CN104373988A - 多模式季节性蓄热的绿色智能建筑供热***及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种季节性蓄热的供热***的运行控制方法，所述供热***包括依次连接的太阳能集热器、第一板式换热器、短期分层式蓄热水箱、跨季节蓄热体、第二板式换热器以及热能输出设备，所述第二板式换热器分别连接到所述短期分层式蓄热水箱、所述跨季节蓄热体和所述热能输出设备，所述方法用于控制所述***工作在蓄热模式和三种供热模式下，设定三种不同的供热模式的优先级，以便最大限度的利用更为清洁的能源。

Description

多模式季节性蓄热的绿色智能建筑供热***及运行方法

技术领域

本发明涉及一种供热***的运行方法，特别涉及一种多模式季节性蓄热的绿色节能供热***及运行方法。

背景技术

随着经济的快速发展和人民生活水平的提高，人们对生活热水和采暖热水的需求量也不断增加。统计数据表明，我国建筑能耗占社会总能耗的比例在22％～25％之间，其中约40％用于建筑采暖，北方城镇地区采用热网集中供热或小区集中供热的能耗约占建筑采暖能耗的60％。随着生活水平的提高，目前长江流域许多新建的社区也开始采用集中供热，很多城市也在规划大规模集中供热网。可见，有集中采暖需求的地域越来越广。另外，建筑面积的快速增加，采暖需求也会随之大幅度增长，这些都使得国家的节能减排压力与日俱增。

目前，我国北方地区的采暖主要依靠化石能源为主的一次能源，北方地区的气候特点是夏季、过渡季室外温度较高，太阳能的辐射强度大，大多数北方地区很多太阳能热水器中的热水不能充分利用，造成了能源的浪费。而冬季是需要供暖的季节，但太阳能的辐射强度低，不能满足供暖的需求。所以，将夏季的太阳能“储存”起来，到了供暖季“取”出来使用，使“季节性蓄能”成为了一个需要研究的课题。

采用太阳能、地热能等新能源作为建筑采暖热源尚处于研究、试用阶段。随着能源形势的愈加严峻，开发采用基于新能源、可再生能源的建筑采暖供热***是未来能源战略一个重大组成部分。

由于利用太阳能的能源密度较低，且瞬时变化率大的问题，进行采暖供热时，会存在保证率较低，供热能力无法保证的问题。为了提高太阳能保证率，有一种技术途径是将非采暖季的太阳能通过蓄热体进行蓄积，采暖季再将能量进行释放，从而提高太阳能保证率。

因此，需要一种基于跨季节蓄热采暖***的基础上开发的专门应用于该***的控制解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多模式季节性蓄热的绿色智能建筑供热***运行方法，所述供热***包括依次连接的太阳能集热器、第一板式换热器、短期分层式蓄热水箱、跨季节蓄热体、第二板式换热器以及热能输出设备，所述第二板式换热器分别连接到所述短期分层式蓄热水箱、所述跨季节蓄热体和所述热能输出设备，所述方法用于控制所述***工作在蓄热模式和三种供热模式下，包括如下步骤：a)运行模式判定；b)根据所选择的运行模式进行运行季时间表设置；c)采集***运行的当前时间，根据所选择的运行季时间表选择对应的模式，当进入蓄热模式时，进入步骤d；当进入供热模式时，进入步骤e；d)在所述蓄热模式下，包括如下子步骤：d1)判断所述太阳能集热器的集热温度是否高于短期分层式蓄热水箱的温度，并同时检测跨季节蓄热体的温度；d2)若太阳能集热器的集热温度高于短期分层式蓄热水箱温度则启动集热***后进入步骤d3，否则直接进入步骤d3；d3)检测短期分层式蓄热水箱负荷出水温度，判断短期分层式蓄热水箱负荷出水温度是否高于跨季节蓄热体的温度，若是则启动蓄热，否则停止蓄热；e)在所述供热模式下，包括如下子步骤：e1)判断太阳能集热器的集热温度是否高于短期分层式蓄热水箱的温度，若是则启动集热***后进入步骤e2，否则直接进入步骤e2；e2)检测短期分层式蓄热水箱负荷出水温度检测，判断短期分层式蓄热水箱负荷出水温度是否高于设定的供热温度，若是则启动第一供热模式，否则进入步骤e3；e3)检测跨季节蓄热体的温度，并判断其是否高于设定的供热温度，若是则启动第二供热模式，否则启动第三供热模式。

