一种太阳能耦合辅助能源供热采暖系统的制作方法

本实用新型属于太阳能应用技术领域，涉及一种供热采暖系统，尤其是太阳能耦合辅助能源供热采暖系统。

背景技术：

目前太阳能与燃气壁挂炉耦合应用，进行采暖与供热水的应用形式在高层住宅系统中已经得到了普遍的认可。高层住宅户主较多，太阳能在进行设计配置时，可利用的面积非常有限，考虑到采暖负荷需求的太阳能面积较大，没有安装面积，并且考虑到初投资的可行性，只能进行热水的配置应用。太阳能热水的不连续性需要辅助热源的补充，燃气作为补充能源能够保证恒温热水，热水即开即用，比起传统的电辅助热源经济优势明显，最大程度了应用了太阳能的热量。同时该系统解决了用户的采暖需求，采暖系统与供热水系统相互独立，且采暖末端形式多样。此系统将热水与采暖的需求进行了很好的解决，控制简单，无多余的电磁阀三通阀等电动阀门，大大降低了其故障率，保证了系统的稳定性。

然而，当前太阳能集分系统主要是采用同程连接的方式，串并联组数较多，管路连接较为复杂。由于目前高层建筑的屋顶面积有限，且可利用的安装地块不规则，传统的太阳能集分系统集热器布置安装方式不能满足面积的配置需求，造成每户可利用的太阳能面积不能达到设计要求，从而造成能源的浪费，并且按照传统的布置方式，太阳能集热管路错综杂乱，建筑一体化效果差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种管路连接较为简单，太阳能集热面积利用效率高的太阳能耦合辅助能源供热采暖系统。

为了达到上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种太阳能耦合辅助能源供热采暖系统，包括太阳能集热循环管路单元、太阳能供热循环管路单元、太阳能耦合辅助能源供热水单元以及采暖循环管路单元；所述太阳能集热循环管路单元包括通过管路依次连通的缓冲水箱、集热循环泵和太阳能集热器组；其中，所述太阳能集热器组的入口连接所述集热循环泵的出口，所述太阳能集热器组的出口连接所述缓冲水箱的入口，所述缓冲水箱的出口连接所述集热循环泵的入口；所述太阳能供热循环管路单元包括通过管路依次连通的换热循环泵、换热盘管，以及容纳所述换热盘管的户内储热水箱；其中，所述换热循环泵的进口与所述缓冲水箱的出口连接，出口与所述换热盘管的进口连接，所述换热盘管的出口与所述缓冲水箱的进口连接；所述太阳能耦合辅助能源供热水单元包括辅助能源热水器，所述辅助能源热水器的进口连接所述户内储热水箱的出口连接，出口流出供对应住户所用的生活热水；所述采暖循环单元包括分集水器，所述分集水器的进口连接所述辅助能源热水器的出口，所述分集水器的出口连接所述辅助能源热水器的进口；所述太阳能集热器组包括一个太阳能集热器，或者由两个或两个以上的太阳能集热器串联组成。

所述辅助能源为燃气；优选地，所述辅助能源热水器为燃气壁挂炉。

所述太阳能耦合辅助能源供热采暖系统中，所述太阳能集热循环管路单元和所述换热循环泵位于干路上，为两户或多户共用；所述太阳能供热循环管路单元中除所述换热循环泵以外的部分、所述太阳能耦合辅助能源供热水单元和所述采暖循环单元均位于支路上，每户均配置至少一套；优选地，在多层住宅中，整栋楼的用户共用一套所述太阳能集热循环管路单元和所述换热循环泵，每户配置至少一套所述太阳能供热循环管路单元中除所述换热循环泵以外的部分、所述太阳能耦合辅助能源供热水单元和所述采暖循环单元。

所述太阳能集热器组的回路上设置有膨胀节。

在所述太阳能集热器组的入口管道上设置第一温度传感器，在所述太阳能集热器组的出口管道上设置第二温度传感器，在所述缓冲水箱中设置第三温度传感器以检测缓冲水箱内水的温度，以根据第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器检测的温度，控制开启和关停所述集热循环泵。

所述换热盘管的进口的管道上设置第四温度传感器和入户阀门，所述户内储热水箱内设置第五温度传感器，以根据第四温度传感器检测的供热管路上的热水温度与第五温度传感器检测的户内储热水箱的温度的温差，决定所述入户阀门是否开始，来进行太阳能与所述户内储热水箱的换热。

