主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统

技术领域

本发明涉及能源利用技术领域，特别是涉及一种主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统。

背景技术

随着中国工业化、城镇化的加快和人民生活水平的提高，建筑能耗迅速增加，其中冬季有2/3的能耗用于建筑的采暖和热水供应，利用太阳能供热是建筑节能的一个重要途径。中国太阳能资源丰富，有2/3以上地区的年太阳辐照量超过5000MJ/m

发明内容

本发明的目的是提供一种主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统，提高太阳能采暖系统的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统，包括：控制器、采暖房间、在所述采暖房间地面铺设的地板盘管、在所述采暖房间屋顶上设置的太阳能集热器、在所述采暖房间外部设置的低温空气源热泵供热机组、在所述采暖房间内部设置的热泵蓄热水箱和在所述采暖房间南向设置的阳光间；所述太阳能集热器包括太阳能储热水箱；

所述太阳能储热水箱的出水口与所述地板盘管的入水口连接，所述地板盘管的出水口与所述太阳能储热水箱的入水口连接，所述热泵蓄热水箱的第一出水口与所述地板盘管的入水口连接，所述热泵蓄热水箱的第一回水口与所述地板盘管的出水口连接，所述热泵蓄热水箱的第二出水口与所述低温空气源热泵供热机组的入水口连接，所述热泵蓄热水箱的第二回水口与所述低温空气源热泵供热机组的出水口连接；

所述主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统包括室温控制模式，当所述主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统运行在室温控制模式时，所述控制器用于：

根据所述热泵蓄热水箱中水温控制所述低温空气源热泵供热机组的运行；

根据采暖房间的室温控制所述太阳能集热器和所述热泵蓄热水箱的运行。

可选地，在根据所述热泵蓄热水箱中水温控制所述低温空气源热泵供热机组的运行方面，所述控制器具体用于：

当所述热泵蓄热水箱中水温低于第一设定下限温度时，启动所述低温空气源热泵供热机组，直到热泵蓄热水箱中温度高于第一设定上限温度时，停止所述低温空气源热泵供热机组。

可选地，所述太阳能储热水箱出水口的供水管上设置有第一电磁阀，所述太阳能储热水箱入水口的供水管上的第二电磁阀；所述第一出水口的供水管上设置有第三电磁阀，所述第一回水口的供水管上设置有第四电磁阀；所述地板盘管的出水口和所述第二电磁阀之间的供水管上设置有太阳能回水水泵；所述地板盘管的入水口和所述第三电磁阀之间设置有蓄热水箱供水水泵。

可选地，在根据采暖房间的室温控制所述太阳能集热器和所述热泵蓄热水箱的运行方面，所述控制器具体用于：

当所述采暖房间的室温低于设定室温下限时，判断所述太阳能储热水箱内水温是否高于所述太阳能集热器的设定温度上限；

若所述太阳能储热水箱内水温高于所述太阳能集热器的设定温度上限，则打开所述第一电磁阀和所述第二电磁阀，关闭所述第三电磁阀和所述第四电磁阀，开启所述太阳能回水水泵，关闭所述蓄热水箱供水水泵，直到所述室温高于设定室温上限；

若所述太阳能储热水箱内水温低于所述太阳能集热器的设定温度下限，判断热泵蓄热水箱内水温是否大于第二设定上限温度；

若热泵蓄热水箱内水温大于第二设定上限温度，则打开所述第三电磁阀和所述第四电磁阀，关闭所述第一电磁阀和所述第二电磁阀，开启所述蓄热水箱供水水泵，关闭所述太阳能回水水泵，直到所述室温高于设定室温上限；

当所述采暖房间的室温高于设定室温上限时，关闭所述太阳能回水水泵、所述蓄热水箱供水水泵、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀和所述第四电磁阀。

可选地，所述太阳能储热水箱的入水口的水管上设置有伴热带；

所述控制器还用于：

当所述太阳能储热水箱的入水口的水管温度低于第三设定下限温度时，开启所述伴热带，直到所述太阳能储热水箱的入水口的水管温度高于第三设定下限温度时，关闭所述伴热带。

可选地，所述主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统包括时间+室温控制模式，当所述主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统运行在所述时间+室温控制模式时，所述控制器用于：

