一种智能夜间蓄热太阳能供暖系统的制作方法

1.本发明属于建筑供暖技术领域，涉及一种太阳能供暖系统，特别涉及一种智能夜间蓄热太阳能供暖系统。


背景技术：

2.现有的建筑取暖设施多采用电、煤气等作为能源,此类传统取暖方式需要消耗大量的煤炭资源和电力资源，但是电、煤气等属于不可再生资源,且需要一定的设备转化取用才能获得,成本高,而且其消耗后的产物对环境也存在很大的污染。而太阳能取之不尽，用之不竭，是无污染、可再生的清洁能源，所以近年采用太阳能供暖成为一种趋势,太阳能供暖系统利用太阳能集热管收集太阳辐射并转化成热能，以液体作为传热介质，以水作为蓄热介质,热量经由散热部件送至室内进行供暖。
3.但太阳能在地球表面的能源密度较低，并且太阳辐射热量有季节、昼夜的规律变化,同时还受阴晴云雨等随机因素的强烈影响,故太阳辐射热量具有很大不稳定性。而且由于太阳能集热与建筑供暖热负荷需求具有波动性和不同步性等特征,导致要利用太阳能必须要解决太阳能的间隙性和不可靠性问题。现有的解决方案是在太阳能利用系统中设置蓄热装置提高太阳能的利用效率，配置辅助能源保证足够的供暖热量。采用电辅助供暖把高品位的电能转化为低品位的热能，能源利用率低，且电价较高，目前为了节约能源,太阳能供暖系统辅助能源往往会优先考虑配置空气源热泵。利用储热水箱蓄热由于成本低廉、系统可靠性强等特征,是目前最为普遍的蓄热形式。
4.就现有的技术而言，太阳能辅助供暖系统不能在太阳能不足的情况下进行持续性的供热,局限性较强，供暖能力不足。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种智能夜间蓄热太阳能供暖系统，用以克服现有技术中单独太阳能供暖局限性较强、供暖能力不足的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供一种智能化太阳能供暖系统，该系统包括，
7.太阳能集热器(1)，用以收集太阳辐射能，将光能转化为热能，收集的热能能够对所述太阳能集热器(1)中的水进行加热；
8.储热水箱(5)，其与所述太阳能集热器(1)相连，用以储存所述太阳能集热器(1)加热后的热水；
9.电热装置(3)，其用以在夜间利用电能向建筑提供供暖，所述电热装置与所述储热水箱(5)相连，用以在夜间对储热水箱(5)内的水进行加热；
10.末端供暖装置(12)，其用以连接外部待供暖建筑，并与所述电热装置(3)和所述储热水箱(5)分别相连；所述末端供暖装置(12)白天与所述储热水箱(5)相连，夜晚与所述电热装置(3)相连；
11.控制器(4)，其用以信号的传输与接收，起到对所述供暖系统的总控制作用；
12.太阳能循环水泵(2)，其设置在所述太阳能集热器(1)和所述储热水箱(5)之间，用以将太阳能集热器(1)加热后的水运输到储热水箱(5)中，同时把储热水箱(5)的水运输到太阳能集热器(1)中；所述太阳能循环水泵(2)的启动受所述太阳能集热器(1)出水口处的水温控制，太阳能集热器(1)出水口处设置有温度计(13)，所述温度计(13)与所述控制器(4)相连，所述温度计(13)实时监测太阳能集热器(1)出水口处的水温，并将所监测的水温信息传递给控制器(4)；所述太阳能循环水泵(2)的停止受所述储热水箱(5)中的水温控制，储热水箱(5)中设置有温度探头(8)，所述温度探头与所述控制器(4)相连，所述温度探头(8)实时监测储热水箱(5)中的水温，并将所监测的水温信息传递给控制器(4)；
13.第一电动三通阀(14)和电热循环水泵(17)，设置在所述电热装置(3)与所述储热装置(5)之间，所述第一电动三通阀(14)的转动受所述控制器(4)的控制，用以实现电热装置(3)对储热水箱(5)中的水进行加热；所述储热装置(5)中设置有换热器(6)，所述换热器(6)能够将所述电热装置(3)加热后的热水运输到储热水箱(5)中以对储热水箱(5)中的水进行加热；
14.第二电动三通阀(15)、第三电动三通阀(16)和末端循环水泵(11)，设置在所述末端供暖装置(12)和所述储热水箱(5)、所述电热装置(3)之间，所述第二电动三通阀(15)和所述第三电动三通阀(16)的转动受所述控制器(4)的控制，用以实现在白天利用储热水箱(5)储蓄的热水对末端供暖装置(12)进行供暖，在夜晚利用电热装置(3)对建筑进行供暖。
15.所述控制器(4)与气象预测网站相连，能够提前获取第二天天气信息，并根据天气信息计算所述储热水箱(5)当晚所需储热量，以控制夜晚时间所述电热装置(3)将所述储热水箱(5)中的水加热到所需温度；
