一种蓄热系统和分时蓄热联供系统的制作方法

本发明涉及采暖供热技术领域，尤其涉及一种蓄热系统和分时蓄热联供系统。

背景技术：

随着社会经济的日益发展，各行各业能耗节节攀升，节能减排成为了社会大众的共识。建筑、机电等耗能的产业和行业都朝着节能、可靠、降低投资等方向发展。

众所周知，电热水锅炉系统具有噪音小、无排放、热效率高、自动化程度高、操作简单等优点，但它也存在运行成本高、运行条件限制大等不足。在缺少集中供热、燃气、煤、燃油等受限制地方及重要的科研实验室，仍被广泛应用。

目前，常见的电热水锅炉蓄热供热系统有两种，图1为现有技术中蓄热系统方案一的工艺流程图；图2为现有技术中蓄热系统方案一的工艺流程图。如图1所示，第一种系统具有四个电动阀22、一次侧具有一套循环驱动泵23，可以实现蓄热兼供热、电锅炉单独供热、蓄热水箱单独供热的功能。如图2所示，第二种系统设置一个电动三通调节阀、两套循环驱动泵23，亦可实现上述功能。

然而，上述第一种电热水锅炉蓄热供热系统由于电动阀22较多，功能简单无法解决能量供求时间不匹配，蓄热水箱白天时段供热不足的问题；上述第二种电热水锅炉蓄热供热系统尽管电动调节阀减少结构简化，但系统增加一组蓄热循环泵，增加泵系统能耗。另外传统蓄热电锅炉系统依靠高品位电能，没有充分利用低品味能源，造成运行费偏高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种蓄热系统和分时蓄热联供系统，以解决现有技术中的电锅炉蓄热供热系统故障率高、运行成本高以及蓄热水箱白天时段供热不足的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种蓄热系统，包括一次侧蓄热环路；所述一次侧蓄热环路上依次设置有主热源组件、蓄热循环泵、三通控制阀、第一换热器、蓄热水箱、第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；所述主热源组件、所述蓄热循环泵、所述三通控制阀、所述第一换热器和所述第一阀门通过管道连通形成闭合回路；所述主热源组件、所述蓄热循环泵、所述三通控制阀、所述第一换热器、所述第二阀门、所述蓄热水箱和所述第四阀门通过管道连通形成闭合回路；所述主热源组件、所述蓄热循环泵、所述三通控制阀、所述第三阀门、所述蓄热水箱和所述第四阀门通过管道连通形成闭合回路。

优选地，所述主热源组件为电锅炉或者热泵。该技术方案的技术效果在于：电热水锅炉为常规的供热设备，其制作生产成本较低、技术条件成熟，运行维护成本也更低；热泵技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术，常见的有空气源热泵、水源热泵、地源热泵和双源热泵等类型，具有高效、节能、环保、安全等诸多优点。

本发明还提供一种分时蓄热联供系统，包括一次侧辅助蓄热环路和上述的蓄热系统；所述一次侧辅助蓄热环路包括太阳能集热器、集热循环泵、第二换热器、换热循环泵；所述太阳能集热器、所述集热循环泵和所述第二换热器通过管道连通形成闭合回路；所述蓄热水箱、所述换热循环泵和所述第二换热器通过管道连通形成闭合回路。

进一步，分时蓄热联供系统还包括补液箱和补液泵，所述补液箱通过所述补液泵与所述太阳能集热器所在闭合回路连通。该技术方案的技术效果在于：由于流动的热媒可能出现渗漏、蒸发等状况导致流失减少，补液箱和补液泵的作用在于及时补充足够的热媒，保障回路中集热换热工作的正常运行。

进一步，分时蓄热联供系统还包括膨胀罐，所述膨胀罐与所述太阳能集热器所在闭合回路连通。该技术方案的技术效果在于：膨胀罐的作用是在工作介质温度升高体积膨胀时吸收膨胀罐量，防止回路中压力升高过快，而在工作介质温度降低体积收缩时释放罐内的液体补充到回路中，避免回路压力下降过快，以减少安全阀的泄压次数和补液泵的工作次数。

