CN104613526A - 一种太阳能与锅炉的组合应用***及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能与锅炉的组合应用***，包括太阳能集热***、锅炉集热***和控制器，还包括地板辐射采暖***和生活用水***，所述地板辐射采暖***、生活用水***和太阳能集热***、锅炉集热***通过循环管路连接，所述循环管路上设有阀门可选择性的将地板辐射采暖***、生活用水***与太阳能集热***、锅炉集热***中的一个或两个连接，充分利用太阳能，既能保证用水要求，又能达到太阳能的利用率最高，降低其他能源的消耗，储水箱仅作为储能元件，提高生活用水的卫生标准，水温变化小，有效降低真空管炸管风险。
Description
技术领域
本发明涉及热水器领域，尤其是一种太阳能与锅炉的组合应用***及控制方法。
背景技术
随着我国经济的发展和人们生活水平的提高，人们对生活质量和生活环境的要求也越来越高，一方面要满足人们不断提高的生活舒适度，一方面要倡导节能减排的低碳生活，常规电加热的高能耗、高排碳的供热模式显得举步维艰。
燃气锅炉是一种以燃气为主要能源，提供温暖舒适的居家供暖及生活用水的家用设备，它的舒适性、节能性和环保性受到了用户的极大赞赏和欢迎。
太阳能是取之不尽用之不竭的新能源，而太阳能热水器经过多年的发展，技术日益成熟，建筑安装方式多样，如果能将太阳能和燃气壁挂炉结合供热，充分的利用太阳能，将是低碳生活的有效方式，是提高生活质量、降低生活支出的最佳途径。
申请号20112004401.9的专利公开了一种太阳能、燃气锅炉复合供热装置，包括：太阳能集热循环***；燃气锅炉；第一温度传感器，设置于所述储水箱内，获得第一温度；第二温度传感器，设置于生活用水管道内，获得第二温度；以及控制器，输入端连接有所述第一温度传感器和第二温度传感器，输出端连接有所述燃气锅炉，以在至少第二温度低于设定温度时，启动所述燃气锅炉，并在第一温度和/或第二温度达到设定高温时停止燃气锅炉。但是上述专利中采用分体式太阳能，储水箱和集热器之间需要循环泵，增加能源的消耗，生活用水直接从储水箱中接出，储水箱中的水还要作为热媒加热采暖回水，长期加热，造成变质，不卫生，且上述专利中没有***的控制方法。
鉴于此提出本发明。
发明内容
本发明的目的为克服现有技术的不足，提供一种太阳能与锅炉的组合应用***，充分利用太阳能，既能保证用水要求，又能达到太阳能的利用率最高，降低其他能源的消耗，储水箱仅作为储能元件，提高生活用水的卫生标准，水温变化小，有效降低真空管炸管风险。
本发明的另一目的为提供一种太阳能与锅炉的组合应用***的控制方法。
为了实现该目的，本发明采用如下技术方案：
一种太阳能与锅炉的组合应用***，包括太阳能集热***、锅炉集热***和控制器，还包括地板辐射采暖***和生活用水***，所述地板辐射采暖***、生活用水***和太阳能集热***、锅炉集热***通过循环管路连接，所述循环管路上设有阀门可选择性的将地板辐射采暖***、生活用水***与太阳能集热***、锅炉集热***中的一个或两个连接。
所述地板辐射采暖***上设有采暖供水管和采暖回水管分别与锅炉集热***连接形成循环，所述采暖回水管上设有第一三通阀，该三通阀还连接一管路至太阳能集热***的储水箱内部进行换热后在连接至采暖回水管。
所述生活用水***包括与锅炉集热***连接的生活冷水管和生活热水管，所述生活冷水管的另一端与自来水供水端连接，所述生活热水管的另一端与用水端连接，所述生活冷水管上设有三通接头或三通阀，该三通接头或三通阀连接一管路至太阳能集热***的储水箱内部进行换热后在连接至生活热水管。
所述太阳能集热***包括集热器和储水箱，所述储水箱内设有一与储水箱外部连通的换热盘管，所述采暖回水管上的三通阀连接的另一管路与该换热盘管的进口连通，该换热盘管的出口通过一管路再与采暖回水管连通，优选所述换热盘管为带有波纹的管路，所述换热盘管和储水箱内壁为相同材料，进一步优选换热盘管采用浮动式的安装方式，优选所述集热器为真空玻璃管，该真空玻璃管与储水箱直接连接。
