适用于调配高低品位热源的采暖及供热系统的制作方法

1.本发明涉及采暖热水联供设备相关技术领域，特别涉及适用于调配高低品位热源的采暖及供热系统。


背景技术：

2.聚光太阳能及热泵技术是两种能效比极高的热利用方法。聚光太阳能是通过聚光的方式把一定面积上的光通过聚光系统汇聚在一个较小区域。区域温度随面积减小而增加。聚光太阳能制热的原理是循环水通过换热管经过集热区域，将区域热量带走并传给用热终端。其循环水温度可达95℃以上，且热效率可达80%。相比于传统平板太阳能制热，聚光太阳能的热利用效率是传统平板太阳能的2倍以上，且出水温度可达85℃以上。
3.空气源热泵按照逆卡诺循环原理工作，制冷剂在低压下蒸发，吸收空气中的热量，然后通过压缩机压缩达到高压状态，制冷剂冷凝将空气中的热量通过换热器传递至循环水中。常规设备供水温度约55℃，热效率可达300%以上。
4.但系统效率随循环水温度升高而降低。聚光太阳能技术在光照条件良好的情况下有极高的热效率及出水温度。空气源热泵在无光条件下可以补充聚光太阳能的供热缺口。实现全天候低碳、高效、稳定地供热。聚光太阳能于空气源热泵的热能品位不等是制约聚光太阳能及空气源热泵协同供热的因素之一，其表现在无法共用一储热装置。因此市面普遍采用聚光太阳能单独供热，或者“平板太阳能+热泵机组”的供热模式实现。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供适用于调配高低品位热源的采暖及供热系统，实现产生高品位热源的高温集热装置与空气源热泵的协同供热。
6.为实现上述目的，本发明适用于调配高低品位热源的采暖及供热系统；所述系统包括温度监控单元、控制单元、高品位热源换热管、高温集热装置、储热水箱、循环泵p1、生活用水水箱换热管、生活用水水箱、电动阀、缓冲水箱、生活用水侧、供暖侧、循环泵p2、电加热棒和空气源热泵单元；所述高品位热源换热管设置在储热水箱内，高温集热装置与高品位热源换热管配合连接；所述生活用水水箱换热管设置在生活用水水箱内，循环泵p1设置在连接储热水箱与生活用水水箱的管路上，电加热棒匹配设置在生活用水水箱内，所述电动阀设置在连接生活用水水箱换热管进出水口的旁路上；所述缓冲水箱通过管路与储热水箱连接；所述生活用水侧与生活用水水箱通过管路连接；所述供暖侧与通过管路与储热水箱连接；所述循环泵p2位于所述缓冲水箱出水侧的管路上；所述空气源热泵单元通过管路与缓冲水箱连接；所述控制单元与温度监控单元连接，且控制单元分别与循环泵p1、循环泵p2、电加热棒、电动阀和空气源热泵单元配合连接。
7.优选的，所述温度监控单元包括储热水箱温度计、供热回水温度计、供热出水温度计、缓冲水箱温度计和生活水箱温度计；所述储热水箱温度计设置在储热水箱内，所述供热回水温度计和供热出水温度计分别匹配设置在储热水箱的回水管路及供水管路上；所述缓
冲水箱温度计配合设置缓冲水箱内，生活水箱温度计配合设置在生活水箱内。
8.优选的，所述控制单元包括温度采集模块、逻辑判断模块、执行模块、空气源热泵单元通信模块、高温集热装置通信模块和人机交互界面通信模块；通过温度采集模块与温度监控单元连接，用于读取温度信息，逻辑判断模块根据预定的控制流程逻辑判断是否满足设定的运行逻辑条件，然后通过执行模块控制循环泵p1、循环泵p2、电动阀和电加热棒的开启；所述空气源热泵单元通信模块用于与空气源热泵单元通信连接；所述高温集热装置通信模块用于与高温集热装置通信连接，人机交互界面通信模块用于和外部人机界面交互。
9.优选的，所述循环泵p1的控制系统包括s1、s2、s3和s4开关；s1为生活水箱温控联动开关；s2为缓冲水箱温控联动开关；s3为防冻功能联动开关；s4为供暖功能启停开关；循环泵p1的启停受开关s1，s2，s3，s4控制，s4为常闭开关；当s4闭合，s2，s3任意开关闭合后循环泵p1运行；当s1闭合，直接启动循环泵p1；s1断开后循环泵p1停止；s2和s3全部断开或者s4断开后循环泵p1停止。