进一步，分时蓄热联供系统还包括第一热量表、第二热量表和控制组件；所述第一热量表位于所述太阳能集热器所在闭合回路；所述第二热量表位于所述换热循环泵所在闭合回路；所述控制组件分别连接所述第一热量表、所述第二热量表和所述换热循环泵。该技术方案的技术效果在于：太阳能集热器所在闭合回路中设置控制组件，用于根据第一热量表和第二热量表测量的换热温差，调节换热循环泵的启动频率及时间。

优选地，所述太阳能集热器为平板式、全玻璃真空管式或者U型管式集热器。该技术方案的技术效果在于：根据不同的实际需要、安装条件以及外部天气条件，可选用平板式、全玻璃真空管式或者U型管式等不同的太阳能集热器。

进一步，所述太阳能集热器所在闭合回路的管道从内至外依次包括钢管、保温管和保温层。该技术方案的技术效果在于：钢管能够为管道提供足够的结构强度，减低系统震动、弯曲带来的应力；而保温管能够减少热媒在管道中流动时的热量流失；保温层一方面用于固定保温管，另一方面防止保温管受到破坏。

优选地，所述保温管的材质为阻燃橡塑。该技术方案的技术效果在于：阻燃橡塑的保温性能好，同时不容易在热媒的高温下燃烧。并且阻燃橡塑里面不含有有害的氯氟化物，符合国际环保认证要求，在安装过程和使用中，不会产生任何对人身体健康有危害的污染气体。并且，由于其材质柔软，且无须其它辅助层，施工安装简易快捷。

优选地，所述保温层的材质为金属铝。该技术方案的技术效果在于：金属铝具有较高的机械强度，而同时密度低，光洁度高且不易腐蚀。

本发明的有益效果是：

1、分别形成三个闭合回路，在蓄热循环泵的驱动下，能够实现主热源组件单独供热、蓄热水箱单独供热、主热源组件向蓄热水箱进行蓄热的功能，并且，简化了管路中的设备从而降低了故障率和运行成本，且控制简单实现了节能减排。

2、在蓄热系统之外设置一次侧辅助蓄热环路，能够实现太阳能与传统电锅炉的能源相结合，利用可再生的太阳能分时集热蓄热，解决蓄热水箱白天时段供热不足的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中蓄热系统方案一的工艺流程图；

图2为现有技术中蓄热系统方案一的工艺流程图；

图3为本发明提供的蓄热系统中一次侧蓄热环路的工艺流程图；

图4为本发明提供的蓄热系统中一次侧辅助蓄热环路的工艺流程图；

图5为本发明提供的蓄热系统中闭合环路中管道的断面示意图。

附图标记：

1-主热源组件； 2-蓄热循环泵； 3-三通控制阀；

4-第一换热器； 5-蓄热水箱； 6-第一阀门；

7-第二阀门； 8-第三阀门； 9-第四阀门；

10-太阳能集热器； 11-集热循环泵； 12-第二换热器；

13-换热循环泵； 14-补液箱； 15-补液泵；

16-膨胀罐； 17-第一热量表； 18-第二热量表；

19-钢管； 20-保温管； 21-保温层；

22-电动阀； 23-循环驱动泵。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种蓄热系统，其中：图3为本发明提供的蓄热系统中一次侧蓄热环路的工艺流程图。如图3所示，蓄热系统的结构包括一次侧蓄热环路。具体地，一次侧蓄热环路上依次设置有主热源组件1、蓄热循环泵2、三通控制阀3、第一换热器4、蓄热水箱5、第一阀门6、第二阀门7、第三阀门8和第四阀门9。主热源组件1、蓄热循环泵2、三通控制阀3、第一换热器4和第一阀门6通过管道连通形成闭合回路；同时，主热源组件1、蓄热循环泵2、三通控制阀3、第一换热器4、第二阀门7、蓄热水箱5和第四阀门9通过管道连通形成闭合回路；并且，主热源组件1、蓄热循环泵2、三通控制阀3、第三阀门8、蓄热水箱5和第四阀门9通过管道连通形成闭合回路。