优选地，所述第一供热模式为通过太阳能集热器、第一板式换热器、短期分层式蓄热水箱和第二板式换热器为建筑物供热。

优选地，所述第二供热模式为通过跨季节蓄热体、短期分层式蓄热水箱和第二板式换热器为建筑物供热。

优选地，所述第三供热模式为通过热能输出设备和第二板式换热器为建筑物供热。

优选地，所述蓄热模式的运行方式是通过太阳能集热器将热量通过第一板式换热器传递到短期分层式蓄热水箱，再经过蓄热水箱内部的温度分层过程后，将水箱顶部的高温水传送到跨季节蓄热体内，通过跨季节蓄热体内部盘管进行换热降温后，被冷却的水流回到短期分层式蓄热水箱的底部低温侧，完成整个蓄热过程。

优选地，所述不同的供热模式具有不同的优先级。

优选地，所述第一供热模式为高优先级、第二供热模式为中优先级、第三供热模式为低优先级。

优选地，所述步骤d2和e1中的启动集热***为所述太阳能集热器将热量通过所述第一板式换热器将热量传递到所述短期分层式蓄热水箱。

优选地，所述跨季节蓄热体是经过保温的土壤体或水体。

优选地，所述步骤a中根据当前所需供热的建筑物所处的地区和运行时间来判定***属于哪种运行模式。

本发明与现有***的运行方法相比，具有以下优点：1)自动化控制程度高，省去了繁琐的人工控制节点；2)控制逻辑清晰，可实现程度高；3)完成了对跨季节蓄热供热***控制的完整的闭环；4)本发明中的跨季节蓄热体为密闭结构，其存储的热量能达到70℃的温度，可以直接利用，而不需要增加热泵来进行温度的再一次提高来达到直接供暖水平，达到了高效节能的目的。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出根据本发明季节性蓄热的供热***的***框图。

图2a-2d示意性示出根据本发明季节性蓄热的供热***在不同优先级模式下的采暖季供热模式流程图。其中图2a为采暖季第一供热模式的流程图；图2b为采暖季第二供热模式的流程图；图2c为采暖季第三供热模式的流程图；图2d为供热***第三供热模式的流程图。

图3示意性示出根据本发明季节性蓄热的供热***运行方法的流程图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

太阳能跨季节蓄热采暖***的运行模式可以分为蓄热模式和供热模式，通过这“一蓄一放”的过程，将非采暖季的能量保存到采暖季进行释放，从而增加太阳能对建筑物的供热贡献能力。

根据本发明季节性蓄热的供热***的***框图如图1所示。根据本发明的季节性蓄热的绿色节能供热***的非采暖季蓄热模式的***100包括太阳能集热器101、第一板式换热器102、短期分层式蓄热水箱103、跨季节蓄热体104、第二板式换热器105以及热能输出设备106。太阳能集热器101用于收集外部的太阳能，连接到第一板式换热器102用于热能交换。第一板式换热器102连接到短期分层式蓄热水箱103，通过第一板式换热器102将收集到的热量传递到短期分层式蓄热水箱103。在经过短期分层式蓄热水箱103内部的温度分层过程后，将水箱顶部的高温水通过水泵(图中未示出)传送到与短期分层式蓄热水箱103连接的跨季节蓄热体104内，将热能存储在跨季节蓄热体104中，并通过跨季节蓄热体104内部盘管进行蓄热体的换热降温后，被冷却的水流回到短期分层式蓄热水箱103的底部低温侧。跨季节蓄热体104优选是经过保温的土壤体或水体。第二板式换热器105分别连接到短期分层式蓄热水箱103、跨季节蓄热体104和热能输出设备106，用于以三种不同的模式获取热能，从而提供给供热建筑物107。该三种功能模式将在下文参考图2和图3进行说明。

