一种基于多种清洁能源的模块化组合式智能供热系统的制作方法

本发明属于集中供热，是一种基于多种清洁能源的模块化组合式智能供热系统。

背景技术：

冬季北方地区燃煤供热导致雾霾加剧，弃风弃光严重，可再生清洁能源的优势变得愈发显著。太阳能集热供热可以低成本为人们供热及提供生活热水，但单独采用太阳能供热系统存在负荷难以保证、受天气情况变化影响、连续性差等大问题；太阳能跨季节储热供热技术可以有效利用夏季丰富的太阳能资源，但其热量储存不稳定，技术尚未完全成熟，冬季供热时可利用热量相对不稳定。

空气源热泵虽然能最大程度节约电能，绿色环保，使用寿命高，但受室外气温波动影响气体运动极不稳定，且存在供热量与供热季节的需热量不一致的弱点；水源热泵因水资源区域差别使其大面积推广应用受到限制；生物质锅炉供热既绿色环保又经济，而且生物质是可再生能源，供热制约条件少，形式灵活，但生物质能的利用存在资源供应能力不足，资源分散，原料收集成本高等问题。

从上述问题可以看出，几种能源供热技术在单独使用时均会受到自身资源状况的影响，并且一旦出现故障没有替代热源，导致供热系统运行安全性与稳定性差，所以提出了多种能源系统模块化组合的想法，在单一能源供热不足的情况下实现多种能源耦合作用，为城乡集中供热管网无法覆盖的公共建筑、企业园区、居民小区提供稳定充足的生活用热，基于这些问题，我们开发了一种能源模块化组合智慧供热系统。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的缺点，提供一种具有多种可再生能源互补特点的智能供热系统，将太阳能跨季节储热，水源空气源热泵及生物质锅炉有机组合起来，经济有效智能地向热用户进行供暖。

本发明解决技术问题的方案是：一种基于多种清洁能源的模块化组合式智能供热系统,它包括热网系统和热用户，其特征是：还包括热源集成模块互补供热系统和源-网-荷协调的智慧控制系统，所述热源集成模块互补供热系统包括热源集成模块、短期蓄热水箱和第一换热器，所述热源集成模块的热水出口与所述短期蓄热水箱的蓄热进口连接、热水进口与短期蓄热水箱的蓄热出口连接，在热源集成模块的热水进口与短期蓄热水箱的蓄热出口之间设置第一循环泵，所述短期蓄热水箱的取热出口通过热网系统与热用户的供热给水连接、取热进口通过热网系统与热用户的供热回水连接，所述源-网-荷协调的智慧控制系统分别与热源集成模块的截止阀和循环泵电连接，源-网-荷协调的智慧控制系统分别与短期蓄热水箱、热源集成模块的跨季节蓄热水箱和热用户信号连接。

所述热源集成模块包括跨季节蓄热水箱、主给水管、主回水管、第一循环泵、太阳能供热单元、水源供热回路、空气源供热回路和生物质锅炉供热回路，所述跨季节蓄热水箱通过作为热源集成模块热水出口的主给水管与短期蓄热水箱的蓄热进口连接、通过作为热源集成模块热水进口的主回水管与短期蓄热水箱的蓄热出口连接，在主回水管上设置第一循环泵，在主给水管上设置第一截止阀，在主回水管上、第一循环泵与跨季节蓄热水箱之间设置第二截止阀，跨季节蓄热水箱、主给水管、短期蓄热水箱、第一循环泵和主回水管构成跨季节蓄热水箱供热回路；所述太阳能供热单元与跨季节蓄热水箱连接，将太阳能转换的热能储存在跨季节蓄热水箱内，太阳能供热单元与跨季节蓄热水箱供热回路共同构成太阳能供热回路；所述水源供热回路将跨季节蓄热水箱的热能经过若干次热交换，转换为水源供热回路的热水为热用户供热；所述空气源供热回路将空气能经过若干次热交换，转换为空气源供热回路的热水为热用户供热；所述生物质锅炉供热回路将生物质燃烧产生的热能转换为生物质锅炉供热回路的热水为热用户供热。