在所述换热盘管的出口与所述缓冲水箱的进口之间的管道上设置第六温度传感器，在所述缓冲水箱所在的环境中设置第七温度传感器，以根据第三温度传感器、第六传感器和第七传感器检测的温度，来启动或关停所述换热循环泵。

在所述户内储热水箱与所述辅助能源热水器之间的管道上设置有第八温度传感器，以根据第八温度传感器检测的温度来决定所述辅助能源热水器是否进行辅助能源加热，并确保优先使用太阳能提供的热量加热。

所述分集水器连接户内的采暖管路，所述采暖管路包括采暖供水管路和采暖回水管路；优选地，在所述分集水器的采暖回水管路上设置第九温度传感器，在户内环境中设置有第十温度传感器以测量户内的环境温度，以根据第九温度传感器检测的采暖回水的温度，以及第十温度传感器检测的户内环境温度，来决定启动或者关停所述辅助能源热水器。

该太阳能耦合辅助能源供热采暖系统还包括补水单元，所述补水单元连接所述缓冲水箱，以在所述太阳能集热循环管路单元中缺少循环水时向所述缓冲水箱中输送循环水；优选地，所述补水单元包括补水阀门，以通过所述补水阀门开启或停止所述补水单元向所述缓冲水箱输送循环水；进一步优选地，所述补水阀门为电磁阀。

由于采用上述方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型太阳能耦合辅助能源供热采暖系统采用异形太阳能集分系统形式，将太阳能集热循环管路部分的太阳能集热器连接采用串联的形式，有效利用高层屋顶的安装面积，太阳能集热器的进出口连接集热循环泵，温度传感器和缓冲水箱，只需要一个循环回路连接，无其他支管环路，安装简单快捷，省略掉很多管路；为了解决集热的承压与管路的膨胀问题，太阳能集热循环回路上安装膨胀节，采用集热器出口温度T2与缓冲水箱温度T3之间的温差进行集热循环，将太阳能的热量聚集起来。太阳能供热循环通过缓冲水箱温度T3与回水管路温度T6之间的温差进行换热循环泵的开启，入户管路温度T4与户内储热水箱T5之间的温差决定入户阀门是否开启换热盘管换热。太阳能耦合燃气壁挂炉供热循环通过检测户内储热水箱出水温度T8，决定是否开启燃气壁挂炉加热，燃气壁挂炉与户内储热水箱串联，避免掉电动阀门的频繁切换故障率高的问题。采暖回路直接与燃气壁挂炉连接，根据采暖回水温度T9与户内环境温度T10决定壁挂炉是否开启，保证系统的节能。本实用新型解决了高层住宅建筑使用太阳能安装不便以及管路错综复杂的问题，极大地满足了用户舒适热水与舒适采暖的需求。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中太阳能耦合辅助能源供热采暖系统的部分结构的结构示意图之一；

图2为该实施例中太阳能耦合辅助能源供热采暖系统的部分结构的结构示意图之二；

图3为该实施例中太阳能耦合辅助能源供热采暖系统的部分结构的结构示意图之三；

图4为该实施例中太阳能耦合辅助能源供热采暖系统的部分结构的结构示意图之四。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型提出了一种太阳能耦合辅助能源供热采暖系统，该太阳能耦合辅助能源供热采暖系统包括太阳能集热循环管路单元、太阳能供热循环管路单元、太阳能耦合辅助能源供热水单元以及采暖循环管路单元。

太阳能集热循环管路单元包括通过管路依次连通的缓冲水箱1、集热循环泵2和太阳能集热器组3。其中，太阳能集热器组3的入口连接集热循环泵2的出口，太阳能集热器组3 的出口连接缓冲水箱1的入口(缓冲水箱有多个出口和多个入口，在本申请中，其至少有三个入口和两个出口：其中一对出入口连接太阳能集热循环管路单元，另一对出入口连接太阳能供热循环单元，第三个入口连接补水管路)；缓冲水箱1的出口连接集热循环泵2的入口。太阳能集热器组的回路上设置有膨胀节9，以防止管路膨胀。太阳能集热器组包括一个太阳能集热器，或者由两个或两个以上的太阳能集热器串联组成。太阳能集热器组的出口设置为 U型坡状，以防止集热循环停止时集热器中的热水倒流到缓冲水箱1中。图1主要示出了太阳能集热器组3的结构示意图，图2示出了部分太阳能集热器组3和太阳能集热循环管路单元的其余部分，因而结合图1和图2能够得到太阳能集热循环管路单元的结构示意图。

