一种模块化准弹性蓄热直接式太阳能供暖系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能利用设备技术领域，特别涉及一种模块化准弹性蓄热直接式太阳能供暖系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]太阳能是地球上一切能源的主要来源，它是无穷无尽的，无公害的清洁能源，也是21世纪以后人类可期待的最有希望的能源。我国地域辽阔，年日照时间大于2000小时的地区约占全国面积的2/3，处于利用太阳能较有利的区域内。
[0003]但是太阳能是稀薄的能源，它的地球表面的能源密度较低。并且太阳辐射热量有季节、昼夜的规律变化，同时还受阴晴云雨等随机因素的强烈影响，故太阳辐射热量具有很大不稳定性。由于太阳能集热与建筑供暖热负荷需求具有波动性，以及太阳能集热与供暖热负荷需求具有不同步性等特征，导致要利用太阳能，必须要解决太阳能的间隙性和不可靠性问题。太阳能利用系统中设置蓄热装置是解决上述问题的最有效的方法之一。实践证明，蓄热装置对提高太阳能的利用效率具有特别重要的意义。
[0004]常采用的太阳能供暖蓄热的方法有，蓄热水箱蓄热、相变材料蓄热、土壤蓄热等形式。蓄热水箱蓄热由于成本低廉、系统可靠性强等特征，导致其是目前最为普遍的蓄热形式。但是由于受到季节、天气以及建筑用热需求变化的影响，导致蓄热系统水箱热量在不断变化。采用固定容积蓄热水箱系统后，蓄热容积过大会造成水箱温度明显低于设计供水温度，系统需长时间启动辅助热源进行供热，降低了系统的节能性;蓄热容积过小则会造成集热器回水温度偏高，降低集热器的集热量，同样会降低系统的节能性。由此，常会出现整个供暖季节水箱水温波动剧烈，在供暖负荷需求小的供暖初期和供暖末期，由于蓄热量大于水箱蓄热能力，导致蓄热水箱水温高于设计值，一方面使得集热系统回水水温升高，集热板对流换热量增加，将降低集热板的集热效率，减少系统集热量;另一方面使得蓄热水箱散热损失增加，降低了整个系统的用能效率。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于:针对上述存在的问题，提供一种能够有效解决现有固定蓄热存在问题的模块化准弹性蓄热直接式太阳能供暖系统及其控制方法。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种模块化准弹性蓄热直接式太阳能供暖系统，其特征在于:包括集热系统、用户末端以及至少两组模块化蓄热系统，所述集热系统包括太阳能集热器和集热循环水栗，每组模块化蓄热系统包括一个蓄热水箱，所述蓄热水箱通过对应的阀门组成分别与集热系统和用户末端连接形成循环通路结构，每组模块化蓄热系统中的阀门组成互不影响，通过控制每组模块化蓄热系统中的阀门组成，能够使任意一个或多个蓄热水箱与太阳能集热器之间形成循环通路结构以及使任意一个或多个蓄热水箱与用户末端之间形成循环通路结构。
[0007]本发明所述的模块化准弹性蓄热直接式太阳能供暖系统，其所述每组模块化蓄热系统中的阀门组成由四个阀门组成，所述蓄热水箱通过其中两个阀门与集热系统连接，所述蓄热水箱通过其中另两个阀门与用户末端连接。
[0008]本发明所述的模块化准弹性蓄热直接式太阳能供暖系统，其所述模块化蓄热系统为三组，第一组模块化蓄热系统包括第一蓄热水箱、阀门十二、阀门一、阀门二以及阀门十一，第二组模块化蓄热系统包括第二蓄热水箱、阀门十、阀门三、阀门四以及阀门九，第三组模块化蓄热系统包括第三蓄热水箱、阀门五、阀门八、阀门六以及阀门七；
所述太阳能集热器的出口端通过管路与阀门一的第一接口端连通，所述阀门一的第二接口端通过管路与第一蓄热水箱连通，所述第一蓄热水箱通过管路与阀门十二的第二接口端连通，所述阀门十二的第一接口端通过设置集热循环水栗的管路与太阳能集热器的进口端连通，所述太阳能集热器与第一蓄热水箱之间形成循环通路结构，通过控制阀门一和阀门十二，使太阳能集热器对第一蓄热水箱的回水直接进行加热;所述太阳能集热器的出口端通过管路与阀门三的第一接口端连通，所述阀门三的第二接口端通过管路与第二蓄热水箱连通，所述第二蓄热水箱通过管路与阀门十的第二接口端连通，所述阀门十的第一接口端通过设置集热循环水栗的管路与太阳能集热器的进口端连通，所述太阳能集热器与第二蓄热水箱之间形成循环通路结构，通过控制阀门三和阀门十，使太阳能集热器对第二蓄热水箱的回水直接进行加热;所述太阳能集热器的出口端通过管路与阀门五的第一接口端连通，所述阀门五的第二接口端通过管路与第三蓄热水箱连通，所述第三蓄热水箱通过管路与阀门八的第二接口端连通，所述阀门八的第一接口端通过设置集热循环水栗的管路与太阳能集热器的进口端连通，所述太阳能集热器与第三蓄热水箱之间形成循环通路结构，通过控制阀门五和阀门八，使太阳能集热器对第三蓄热水箱的回水直接进行加热；
所述用户末端的供暖回水通过设置有供暖循环水栗的管路与阀门七的第一接口端连通，所述阀门七的第二接口端通过管路与第三蓄热水箱连通，所述第三蓄热水箱通过管路与阀门六的第二接口端连通，所述阀门六的第一接口端通过管路将被加热的供暖回水供于用户末端，通过控制阀门七和阀门六，使所述用户末端与第三蓄热水箱之间形成循环通路结构;所述用户末端的供暖回水通过设置有供暖循环水栗的管路与阀门九的第一接口端连通，所述阀门九的第二接口端通过管路与第二蓄热水箱连通，所述第二蓄热水箱通过管路与阀门四的第二接口端连通，所述阀门四的第一接口端通过管路将被加热的供暖回水供于用户末端，通过控制阀门九和阀门四，使所述用户末端与第二蓄热水箱之间形成循环通路结构;所述用户末端的供暖回水通过设置有供暖循环水栗的管路与阀门十一的第一接口端连通，所述阀门十一的第二接口端通过管路与第一蓄热水箱连通，所述第一蓄热水箱通过管路与阀门二的第二接口端连通，所述阀门二的第一接口端通过管路将被加热的供暖回水供于用户末端，通过控制阀门十一和阀门二，使所述用户末端与第一蓄热水箱之间形成循环通路结构。
[0009]本发明所述的模块化准弹性蓄热直接式太阳能供暖系统，其在所述阀门二、阀门四、阀门六的第一接口端与用户末端之间设置有辅助热源系统，所述辅助热源系统包括辅助热源、第一三通阀以及第二三通阀，所述阀门二、阀门四、阀门六的第一接口端通过管路与第一三通阀的第一接口端连通，所述第一三通阀的第二接口端通过管路与第二三通阀的第二接口端连通，所述第一通阀的第三接口端通过辅助热源与第二三通阀的第三接口端连通，所述第二三通阀的第一接口端通过管路将被加热的供暖回水供于用户末端。
[0010]—种模块化准弹性蓄热直接式太阳能供暖系统的控制方法，其特征在于:控制阀门一和阀门十二，使太阳能集热器与第一蓄热水箱连通形成循环通路，启动集热循环水栗，将经过太阳能集热器加热的回水通过阀门一流入第一蓄热