如图3所示，优选地，主热源组件1优先选择使用电锅炉或者热泵。在本实施例中，电热水锅炉为常规的供热设备，其制作生产成本较低、技术条件成熟，运行维护成本也更低；而热泵技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术，常见的有空气源热泵、水源热泵、地源热泵和双源热泵等类型，具有高效、节能、环保、安全等诸多优点。

需要说明的是：

为了满足不同的供热环境的需要，第一换热器4可以选用板式换热器或者管壳式换热器，其材质为304不锈钢，传热系数为3000kcal/(m2·℃·h)。

为了提高循环回路的可靠性，蓄热循环泵2可以采用一组水泵或者多组并列布置的水泵，多组水泵中设置备用泵组。

为了便于回路中热媒的流通和控制的便利，三通控制阀3优先选择电动调节阀，第一阀门6、第二阀门7、第三阀门8或第四阀门9优选使用电动蝶阀。

本发明还提供一种分时蓄热联供系统。分时蓄热联供系统包括一次侧辅助蓄热环路和上述的蓄热系统。图4为本发明提供的蓄热系统中一次侧辅助蓄热环路的工艺流程图。具体地，如图3、4所示，一次侧辅助蓄热环路包括太阳能集热器10、集热循环泵11、第二换热器12、换热循环泵13。其连通关系和回路结构为：太阳能集热器10、集热循环泵11和第二换热器12通过管道连通形成闭合回路，蓄热水箱5、换热循环泵13和第二换热器12通过管道连通形成闭合回路。

在现有常见的电热水锅炉蓄热供热系统中，存在管路复杂、阀门和泵组过多的情况。并且，蓄热水箱5常常在用水高峰期和白天时段出现供热不足的问题。本发明的分时蓄热联供系统，能够较好地解决上述问题，通过在一次侧蓄热环路之外增设一次侧辅助蓄热环路，将太阳能与传统电锅炉的能源相结合，利用可再生的太阳能分时集热蓄热，解决蓄热水箱5白天时段、用水高峰期供热不足的问题。

在本实施例的可选方案中，如图4所示，进一步地，分时蓄热联供系统还包括补液箱14和补液泵15。其中，补液箱14通过补液泵15与太阳能集热器10所在的闭合回路连通。在本实施例中，由于流动的热媒可能出现渗漏、蒸发等状况导致流失减少，补液箱14和补液泵15的作用在于及时补充足够的热媒，保障回路中集热换热工作的正常运行。特别地，补液箱14内胆采用304不锈钢制作，外壳使用201不锈钢。同时可在补液箱14内补充标准为-25摄氏度的丙二醇溶液制作的防冻液。

在本实施例的可选方案中，如图4所示，进一步地，分时蓄热联供系统还包括膨胀罐16。具体地，膨胀罐16与太阳能集热器10所在的闭合回路连通。在本实施例中，膨胀罐16的作用是在工作介质温度升高体积膨胀时吸收膨胀罐16量，防止回路中压力升高过快，而在工作介质温度降低体积收缩时释放罐内的液体补充到回路中，避免回路压力下降过快，以减少安全阀的泄压次数和补液泵15的工作次数。

在本实施例的可选方案中，如图4所示，进一步地，分时蓄热联供系统还包括第一热量表17、第二热量表18和控制组件。具体地，第一热量表17位于太阳能集热器10所在闭合回路，第二热量表18位于换热循环泵13所在闭合回路，而控制组件分别连接第一热量表17、第二热量表18和换热循环泵13。根据第一热量表17和第二热量表18测量的换热温差，利用太阳能集热器10所在闭合回路中设置的控制组件控制调节换热循环泵13的启动频率及时间，达到在合适的时间、所需的时段实现太阳能集热回路的补充蓄热。

