采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统

1.采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统，包括太阳能集能器、换热式热水器水箱、辅助加热炉、空调采暖装置，其特征在于换热式热水器水箱是包括一换热式加热水箱与储热水箱的复合式水箱，太阳能集能器经集热循环泵和循环管路与换热式加热水箱的两个循环水进出管口连接，换热式加热水箱与储热水箱一体或分体设置，换热式加热水箱与储热水箱管路间连有一换热循环泵，空调采暖装置经供热循环泵、辅助加热炉与换热式加热水箱管路相连，系统按照空调采暖优先模式控制换热式加热水箱与储热水箱的工作温度，即采暖时换热式加热水箱向空调采暖装置供应热水的温度低于储热水箱设定的进水温度，制冷时换热式加热水箱向空调采暖装置供应热水的温度高于或等于储热水箱设定的进水温度。
2.根据权利要求1所述的采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统，其特征在于所述的储热水箱的热水输出供热管路上连有所述的辅助加热炉，所述的辅助加热炉是燃气炉、或是燃油炉、或是燃气/燃油复合式加热炉。
3.根据权利要求1或2所述的采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统，其特征在于所述的辅助加热炉是一进一出、或二进二出或是多进多出接口的辅助加热炉，所述辅助加热炉是燃气炉、或是燃油炉、或是燃气/燃油复合式加热炉。
4.根据权利要求3所述的采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统，其特征在于所述的一进一出、或二进二出或是多进多出接口的辅助加热炉间分别经分叉或合并管口进行连接后互换替代。
5.根据权利要求1所述的采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统，其特征在于所述的太阳能集能器是立面竖置安装的三维太阳能光热集能器或三维太阳能光热光电混合集能器。
6.根据权利要求1所述的采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统，其特征在于所述的换热式加热水箱中带有峰谷电辅助加热装置。
7.根据权利要求1所述的采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统，其特征在于所述的空调采暖装置部分带有经管路并联连接的热水型制冷设备及其空调降温装置。
8.根据权利要求7所述的采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统，其特征在于所述的热水型制冷设备是热水型溴化锂吸收式制冷机或是太阳能空调热泵。
9.根据权利要求1所述的采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统，其特征在于所述的供热循环泵与换热式加热水箱经管路串联后的两端带有经管路并联连接的金属固体式峰谷电蓄热电热水箱。
10.根据权利要求7所述的采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统，其特征在于所述的空调降温装置中带有蓄冷水箱，蓄冷水箱内置有相变蓄冷剂。