10.优选的，所述生活用水水箱通过太阳能和/或电加热棒进行加热；本系统的温度控制点包括t
生活上限
、t
生活下限
、t
供暖上限
、t
供暖下限
和t
防冻下限
；太阳能加热开启，且生活水箱温度计的温度低于设定温度t
生活下限
时，控制单元闭合s1以启动循环泵p1，并将电动阀关闭；储热水箱中热水进入生活用水水箱换热管加热生活用水水箱中的水；当此监测点温度高于设定温度t
生活上限
后，控制单元打开电动阀，并断开s1以关闭循环泵p1；至此完成太阳能对生活用水水箱的加热；直到太阳能热水功能开启。
11.优选的，电加热棒加热开启时，当生活水箱温度计的温度低于设定温度t
生活下限
时，控制单元接通电加热棒对生活用水进行加热，当此监测点温度高于设定温度t
生活上限
后，控制单元断开电加热棒；至此完成对生活用水水箱的电加热。
12.优选的，当启用供暖功能后，若缓冲水箱水温低于设定温度t
供暖下限
时，控制单元闭合s2以启动循环泵p1；循环泵p1开启后储热水箱中热水进入缓冲水箱；当此监测点水温高于设定温度t
供暖上限
时，控制单元断开s2以关闭循环泵p1；当关闭供暖功能后，控制单元关闭空气源热泵单元及循环泵p2。
13.优选的，所述供热回水温度计用于水循环管路防冻；当此监测点温度低于设定温度t
防冻下限
后，控制单元闭合s3以启动循环泵p1；经过60秒延时后控制单元断开s3以关闭循环泵p1。
14.优选的，空气源热泵单元启动运行后断开s4以关闭储热水箱对缓冲水箱的供热。
15.有益效果：本发明通过控制单元采集所有温度信号并控制所有循环泵及电动阀工作；实现了一体化采暖供热水系统。能够有效调配高品位热源与低品位热源；物理隔离供暖用水与生活用水，保证供暖用水不受污染；储热能力强，可保证用户冬季供暖，及全年供热水需求。所用硬件模块均为市面上常见模块无需定制开发，降低硬件开发成本。
附图说明
16.图1为本发明系统原理图；图2为本发明控制系统原理框图；
图3为本发明中的循环泵p1控制原理图；图中1-控制单元、2-供热回水温度计、3-储热水箱温度计、4-高品位热源换热管、5-高温集热装置、6-储热水箱、7-供热出水温度计、8-循环泵p1、9-缓冲水箱温度计、10-生活用水水箱换热管、11-生活用水水箱、12-电动阀、13-缓冲水箱、14-生活用水侧、15-供暖侧、16-循环泵p2、17-空气源热泵单元、18-电加热棒、19-缓冲水箱温度计。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：如图所示，图1是所述采暖供热水设备的系统原理图。
18.高温集热装置（5）产生的热量通过高品位热源换热管（4）存储至储热水箱（6）中。储热水箱温度计（3）安装于储热水箱（6）内。缓冲水箱（13）与储热水箱（6）通过管路连接。供热回水温度计（2）安装在储热水箱（6）的回水管路上；供热出水温度计（7）安装在储热水箱（6）的出水管路上。电动阀（12）安装于连接生活用水水箱换热管（10）进出水口的一段旁路上。
19.电动阀（12）关闭情况下，储热水箱（6）中的高温热水在循环泵p1（8）的推动下进入生活用水水箱（11）中的生活用水水箱换热管（10）中，并加热生活用水水箱（11）中的冷水，然后到达缓冲水箱（13）。
20.生活用水侧（14）与生活用水水箱（11）通过管路连接；生活用水水箱（11）内装有电加热棒（18）。生活水箱温度计（9）安装在生活用水水箱（11）内。缓冲水箱温度计（19）安装在缓冲水箱（13）内。空气源热泵单元（17）通过管路与缓冲水箱（13）连接。