所述三通接头或三通阀上连接的另一管路与换热盘管的进口连通，该管路上设有第一电磁阀，换热盘管的出口通过一管路与生活热水管连通，该管路上设有第二电磁阀。
所述地板辐射采暖***中与换热盘管进口连通的管路和生活用水***中与换热盘管进口连通的管路通过三通接头连接到一起后与换热盘管的进口连接；所述地板辐射采暖***中与换热盘管出口连通的管路和生活用水***中与换热盘管出口连通的管路通过三通接头连接到一起后与换热盘管的出口连接。
所述储水箱内设置水位传感器、水温传感器，储水箱上设置与自来水供水端连通的补水管路，补水管路上设有供水电磁阀。
所述地板辐射采暖***包括分水器、集水器和辐射管路，所述分水器与采暖供水管连接，所述集水器与采暖回水管连接，所述锅炉集热***为燃气锅炉，所述分水器、集水器处和采暖回水管与燃气锅炉连接处设置温度传感器。
一种上述组合应用***的控制方法，采暖期，步骤如下：
1）控制第一电磁阀和第二电磁阀关闭；
2）检测集水器处的采暖回水温度T2，储水箱内的水温T1；
3)当检测到T1–T2≥N1℃时，8<N1<12，控制器控制第一三通阀切换至集水器与储水箱之间回路，切断与燃气锅炉之间的通路，采暖回水经过换热盘管进行换热后，再经采暖回水管进入燃气锅炉，最后至地板辐射采暖***；
4)当检测到T1–T2<N2℃时，0<N2<4，控制器控制电动三通阀，切换至集水器与燃气锅炉之间的通路，切断与储水箱之间回路，采暖回水管中的水由燃气锅炉加热到设定温度后由采暖供水管进入地板辐射采暖***；
非采暖期，步骤如下：
a)关闭地暖辐射采暖***；
b)当检测到T1≥N3℃时，43<N3<48，控制第一电磁阀和第二电磁阀打开，生活用水经换热盘管进行换热，加热生活用水；
c)当检测到T1<N4℃时，N4<40，控制第一电磁阀和第二电磁阀关闭，生活用水经燃气锅炉加热。
若燃气锅炉设定的供水温度高于进水的温度则启动燃气锅炉，若等于或低于进水的温度则不启动燃气锅炉；若储水箱内的水位传感器检测到储水箱内水位低于90%时，控制器控制供水电磁阀打开，向储水箱内补水，储水箱内水位达到100%时，控制供水电磁阀关闭。
采用本发明所述的技术方案后，带来以下有益效果：
1、本发明中仅用太阳能可以满足用水要求时，使用太阳能，若不能满足要求时，先使用太阳能预热，再增加燃气锅炉进行加热，充分利用太阳能资源，既能保证用水要求，又能达到太阳能的利用率最高，降低其他能源的消耗。
2、本发明控制方法简单易行，能使太阳能的利用率达到最大。
3、换热盘管采用浮动式安装方式，可以有效降低盘管结垢问题。
4、换热盘管采用带有波纹的管路，水流经过时，形成紊流，有助增加换热效果。在同等规格的情况下，可以有效增加换热面积。
5、储水箱内壁、换热盘管采用相同材料，可以避免不同活性的金属材料之间电化学腐蚀问题。
6、生活用水也是通过盘管换热，提高生活用水的卫生标准，储水箱仅作为储能元件，水温变化小，有效降低真空管炸管风险，封闭承压运行，***运行稳定。
7、储水箱内的水通过真空玻璃管直接加热，减少换热次数，提高换热效率，成本低。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
图1：本发明太阳能与锅炉的组合应用***图
其中：1、燃气锅炉，2、第一三通阀，3、采暖供水管，4、采暖回水管，5、集水器，6、分水器，7、辐射管路，8、储水箱，9、集热器，10、换热盘管，11、生活冷水管，12、生活热水管，13、自来水供水端，14、用水端，15、第一电磁阀，16、第二电磁阀，17、第三电磁阀，18、第四电磁阀，19、第五电磁阀，20，第六电磁阀，21、补水管路。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述一种太阳能与锅炉的组合应用***，包括太阳能集热***、锅炉集热***和控制器，还包括地板辐射采暖***和生活用水***，所述地板辐射采暖***、生活用水***和太阳能集热***、锅炉集热***通过循环管路连接，所述循环管路上设有阀门可选择性的将地板辐射采暖***、生活用水***与太阳能集热***、锅炉集热***中的一个或两个连接，当仅使用太阳能可以满足需求时，使用太阳能，若不能满足要求时，先使用太阳能预热，再增加燃气锅炉进行加热，充分利用太阳能资源，既能保证用水要求，又能达到太阳能的利用率最高，降低其他能源的消耗。