采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统，属太阳能利用技术领域。\n背景技术\n[0002] 建筑能耗主要包括采暖、空调、热水供应、通风、照明与家电等，其中以空调采暖占最大的比重，其次为热水供应，因此，采暖地区的冬季，利用太阳能的热水与空调采暖系统应采用空调采暖优先的工作模式是不容置疑的。太阳能是可再生能源，太阳热水系统具有无污染、节能、环保、安全等显著特点，因此，建筑热水和空调采暖系统的配置和选择中，采用太阳热水及空调采暖系统无疑有着极大的优势，但是现有采用燃气、燃油热水器及电加热作为并列辅助热源的太阳热水及空调采暖系统中还存在着不足：一是在采用生活热水与采暖热水分离的原则下，输出生活热水或采暖热水的温度受相互间不同负荷变化的影响较大，如：气温下降采暖负荷量增大时，生活热水的输出温度会达不到输出要求；同样，当白天如中午以前，需用生活热水用量加大时，采暖热量的供应也会达不到输出要求，因此，两种热水供应的质量都不够稳定，这样就使得辅助加热装置启动频率过高，也使得使用成本升高；二是在给定采暖运行模式下还不能根据能源成本进行优先模式选择使用和取得系统太阳能利用率的最大化，包括白天优先使用太阳能及夜间优先使用峰谷电能、并使水箱与系统的的工作温度设置取得和太阳能集热器的效率最大化工作温度段相匹配，因此，太阳能的实际利用效率还不够高，这就使得系统使用成本偏高；三是燃气或燃油辅助加热装置数量增加使得系统设置的经济性降低，与建筑室内一体化的结合程度变差，因此，存在对系统进一步改进、提高太阳能利用率与降低成本的必要。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足提出一种可将生活热水供应与空调采暖用途结合起来、可实现太阳能集能、低价峰谷电能源利用和燃气或燃油辅助加热炉三者结合互补利用、并能达到输出生活热水或空调采暖热水的温度不受相互间不同负荷变化的影响、两种热水供应质量稳定的、采用燃气/燃油辅助加热的太阳能热水供应与空调采暖系统，在给定空调采暖运行优先模式下，使系统能达到优先选择使用低成本、低污染能源和使太阳能利用率最大化的效果，降低系统设置成本与使用成本。\n[0004] 本发明是通过以下技术方案来实现的：采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统，包括太阳能集能器、换热式热水器水箱、辅助加热炉、空调采暖装置，其特征在于换热式热水器水箱是包括一换热式加热水箱与储热水箱的复合式水箱，太阳能集能器经集热循环泵和循环管路与换热式加热水箱的两个循环水进出管口连接，换热式加热水箱与储热水箱可一体或分体设置，换热式加热水箱与储热水箱管路间连有一换热循环泵，空调采暖装置经供热循环泵、辅助加热炉与换热式加热水箱管路相连，系统按照空调采暖优先模式控制换热式加热水箱与储热水箱的工作温度，即采暖时换热式加热水箱向空调采暖装置供应热水的温度低于储热水箱设定的进水温度，制冷时换热式加热水箱向空调采暖装置供应热水的温度高于或等于储热水箱设定的进水温度。所述的储热水箱的热水输出供热管路上连有辅助加热炉，所述的辅助加热炉是燃气炉、或是燃油炉、或是燃气/燃油复合式加热炉。所述的辅助加热炉是一进一出、或二进二出或是多进多出接口的辅助加热炉，所述辅助加热炉是燃气炉、或是燃油炉、或是燃气/燃油复合式加热炉。所述的一进一出、或二进二出或是多进多出接口的辅助加热炉间可分别经分叉或合并管口进行连接后互换替代。\n所述的太阳能集能器是可立面竖置安装的三维太阳能光热集能器或三维太阳能光热光电混合集能器。所述的换热式加热水箱中可带有峰谷电辅助加热装置。。所述的空调采暖装置部分可带有经管路并连连接的热水型制冷设备及其空调降温等装置。所述的热水型制冷设备是热水型溴化锂吸收式制冷机或是太阳能空调热泵。所述的供热循环泵与换热式加热水箱经管路串联后的两端可带有经管路并连连接的金属固体式峰谷电蓄热电热水箱。