根据本发明的季节性蓄热的绿色节能供热***的非采暖季蓄热模式的***100工作可以在四种模式下，分别为图2a显示的蓄能模式和图2b-2c显示的三种供热模式。根据本发明季节性蓄热的供热***的非采暖季蓄热模式流程图如图2a所示。该蓄热模式是通过太阳能集热器101，将收集到的外部热量通过第一板式换热器102传递到短期分层式蓄热水箱103，再经过短期分层式蓄热水箱103内部的温度分层过程后，将位于短期分层式蓄热水箱103顶部的高温水通过水泵传送到跨季节蓄热体104内。通过跨季节蓄热体104内部盘管进行换热降温后，被冷却的水流回到短期分层式蓄热水箱103的底部低温侧，再通过第一板式换热器102提供回到太阳能集热器101进行加热。从而完成整个采集热能及蓄热的过程。

根据本发明季节性蓄热的供热***的采暖季蓄热模式流程图如图2b-2d所示。该模式为给供热建筑物107供热的运行模式，在该模式中，负荷侧为设计建筑，供给则包含三个子模式。

图2b示出了根据本发明季节性蓄热的供热***第一供热模式的流程图。在该模式下，通过太阳能集热器101收集的热能加热后的热水经过第一板式换热器102换热后，将热量传递到短期分层式蓄热水箱103。具体地，将位于短期分层式蓄热水箱103顶部的高温水通过水泵传送到第二板式换热器105内。通过第二板式换热器105将热量传递到供热建筑物107，进行换热降温后，被冷却的水流通过第二板式换热器105回到短期分层式蓄热水箱103的底部低温侧，完成供热的过程。

图2c示出了根据本发明季节性蓄热的供热***第二供热模式的流程图。在该模式下，通过跨季节蓄热体104提供供热源。短期分层式蓄热水箱103底部的冷水，流经经过存储有热能的跨季节蓄热体104后被加热，再流回到短期分层式蓄热水箱103的顶部，完成给短期分层式蓄热水箱103供热的过程。然后短期分层式蓄热水箱103的热水再经过第二板式换热器105的换热为供热建筑物107供热，被冷却的水流通过第二板式换热器105回到短期分层式蓄热水箱103的底部低温侧。

图2d示出了根据本发明季节性蓄热的供热***第三供热模式的流程图。在该模式下，通过热能输出设备106(例如锅炉)提供供热源。具体地，通过热能输出设备106加热水，经过第二板式换热器105，为供热建筑物107供热。供热后被冷却的水流通过第二板式换热器105回到热能输出设备106的低温侧。

根据本发明的实施例，上述三种不同的供热模式可以设置具有不同的优先级，以适应不同的供热条件。例如，第一模式下的循环子***可以设置为高优先级，第二模式下的循环子***可以设置为中优先级，第三模式下的循环子***可以设置为低优先级；或者第二模式下的循环子***可以设置为高优先级，第一模式下的循环子***可以设置为中优先级，第三模式下的循环子***可以设置为低优先级。通过优先级的设置，可以根据实际的建筑物热能利用状态来智能设定并调节不同的供热模式，以实现最为合理的热能利用。

根据本发明季节性蓄热的供热***运行方法的流程图如图3所示。

在步骤301，进行运行模式判定。根据当前所需供热的建筑物所处的地区和运行时间来判定***属于哪种运行模式。具体地，例如，当该***运行于温带地区建筑物的冬季时，将***设定为建筑物冬季供热模式；当该***运行于温带地区建筑物的夏季时，将***设定为建筑物夏季蓄热模式；当该***运行于热带地区建筑物的春/秋季时，将***设定为建筑物蓄热/供热模式。

然后进入步骤302，根据所选择的***运行模式进行运行季时间表设置。若当前季节为非供热季节，则设置为非供热季节时间表；若当前季节为供热季节，则设置为供热季节时间表。例如，在温带地区夏季时，可以设定10：00-15：00为蓄热时间，18：00-23：00为供热时间。在温带地区冬季时，可以设定17：00-第二天9：00为供热时间。

运行模式判定之后进入步骤303进行模式切换。采集***运行的当前时间，根据所选择的运行季时间表选择对应的模式。若当前***运行在蓄热模式下(例如非供热季节的午间)则进入步骤304启动蓄热模式，若当前***运行在供热模式下(例如，供热季节的晚间)则进入步骤312启动供热模式。