地板辐射采暖***上设有采暖供水管3和采暖回水管4分别与锅炉集热***连接形成循环，所述采暖回水管4上设有第一三通阀2，该第一三通阀2还连接一管路至太阳能集热***的储水箱内部进行换热后在连接至采暖回水管4。该第一三通阀2控制采暖回水管4的水是否通过太阳能集热***预热，当检测到太阳能集热***中的能量充足时，控制第一三通阀2切换至集水器5与储水箱8之间回路，切断与燃气锅炉1之间的通路，采暖回水经过换热盘管进行换热后，再经采暖回水管4进入燃气锅炉1，最后至地板辐射采暖***。
生活用水***包括与锅炉集热***连接的生活冷水管11和生活热水管12，所述生活冷水管11的另一端与自来水供水端13连接，所述生活热水管12的另一端与用水端14连接，所述生活冷水管11上设有三通接头或三通阀，该三通接头或三通阀连接一管路至太阳能集热***的储水箱内部进行换热后在连接至生活热水管12，此种情况下，生活用水或者用太阳能加热或者用锅炉加热。
或者三通接头或三通阀连接一管路至太阳能集热***的储水箱内部进行换热后在连接至生活冷水管11，再进入燃气锅炉进行进一步加热，相当于太阳能预热后燃气锅炉在提温，此种情况适用于太阳能不太充足或者用水温度较高时，先用太阳能预热，在经锅炉加热，可以充分利用太阳能资源，既能保证用水要求，又能达到太阳能的利用率最高，降低燃气的利用率。
太阳能集热***包括集热器9和储水箱8，所述储水箱8内设有一与储水箱8外部连通的换热盘管10，所述采暖回水管4上的第一三通阀2连接的另一管路与该换热盘管10的进口连通，该换热盘管10的出口通过一管路再与采暖回水管4连通，优选所述换热盘管10为带有波纹的管路，采用带有波纹的管路，水流经过时，形成紊流，有助增加换热效果，且在同等规格的情况下，可以有效增加换热面积，提高换热效率。所述换热盘管10和储水箱8内壁为相同材料，可以避免不同活性的金属材料之间电化学腐蚀问题，进一步优选换热盘管10采用浮动式的安装方式，换热盘管在储水箱内浮动，可以有效降低盘管结垢问题。
所述浮动式的安装方式为：换热盘管10采用螺旋的结构，换热盘管10的一端与水箱内胆端盖进行固定连接，另一端与水箱内胆另一端盖固定连接，换热盘管10的两端固定后，中间部分仍能横向浮动，同时通过水箱两相对的内胆端盖之间设有一横杆，该横杠穿过换热盘管10的螺旋中空的空间的上侧对换热盘管10进行吊装，该横杆限制换热盘管10向下运动，当水流经过换热盘管流动时，会使盘管进行弹性震动，将使水垢难于附着在盘管表面。
太阳能集热***包括集热器9和储水箱8，所述集热器为真空玻璃管，该真空玻璃管与储水箱直接连接，储水箱8内的水通过真空玻璃管直接加热，减少换热次数，提高换热效率，成本低。
或者太阳能集热***包括集热器9和储水箱8，还包括一换热器，所述集热器通过换热器与储水箱连接，集热器和换热器内为热媒，通过热媒传递热量。
三通接头或三通阀上连接的另一管路与换热盘管10的进口连通，该管路上设有第一电磁15阀，换热盘管10的出口通过一管路与生活热水管12连通，该管路上设有第二电磁阀16。
地板辐射采暖***中与换热盘管10进口连通的管路和生活用水***中与换热盘管10进口连通的管路通过三通接头连接到一起后与换热盘管10的进口连接；所述地板辐射采暖***中与换热盘管10出口连通的管路和生活用水***中与换热盘管10出口连通的管路通过三通接头连接到一起后与换热盘管10的出口连接。