16.所述供暖系统在白天优先选用太阳能对储热水箱(5)内的水进行加热，在夜间选用电能通过电热装置(3)对储热水箱(5)中的水进行加热。
17.进一步地，控制器(4)内设置有所述太阳能集热器(1)中水的温度评价参数wj，当采用太阳能对太阳能集热器(1)内的水进行加热时，所述温度计(13)实时监测加热水温ws，并将监测结果传递至所述控制器(4)，控制器(4)将监测到的实时水温ws与温度评价参数wj进行对比，
18.当ws≥wj时，所述控制器(4)判定太阳能集热器(1)中水的温度达到所设置的太阳能集热器(1)中水的温度评价参数wj，控制器(4)控制所述太阳能循环水泵(2)启动，太阳能循环水泵(2)将所述太阳能集热器(1)加热后的水运输到所述储热水箱(5)中，同时，将储热水箱(5)中原有的水运输到太阳能集热器(1)中，以使太阳能集热器(1)对储热水箱(5)中的水进行循环加热，使得水温不断升高；
19.当ws＜wj时，所述控制器(4)判定所述太阳能集热器(1)中水的温度不足，控制器(4)控制太阳能集热器(1)继续采集太阳能，以对太阳能集热器(1)中的水进行加热，使得水温不断升高，所述温度计(13)实时监测所述太阳能集热器(1)中的水温ws，直至ws≥wj。
20.进一步地，所述控制器(4)内还设置有储热水箱(5)中水的最高温度预设值wz，所述温度探头(8)实时监测储热水箱(5)的水温wc，并将监测结果传递至所述控制器(4)，控制器(4)将监测的水温wc与最高温度预设值wz进行对比，
21.当wc＜wz时，所述控制器(4)控制所述太阳能循环水泵(2)继续将所述太阳能集热器(1)加热后的水运送到所述储热水箱(5)中；
22.当wc≥wz时，所述控制器(4)控制所述太阳能循环水泵(2)停止工作，以停止所述太阳能集热器(1)对所述储热水箱(5)中的水加热。
23.进一步地，所述供暖系统在夜间通过所述电热装置(3)对所述末端供暖装置(12)进行供暖时，所述控制器(4)控制第二电动三通阀(15)和第三电动三通阀(16)转动，同时，所述末端循环水泵(11)启动，使电热装置(3)输出的热水流入末端供暖装置(12)，末端供暖装置(12)输出的冷水流入电热装置(3)，以实现循环供暖。
24.进一步地，当进行夜间供暖，同时所述控制器(4)提前获取到第二天天气为阴天时，控制器(4)判定所述电热装置(3)还需要加热所述储热水箱(5)中的水进行储热，以满足建筑在第二天白天的供暖需求；
25.所述控制器(4)内设置有建筑在白天的供暖需求热量值qb，控制器(4)从气象预测网站中获取第二天白天最低温度t1，用以计算所述储热水箱(5)中热水所需温度wa，wa＝qb
÷c÷
m t1 t，其中，c为水的比热容，m为储热水箱(5)中水的质量，t为储热水箱(5)所需水温计算补偿参数。
26.进一步地，当进行夜间供暖时，所述温度探头(8)实时监测所述储热水箱(5)中水的温度wb，并将监测结果传递至所述控制器(4)，控制器(4)将监测到的水温wb与所需温度wa进行对比，
27.当wb≥wa时，所述控制器(4)判定储热水箱(5)中的热水所储蓄的热量足够为建筑提供第二天白天所需供暖热量，控制器(4)控制所述电热装置(3)不对储热水箱(5)中的水进行加热；
28.当wb＜wa时，所述控制器(4)判定储热水箱(5)中的热水所储蓄的热量不足以为建筑提供第二天白天所需供暖热量，控制器(4)控制所述电热装置(3)对储热水箱(5)中的水进行加热。
29.进一步地，当所述控制器(4)判定储热水箱(5)中的热水所储蓄的热量不足以提供第二天白天所需供暖热量，控制器(4)控制所述电热装置(3)对储热水箱(5)中的水进行加热时，所述控制器控制所述第一电动三通阀(14)转动，同时启动所述电热循环水泵(17)，将所述电热装置(3)加热后的水运输到换热器(6)中以对储热水箱(5)中的水进行加热，同时将换热器(6)中经过储热水箱(5)后的冷却水运输到电热装置(3)中，以进行循环加热，不断使储热水箱(5)中的水温度升高，所述温度探头(8)实时监测储热水箱(5)中水的温度wb’，并将监测结果传递至所述控制器(4)，控制器(4)将wb’与温度wa进行对比，
30.当wb’≥wa时，所述控制器(4)判定所述储热水箱(5)中储蓄的热量足够为建筑进行第二天白天供暖，控制器(4)控制所述第一电动三通阀(14)旋转，同时所述电热循环水泵(17)停止工作，以使电热装置停止加热储热水箱(5)中的水；