21.缓冲水箱（13）与供暖侧（15）通过管路连接。循环泵p2（16）位于所述管路的缓冲水箱出水侧。缓冲水箱（13）中的热水在循环泵p2（13）的推动下进入供暖侧（15）为用户终端提供采暖用热。
22.控制单元（1）控制用于采集所有温度信号并控制所有循环泵及电动阀工作。
23.本系统用于高温集热装置（5）与空气源热泵单元（17）协同采暖及供热水的系统。所述高温集热装置（5）为可以将水加热到85℃以上的制热单元；所述空气源热泵单元（17）为最高出水温度不超过60℃的空气源热泵机组。所述储热水箱（6）中的储热用水与高温集热装置（5）中的导热工质通过高品位热源换热管（4）物理隔离。所述储热水箱（6）的类型为带保温的非承压水箱，其保温层厚度不小于50mm，内胆为304不锈钢。所述缓冲水箱（13）的类型为带保温的承压保温水箱，内胆为304不锈钢。其保温层厚度不小于50mm。所述生活用水水箱（11）为带换热管的承压保温水箱。其保温层厚度不小于50mm，承压能力不小于0.7mpa。
24.储热水箱温度计（3）安装于储热水箱的垂直高度的1/2处，以储热水箱（6）外表面为基准测量，其插入水箱内部深度不小于25cm。生活水箱温度计（9）安装于生活用水水箱内，以生活用水水箱（11）外表面为基准测量，其插入水箱内部深度不小于15cm。缓冲水箱温度计（19）安装于缓冲水箱（13）的垂直高度的1/2处，以缓冲水箱（13）外表面为基准测量，其插入水箱内部深度不小于25cm。供热回水温度计（2）安装与连接储热水箱（6）与缓冲水箱（13）的回水管路中点附近。供热出水温度计（7）安装与储热水箱出水管路处。
25.图2是本发明控制系统原理框图。控制单元（1）内嵌温度采集模块（101），逻辑判断
模块（102）、执行模块（103）、空气源热泵单元通信模块（104），高温集热装置通信模块（105）和人机交互界面通信模块（106）。通过温度采集模块（101）可读取储热水箱温度计（3）、生活水箱温度计（9）、缓冲水箱温度计（19）、供热回水温度计（2）和供热出水温度计（7）的温度信息，逻辑判断模块（102）根据预定的控制流程逻辑判断是否满足设定的运行逻辑条件，然后通过执行模块（103）控制循环泵p1（8）、循环泵p2（16）、电动阀（12）和电加热棒（18）的开启。空气源热泵单元通信模块（104）负责与空气源热泵单元（17）通信。高温集热装置通信模块（105）负责与高温集热装置（5）通信，人机交互界面通信模块（106）用于和外部人机界面交互。
26.图3是循环泵p1的控制原理图。s1为生活水箱温控联动开关；s2为缓冲水箱温控联动开关；s3为防冻功能联动开关；s4为供暖功能启停开关。循环泵p1的启停受开关s1，s2，s3，s4控制，s4为常闭开关。当s4闭合，s2，s3任意开关闭合后循环泵p1运行。当s1闭合，直接启动循环泵p1。s1断开后循环泵p1停止。s2，s3全部断开或者s4断开后循环泵p1停止。
27.本系统配合以下控制流程实现供暖、供热水功能：生活用水水箱（11）的加热可通过太阳能加热也可以通过电加热棒（18）进行电加热。生活水箱温度计（9）用于监测生活用水水箱（11）水温并与循环泵p1（8），电动阀（12）联动实现太阳能热水功能，或者与电加热棒（18）联动实现电热水功能。
28.本系统的温度控制点有t
生活上限
、t
生活下限、
t
供暖上限、
t
供暖下限
和t
防冻下限
，均可自定义设置。其中t
生活上限
的自定义区间为（50℃～80℃），t
生活下限
的自定义区间为（40℃～70℃），t
供暖上限
的自定义区间为（35℃～75℃），t
供暖下限
的自定义区间为（30℃～70℃）。t
防冻下限
