相连通；所述第五出水口与所述第五进水口在所述第二换热器的内部相连通；
所述热泵的第六出水口与供暖用户通过第八管路相连通；所述热泵的第六进水口与供暖用户通过第九管路相连通；
所述第六出水口和所述第六进水口在所述热泵的内部相连通；
所述第二换热器的第七进水口和第七出水口均与所述低温热源相连通；所述第七进水口与所述第七出水口在所述第二换热器的内部相连通；所述第七进水口与所述低温热源之间设置有所述低温热源侧水泵；
所述第一换热器的第八出水口与所述供暖蓄热水箱的第九进水口通过第十管路相连通，所述第一换热器的第八进水口与所述供暖蓄热水箱的第九出水口通过第十一管路相连通；所述第十一管路上设置有所述中间水泵；所述第九出水口与所述第八管路通过第十二管路相连通；
所述第八出水口与所述第八进水口在所述第一换热器的内部相连通；所述第九出水口与所述第九进水口在所述供暖蓄热水箱的内部相连通；
所述第八出水口与所述第七管路通过第十三管路相连通；所述第七管路与所述第九管路通过第十四管路相连通；
所述第五管路与所述第十一管路之间还设置有第十五管路，所述第十五管路上设置有第十三阀门；
所述太阳能集热器的主循环水出口与所述供暖蓄热水箱的第二进水口之间还设置有第四管路；所述第四管路上设置有第一阀门；
所述第一管路上设置有第二阀门，所述第三管路上设置有第三阀门，所述第十管路上设置有第四阀门，所述第六管路上设置有第五阀门，所述第十三管路上设置有第六阀门，所述第七管路上设置有第七阀门，所述第十四管路上设置有第八阀门，所述第十二管路上设置有第九阀门，所述第十一管路上设置有第十阀门，所述第十五管路上设置有第十一阀门，所述第八管路上设置有第十二阀门，所述第九管路上设置有第十三阀门；
所述控制器用于控制所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、所述第五阀门、所述第六阀门、所述第七阀门、所述第八阀门、所述第九阀门、所述第十阀门、所述第十一阀门、所述第十二阀门、所述第十三阀门的开启和关闭；
所述控制器与所述热泵、所述低温热源侧水泵、所述集热泵和所述中间水泵电连接。
可选的，所述第八管路上设置有一末端循环水泵，所述末端循环水泵与所述控制器电连接。
可选的，所述生活热水蓄热水箱上还设置有补水管和用户热水管。
可选的，所述生活热水蓄热水箱上还设置有辅助电加热器，所述辅助电加热器与所述控制器电连接。
可选的，所述第六管路上设置有二次循环泵，所述二次循环泵与所述控制器电连接。
可选的，所述第一出水口和所述第二出水口处均设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器电连接。
本发明还提供一种上述太阳能耦合水源热泵供热采暖系统的使用方法，包括以下五种运行模式：
第一种、太阳能直接加热生活热水模式：生活热水蓄热水箱的第一出水口的出水温度低于生活热水蓄热水箱的设定出水温度时，关闭第一阀门，开启第二阀门和第三阀门，开启集热泵，系统直接利用太阳能集热器加热生活热水蓄热水箱中的水，为热水用户提供生活热水；
第二种、太阳能直接供暖模式：当供暖蓄热水箱的第二出水口水温t高于设定的直供启动温度td时，系统直接利用太阳能热水进行供暖，此时，第一阀门、第三阀门、第四阀门、第六阀门、第八阀门和第九阀门均开启，第二阀门、第五阀门、第七阀门、第十阀门、第十一阀门、第十二阀门和第十三阀门均关闭，并开启末端循环水泵，关闭二次循环泵、热泵、低温热源侧水泵和中间水泵；
第三种、太阳能间接加热热泵供暖模式：当供暖蓄热水箱出口温度t低于设定的直供启动温度td，又高于热泵的最高工作温度th时，此时，第一阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第七阀门、第十阀门、第十二阀门和第十三阀门均开启，第二阀门、第六阀门、第八阀门、第九阀门和第十一阀门均关闭，开启低温热源侧水泵、末端循环水泵、中间水泵、二次循环泵和热泵，供暖蓄热水箱内的热水经过第一换热器将热量传递给低温热源，提升低温热源水进入热泵中的水的温度，通过热泵对用户进行供暖；
第四种、太阳能串联热泵供暖模式：当供暖蓄热水箱出口温度t高于低温热源温度tw且低于热泵的最高工作温度th时，此时，第一阀门、第三阀门、第四阀门、第六阀门、第十一阀门、第十二阀门和第十三阀门均开启，第二阀门、第五阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门和第十阀门均关闭，开启末端循环水泵、热泵和中间水泵，关闭低温热源侧水泵和二次循环泵，供暖蓄热水箱中的热水直接进入热泵进行换热，提高进入热泵的水温，通过热泵对用户进行供暖；