在本实施例的可选方案中，如图4所示，优选地，太阳能集热器10可以选用平板式、全玻璃真空管式或者U型管式的集热器，以满足不同的供热需要、安装条件以及外部天气条件。

图5为本发明提供的蓄热系统中闭合环路中管道的断面示意图。在本实施例的可选方案中，如图5所示，进一步地，太阳能集热器10所在闭合回路的管道从内至外依次包括钢管19、保温管20和保温层21。在本实施例中，钢管19能够为管道提供足够的结构强度，减低系统震动、弯曲带来的应力；而保温管20能够减少热媒在管道中流动时的热量流失；保温层21一方面用于固定保温管20，另一方面防止保温管20受到破坏。

在本实施例的可选方案中，如图5所示，优选地，保温管20的材质为阻燃橡塑。在本实施例中，阻燃橡塑的保温性能好，同时不容易在热媒的高温下燃烧。并且阻燃橡塑里面不含有有害的氯氟化物，符合国际环保认证要求，在安装过程和使用中，不会产生任何对人身体健康有危害的污染气体。并且，由于其材质柔软，且无须其它辅助层，施工安装简易快捷。优选地，阻燃橡塑保温管20可设置30毫米厚，并且采用B1级材质。

在本实施例的可选方案中，如图5所示，优选地，保温层21的材质为金属铝。金属铝具有较高的机械强度，而同时密度低，光洁度高且不易腐蚀。铝质保温层21的厚度可设置为0.2毫米。

上述的分时蓄热联供系统同时通过电锅炉和太阳能进行蓄热集热，其经济效益成果显著，简述如下：

1、太阳能日产热量

根据北京市地区的太阳能辐照资源，考虑太阳能的效率、保证率、热损的等因素影响，本工程太阳能日产热量按下式计算：

ΔQ_SAVE＝A_CJ_Tη_cd(1-η_L)

式中：

ΔQ_SAVE——日平均节能量；

A_C——太阳集热器的面积，单位㎡；本系统太阳能面积总共为264㎡；

J_T——太阳集热器采光面的太阳辐照量，单位KJ/㎡。北京地区为17.28MJ/(㎡·d)；

365——一年的天数；

η_cd——太阳集热器效率，无量纲。取0.6；

η_L——管路及贮水箱热损失，无量纲。取0.2；

带入上述数据计算得：ΔQ_SAVE＝2189.7MJ。即：太阳能日产热量为2189.7MJ。全年365天产热量为：2189.7MJ×365＝799248.4MJ

2、太阳能系统每年节约电量

W＝ΔQ_SAVE/(3.6×η)×365

式中：

W——系统寿命内年节约电量，Kwh；

η——辅助热源热效率，0.9；

代入数据计算得，太阳能系统年节约电量为246681.6Kwh。

3、太阳能系统每年节约总费用

(1)年节约电费

F＝W×C_C

式中：

F——年节约的电费，元；

W——年节约电量，246681.6KWH；

C_C——常规能源价格，1.26元/KWH；

带入数据计算得，年节约的电费为310818.76元。

(2)太阳能系统年维护费用

太阳能系统总投资的1％，本项目总1198500元，即：1198500×1％＝11985元。

(3)太阳能系统年节约总费用

年节约的电费-太阳能系统年维护费用，即:310818.76-11985＝298833.76元。

4、太阳能系统投资回收期计算

太阳能每年节约的总费用为298833.76元，太阳能系统投资为1198500元，则安装太阳能的回收期为：

5、环保效益

太阳能系统的环保效益主要通过系统节能的环保效益来体现：因节省常规能源而减少了污染物的排放，主要指标为二氧化碳的减排量。将系统寿命期的节能量折算成标准煤，然后将标准煤中的碳含量折算成二氧化碳，即为该太阳能系统的二氧化碳的减排量，其计算公式为：

Q_CO2＝(-ΔQ_SAVE)/q×365×n×2.47

式中：

Q_CO2——系统寿命期内二氧化碳的排放量，吨；

q——标准煤热值，29308KJ/kg；

2.47——每kg标准煤燃烧产生2.47kgCO2；

n——系统寿命期，按15年计算；

代入数据得：Q_CO2＝1010吨，则每年二氧化碳减排量为：67.4吨。年节约标煤量为：67.4/2.47＝27.3吨。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。