所述的空调降温等装置中可带有蓄冷水箱，蓄冷水箱内置有相变蓄冷剂。\n[0005] 本发明的优点是通过太阳能集能器、换热式加热水箱、储热水箱与燃气/燃油辅助加热炉的结合实现了多种能源的选择性互补利用，在给定空调采暖运行优先模式下，使系统能达到优先选择使用低成本、低污染能源和使太阳能利用率最大化的效果，降低了热水供应和空调采暖等的建筑能耗使用成本、辅助加热装置的设置成本并减少了环境污染，同时，通过设置了换热式加热水箱、储热水箱与辅助加热炉，使得生活与空调采暖热水供应免除了受相互间负荷波动产生的影响，改善了热水供应质量与达到进一步节能的目的。\n[0006] 附图说明\n[0007] 图1为本发明的采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统一个实施例的系统与连接示意图。\n[0008] 图2是本发明实施例所采用的一个可竖置安装的三维太阳能集能器管板或管芯等的结构示意图。\n[0009] 图3为本发明的采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统另一个实施例的系统与连接示意图。\n[0010] 具体实施方式\n[0011] 本发明的采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统实施例之一由按图1所示的太阳能集热器1、集热循环泵和循环管路2、供热循环泵和循环管路3、辅助加热炉4、换热式热水器水箱5、换热循环泵和循环管路6、空调采暖装置7、热水型制冷设备8、金属固体式峰谷电蓄热电热水箱及带开关控制阀的蓄热循环管路9等组成。\n[0012] 换热式热水器水箱5是包括换热式加热水箱511与储热水箱512的复合式水箱，换热式加热水箱与储热水箱可连成一体设置，储热水箱的热水输出供热管路上连有燃气或燃油或燃气/燃油复合式辅助加热炉4，换热式加热水箱511中可带有经控制单元控制的峰谷电辅助加热装置。换热式加热水箱与储热水箱512的管路间连有一换热循环泵。空调采暖装置7经燃气或燃油或燃气/燃油复合式辅助加热炉4、供热循环泵和循环管路3与换热式加热水箱相连，回路内可充注经去离子等处理的供热循环用水，形成一个空调采暖供热循环回路。\n[0013] 辅助加热炉是一进一出、或二进二出或是多进多出接口的辅助加热炉，所述辅助加热炉是燃气炉、或是燃油炉、或是燃气/燃油复合式加热炉。一进一出、或二进二出或是多进多出接口的辅助加热炉间可分别经分叉或合并管口进行连接后互换替代，即按图1所示二进二出接口的辅助加热炉，也可采用一进一出接口的辅助加热炉经管口分叉或是采用多进多出接口的辅助加热炉经管口合并连接后，替代的二进二出接口辅助加热炉的使用。\n[0014] 空调采暖装置7采用地热辐射采暖装置，其回路中c、d两标记连接处可接入经管路并联连接的热水型制冷设备8及其空调降温等装置。\n[0015] 供热循环泵与换热式加热水箱经管路串联后的两端可带有经管路并联连接的金属固体式峰谷电蓄热电热水箱及带开关控制阀的蓄热循环管路9，金属固体式峰谷电蓄热电热水箱可是金属固体式(显热蓄热储能)电热水箱(俗称电锅炉)或是带固体外壳的金属相变式蓄热储能式(金属相变蓄热储能)电热水箱。金属固体式峰谷电蓄热电热水箱与储热水箱蓄热特性上的不同在于：前者以金属固体为载体蓄热储能，单位体积储能密度较大；后者以水为载体蓄热储能，单位体积储能密度相对较小。\n[0016] 所述的太阳能集能器是三维太阳能集能器，如三维平板式或三维真空管式的光热太阳能集热器或太阳能光热光电混合式集热器。除了采用三维集能器，也还可以采用二维集热器。