第五种、热泵单独供暖模式：当供暖蓄热水箱出口温度t低于低温热源的温度tw时，此时，第一阀门、第三阀门、第五阀门、第七阀门、第十二阀门和第十三阀门均开启，第二阀门、第四阀门、第六阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门和第十一阀门均关闭，开启低温热源侧水泵、末端循环水泵、二次循环泵和热泵，关闭中间水泵，系统停止从供暖蓄热水箱取热，此时热泵单独运行，热泵提取的热量来自于低温热源。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明中的太阳能耦合水源热泵供热采暖系统及使用方法，主要结构包括太阳能集热器、生活热水蓄热水箱、供暖蓄热水箱、热泵、第一换热器、第二换热器、低温热源侧水泵、集热泵、中间水泵、低温热源和和控制器；通过控制器控制系统中各阀门以及泵的开启和关闭，能够形成不同的加热模式，从而充分利用太阳能同时为用户提供生活热水和供暖。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明太阳能耦合水源热泵供热采暖系统的结构示意图；
图2为本发明太阳能耦合水源热泵供热采暖系统的使用方法中太阳能直接供暖模式的结构示意图；
图3为本发明太阳能耦合水源热泵供热采暖系统的使用方法中太阳能间接加热热泵供暖模式的结构示意图；
图4为本发明太阳能耦合水源热泵供热采暖系统的使用方法中太阳能串联热泵供暖模式的结构示意图；
图5为本发明太阳能耦合水源热泵供热采暖系统的使用方法中热泵单独供暖模式的结构示意图。
附图标记说明：1、太阳能集热器；2、生活热水蓄热水箱；3、供暖蓄热水箱；4、热泵；5a、第一换热器；5b、第二换热器；6、辅助电加热器；7、低温热源侧水泵；8、末端循环水泵；9、集热泵；10、中间水泵；11、二次循环泵；12、低温热源；13a、第一阀门；13b、第二阀门；13c、第三阀门；13d、第四阀门；13e、第五阀门；13f、第六阀门；13g、第七阀门；13h、第八阀门；13i、第九阀门；13j、第十阀门；13k、第十一阀门；13l、第十二阀门；13m、第十三阀门。
具体实施方式
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。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供一种太阳能耦合水源热泵4供热采暖系统，包括太阳能集热器1、生活热水蓄热水箱2、供暖蓄热水箱3、热泵4、第一换热器5a、第二换热器5b、低温热源侧水泵7、集热泵9、中间水泵10、低温热源12和和控制器。
所述太阳能集热器1的主循环水出口与所述生活热水蓄热水箱2的第一进水口通过第一管路相连通，所述生活热水蓄热水箱2的第一出水口与所述供暖蓄热水箱3的第二进水口通过第二管路相连通，所述供暖蓄热水箱3的第二出水口与所述太阳能集热器1的主循环水进口通过第三管路相连通；所述主循环水出口与所述主循环水进口在所述太阳能集热器1的内部相连通；所述第一进水口与所述第一出水口在所述生活热水蓄热水箱2的内部相连通；所述第二进水口与所述第二出水口在所述供暖蓄热水箱3的内部相连通；所述热泵4的第三进水口与所述第一换热器5a的第四出水口通过第五管路相连通，所述第一换热器5a的第四进水口与所述第二换热器5b的第五出水口通过第六管路相连通，所述第二换热器5b的第五进水口与所述热泵4的第三出水口通过第七管路相连通；所述第三进水口与所述第三出水口在所述热泵4的内部相连通；所述第四出水口与所述第四进水口在所述第一换热器5a的内部相连通；所述第五出水口与所述第五进水口在所述第二换热器5b的内部相连通；所述热泵4的第六出水口与供暖用户通过第八管路相连通；所述热泵4的第六进水口与供暖用户通过第九管路相连通；所述第六出水口和所述第六进水口在所述热泵4的内部相连通；所述第二换热器5b的第七进水口和第七出水口均与所述低温热源12相连通；所述第七进水口与所述第七出水口在所述第二换热器5b的内部相连通；所述第七进水口与所述低温热源12之间设置有所述低温热源侧水泵7；所述第一换热器5a的第八出水口与所述供暖蓄热水箱3的第九进水口通过第十管路相连通，所述第一换热器5a的第八进水口与所述供暖蓄热水箱3的第九出水口通过第十一管路相连通；所述第十一管路上设置有所述中间水泵10；所述第九出水口与所述第八管路通过第十二管路相连通；所述第八出水口与所述第八进水口在所述第一换热器5a的内部相连通；所述第九出水口与所述第九进水口在所述供暖蓄热水箱3的内部相连通；所述第八出水口与所述第七管路通过第十三管路相连通；所述第七管路与所述第九管路通过第十四管路相连通；所述第五管路与所述第十一管路之间还设置有第十五管路，所述第十五管路上设置有第十三阀门13m；所述太阳能集热器1的主循环水出口与所述供暖蓄热水箱3的第二进水口之间还设置有第四管路；所述第四管路上设置有第一阀门13a；所述第一管路上设置有第二阀门13b，