所述太阳能供热单元的结构是：它包括太阳能集热器、第二换热器、第二循环泵和第三循环泵，所述太阳能集热器的出口与所述第二换热器的供热通道入口连通、入口与第二换热器的供热通道出口连通，在第二换热器的供热通道出口设置第二循环泵，太阳能集热器、第二换热器供热通道和第二循环泵构成太阳能热交换循环回路；第二换热器的取热通道出口通过第三截止阀与跨季节蓄热水箱的蓄热入口连接、取热通道入口通过第四截止阀与跨季节蓄热水箱的蓄热出口连接，在第二换热器的取热通道入口处设置第三循环泵，第二换热器取热通道、跨季节蓄热水箱和第三循环泵构成跨季节热交换循环回路，太阳能集热器获得的热能通过太阳能热交换循环回路与跨季节热交换循环回路在第二换热器的热交换、升高温度后储存在跨季节蓄热水箱。

所述水源供热回路包括水源换热器、热泵和第三换热器，所述水源换热器的供热通道入口与主给水管通过三通阀连接在第一截止阀与跨季节蓄热水箱之间、供热通道出口与主回水管连接，在水源换热器的供热通道入口处设置第五截止阀，水源换热器的供热通道、主回水管、跨季节蓄热水箱和主给水管形成跨季节蓄热水箱与水源换热器的第一热交换循环回路；水源换热器的取热通道出口与热泵连接、并通过热泵与第三换热器的供热通道入口连接，水源换热器的取热通道入口通过第六截止阀与第三换热器的供热通道出口连接，水源换热器的取热通道、热泵、第三换热器的供热通道形成水源换热器与第三换热器的第二热交换循环回路；第三换热器的取热通道出口通过第七截止阀与主给水管连接、且通过主给水管与短期蓄热水箱的蓄热进口连接，接口位于第一截止阀与短期蓄热水箱之间，第三换热器的取热通道入口与主回水管通过第八截止阀连接、并通过主回水管与第一循环泵和短期蓄热水箱的蓄热出口连接，接口位于第二截止阀与第一循环泵之间，形成第三换热器与短期蓄热水箱的第三热交换回路，跨季节蓄热水箱的热能经过第一热交换循环回路、第二热交换循环回路、第三热交换回路的依次热交换，转换为水源供热回路的热水为热用户供热。

所述空气源供热回路包括空气源换热器，所述空气源换热器的供热通道与外界连通，空气源换热器的取热通道出口与热泵连接、并通过热泵与第三换热器的供热通道入口连接，空气源换热器的取热通道入口通过第九截止阀与第三换热器的供热通道出口连接，空气源换热器的取热通道、热泵和第三换热器的供热通道形成空气源换热器与第三换热器的第四热交换循环回路，第四热交换循环回路与第三热交换回路热交换，转换为空气源供热回路的热水为热用户供热。

所述生物质锅炉供热回路包括生物质锅炉和第四换热器，所述生物质锅炉的供热出口与第四换热器的供热通道入口连接、供热入口与第四换热器的供热通道出口连接，所述第四换热器的取热通道出口通过第十截止阀与主给水管连接、且通过主给水管与短期蓄热水箱的蓄热进口连接，接口位于第一截止阀与短期蓄热水箱之间，第四换热器的取热通道入口通过第十一截止阀与主回水管连接、并通过主回水管与第一循环泵和短期蓄热水箱的蓄热出口连接，接口位于第二截止阀与第一循环泵之间，转换为生物质锅炉供热回路的热水为热用户供热。

在所述跨季节蓄热水箱和短期蓄热水箱内均分别设置相变蓄热体，体内填充复合相变材料。

在所述跨季节蓄热水箱和短期蓄热水箱内均分别设置温度传感器。

所述源-网-荷协调的智慧控制系统与第一截止阀～第十一截止阀、三通阀、第一循环泵～第三循环泵、第一换热器～第四换热器和太阳能集热器电连接，源-网-荷协调的智慧控制系统与跨季节蓄热水箱和短期蓄热水箱内均分别设置的温度传感器和热用户信号连接。

所述太阳能集热器为真空管太阳能集热器。

本发明的工作过程是：

1当阳光充足、且跨季节蓄热水箱供热回路不供热时，打开第三截止阀和第四截止阀，启动第二循环泵和第三循环泵，太阳能集热器将收取的太阳能通过太阳能热交换循环回路与跨季节热交换循环回路在第二换热器的热交换、升高温度后储存在跨季节蓄热水箱，当跨季节储热水箱温度到达指定温度时，关闭第三截止阀、第四截止阀、第二循环泵和第三循环泵。

