[发明专利]一种基于减少耗散优化的太阳能采暖系统及其控制系统

说明书

本发明一种基于减少耗散优化的太阳能采暖系统及其控制系统，包括：太阳能集热器、储热水箱、室内散热器、集热循环泵、供热循环泵、连接管路及阀门、数字式温度传感器、流量计、变频器、控制器，本发明从减少能量耗散的角度出发，对太阳能集热、储热、补热及供热各环节的系统集成形式、运行模式及控制方法进行优化设计，避免系统通过集热器反向换热、协调集热量的供应与储存的控制目标、避免供热侧热量反向传递至水箱、协调水箱供热的控制目标、补热储热同时运行、无效储热等太阳能光热采暖应用的常见问题。同时，本发明能够最大化地利用了建筑自身的被动式蓄热特性，有效降低对储热体量的需求，并有效降低储热水箱内的掺混损失。

技术领域

本发明涉及一种基于减少耗散优化的太阳能采暖系统及其控制系统，属于太阳能供热采暖技术领域。

背景技术

作为一种天然无污染的可再生能源，太阳能用于建筑供热采暖将带来巨大的节能效益和社会效益。然而，太阳能的时间分布具有不稳定和不连续的天然特性，太阳能资源主要集中在白天太阳辐照较高的时间段，而这段时间通常建筑采暖负荷最小；当夜间建筑有较高的采暖热量需求时，太阳能的供给量为零。通常，太阳能光热采暖系统利用储热水箱来补偿这种能量供给与需求之间的不匹配，将储热水箱连接在太阳能集热环路与建筑供热环路之间作为缓冲，先将太阳能通过集热循环蓄存至储热水箱，再通过供热循环将水箱内的热量交换到建筑内的采暖末端装置。从热学原理角度分析，储热水箱实际是一个能量耗散环节，这种耗散一方面体现在通过储热水箱向环境散热造成的热量损失，另一方面体现在当系统集热侧和供热侧回水进入水箱时，不同温度流体掺混而造成的能量品位损失。因此，使用储热水箱，是补偿太阳能光热采暖系统能量供需不平衡，提高太阳能保证率和系统利用率所要付出的必要代价，应最大程度地减少这种使用储热水箱所造成的能量耗散损失。

许多太阳能采暖系统在系统架构、运行逻辑、控制策略等方面都存在诸多问题，造成大量太阳能集热量损失在储热水箱内而无法被有效用于建筑供热。常见错误包括：①反向传热——辅助加热装置的补充热量通过供热循环被反向传递到储热水箱内，造成了补热量通过储热水箱向环境散失，并提高了储热水箱的介质温度，降低了太阳能集热器的集热效率；②补热储热同时进行——当储热水箱内介质温度不满足供热需求时，储热水箱需要一个预热期，通过太阳能集热循环加热水箱内工作介质以满足供热条件。而在这个过程中，系统则需要利用辅助加热装置提供的补充热量进行供热，由于太阳能在储热水箱内的耗散，这种运行模式实际上减少了可有效用于采暖的太阳能热量，增加了系统对补热量的需求，降低了系统的太阳能保证率；③无效储热——在单日太阳能辐照不足，水箱的热惯性较大的情况下，若经过日间的加热，水箱内的介质温度仍不满足供热条件，则日间的太阳能集热量无法及时用于建筑供热，还要在夜间通过水箱向环境散失，造成了大量集热量的浪费。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有的太阳能光热采暖系统存在的不足，提供一种基于减少耗散优化的太阳能采暖系统及其控制系统，从减少太阳能光热采暖系统能量耗散为出发点，通过新的系统形式、运行模式及自动控制策略，有效地使系统能够最大化地利用了建筑自身的被动式蓄热特性，有效降低对水箱储热体量的需求，并能够有效降低水箱内的掺混损失，从而提高了系统的经济性和能量效率。

为了解决上述技术问题，本发明的技术解决方案为：一种基于减少耗散优化的太阳能采暖系统，包括：太阳能集热器、储热水箱、室内散热器、控制器、集热循环泵、供热循环泵、辅助加热装置、电磁阀、若干温度传感器、流量计及管路；

储热水箱集热侧出水口通过电磁阀与位于集热器供水管路上的集热循环泵的入水口相连接，集热侧各入水口通过电磁阀，利用同一段管路与各集热器出水口相连接，并在这段各接口共用的管路上，沿高度方向在每两个相邻的电磁阀的接入点之间，设置一个电磁阀，储热水箱供热侧出水口通过电磁阀与位于室内散热器供水管路上的供热循环泵的入水口相连接，供热侧各入水口通过电磁阀，利用同一段管路与室内散热器的出水口相连接，并在这段各接口共用的管路上，沿高度方向在每两个相邻的电磁阀的接入点之间，设置一个电磁阀。