当时间为第一设定时间段内时，若所述热泵蓄热水箱的水温低于第四设定下限温度，则启动低温空气源热泵供热机组，直到所述热泵蓄热水箱的水温高于第三设定上限温度；当时间不在第一设定时间段内时，低温空气源热泵供热机组停止运行；所述第一设定时间段为12:00-18:00。

可选地，所述主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统包括时间+室温控制模式，当所述主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统运行在所述时间+室温控制模式时，所述控制器还用于：

当所述室温低于设定室温下限时，且时间处于第二设定时间段内，则打开所述第三电磁阀和所述第四电磁阀，关闭所述第一电磁阀和所述第二电磁阀，开启所述蓄热水箱供水水泵，关闭太阳能回水水泵，直到所述室温高于设定室温上限；所述第二设定时间段为6:00-18:00；

当所述室温低于设定室温下限时，且时间处于第三设定时间段内，若所述太阳能储热水箱内水温高于所述太阳能集热器的设定温度上限，则开启所述第一电磁阀和所述第二电磁阀，关闭所述第三电磁阀和所述第四电磁阀，开启太阳能回水水泵，关闭蓄热水箱供水水泵，直到所述室温高于设定室温上限；所述第三设定时间段为18:00-6:00；

当所述室温高于设定室温上限时，关闭所述太阳能回水水泵、所述蓄热水箱供水水泵、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀和所述第四电磁阀。

可选地，还包括补水装置，所述补水装置通过逆止阀与所述第二电磁阀连接。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明采用被动式阳光间和主动式太阳能采暖相结合的方式为地板盘管提供热源，提高了室温的稳定性，实现了太阳能的最大化利用。

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为本发明实施例提供的一种主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的一种主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统结构示意图二；

图3为本发明实施例提供的室温控制模式时工作流程示意图；

图4为本发明实施例提供的时间+室温控制模式时工作流程示意图。

符号说明：

1-太阳能集热器；2-第一电磁阀；4-第二电磁阀；16-第三电磁阀；18-第四电磁阀；3-太阳能水箱温度探头；5-逆止阀；6-补水阀；7-第一水泵阀门；9-第二水泵阀门；13-第三水泵阀门；15-第四水泵阀门；8-太阳能回水水泵；10-地板出水阀门；11-地板进水阀门；12-地板盘管；14-蓄热水箱供水水泵、17-热泵蓄热水箱温度探头；19-热泵供水阀门；20-热泵蓄热水箱；21-热泵回水阀门；22-控制器；23-太阳能集热器供暖信号线；24-太阳能集热器温度信号线；25-伴热带工作信号线；26-伴热带温度信号线；27-辅助热源供暖信号线；28-蓄水箱温度信号线；29-热泵工作信号线；30-伴热带；31-伴热带温度探头；32-室内温度探头；33-室内温度信号线；34-低温空气源热泵供热机组；34-阳光间。

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。

本发明的目的是提供一种主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统，提高太阳能采暖系统的稳定性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例公开了一种主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统，包括：控制器22、采暖房间、在所述采暖房间地面铺设的地板盘管12、在所述采暖房间屋顶上设置的太阳能集热器1、在所述采暖房间外部设置的低温空气源热泵供热机组34、在所述采暖房间内部设置的热泵蓄热水箱20和在所述采暖房间南向设置的阳光间35；所述太阳能集热器1包括太阳能储热水箱。

所述太阳能储热水箱的出水口与所述地板盘管12的入水口连接，所述地板盘管12的出水口与所述太阳能储热水箱的入水口连接，所述热泵蓄热水箱20的第一出水口与所述地板盘管12的入水口连接，所述热泵蓄热水箱20的第一回水口与所述地板盘管12的出水口连接，所述热泵蓄热水箱20的第二出水口与所述低温空气源热泵供热机组34的入水口连接，所述热泵蓄热水箱20的第二回水口与所述低温空气源热泵供热机组34的出水口连接。