太阳能供热循环管路单元包括通过管路依次连通的换热循环泵4、换热盘管5，以及容纳换热盘管5的户内储热水箱6。其中，换热循环泵4的进口与缓冲水箱1的出口连接，出口与换热盘管5的进口连接，换热盘管5的出口与缓冲水箱1的进口连接。图2右侧示出了太阳能供热循环管路单元靠近缓冲水箱1一侧的结构的示意图，图3的中间部分示出了一个完整的太阳能供热循环管路单元的结构示意图。

太阳能耦合辅助能源供热水单元包括辅助能源热水器，辅助能源热水器的进口连接户内储热水箱6的出口连接，出口流出供对应住户所用的生活热水。本实施例中，该辅助能源为燃气，该辅助能源热水器为燃气壁挂炉7。从图3可以看出太阳能耦合辅助能源供热水单元的结构示意图。

采暖循环单元包括分集水器8，分集水器8的进口连接燃气壁挂炉7的出口，分集水器8 的出口连接燃气壁挂炉7的进口。采暖循环单元还包括户内的采暖管路，分集水器8连接该采暖管路，该采暖管路包括采暖供水管路和采暖回水管路。从图3可以看出采暖循环单元的结构示意图。

该太阳能耦合辅助能源供热采暖系统还包括补水单元，该补水单元连接缓冲水箱1，以在太阳能集热循环管路单元中缺少循环水时向缓冲水箱1中输送循环水。补水单元还包括补水阀门，以通过补水阀门开启或停止补水单元向缓冲水箱输送循环水。补水单元还包括设置在缓冲水箱1中的水位传感器，以检测缓冲水箱1内的水位，以此来确定是否需要补水。本实施例中，该补水阀门为电磁阀。

本实用新型太阳能耦合辅助能源供热采暖系统中，太阳能集热循环管路单元和换热循环泵位于干路上，为两户或多户共用。太阳能供热循环管路单元中除换热循环泵以外的部分、太阳能耦合辅助能源供热水单元和采暖循环单元均位于支路上，每户均配置至少一套。从而，太阳能集热循环管路单元和换热循环泵与每户配置的一套设备串联连接，而各户配置的设备之间为并联连接，结合图1、图2、图3和图4可以看出这样的管路连接方式，图4示出了各户之间的并联连接。

在多层住宅中，整栋楼的用户共用一套太阳能集热循环管路单元和换热循环泵，每户配置至少一套太阳能供热循环管路单元中除换热循环泵以外的部分、太阳能耦合辅助能源供热水单元和采暖循环单元。整栋楼的楼层顶部容纳的多个太阳能集热器串联连接。由此，能够充分利用楼顶面积，将可以容纳的太阳能集热器进行串联连接，使得整个太阳能集热面积的利用率提高，也促进使得整个管道结构更为简单。

在太阳能集热器的入口管道上设置有第一温度传感器1001(以检测集热器入口温度T1)，在太阳能集热器的出口管道上设置有第二温度传感器1002(以检测集热器出口温度T2)，在缓冲水箱中设置有第三温度传感器1003(以检测缓冲水箱温度T3)以检测缓冲水箱内水的温度T3，以根据第一温度传感器1001、第二温度传感器1002和第三温度传感器1003检测的温度，控制开启和关停集热循环泵2。

换热盘管的进口的管道(即入户管道，其与换热盘管连接)上设置第四温度传感器1004 和入户阀门，户内储热水箱内设置第五温度传感器1005，以根据第四温度传感器1004检测的供热管路上的热水温度T4与第五温度传感器1005检测的户内储热水箱的温度T5的温差，决定入户阀门是否开始，来进行太阳能与户内储热水箱的换热。

在换热盘管的出口与缓冲水箱的进口之间的管道上设置第六温度传感器1006(用于检测太阳能换热回水温度T6)，在缓冲水箱所在的环境中设置第七温度传感器1007，以根据第三温度传感器1003、第六传感器1006和第七传感器检测1007的温度，来启动或关停换热循环泵。

在户内储热水箱6与辅助能源热水器7之间的管道上设置有第八温度传感器1008，以根据第八温度传感器1008检测的温度T8来决定辅助能源热水器7是否进行辅助能源加热，并确保优先使用太阳能提供的热量加热。