三维集能器的安装是竖置安装，如通过在建筑立面类似窗下的墙面或阳台的围护栏杆面上安装，也可通过在屋面平顶或坡顶斜置安装。可竖置安装的三维集热器的特征是：\n竖置安装时，其一个吸热工作斜面与入射阳光呈近似垂直，直射入射阳光得到至少一次或一次以上的反射吸收。按图2所示是一种三维集能器的板芯结构，通过其平行面A、B与底板面C构成的三个夹面组成对直射光、反射光和散射光的多次反射吸收阵，阻挡反射漏出的辐射能量，使集能体在竖置安装时的辐射能量吸收率近似为1，在较大的系统中可采用将太阳能集能器经串联或串并联后组成集能器矩阵排列的连接。\n[0017] 换热式加热水箱511内带有螺旋管式或管翅式等式样的换热器，可制成闭式的承压水箱，储热水箱512可制成闭式的承压水箱或者制成开式的非承压储水箱，非承压储水箱配增压泵增压；换热式加热水箱中包括控制单元。\n[0018] 如图1所示：太阳能集能器经集热循环泵和循环管路与分体设置的换热式加热水箱511的两个循环水进出管口连接，与在换热式加热水箱内设置的带两个独立换热管路的螺旋管式或板翅式等换热器的管口连接，可将集热循环回路内的水改为乙二醇等抗冻液进行循环，由此形成集热循环回路。\n[0019] 在供热循环泵和循环管路3中两标记的连接点a、b处可接入金属固体式峰谷电蓄热电热水箱及带开关控制阀的蓄热循环管路9，形成与辅助加热炉及空调采暖装置回路并联连接的蓄热循环回路，金属固体式峰谷电蓄热电热水箱的蓄热能量可用作系统太阳能与峰谷电蓄热能量以外的辅助能源补充。\n[0020] 所述的系统按照空调采暖优先模式控制换热式加热水箱与储热水箱的工作温度，是指采暖时换热式加热水箱向空调采暖装置供应热水的温度低于储热水箱设定的进水温度，即采暖热水供应温度低于生活热水供应温度；反之，制冷时换热式加热水箱向空调采暖装置供应热水的温度高于储热水箱设定的进水温度，即采暖热水供应温度高于生活热水供应温度。除此之外，制冷时还可以采用换热式加热水箱向空调采暖装置供应热水的温度与储热水箱设定的进水温度相同，即采暖热水供应温度等于生活热水供应温度，这样，相当于将储热水箱设置为换热式加热水箱的补充，共同储备空调采暖装置热量供应，这是基于夏季生活热水需要量减少、空调制冷热量需求不足时的一种空调采暖优先模式控制的变化，同样，还可以根据季节与使用需求的变化，进行这一原则下多种空调采暖优先模式下控制温度数量的变化。\n[0021] 热水供应运行过程：太阳能集能器1竖置或斜置安装，白天太阳光照射在太阳能集能器或集热器上，集热后加热换热式加热水箱中的传热介质，通过换热式加热水箱中的换热器、将热水经换热循环泵和循环管路6送入分离设置的储热水箱备用，使储热水箱中输出的生活热水供应达到温度相对稳定，不受空调采暖优先模式下换热式加热水箱和空调采暖系统负荷变化的影响；夜间峰谷电时段则由安装在换热式加热水箱中的峰谷电辅助加热装置经控制单元控制进行供热，控制单元与所有电气件电控连接。此外，也可由金属固体式峰谷电蓄热电热水箱进行电加热蓄热后，经其带开关控制阀的蓄热循环管路连通换热式加热水箱进行供热；当储热水箱内输出的热水低于设定温度时，由控制单元控制其热水供应管路上串接的辅助加热炉启动，对其中一路进出水管道进行流经式即时加热，使水温达到输出要求。\n[0022] 空调采暖运行过程：除了生活用热水部分以外，太阳能集能器1白天经集热循环泵和循环管路2向换热式加热水箱中供入热量，在空调采暖优先的工作模式下经供热循环泵和循环管路向空调采暖装置供热，所述的空调采暖装置可以是地板辐射传热式供暖装置、或是供暖散热器包括暖气片等，空调采暖优先下，其设定供应热水温度应低于储热水箱的生活热水温度，空调采暖装置的供热是间歇式工作的。