在蓄热模式下，首先进入步骤305，判断太阳能集热器101的集热温度是否高于短期分层式蓄热水箱103的温度，并同时在步骤306对跨季节蓄热体104温度进行检测。若太阳能集热器101的集热温度高于短期分层式蓄热水箱103温度则进入步骤307，启动集热***，即将太阳能集热器101将热量通过第一板式换热器102将热量传递到短期分层式蓄热水箱103，然后进入步骤308。若太阳能集热器101的集热温度低于短期分层式蓄热水箱103温度则不启动集热***直接进入步骤308。在步骤308进行短期分层式蓄热水箱103负荷出水温度检测，然后进入步骤309，判断短期分层式蓄热水箱103负荷出水温度是否高于步骤306中检测到的跨季节蓄热体104的温度：若短期分层式蓄热水箱103负荷出水温度高于跨季节蓄热体104的温度则进入步骤311启动蓄热，即经过短期分层式蓄热水箱103内部的温度分层过程后，将位于短期分层式蓄热水箱103顶部的高温水通过水泵传送到跨季节蓄热体104内。通过跨季节蓄热体104内部盘管进行换热降温后，被冷却的水流回到短期分层式蓄热水箱103的底部低温侧，再通过第一板式换热器102提供回到太阳能集热器101进行加热。若短期分层式蓄热水箱103负荷出水温度低于跨季节蓄热体104的温度则进入步骤310停止蓄热，并返回步骤309，定期对短期分层式蓄热水箱103负荷出水温度和跨季节蓄热体104的温度大小进行比较判断。

在步骤312的供热模式下，首先进入步骤313，判断太阳能集热器101的集热温度是否高于短期分层式蓄热水箱103的温度。若太阳能集热器101的集热温度高于短期分层式蓄热水箱103温度则进入步骤315，启动集热***：太阳能集热器101将热量通过板式换热器102将热量传递到短期分层式蓄热水箱103，然后进入步骤316。若太阳能集热器101的集热温度低于短期分层式蓄热水箱103温度则不启动集热***直接进入步骤316。在步骤316进行短期分层式蓄热水箱103负荷出水温度检测，然后进入步骤317，判断短期分层式蓄热水箱103负荷出水温度是否高于设定的供热温度。本发明中供热温度例如可以设置为50℃。若短期分层式蓄热水箱103负荷出水温度高于设定供热温度，则进入步骤318，启动第一供热模式，在该第一模式下直接通过太阳能集热器101收集的热能进行供热。具体地，通过太阳能集热器101加热后的热水经过第一板式换热器102换热后，将热量传递到短期分层式蓄热水箱103。将位于短期分层式蓄热水箱103顶部的高温水通过水泵传送到第二板式换热器105内。通过第二板式换热器105将热量传递到供热建筑物107，进行换热降温后，被冷却的水流通过第二板式换热器105回到短期分层式蓄热水箱103的底部低温侧，完成对建筑物的供热的过程。

若在步骤317判断短期分层式蓄热水箱103负荷出水温度低于设定的供热温度，则进入步骤314，对跨季节蓄热体104温度进行检测。然后进入步骤319，判断跨季节蓄热体104的温度是否高于设定的供热温度，若高于则进入步骤320启动第二供热模式。在该模式下，通过跨季节蓄热体104对建筑物进行供热。具体地，短期分层式蓄热水箱103底部的冷水，流经经过存储有热能的跨季节蓄热体104后被加热，再流回到短期分层式蓄热水箱103的顶部，完成给短期分层式蓄热水箱103供热的过程。然后短期分层式蓄热水箱103的热水再经过第二板式换热器201的换热为供热建筑物107供热，被冷却的水流通过第二板式换热器105回到短期分层式蓄热水箱103的底部低温侧。

若在步骤319判断出跨季节蓄热体104的温度是否低于设定的供热温度，若进入步骤321，启动第三供热模式。在该模式下，通过热能输出设备106(例如锅炉)提供供热源。具体地，通过热能输出设备106加热水，经过第二板式换热器105，为供热建筑物107供热。供热后被冷却的水流通过第二板式换热器105回到热能输出设备106的低温侧。