在分集水器8的采暖回水管道上设置第九温度传感器1009，在户内环境中设置有第十温度传感器1010以测量户内的环境温度，以根据第九温度传感器1009检测的采暖回水的温度 T9，以及第十温度传感器1010检测的户内环境温度T10，来决定启动或者关停辅助能源热水器7。

本实施例中，集热循环的工作按照以下方式进行：条件1温差循环，当集热器出口温度T2- 缓冲水箱温度T3≥8℃时，集热循环泵2启动；当T2-T3＜4℃时，集热循环泵2关闭；条件2定温循环：当T1≥45℃时，集热循环泵2启动；当T1＜45℃时，集热循环泵2停止。当条件1与条件2有其中一个达到运行条件时，集热循环2启动；当条件1与条件2同时达到停止条件时，集热循环泵2停止。当温差循环停止15min后，才允许运行定温循环；在集热循环达到停止条件后，延时运行时间最短10min；当检测到换热循环在运行时，延时运行时间最长30min；集热循环运行周期60min，运行间隔10min。以上参数都可根据具体使用需要进行设定。

本实施例中，换热循环的工作按照以下方式进行：条件1温差循环：当缓冲水箱温度T 3- 太阳能换热回水温度T6≥8℃时，换热循环泵4启动；当T3-T7(T7即缓冲水箱1所在环境的环境温度，由第七温度传感器检测)＜4℃时，换热循环泵4停止；运行周期60min，运行间隔10min；温差循环达到停止条件后，延时运行时间10min；条件2定时循环：当30℃≤T3＜40℃时，换热循环泵4运行10min，停30min；当40℃≤T3＜50℃时，换热循环泵4运行20min，停20min；当50℃≤T3＜60℃时，换热循环泵4运行30min，停15min；当60℃≤T3＜70℃时，换热循环泵4运行40min，停10min；当70℃≤T3＜80℃时，换热循环泵4运行50min，停5min。以上参数都可根据具体使用需要进行设定。

本实施例中，防冻循环的工作按照以下方式进行：有太阳能集热循环管路单元防冻及太阳能供热循环管路单元防冻、上水管路防冻三部分，当T1＜4℃时，集热循环泵2启动；当T1 ≥8℃时，集热循环泵2停止；当T6＜4℃时，换热循环泵4启动，当T6≥8℃时，换热循环泵4 停止。

本实施例中，缓冲水箱防冻保护的工作按照以下方式进行：T3＜15℃时，开防冻保护，缓冲水箱电加热器件11(电加热器件11安装在缓冲水箱1内，便于低温下启动防冻循环) T3＞20℃时，电加热器件11关闭。

本实施例中，上水控制按照以下方式进行：当缓冲水箱水位H1＜60％时，补水电磁阀打开上水，当缓冲水箱水位H1≥80％时，补水电磁阀关闭。

本实施例中，太阳能集热器的过热保护按照以下方式进行：当T3≥95℃时，集热循环泵 2锁闭，当T3＜80℃时，集热循环泵2解锁。

本实施例中，换热循环的工作还按照以下方式进行：在开机状态下，T4-户内储热水箱温度T5≥8℃且非缓冲水箱防冻时，入户电磁阀开启，T4-T5≤4℃且非缓冲水箱防冻时，入户电磁阀关闭。

本实施例中，户内储水箱的高温保护：在开机状态下，T4＞90℃或T5＞75℃时,入户电磁阀强制关闭，开启高温保护。开机状态下，T4≤80℃且T5≤70℃时，入户电磁阀打开，关闭高温保护。

本实施例中，燃气辅助加热按照以下方式进行：开机状态下，水箱进入燃气管路温度T8 ≤用户自行设定值-3℃时，燃气壁挂炉7开启，进行辅助加热，T8≥用户自行设定值时，燃气壁挂炉8关闭。

本实施例中，室内采暖循环控制按照以下方式进行：开机状态下，当户内环境温度T10 ＜用户设定值或者采暖回水管路温度T9＜用户设定值时，燃气壁挂炉7开启，当户内环境温度T10＞用户设定值+2℃时，燃气壁挂炉7关闭。

本实用新型太阳能耦合辅助能源供热采暖系统能够极好地满足用户恒温热水与舒适采暖的需求，能够更好地实现优先使用太阳能热量，达到节能热水与舒适采暖的功能。本实用新型为高层建筑住宅的热水与采暖提供了积极的应对方案，尤其是煤改气地区的多层及高层住宅的用能方案。本实用新型易模块化家电化应用，系统集成性高、便于控制。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。