的自定义区间为（4℃～15℃）。
29.当太阳能加热功能开启，且生活水箱温度计（9）的温度低于设定温度t
生活下限
时，控制单元（1）闭合s1以启动循环泵p1（8），并将电动阀（12）关闭。储热水箱（6）中热水进入生活用水水箱换热管（10）加热生活用水水箱（11）中的水。当此监测点温度高于设定温度t
生活上限
后，控制单元（1）打开电动阀（12），并断开s1以关闭循环泵p1（8）。至此完成太阳能对生活用水水箱（11）的加热。
30.当太阳能热水功能关闭时，控制单元（1）断开s1，且将电动阀（12）置于打开状态。直到太阳能热水功能开启。
31.电加热棒加热功能开启时，当生活水箱温度计（9）的温度低于设定温度t
生活下限
时，控制单元（1）接通电加热棒（18）对生活用水进行加热，当此监测点温度高于设定温度t
生活上限
后，控制单元（1）断开电加热棒（18）。至此完成对生活用水水箱（11）的电加热。电热水功能关闭后，控制单元断开电加热棒（18）。
32.通过控制单元（1）可手动控制循环泵p2（16）的启停，从而实现供暖功能的启用和关闭。
33.缓冲水箱温度计（19）用于监测缓冲水箱（13）中的水温。当启用供暖功能后，若缓冲水箱水温低于设定温度t
供暖下限
时，控制单元（1）闭合s2以启动循环泵p1（8）。循环泵p1（8）开启后储热水箱（6）中热水进入缓冲水箱（13）。当此监测点水温高于设定温度t
供暖上限
时，控制单元（1）断开s2以关闭循环泵p1（8）。当关闭供暖功能后，控制单元关闭空气源热泵单元（17）及循环泵p2（16）。
34.供热回水温度计（2）用于水循环管路防冻。当此监测点温度低于设定温度t
防冻下限
后，控制单元（1）闭合s3以启动循环泵p1（8），经过60秒延时后控制单元（1）断开s3以关闭循环泵p1（8）。
35.空气源热泵单元（17）启动运行后断开s4以关闭储热水箱对缓冲水箱的供热。
36.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明技术方案而非限制，参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.适用于调配高低品位热源的采暖及供热系统；其特征在于：所述系统包括温度监控单元、控制单元、高品位热源换热管、高温集热装置、储热水箱、循环泵p1、生活用水水箱换热管、生活用水水箱、电动阀、缓冲水箱、生活用水侧、供暖侧、循环泵p2、电加热棒和空气源热泵单元；所述高品位热源换热管设置在储热水箱内，高温集热装置与高品位热源换热管配合连接；所述生活用水水箱换热管设置在生活用水水箱内，循环泵p1设置在连接储热水箱与生活用水水箱的管路上，电加热棒匹配设置在生活用水水箱内，所述电动阀设置在连接生活用水水箱换热管进出水口的旁路上；所述缓冲水箱通过管路与储热水箱连接；所述生活用水侧与生活用水水箱通过管路连接；所述供暖侧与通过管路与储热水箱连接；所述循环泵p2位于所述缓冲水箱出水侧的管路上；所述空气源热泵单元通过管路与缓冲水箱连接；所述控制单元与温度监控单元连接，且控制单元分别与循环泵p1、循环泵p2、电加热棒、电动阀和空气源热泵单元配合连接。2.根据权利要求1所述的采暖及供热系统；其特征在于：所述温度监控单元包括储热水箱温度计、供热回水温度计、供热出水温度计、缓冲水箱温度计和生活水箱温度计；所述储热水箱温度计设置在储热水箱内，所述供热回水温度计和供热出水温度计分别匹配设置在储热水箱的回水管路及供水管路上；所述缓冲水箱温度计配合设置缓冲水箱内，生活水箱温度计配合设置在生活水箱内。3.