所述第三管路上设置有第三阀门13c，所述第十管路上设置有第四阀门13d，所述第六管路上设置有第五阀门13e，所述第十三管路上设置有第六阀门13f，所述第七管路上设置有第七阀门13g，所述第十四管路上设置有第八阀门13h，所述第十二管路上设置有第九阀门13i，所述第十一管路上设置有第十阀门13j，所述第十五管路上设置有第十一阀门13k，所述第八管路上设置有第十二阀门13l，所述第九管路上设置有第十三阀门13m；所述控制器用于控制所述第一阀门13a、所述第二阀门13b、所述第三阀门13c、所述第四阀门13d、所述第五阀门13e、所述第六阀门13f、所述第七阀门13g、所述第八阀门13h、所述第九阀门13i、所述第十阀门13j、所述第十一阀门13k、所述第十二阀门13l、所述第十三阀门13m的开启和关闭；所述控制器与所述热泵4、所述低温热源侧水泵7、所述集热泵9和所述中间水泵10电连接。
所述第八管路上设置有一末端循环水泵8，所述末端循环水泵8与所述控制器电连接。
所述生活热水蓄热水箱2上还设置有补水管和用户热水管。
所述生活热水蓄热水箱2上还设置有辅助电加热器6，所述辅助电加热器6与所述控制器电连接。
所述第六管路上设置有二次循环泵11，所述二次循环泵11与所述控制器电连接。
所述第一出水口和所述第二出水口处均设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器电连接。
本实施例还提供一种上述太阳能耦合水源热泵4供热采暖系统的使用方法，包括以下五种运行模式：
第一种、太阳能直接加热生活热水模式：生活热水蓄热水箱2的第一出水口的出水温度低于生活热水蓄热水箱2的设定出水温度时，关闭第一阀门13a，开启第二阀门13b和第三阀门13c，开启集热泵9，系统直接利用太阳能集热器1加热生活热水蓄热水箱2中的水，为热水用户提供生活热水；
第二种、太阳能直接供暖模式：如图2所示，当供暖蓄热水箱3的第二出水口水温t高于设定的直供启动温度td时，系统直接利用太阳能热水进行供暖，此时，第一阀门13a、第三阀门13c、第四阀门13d、第六阀门13f、第八阀门13h和第九阀门13i均开启，第二阀门13b、第五阀门13e、第七阀门13g、第十阀门13j、第十一阀门13k、第十二阀门13l和第十三阀门13m均关闭，并开启末端循环水泵8，关闭二次循环泵11、热泵4、低温热源侧水泵7和中间水泵10；
第三种、太阳能间接加热热泵4供暖模式：如图3所示，当供暖蓄热水箱3出口温度t低于设定的直供启动温度td，又高于热泵4的最高工作温度th时，供暖蓄热水箱3中的热水不经过热泵4中的蒸发器而直接将热量传递到供暖用户一侧，此时，第一阀门13a、第三阀门13c、第四阀门13d、第五阀门13e、第七阀门13g、第十阀门13j、第十二阀门13l和第十三阀门13m均开启，第二阀门13b、第六阀门13f、第八阀门13h、第九阀门13i和第十一阀门13k均关闭，开启低温热源侧水泵7、末端循环水泵8、中间水泵10、二次循环泵11和热泵4，供暖蓄热水箱3内的热水经过第一换热器5a将热量传递给低温热源12，提升低温热源12水进入热泵4中的水的温度，通过热泵4对用户进行供暖；
第四种、太阳能串联热泵4供暖模式：如图4所示，当供暖蓄热水箱3出口温度t高于低温热源12温度tw且低于热泵4的最高工作温度th时，此时，第一阀门13a、第三阀门13c、第四阀门13d、第六阀门13f、第十一阀门13k、第十二阀门13l和第十三阀门13m均开启，第二阀门13b、第五阀门13e、第七阀门13g、第八阀门13h、第九阀门13i和第十阀门13j均关闭，开启末端循环水泵8、热泵4和中间水泵10，关闭低温热源侧水泵7和二次循环泵11，供暖蓄热水箱3中的热水直接进入热泵4进行换热，提高进入热泵4的水温，通过热泵4对用户进行供暖；
第五种、热泵4单独供暖模式：如图5所示，当供暖蓄热水箱3出口温度t低于低温热源12的温度tw时，此时，第一阀门13a、第三阀门13c、第五阀门13e、第七阀门13g、第十二阀门13l和第十三阀门13m均开启，第二阀门13b、第四阀门13d、第六阀门13f、第八阀门13h、第九阀门13i、第十阀门13j和第十一阀门13k均关闭，开启低温热源侧水泵7、末端循环水泵8、二次循环泵11和热泵4，关闭中间水泵10，系统停止从供暖蓄热水箱3取热，此时热泵4单独运行，热泵4提取的热量来自于低温热源12。
需要说明的是，当采用第一种即太阳能直接加热生活热水模式时，系统具体采用哪种供暖模式，取决于供暖蓄热水箱3的第二出水口水温t；且在需要辅助电加热器6对生活热水蓄热水箱2进行辅助加热时，第二阀门13b处于关闭状态，辅助电加热器6加热后的热水只供热水用户使用。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。