上述的三种供热模式的优先级顺序是优先采用最为清洁且即时的太阳能，其次是蓄热体储存的热能，最后才是传统的供热设备。这种选择和切换方式使得本发明的***更为清洁绿色。当然，上述三种供热模式仅仅是示意性的，本发明还可以根据供热建筑物107的需要设定三种不同的供热模式的优先级，以便最大限度的利用更为清洁的能源。

本发明与现有***的运行方法相比，具有以下优点：1)自动化控制程度高，省去了繁琐的人工控制节点；2)控制逻辑清晰，可实现程度高；3)完成了对跨季节蓄热供热***控制的完整的闭环；4)本发明中的跨季节蓄热体为绝热结构，其蓄热介质温度能达到70℃的温度，可以直接利用，而不需要增加热泵来进行温度的再一次提高来达到直接供暖水平，达到了高效节能的目的。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种多模式季节性蓄热的绿色智能建筑供热***运行方法，所述供热***包括依次连接的太阳能集热器、第一板式换热器、短期分层式蓄热水箱、跨季节蓄热体、第二板式换热器以及热能输出设备，所述第二板式换热器分别连接到所述短期分层式蓄热水箱、所述跨季节蓄热体和所述热能输出设备，所述方法用于控制所述***工作在蓄热模式和三种供热模式下，包括如下步骤：

a)运行模式判定；

b)根据所选择的运行模式进行运行季时间表设置；

c)采集***运行的当前时间，根据所选择的运行季时间表选择对应的模式，当进入蓄热模式时，进入步骤d；当进入供热模式时，进入步骤e；

d)在所述蓄热模式下，包括如下子步骤：

d1)判断所述太阳能集热器的集热温度是否高于短期分层式蓄热水箱的温度，并同时检测跨季节蓄热体的温度；

d2)若太阳能集热器的集热温度高于短期分层式蓄热水箱温度则启动集热***后进入步骤d3，否则直接进入步骤d3；

d3)检测短期分层式蓄热水箱负荷出水温度，判断短期分层式蓄热水箱负荷出水温度是否高于跨季节蓄热体的温度，若是则启动蓄热，否则停止蓄热；

e)在所述供热模式下，包括如下子步骤：

e1)判断太阳能集热器的集热温度是否高于短期分层式蓄热水箱的温度，若是则启动集热***后进入步骤e2，否则直接进入步骤e2；

e2)检测短期分层式蓄热水箱负荷出水温度检测，判断短期分层式蓄热水箱负荷出水温度是否高于设定的供热温度，若是则启动第一供热模式，否则进入步骤e3；

e3)检测跨季节蓄热体的温度，并判断其是否高于设定的供热温度，若是则启动第二供热模式，否则启动第三供热模式。

2.如权利要求1所述的运行方法，其中所述第一供热模式为通过太阳能集热器、第一板式换热器、短期分层式蓄热水箱和第二板式换热器为建筑物供热。

3.如权利要求1所述的运行方法，其中所述第二供热模式为通过跨季节蓄热体、短期分层式蓄热水箱和第二板式换热器为建筑物供热。

4.如权利要求1所述的运行方法，其中所述第三供热模式为通过热能输出设备和第二板式换热器为建筑物供热。

5.如权利要求1所述的运行方法，其中所述蓄热模式的运行方式是通过太阳能集热器将热量通过第一板式换热器传递到短期分层式蓄热水箱，再经过蓄热水箱内部的温度分层过程后，将水箱顶部的高温水传送到跨季节蓄热体内，通过跨季节蓄热体内部盘管进行换热降温后，被冷却的水流回到短期分层式蓄热水箱的底部低温侧，完成整个蓄热过程。

6.如权利要求1所述的运行方法，其中所述不同的供热模式具有不同的优先级。

7.如权利要求6所述的运行方法，其中所述第一供热模式为高优先级、第二供热模式为中优先级、第三供热模式为低优先级。

8.如权利要求1所述的运行方法，其中所述步骤d2和e1中的启动集热***为所述太阳能集热器将热量通过所述第一板式换热器将热量传递到所述短期分层式蓄热水箱。

9.如权利要求1所述的运行方法，其中跨季节蓄热体是经过保温的土壤体或水体。

10.如权利要求1所述的运行方法，其中所述步骤a中根据当前所需供热的建筑物所处的地区和运行时间来判定***属于哪种运行模式。