根据权利要求2所述的采暖及供热系统；其特征在于：所述控制单元包括温度采集模块、逻辑判断模块、执行模块、空气源热泵单元通信模块、高温集热装置通信模块和人机交互界面通信模块；通过温度采集模块与温度监控单元连接，用于读取温度信息，逻辑判断模块根据预定的控制流程逻辑判断是否满足设定的运行逻辑条件，然后通过执行模块控制循环泵p1、循环泵p2、电动阀和电加热棒的开启；所述空气源热泵单元通信模块用于与空气源热泵单元通信连接；所述高温集热装置通信模块用于与高温集热装置通信连接，人机交互界面通信模块用于和外部人机界面交互。4.根据权利要求3所述的采暖及供热系统；其特征在于：所述循环泵p1的控制系统包括s1、s2、s3和s4开关；s1为生活水箱温控联动开关；s2为缓冲水箱温控联动开关；s3为防冻功能联动开关；s4为供暖功能启停开关；循环泵p1的启停受开关s1，s2，s3，s4控制，s4为常闭开关；当s4闭合，s2，s3任意开关闭合后循环泵p1运行；当s1闭合，直接启动循环泵p1；s1断开后循环泵p1停止；s2和s3全部断开或者s4断开后循环泵p1停止。5.根据权利要求4所述的采暖及供热系统；其特征在于：所述生活用水水箱通过太阳能和/或电加热棒进行加热；本系统的温度控制点包括t
生活上限
、t
生活下限
、t
供暖上限
、t
供暖下限
和t
防冻下限
；太阳能加热开启，且生活水箱温度计的温度低于设定温度t
生活下限
时，控制单元闭合s1以启动循环泵p1，并将电动阀关闭；储热水箱中热水进入生活用水水箱换热管加热生活用水水箱中的水；当此监测点温度高于设定温度t
生活上限
后，控制单元打开电动阀，并断开s1以关闭循环泵p1；至此完成太阳能对生活用水水箱的加热；直到太阳能热水功能开启。6.根据权利要求5所述的采暖及供热系统；其特征在于：电加热棒加热开启时，当生活水箱温度计的温度低于设定温度t
生活下限
时，控制单元接通电加热棒对生活用水进行加热，当此监测点温度高于设定温度t
生活上限
后，控制单元断开电加热棒；至此完成对生活用水水箱的电加热。7.根据权利要求5所述的采暖及供热系统；其特征在于：当启用供暖功能后，若缓冲水
箱水温低于设定温度t
供暖下限
时，控制单元闭合s2以启动循环泵p1；循环泵p1开启后储热水箱中热水进入缓冲水箱；当此监测点水温高于设定温度t
供暖上限
时，控制单元断开s2以关闭循环泵p1；当关闭供暖功能后，控制单元关闭空气源热泵单元及循环泵p2。8.根据权利要求5所述的采暖及供热系统；其特征在于：所述供热回水温度计用于水循环管路防冻；当此监测点温度低于设定温度t
防冻下限
后，控制单元闭合s3以启动循环泵p1；经过60秒延时后控制单元断开s3以关闭循环泵p1。9.根据权利要求5所述的采暖及供热系统；其特征在于：所述空气源热泵单元启动运行后，断开s4以关闭储热水箱对缓冲水箱的供热。

技术总结
本发明涉及适用于调配高低品位热源的采暖及供热系统；所述系统包括温度监控单元、控制单元、高品位热源换热管、高温集热装置、储热水箱、循环泵P1、生活用水水箱换热管、生活用水水箱、电动阀、缓冲水箱、生活用水侧、供暖侧、循环泵P2、电加热棒和空气源热泵单元。所述控制单元包括温度采集模块、逻辑判断模块、执行模块、空气源热泵单元通信模块、高温集热装置通信模块和人机交互界面通信模块。本发明通过控制单元采集所有温度信号并控制所有循环泵及电动阀工作；实现了一体化采暖供热水系统；能够有效调配高品位热源与低品位热源；物理隔离供暖用水与生活用水，保证供暖用水不受污染；储热能力强。储热能力强。储热能力强。


技术研发人员：郑翔南 刘振强 李强 陈伟 张松田
受保护的技术使用者：中船重工海为郑州高科技有限公司新疆分公司 中船重工海为郑州高科技有限公司 新疆海为新能电力工程有限公司
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/7/12