储水箱8内设置水位传感器、水温传感器，储水箱上设置与自来水供水端连通的补水管路，补水管路上设有供水电磁阀，水位传感器、水温传感器均与控制器连接，给控制器传送水位信号和温度信号，储水箱8内的水位传感器检测到储水箱内水位低于90%时，控制器控制供水电磁阀打开，向储水箱8内补水，储水箱内水位达到100%时，控制供水电磁阀关闭，停止补水。
地板辐射采暖***包括分水器6、集水器5和辐射管路7，所述分水器6与采暖供水管3连接，所述集水器5与采暖回水管4连接，所述锅炉集热***为燃气锅炉1，所述分水器6、集水器5处和采暖回水管与燃气锅炉连接处设置温度传感器，用于检测水温，保证能源的合理分配。
采暖供水管3上设有第三电磁阀17，采暖回水管上设有第四电磁阀18，生活冷水管11上设有第五电磁阀19，生活热水管上设有第六电磁阀20，可通过控制上述电磁阀的开闭，来控制地板辐射采暖***和生活用水***与燃气锅炉的通断，采暖期，第三电磁阀17、第四电磁阀18打开，非采暖期第三电磁阀17、第四电磁阀18关闭，生活用水需要燃气锅炉加热时第五电磁阀19、第六电磁阀20打开，生活用水不需要燃气锅炉加热时第五电磁阀19、第六电磁阀20关闭。
上述组合应用***的控制方法，
在采暖期，步骤如下：
1）控制第一电磁阀和第二电磁阀关闭；此时太阳能集热***中的储水箱8中的水只是预热采暖回水管4中的水，生活用水由燃气锅炉提供；
2）检测集水器处的采暖回水温度T2，储水箱内的水温T1；
3）当检测到T1–T2≥N1℃时，8<N1<12，控制器控制第一三通阀切换至集水器与储水箱之间回路，切断与燃气锅炉之间的通路，采暖回水经过换热盘管进行换热后，再经采暖回水管进入燃气锅炉，最后至地板辐射采暖***；通常情况取N1为10，即储水箱内水温高于采暖回水温度10℃以上时，就可以启动储水箱中的水对采暖回水进行加热了；
4）当检测到T1–T2<N2℃时，0<N2<4，控制器控制电动三通阀，切换至集水器与燃气锅炉之间的通路，切断与储水箱之间回路，采暖回水管中的水由燃气锅炉加热到设定温度后由采暖供水管进入地板辐射采暖***；通常情况取N2为2，即储水箱内水温高于采暖回水温度2℃以下时，就可以停止储水箱中的水对采暖回水进行加热了，因为温度相差较小，预热效果不明显。
非采暖期，步骤如下：
a）关闭地暖辐射采暖***；
b）当检测到T1≥N3℃时，43<N3<48，控制第一电磁阀和第二电磁阀打开，生活用水经换热盘管进行换热，加热生活用水；通常情况取N3为45，即储水箱内水温大于45℃时，生活用水由储水箱内的水加热，且能满足用户需求。
c）当检测到T1<N4℃时，N4<40，控制第一电磁阀和第二电磁阀关闭，生活用水经燃气锅炉加热，通常取N4为38，此时储水箱的水不足以将生活用水加热。
若燃气锅炉设定的供水温度高于进水的温度则启动燃气锅炉，若等于或低于进水的温度则不启动燃气锅炉；若储水箱内的水位传感器检测到储水箱内水位低于90%时，控制器控制供水电磁阀打开，向储水箱内补水，储水箱内水位达到100%时，控制供水电磁阀关闭。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种太阳能与锅炉的组合应用***，包括太阳能集热***、锅炉集热***和控制器，其特征在于：还包括地板辐射采暖***和生活用水***，所述地板辐射采暖***、生活用水***和太阳能集热***、锅炉集热***通过循环管路连接，所述循环管路上设有阀门可选择性的将地板辐射采暖***、生活用水***与太阳能集热***、锅炉集热***中的一个或两个连接。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能与锅炉的组合应用***，其特征在于：所述地板辐射采暖***上设有采暖供水管和采暖回水管分别与锅炉集热***连接形成循环，所述采暖回水管上设有第一三通阀，该第一三通阀还连接一管路至太阳能集热***的储水箱内部进行换热后在连接至采暖回水管。