31.当wb’＜wa时，所述控制器(4)判定所述储热水箱(5)中储蓄的热量不足以为建筑进行第二天白天供暖，控制器(4)判定所述电热循环水泵(17)继续工作，所述电热装置(3)继续对储热水箱(5)中的水进行加热，直至wb’≥wa。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果在于，
33.当采用智能夜间蓄热太阳能供暖系统时，在白天优先选用太阳能对所述储热水箱(5)内的水进行加热，以对建筑进行供暖；在夜间选用电能通过所述电热装置(3)对建筑提供供暖；若白天阴天或者太阳强度不够，则所述供暖系统将利用前一晚所述储热水箱(5)储
蓄的热量为建筑进行供暖，将太阳能加热和电加热相结合，实现加热与储能一体化，避免了恶劣天气造成的储热不足，在满足所述供暖系统不受时间天气影响的同时，降低了供暖成本，提升了所述供暖系统的供暖能力。
34.进一步地，当所述控制器(4)接收到气象系统第二天的天气预报信息后，通过建筑所需要的供暖需求减去预测的所述太阳能集热器(1)的集热量得到所述储热水箱(5)需要提前储蓄的热量，再利用水储热公式计算得到储热水箱(5)储蓄这些热量所需要到达的温度，将所需温度与所述储热水箱(5)中水的实际温度进行比较，所述控制器(4)判定是否需要启动所述电热装置(3)加热储热水箱(5)中的水进行储热，实现了所述供暖系统与气象条件结合，智能预测未来一天的太阳能集热器(1)的集热量，能够精确地计算储热水箱(5)在前一晚所需的蓄热量，以准确调控夜间电热装置的加热需求，降低了所述供暖系统的运行成本。
35.进一步地，当所述控制器(4)获取到第二天天气为晴天时，控制器(4)判定第二天白天采用所述太阳能集热器(1)收集太阳能对所述储热水箱(5)中的水进行加热，以对建筑进行供暖；当所述控制器(4)获取到第二天天气为阴天时，控制器(4)判定所述电热装置(3)在当晚需要对储热水箱(5)中的水进行加热，以储蓄热量，在第二天白天时对建筑进行供暖，保证了所述供暖系统不受时间天气的影响。
36.进一步地，所述控制器(4)判定所述电热装置(3)对所述储热水箱(5)中的水进行加热时，需要计算储热水箱(5)中热水所需要到达的温度；所述控制器(4)在设置储热水箱(5)中的水所需温度时，同时设置有水温计算补偿参数，灵活调整储热水箱(5)中储存的热量，避免了第二天实际天气与预报天气不同导致的储热不足，同时也避免了储热水箱(5)中在夜间因热量损失而导致的储热不足，大大增强了所述供暖系统的供暖能力。
附图说明
37.图1为本发明所述智能夜间蓄热太阳能供暖系统的结构示意图。
具体实施方式
38.为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
39.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
40.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。
41.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.请参阅图1所示，其为本发明所述智能夜间蓄热太阳能供暖系统的结构示意图。
43.本发明公布的所述智能夜间蓄热太阳能供暖系统，包括：
44.太阳能集热器1，用以收集太阳辐射能，将光能转化为热能，收集的热能能够对所述太阳能集热器1中的水进行加热；
45.储热水箱5，其与所述太阳能集热器1相连，用以储存所述太阳能集热器1加热后的热水；
46.电热装置3，其用以在夜间利用电能向建筑提供供暖，所述电热装置与所述储热水箱5相连，用以在夜间对储热水箱5内的水进行加热；
47.末端供暖装置12，其用以连接外部待供暖建筑，并与所述电热装置3和所述储热水箱5分别相连；所述末端供暖装置12白天与所述储热水箱5相连，夜晚与所述电热装置3相连；
48.控制器4，其用以信号的传输与接收，起到对所述供暖系统的总控制作用；
49.太阳能循环水泵2，其设置在所述太阳能集热器1和所述储热水箱5之间，用以将太阳能集热器1加热后的水运输到储热水箱5中，同时把储热水箱5的水运输到太阳能集热器1中；所述太阳能循环水泵2的启动受所述太阳能集热器1出水口处的水温控制，太阳能集热器1出水口处设置有温度计13，所述温度计13与所述控制器4相连，所述温度计13实时监测太阳能集热器1出水口处的水温，并将所监测的水温信息传递给控制器4；所述太阳能循环水泵2的停止受所述储热水箱5中的水温控制，储热水箱5中设置有温度探头8，所述温度探头与所述控制器4相连，所述温度探头8实时监测储热水箱5中的水温，并将所监测的水温信息传递给控制器4；