2当跨季节储热水箱中热量满足供热需求时，切断水源供热回路、空气源供热回路和生物质锅炉供热回路，打开第一截止阀、第二截止阀和三通阀的左右通路，关闭第五截止阀～第十一截止阀，启动第一循环泵，即可开太阳能供热回路为热用户供热；

3当跨季节储热水箱中热量不满足供热需求时，同时开通跨季节蓄热水箱供热回路、空气源供热回路和水源供热回路，其过程是：室外温度较高时，打开第五截止阀～第九截止阀和三通阀的左中通路，关闭第一截止阀、第二截止阀、第十截止阀和第十一截止阀，启动空气源换热器、第三换热器和第一循环泵，关闭水源换热器，即可开通太阳能供热回路和空气源供热回路为热用户供热；室外温度较低时，打开第五截止阀～第八截止阀和三通阀的左中通路，关闭第一截止阀、第二截止阀、第九截止阀～第十一截止阀，启动水源换热器、第三换热器和第一循环泵，关闭空气源换热器，即可开通太阳能供热回路和水源供热回路为热用户供热；

4当需要调峰时，打开第十截止阀和第十一截止阀，关闭第一截止阀、第二截止阀、第五截止阀～第九截止阀，启动生物质锅炉、第四换热器和第一循环泵，即可开通生物质锅炉供热回路为用户供热；

5当多种能源模块互补运行时，源-网-荷协调的智慧控制系统根据跨季节蓄热水箱和短期蓄热水箱内均分别设置的温度传感器传输的信号和热用户传输的信号，通过控制第一截止阀～第十一截止阀的开度、三通阀的方向切换和开度、第一循环泵～第三循环泵的启动或关闭、第一换热器～第四换热器的启动或关闭，开通热源集成模块的各供热循环回路，以满足用户热负荷变化。

本发明的有益效果是：避免了一次能源的使用，在满足用户供热需求的情况下，节能、环保，同时，智慧控制系统可根据用户热负荷及环境因素能预测出热负荷变化，并对热源进行模块启动配置，达到技术经济性最优。

附图说明

图1为本发明的基于多种清洁能源的模块化组合式智能供热系统的结构示意图。

图中，1太阳能集热器，2第二换热器，3跨季节蓄热水箱，4水源换热器，5空气源换热器，6热泵，7第三换热器，8生物质锅炉，9第四换热器，10短期蓄热水箱，11第一换热器，12热用户，13第二循环泵，14第三循环泵，15第一循环泵，v1第三截止阀，v2第四截止阀，v3第五截止阀，v4第一截止阀，v5第二截止阀，v6第六截止阀，v7第九截止阀，v8第七截止阀，v9第八截止阀，v10第十截止阀，v11第十一截止阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参见图1，实施例1，本实施例一种基于多种清洁能源的模块化组合式智能供热系统,它包括热网系统和热用户，还包括热源集成模块互补供热系统和源-网-荷协调的智慧控制系统，所述热源集成模块互补供热系统包括热源集成模块、短期蓄热水箱10和第一换热器15，所述热源集成模块的热水出口与所述短期蓄热水箱10的蓄热进口连接、热水进口与短期蓄热水箱10的蓄热出口连接，在热源集成模块的热水进口与短期蓄热水箱10的蓄热出口之间设置第一循环泵15，所述短期蓄热水箱10的取热出口通过热网系统与热用户的供热给水连接、取热进口通过热网系统与热用户的供热回水连接，所述源-网-荷协调的智慧控制系统分别与热源集成模块的截止阀和循环泵电连接，源-网-荷协调的智慧控制系统分别与短期蓄热水箱10、热源集成模块的跨季节蓄热水箱3和热用户信号连接。