\n[0023] 当换热式加热水箱中的温度低于空调采暖装置供热设定温度时，由系统控制器控制辅助加热炉启动即时加热；此外，也可通过由金属固体式峰谷电蓄热电热水箱进行电加热蓄热后，经其带开关控制阀的蓄热循环管路连同换热式加热水箱进行供热、或控制K1、K2等阀门直接连通空调采暖装置进行供热。\n[0024] 当换热式加热水箱中的温度高于空调采暖装置供热设定温度时，随着温度升高达到向储热水箱输送的设定温差时，换热循环泵和循环管路进入工作，向储热水箱输送热量，采用空调采暖优先下，除了将换热式加热水箱向空调采暖装置供应热水的温度设置在高于储热水箱设定的进水温度外，还可将两者设为一致；当空调制冷辅助供热量不足时，由储热水箱补充供热，这样便满足了空调采暖优先工作模式的工作要求。\n[0025] 除此之外，冬季以外进入制冷工作模式时，可切换空调采暖装置接入热水型制冷设备及其输出终端的空调降温装置等。热水型制冷设备是热水型溴化锂吸收式制冷机或是太阳能空调热泵，如采用热水型溴化锂吸收式制冷机则带有冷却塔、冷却水箱、冷却循环泵和循环管路，热水型溴化锂吸收式制冷机可以是单级溴化锂吸收式制冷机、或是多级溴化锂吸收式制冷机。热水型制冷设备的输出终端由蓄冷水槽、制冷循环泵和循环管路、空调降温装置等组成，空调降温装置包括空调机、冷却风机盘管、风机对流器等，此外，还带有室温控制器或恒温阀以及蓄冷水箱，蓄冷水箱内置有相变蓄冷剂；并且，还带有水力平衡预调阀用于进行水力平衡；制冷循环泵和循环管路中带有回水阀、补偿器等，此外，还带有水温调节控制器用于进行温度平衡。\n[0026] 以热水型溴化锂吸收式制冷机为例：其循环输出的冷冻水供入空调降温装置的制冷循环管路，经蓄冷水槽、制冷循环泵和循环管路回到热水型溴化锂吸收式制冷机的供冷端进行循环；当太阳能供热消耗后热水温度不足时，可由金属固体式峰谷电蓄热电热水箱释放其中蓄热的热量，当蓄热的热量消耗后温度不足时，可选择接通与启动辅助加热炉对循环热水进行补充加热，形成本发明的采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调制冷系统的连接。\n[0027] 本发明的采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统实施例之二，由按图3所示的太阳能集热器1、集热循环泵和循环管路2、供热循环泵和循环管路3、辅助加热炉4、换热式热水器水箱5、换热循环泵和循环管路6、空调采暖装置7、热水型制冷设备8、金属固体式峰谷电蓄热电热水箱及带开关控制阀的蓄热循环管路9、峰谷电辅助加热装置\n10、控制单元11等组成。\n[0028] 换热式热水器水箱5是包括换热式加热水箱511与储热水箱512的复合式水箱，换热式加热水箱与储热水箱可以分体设置，如前者安装在屋顶搁层，后者在室内落地式安装，换热式加热水箱511中带有经控制单元11控制的峰谷电辅助加热装置10，控制单元与所有电气件电控制连接。换热式加热水箱与储热水箱512的管路间连有一换热循环泵。空调采暖装置7经带电控三通阀K4、燃气或燃油或燃气/燃油复合式辅助加热炉4的辅助加热循环回路、供热循环泵和循环管路3与换热式加热水箱相连，回路内可充注经去离子等处理的供热循环用水，形成一个供热循环回路。\n[0029] 按图3所示：辅助加热炉5带有一个进水接口与一个出水接口，但还可采用二进二出或是多进多出接口的辅助加热炉，分别经合并管口连接后成为相当于一进一出管口的辅助加热炉进行替代使用。空调采暖装置7除了采用地热辐射采暖装置外，还可以采用暖气片或热水型的暖风机并带有流量调节阀等以控制采暖温度，其回路中c、d两标记连接处可接入经管路并连连接的热水型制冷设备8及其空调降温等装置。\n[0030] 太阳能集能器是三维太阳能集能器。