50.第一电动三通阀14和电热循环水泵17，设置在所述电热装置3与所述储热装置5之间，所述第一电动三通阀14的转动受所述控制器4的控制，用以实现电热装置3对储热水箱5中的水进行加热；所述储热装置5中设置有换热器6，所述换热器6能够将所述电热装置3加热后的热水运输到储热水箱5中以对储热水箱5中的水进行加热；
51.第二电动三通阀15、第三电动三通阀16和末端循环水泵11，设置在所述末端供暖装置12和所述储热水箱5、所述电热装置3之间，所述第二电动三通阀15和所述第三电动三通阀16的转动受所述控制器4的控制，用以实现在白天利用储热水箱5储蓄的热水对末端供暖装置12进行供暖，在夜晚利用电热装置3对建筑进行供暖。
52.白天，当采用太阳能对太阳能集热器1内的水进行加热时，所述温度计13实时监测加热水温，当水温到达所设定温度时，太阳能循环水泵2启动，将太阳能集热器1加热后的水运输到所述储热水箱5中，进行循环加热；所述储热水箱5中的温度探头8实时监测储热水箱5中的水温，当温度到达设定温度时，太阳能循环水泵2停止工作；
53.夜晚，所述控制器4启动所述电热装置3启动，控制器4控制第二电动三通阀15和第三电动三通阀16转动，同时所述末端循环水泵11启动，将电热装置3加热后的水运输到末端供暖装置12进行供暖；当所述控制器4获取到第二天太阳强度不够的信息时，所述电热装置3还需加热储热水箱5中的水进行蓄热；所述控制器4控制第一电动三通阀14转动，同时电热循环水泵17启动，将电热装置3加热后的热水运输到换热器6中对储热水箱5中的水进行加热。
54.在本实施例中，wj＝60℃，wz＝70℃；
55.在晴朗的白天，所述控制器4判定所述太阳能集热器1吸收太阳能对所述储热水箱5中的水加热，以对建筑进行供暖；太阳能集热器1吸收太阳能后，先对太阳能集热器1中的水进行加热，所述温度计13实时检测太阳能集热器1中的水温，当水温到达60℃时，控制器4判定太阳能循环水泵2启动，将太阳能集热器1中的热水运输至储热水箱5中，进行储蓄热量，以对建筑进行供暖；同时储热水箱中的温度探头8实时检测储热水箱5中的水温，当水温未到达75℃时，控制器4判定太阳能循环水泵2继续工作，将被太阳能集热器1加热的更高温度的水运输至储热水箱5中，同时储热水箱5中的水运输到太阳能集热器1中加热，以此循环，直至储热水箱5中的水温到达75℃，此时控制器4控制太阳能循环水泵2停止工作，以停止对储热水箱5中水的加热。
56.晚上，所述供暖系统从气象预报系统中获取第二天的天气信息，第二天天气晴朗，太阳光照足够强烈，所述控制器4判定电热装置3只需向末端供暖装置12提供供暖；当所述供暖系统夜间通过电热装置3对末端供暖装置12进行供暖时，所述控制器4控制第三电动三通阀16转动，使末端供暖装置12输出的冷水流入电热装置3，同时，所述控制器4控制第二电动三通阀15转动，使经过电热装置3输出的热水流入末端供暖装置12，以实现循环供暖。
57.晚上，所述供暖系统从气象预报系统中获取第二天的天气信息，第二天天气阴天，太阳光照强度较弱，不足以支撑第二天白天建筑的供暖需求，所述控制器4判定电热装置3向末端供暖装置12提供供暖的同时，还需要加热储热水箱5中的水，进行蓄热；所述控制器4用供暖建筑的热负荷减去预测的太阳能集热器1的集热量计算出储热水箱5在夜间谷电时段需要储存的蓄热量，在利用水储热公式计算出储热水箱5中的水满足所需储热量后的水温；控制器4控制所述电热循环水泵17启动，同时转动第一电动三通阀14，使所述电热装置3加热后的水流入储热水箱5，同时，使储热水箱5中的水流入电热装置3，进行循环加热，不断使储热水箱5中的水温度升高直至到达所需温度。
58.在阴天时，白天太阳辐射强度低，水温达不到60℃，所述太阳能循环水泵2无法启动，所述供暖系统只靠储热水箱5在前一天夜晚通过电热装置3储存的热量对建筑进行供暖；晚上，所述供暖系统自动控制电热装置3向建筑进行供暖，同时根据计算的预测所需储热量控制用电蓄热部分的启闭，进行蓄热。
59.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
60.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。