所述太阳能储热水箱出水口的供水管上设置有第一电磁阀2，所述太阳能储热水箱入水口的供水管上的第二电磁阀4；所述第一出水口的供水管上设置有第三电磁阀16，所述第一回水口的供水管上设置有第四电磁阀18；所述地板盘管12的出水口和所述第二电磁阀4之间的供水管上设置有太阳能回水水泵8；所述地板盘管12的入水口和所述第三电磁阀16之间设置有蓄热水箱供水水泵14。

作为具体实施方式：太阳能储热水箱出水口通过第一电磁阀2、地板进水阀门11、地板盘管12、地板出水阀门10、第二水泵阀门9、太阳能回水水泵8、第二水泵阀门9、逆止阀5、第二电磁阀4依次相连，然后接入太阳能储热水箱的入水口。

热泵蓄热水箱20内部设有热泵蓄热水箱20温度探头17，外侧设有2个出水口(第一出水口和第二出水口)、2个回水口(第一回水口和第二回水口)和1个泄水口，其中上部的第一出水口通过管道与第三电磁阀16、第四水泵阀门15、蓄热水箱供水水泵14、第三水泵阀门13依次相连，然后接入第一电磁阀2和地板进水阀门11之间的管路上；热泵蓄热水箱20下部的第一回水口通过管道与第四电磁阀18相连，然后接入第二水泵阀门9和地板出水阀门10之间的管路上；热泵蓄热水箱20下部的另第二出水口通过管道与热泵回水阀门21、低温空气源热泵供热机组34、热泵供水阀门19依次相连，然后接入蓄热水箱热泵上部的第二回水口。

本发明主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统还包括补水装置，所述补水装置通过逆止阀5与所述第二电磁阀4连接。补水装置包括补水管路和补水阀6，补水管路设置在第一水泵阀门7和逆止阀5之间，补水管路连接补水阀6。补水装置用于主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统的补水。

太阳能储热水箱的室外管路表面缠有伴热带30。

第一电磁阀2、第二电磁阀4、太阳能回水水泵8通过太阳能集热器供暖信号线23、太阳能水箱温度探头3通过太阳能集热器温度信号线24、伴热带30通过伴热带工作信号线25、伴热带温度探头31通过伴热带温度信号线26、第三电磁阀16、第四电磁阀18、蓄热水箱供水水泵14通过辅助热源供暖信号线27、热泵蓄热水箱20温度探头17通过蓄水箱温度信号线28、低温空气源热泵供热机组34通过热泵工作信号线29以及室内温度探头32通过室内温度信号线33分别与控制器22相连。

本发明一种主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统中包括太阳能集热供暖回路、辅助热源供暖回路、伴热带30防冻回路和控制系统。

太阳能集热供暖回路，由太阳能集热器1、第一电磁阀2、第二电磁阀4、逆止阀5、第一水泵阀门7、第二水泵阀门9、太阳能回水水泵8、地板出水阀门10、地板进水阀门11和地板盘管12构成，太阳能集热供暖回路的工作过程为：第一电磁阀2、第二电磁阀4、地板出水阀门10、地板进水阀门11、第一水泵阀门7、第二水泵阀门9、太阳能回水水泵8处于开启状态，太阳能集热器1将获取的太阳能转变为热能储存在太阳能储热水箱中，热水经第一电磁阀2、地板进水阀门11、地板盘管12、地板出水阀门10、第二水泵阀门9、太阳能回水水泵8、第一水泵阀门7、逆止阀5、第二电磁阀4回到太阳能集热器1中。

辅助热源供暖回路，由热泵蓄水箱、第三电磁阀16、第四电磁阀18、第三水泵阀门13、第四水泵阀门15、蓄水箱供水水泵、地板出水阀门10、地板进水阀门11和地板盘管12构成，辅助热源供暖回路的工作过程为：地板出水阀门10、地板进水阀门11、第三水泵阀门13、第四水泵阀门15、蓄水箱水泵、第三电磁阀16、第四电磁阀18、热泵供水阀门19、热泵回水阀门21为开启状态，热泵产生的热水经热泵供水阀门19进入热泵蓄水箱经热泵回水阀门21流回热泵并将热泵产生的热量储存在热泵蓄水箱；热泵蓄水箱的热水经第三电磁阀16、第四水泵阀门15、蓄水箱供水水泵、第三水泵阀门13、地板进水阀门11、地板盘管12、地板出水阀门10、第四电磁阀18回到热泵蓄水箱。