3.根据权利要求1或2所述的一种太阳能与锅炉的组合应用***，其特征在于：所述生活用水***包括与锅炉集热***连接的生活冷水管和生活热水管，所述生活冷水管的另一端与自来水供水端连接，所述生活热水管的另一端与用水端连接，所述生活冷水管上设有三通接头或三通阀，该三通接头或三通阀连接一管路至太阳能集热***的储水箱内部进行换热后在连接至生活热水管。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能与锅炉的组合应用***，其特征在于：所述太阳能集热***包括集热器和储水箱，所述储水箱内设有一与储水箱外部连通的换热盘管，所述采暖回水管上的三通阀连接的另一管路与该换热盘管的进口连通，该换热盘管的出口通过一管路再与采暖回水管连通，优选所述换热盘管为带有波纹的管路，所述换热盘管、储水箱内壁为相同材料，进一步优选换热盘管采用浮动式的安装方式，更进一步优选所述集热器为真空玻璃管，该真空玻璃管与储水箱直接连接。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能与锅炉的组合应用***，其特征在于：所述三通接头或三通阀上连接的另一管路与换热盘管的进口连通，该管路上设有第一电磁阀，换热盘管的出口通过一管路与生活热水管连通，该管路上设有第二电磁阀。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能与锅炉的组合应用***，其特征在于：所述地板辐射采暖***中与换热盘管进口连通的管路和生活用水***中与换热盘管进口连通的管路通过三通接头连接到一起后与换热盘管的进口连接；所述地板辐射采暖***中与换热盘管出口连通的管路和生活用水***中与换热盘管出口连通的管路通过三通接头连接到一起后与换热盘管的出口连接。
7.根据权利要求4所述的一种太阳能与锅炉的组合应用***，其特征在于：所述储水箱内设置水位传感器、水温传感器，储水箱上设置与自来水供水端连通的补水管路，补水管路上设有供水电磁阀。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能与锅炉的组合应用***，其特征在于：所述地板辐射采暖***包括分水器、集水器和辐射管路，所述分水器与采暖供水管连接，所述集水器与采暖回水管连接，所述锅炉集热***为燃气锅炉，所述分水器、集水器、采暖回水管与燃气锅炉连接处设置温度传感器。
9.一种权利要求1-8任一所述组合应用***的控制方法，其特征在于：采暖期，步骤如下：
1）控制第一电磁阀和第二电磁阀关闭；
2）检测集水器处的采暖回水温度T2，储水箱内的水温T1；
3)当检测到T1–T2≥N1℃时，8<N1<12，控制器控制第一三通阀切换至集水器与储水箱之间回路，切断与燃气锅炉之间的通路，采暖回水经过换热盘管进行换热后，再经采暖回水管进入燃气锅炉，最后至地板辐射采暖***；
4)当检测到T1–T2<N2℃时，0<N2<4，控制器控制电动三通阀，切换至集水器与燃气锅炉之间的通路，切断与储水箱之间回路，采暖回水管中的水由燃气锅炉加热到设定温度后由采暖供水管进入地板辐射采暖***；
非采暖期，步骤如下：
a)关闭地暖辐射采暖***；
b)当检测到T1≥N3℃时，43<N3<48，控制第一电磁阀和第二电磁阀打开，生活用水经换热盘管进行换热，加热生活用水；
c)当检测到T1<N4℃时，N4<40，控制第一电磁阀和第二电磁阀关闭，生活用水经燃气锅炉加热。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：若燃气锅炉设定的供水温度高于进水的温度则启动燃气锅炉，若等于或低于进水的温度则不启动燃气锅炉；若储水箱内的水位传感器检测到储水箱内水位低于90%时，控制器控制供水电磁阀打开，向储水箱内补水，储水箱内水位达到100%时，控制供水电磁阀关闭。
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