换热式加热水箱511是闭式的、带水位等控制的承压水箱，内有螺旋管式或管翅式等式样的换热器，储热水箱512可是闭式的承压水箱，也可采用开式的水箱和配加增压热水泵辅助输送热水。\n[0031] 如图3所示：太阳能集能器经集热循环泵和循环管路与分体设置的换热式加热水箱511的两个循环水进出管口连接，由此形成集热循环回路。\n[0032] 电控三通阀K4带有两个选通出口，分别与K1、辅助加热炉、连接点e处管道连接形成采暖空调辅助加热循环回路，在供热循环泵和循环管路3中两个标记的连接点a、b处可接入带开关控制阀的蓄热循环管路9，形成与辅助加热炉及空调采暖装置回路并联连接的蓄热循环回路，金属固体式峰谷电蓄热电热水箱的蓄热能量可用作系统太阳能与峰谷电蓄热能量以外的辅助能源补充。\n[0033] 热水供应运行过程：太阳能集能器1斜置安装，阳光照射后加热换热式加热水箱中的生活用水，通过换热式加热水箱与换热循环泵和循环管路6，加热储热水箱上部的水供备用，使输出生活热水供应达到质量稳定；夜间峰谷电时段则由安装在换热式加热水箱中的峰谷电辅助加热装置10经控制单元11控制进行供热，当储热水箱内输出的热水低于设定温度时，由系统控制单元控制辅助加热炉启动加热，先使换热式加热水箱中的水升温，再通过换热循环泵和循环管路加热储热水箱中的水温达到输出热水的要求。\n[0034] 空调采暖运行过程：除了生活热水部分以外，太阳能集能器1白天经集热循环泵和循环管路2向换热式加热水箱中供入热量，在空调采暖优先的工作模式下经换热式加热水箱中的换热器、电控三通阀K4与供热循环泵和循环管路向空调采暖装置直接供热，空调采暖设定的热水温度低于生活热水温度时，空调采暖装置的供热是间歇式工作的。当换热式加热水箱中的温度低于空调采暖装置供热设定温度需要进行空调采暖时，由系统控制单元控制辅助加热炉启动即时加热进行补充。\n[0035] 当换热式加热水箱中的温度高于空调采暖装置供热设定温度时，随着温度升高达到向储热水箱输送的设定温差时，换热循环泵和循环管路进入工作，向储热水箱输送热量，这样便满足了采暖优先工作模式的工作要求。\n[0036] 除此之外，冬季以外进入制冷工作模式时，可切换空调采暖装置接入热水型制冷设备及其输出终端的空调降温装置等，此时，将储热水箱的设置温度与换热式加热水箱调为一致，即称成为空调采暖系统的供热补充，换热式加热水箱是闭式水箱，储热水箱可采用闭式或开式，其余空调采暖装置包括热水型制冷设备8、金属固体式峰谷电蓄热电热水箱及带开关控制阀的蓄热循环管路9的设置与实施例之一相同。\n[0037] 尽管说明书附图中未给出上述两个实施例中热水型制冷设备的辅助性装置及管路和全部空调采暖装置、降温装置，但仍然不妨碍对系统已包含了这些装置及连接的理解。\n[0038] 上述应用中，蓄热制冷可采用部分集中处理法适应多用户单元楼更具经济性的制冷运行：如选用大容量的热水型溴化锂吸收式制冷机、冷却塔、冷却水箱、冷却循环泵和循环管路、蓄冷水槽、制冷循环泵和循环管路并对此部分进行集中处理，同时，在各分户单元的供热循环泵后加设输出热水计量表(计量流量与或温度)，并在集中处理装置输入各分户单元的制冷循环泵和循环管路中加设冷冻水计量表(计量流量与或温度)，经外加中央系统控制器进行控制管理，由此组成部分集中处理的分户式热水供应和制冷的复合系统。\n[0039] 蓄热制冷也可采用分户式的处理法以适应多用户更具灵活性的制冷运行：如选用小型热水型溴化锂吸收式制冷机或是热水型太阳能空调热泵。选用太阳能空调热泵时因采用风冷散热，可以省去与热水型溴化锂吸收式制冷机配套的冷却塔、冷却水箱、冷却循环泵和循环管路，由于风冷散热功率较小，更适用于小型的分户式系统。