所述热源集成模块包括跨季节蓄热水箱3、主给水管、主回水管、第一循环泵15、太阳能供热单元、水源供热回路、空气源供热回路和生物质锅炉供热回路，所述跨季节蓄热水箱3通过作为热源集成模块热水出口的主给水管与短期蓄热水箱10的蓄热进口连接、通过作为热源集成模块热水进口的主回水管与短期蓄热水箱10的蓄热出口连接，在主回水管上设置第一循环泵15，在主给水管上设置第一截止阀v4，在主回水管上、第一循环泵15与跨季节蓄热水箱3之间设置第二截止阀v5，跨季节蓄热水箱3、主给水管、短期蓄热水箱10、第一循环泵15和主回水管构成跨季节蓄热水箱供热回路；所述太阳能供热单元与跨季节蓄热水箱3连接，将太阳能转换的热能储存在跨季节蓄热水箱3内，太阳能供热单元与跨季节蓄热水箱供热回路共同构成太阳能供热回路；所述水源供热回路将跨季节蓄热水箱3的热能经过若干次热交换，转换为水源供热回路的热水为热用户供热；所述空气源供热回路将空气能经过若干次热交换，转换为空气源供热回路的热水为热用户供热；所述生物质锅炉供热回路将生物质燃烧产生的热能转换为生物质锅炉供热回路的热水为热用户供热。

所述太阳能供热单元的结构是：它包括太阳能集热器1、第二换热器2、第二循环泵13和第三循环泵14，所述太阳能集热器1的出口与所述第二换热器2的供热通道入口连通、入口与第二换热器2的供热通道出口连通，在第二换热器2的供热通道出口设置第二循环泵13，太阳能集热器1、第二换热器2的供热通道和第二循环泵13构成太阳能热交换循环回路；第二换热器2的取热通道出口通过第三截止阀v1与跨季节蓄热水箱3的蓄热入口连接、取热通道入口通过第四截止阀v2与跨季节蓄热水箱3的蓄热出口连接，在第二换热器2的取热通道入口处设置第三循环泵14，第二换热器2的取热通道、跨季节蓄热水箱3和第三循环泵14构成跨季节热交换循环回路，太阳能集热器1获得的热能通过太阳能热交换循环回路与跨季节热交换循环回路在第二换热器2的热交换、升高温度后储存在跨季节蓄热水箱3。

所述水源供热回路包括水源换热器4、热泵6和第三换热器7，所述水源换热器4的供热通道入口与主给水管通过三通阀16连接在第一截止阀v4与跨季节蓄热水箱3之间、供热通道出口与主回水管连接，在水源换热器4的供热通道入口处设置第五截止阀v3，水源换热器4的供热通道、主回水管、跨季节蓄热水箱3和主给水管形成跨季节蓄热水箱3与水源换热器4的第一热交换循环回路；水源换热器4的取热通道出口与热泵6连接、并通过热泵6与第三换热器7的供热通道入口连接，水源换热器4的取热通道入口通过第六截止阀v6与第三换热器7的供热通道出口连接，水源换热器4的取热通道、热泵6、第三换热器7的供热通道形成水源换热器4与第三换热器7的第二热交换循环回路；第三换热器7的取热通道出口通过第七截止阀v8与主给水管连接、且通过主给水管与短期蓄热水箱10的蓄热进口连接，接口位于第一截止阀v4与短期蓄热水箱10之间，第三换热器7的取热通道入口与主回水管通过第八截止阀v9连接、并通过主回水管与第一循环泵15和短期蓄热水箱10的蓄热出口连接，接口位于第二截止阀v5与第一循环泵15之间，形成第三换热器7与短期蓄热水箱10的第三热交换循环回路，跨季节蓄热水箱3的热能经过第一热交换循环回路、第二热交换循环回路、第三热交换循环回路的依次热交换，转换为水源供热回路的热水为热用户供热。

所述空气源供热回路包括空气源换热器5，所述空气源换热器5的供热通道与外界连通，空气源换热器5的取热通道出口与热泵6连接、并通过热泵6与第三换热器7的供热通道入口连接，空气源换热器5的取热通道入口通过第九截止阀v7与第三换热器7的供热通道出口连接，空气源换热器5的取热通道、热泵6和第三换热器7的供热通道形成空气源换热器5与第三换热器7的第四热交换循环回路，第四热交换循环回路与第三热交换回路热交换，转换为空气源供热回路的热水为热用户供热。