伴热带30防冻回路，构成部件为伴热带30，伴热带30防冻回路的工作过程为：伴热带30安装在太阳能集热供暖回路的室外管道上，通过控制器22采用定温加热的方式进行控制。

控制系统，由太阳能水箱温度探头3、热泵蓄水箱温度探头、控制器22、太阳能集热器1供暖信号、太阳能集热器1温度信号、伴热带30工作信号、伴热带30温度信号、辅助热源供暖信号、蓄水箱温度信号、热泵工作信号和伴热带温度探头31构成，该控制系统工作过程为：太阳能水箱温度探头3将水温转变为太阳能集热器1温度信号传送到控制器22，控制器22输出太阳能集热器1供暖信号；热泵蓄水箱温度探头将水温转变为蓄水箱温度信号传送到控制器22，控制器22输出热泵工作信号和辅助热源供暖信号；伴热带温度探头31将温度转变为伴热带30温度信号传送到控制器22，控制器22输出伴热带30工作信号；室内温度探头32将室温转变为室温信号传到控制器22，控制器22通过分析太阳能集热器1温度信号、蓄水箱温度信号、伴热带30温度信号输出太阳能集热器1供暖信号、热泵工作信号、辅助热源供暖信号、伴热带30工作信号，且太阳能集热器1供暖信号和辅助热源供暖信号不能同时输出。

本发明一种主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统包括室温控制模式和时间+室温控制模式。

(1)如图3所示，当所述主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统运行在室温控制模式时，所述控制器22用于：

根据所述热泵蓄热水箱20中水温控制所述低温空气源热泵供热机组34的运行；根据采暖房间的室温控制所述太阳能集热器1和所述热泵蓄热水箱20的运行。

i)在根据所述热泵蓄热水箱20中水温控制所述低温空气源热泵供热机组34的运行方面，所述控制器22具体用于：

当所述热泵蓄热水箱20中水温T

ii)以采暖房间室温T

iii)在根据采暖房间的室温控制所述太阳能集热器1和所述热泵蓄热水箱20的运行方面，所述控制器22具体用于：

当所述采暖房间的室温T

若所述太阳能储热水箱内水温T

若所述太阳能储热水箱内水温低于所述太阳能集热器1的设定温度下限T

若热泵蓄热水箱20内水温Tw大于第二设定上限温度T

iv)当所述采暖房间的室温高于设定室温上限T

v)所述太阳能储热水箱的入水口的水管上设置有伴热带30；

所述控制器22还用于：

当所述太阳能储热水箱的入水口的水管温度低于第三设定下限温度T

(2)如图4所示，当所述主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统运行在所述时间+室温控制模式时，所述控制器22用于：

1)以时间和热泵蓄热水箱20中部温度T

2)以采暖房间室温T

3)当所述室温T

当所述室温低于设定室温下限时，且时间处于第三设定时间段内，若所述太阳能储热水箱内水温T

4)当所述室温T

5)当伴热带温度探头31测得的室外水管水温低于伴热带30设定温度T

本发明鉴于被动式太阳房和主动式太阳能采暖系统各自存在的优缺点，采用将两者结合起来的形式，不仅可以保持室温的稳定，而且又可弥补被动式太阳房稳定性差、效率低等缺点，同时，主被动结合的最佳匹配设计不仅可以实现太阳能的最大化利用还可以减少投资。

本发明提供了一种主动式太阳能和被动式太阳能耦合采暖系统，具有系统节能效率高、运行平稳等优势，不仅可以为改善农村室内的热环境状况以及由燃烧生物质、煤炭等固体燃料进行采暖时所产生的室内空气污染状况提供一种切实可行的解决方案，而且可为太阳能采暖应用提供重要的参考价值和工程设计依据。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文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。