所述生物质锅炉供热回路包括生物质锅炉8和第四换热器9，所述生物质锅炉8的供热出口与第四换热器9的供热通道入口连接、供热入口与第四换热器9的供热通道出口连接，所述第四换热器9的取热通道出口通过第十截止阀v10与主给水管连接、且通过主给水管与短期蓄热水箱10的蓄热进口连接，接口位于第一截止阀v4与短期蓄热水箱10之间，第四换热器9的取热通道入口通过第十一截止阀v11与主回水管连接、并通过主回水管与第一循环泵15和短期蓄热水箱10的蓄热出口连接，接口位于第二截止阀v5与第一循环泵15之间，转换为生物质锅炉供热回路的热水为热用户供热。

在所述跨季节蓄热水箱3和短期蓄热水箱10内均分别设置相变蓄热体，体内填充复合相变材料。

在所述跨季节蓄热水箱3和短期蓄热水箱10内均分别设置温度传感器。

所述源-网-荷协调的智慧控制系统与第一截止阀v4～第十一截止阀v11、三通阀16、第一循环泵15～第三循环泵14、第一换热器15～第四换热器9、热泵6和太阳能集热器1电连接，源-网-荷协调的智慧控制系统与跨季节蓄热水箱3和短期蓄热水箱10内均分别设置的温度传感器和热用户信号连接。

本实施例采用现有技术制造，所述智慧控制系统、第一截止阀v4～第十一截止阀v11、三通阀16、第一循环泵15～第三循环泵14、热泵6、温度传感器和太阳能集热器1均为现有技术的市售产品

本实施例用于储热，在阳光充足、且跨季节蓄热水箱供热回路不供热时，打开第三截止阀v1和第四截止阀v2，启动第二循环泵13和第三循环泵14，太阳能集热器1将收取的太阳能通过太阳能热交换循环回路与跨季节热交换循环回路在第二换热器2内热交换、升高温度后储存在跨季节蓄热水箱3，当跨季节储热水箱温度到达指定温度时，关闭第三截止阀v1、第四截止阀v2、第二循环泵13和第三循环泵14。

实施例2，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：采用太阳能供热回路为热用户供热，其过程是：当跨季节储热水箱中热量满足供热需求时，切断水源供热回路、空气源供热回路和生物质锅炉供热回路，打开第一截止阀v4、第二截止阀v5和三通阀16的左右通路，关闭第五截止阀v3～第十一截止阀v11，启动第一循环泵15，即可开太阳能供热回路为热用户供热。

实施例3，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：由于跨季节储热水箱中热量不满足供热需求，同时开通跨季节蓄热水箱供热回路、空气源供热回路和水源供热回路，其过程是：室外温度较高时，打开第五截止阀v3～第九截止阀v7和三通阀16的左中通路，关闭第一截止阀v4、第二截止阀v5、第十截止阀v10和第十一截止阀v11，启动空气源换热器5、第三换热器7和第一循环泵15，关闭水源换热器4，即可开通太阳能供热回路和空气源供热回路为热用户供热；室外温度较低时，打开第五截止阀v3～第八截止阀v9和三通阀16的左中通路，关闭第一截止阀v4、第二截止阀v5、第九截止阀v7～第十一截止阀v11，启动水源换热器4、第三换热器7和第一循环泵15，关闭空气源换热器5，即可开通太阳能供热回路和水源供热回路为热用户供热；

实施例4，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：开通生物质锅炉供热回路用于需要调峰，其过程是：打开第十截止阀v10和第十一截止阀v11，关闭第一截止阀v4、第二截止阀v5、第五截止阀v3～第九截止阀v7，启动生物质锅炉8、第四换热器9和第一循环泵15，即可开通生物质锅炉供热回路为用户供热；

实施例5，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：采用多种能源模块互补运行，其过程是：源-网-荷协调的智慧控制系统根据跨季节蓄热水箱3和短期蓄热水箱10内均分别设置的温度传感器传输的信号和热用户传输的信号，通过控制第一截止阀v4～第十一截止阀v11的开度、三通阀16的方向切换和开度、第一循环泵15～第三循环泵14的启动或关闭、第一换热器15～第四换热器9的启动或关闭，热源集成模块的各供热循环回路相互耦合开通，随机产生太阳能，电能，生物质能，并将其热量输入到短期蓄热水箱10中，以满足用户热负荷变化。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。同时上述实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，对于本领域的普通技术人员而言，本发明的技术方案是可以对其进行改进或替换的，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。