一种利用太阳能和风能及热水蓄热器的村镇清洁供热系统

1.本实用新型涉及可再生能源供热及蓄热技术领域，特别涉及一种利用太阳能和风能及热水蓄热器的村镇清洁供热系统。


背景技术：

2.集中供热在北方城市较为普遍，村镇的供暖需求和负荷较为分散，属于集中供暖很难覆盖的区域，目前我国村镇冬季采暖多采用散煤燃烧或木材秸秆燃烧的方式，这种方式不仅供热效率低下，而且造成的室内外环境污染比较严重，尤其容易造成室内颗粒物严重超标和一氧化碳中毒，给人民健康甚至生命安全带来隐患。村镇地区不存在高层建筑遮挡，太阳能和风能较容易得到，因此推动村镇充分利用分散的可再生能源构建清洁供热系统的任务刻不容缓。
3.鉴于上述问题，按照我国建设现代能源体系和低碳供热的要求，在村镇建设利用太阳能、风能供暖和蓄热供暖技术。太阳能作为清洁可再生能源，有极大的利用价值，我国太阳能资源丰富，但分布不均，广大农村地区太阳能利用率很低，然而利用太阳能供热可有效降低村镇供暖运行成本；此外，我国风电装机容量不断增大，对于风能的利用逐渐成熟，村镇地区高层建筑较少，冬季有良好的风力资源，可供清洁供暖使用，进一步减少村镇供热碳排放。
4.太阳能、风能供暖系统和热水蓄热系统可以利用房屋屋顶、院落空地和具备条件的平房屋顶等位置进行安装，具有占地面积小，安装方便等优点。
5.本实用新型利用太阳能和风能作为村镇清洁供暖的热源，同时利用热水蓄热技术，将制备的热水储存在蓄热器中，当热水温度达到要求时可直接用于供热，当热水温度不足时，利用风力发电进行二次加热，从而补充热量并使水箱出水温度达到要求，风力发电除了用于补热之外，还可以用于室外部分管道和高位水箱保温层的电伴热。进一步解决了太阳能和风能供热不稳定的缺点，确保供暖的可靠性，降低运行成本和村镇供暖的碳排放。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提出一种利用太阳能和风能及热水蓄热器的村镇清洁供热系统，将太阳能制备出的热水，储存在蓄热器中，利用风能发电，对蓄热器中的热水进行二次加热，增加蓄热器中的蓄热量并使蓄热器中的热水达到所需温度。解决村镇供热问题，并实现初投资和运行费用的平衡。
7.本实用新型的技术方案：一种利用太阳能和风能及热水蓄热器的村镇清洁供热系统，包括高位水箱1、控制器2、风力发电装置3、用户侧供暖变频泵4、太阳能板5、蓄热器6、太阳能侧循环变频泵7、水处理系统8、阀门9、配电箱10、电磁阀和静态平衡阀；
8.高位水箱1、连接高位水箱1的室外部分管道和水处理系统8外表面均缠绕电热丝，并包裹保温材料和保护层；
9.高位水箱1依次通过阀门9、水处理系统8、电磁阀ap1连接至蓄热器6底部；蓄热器6
顶部设有溢流口用于泄水，蓄热器6内部设有电加热器，电加热器由配电箱10供电；
10.蓄热器6下部出口通过太阳能侧循环变频泵7连接至太阳能板进口；太阳能板出口经过电磁阀bp2连接至蓄热器6上部进口，上部进口位于电加热器上方；
11.蓄热器6内部竖向均匀分布多个温度测点，用于实时监测蓄热器6内水温变化情况并反馈至控制器2，控制器2分别与太阳能板5进出口管道相连接，用于监测太阳能板5的进、出口温度，控制器2依据太阳能板5进出口水温和蓄热器6中水温变化控制蓄热器6中电加热器的启闭；
12.蓄热器6底部设有排污口，用于系统不工作时，放空系统内部的存水；
13.配电箱10通过连接风力发电装置3向电加热器和电热丝供能，必要时通过外接电源供能；配电箱10分别为太阳能板进口管路、高位水箱1、高位水箱1出水管路、水处理系统8、太阳能板出口管路以及二次网供、回水管道上的电热丝供电；二次网供、回水管道分别连接至蓄热器6的上下两端；
14.用户侧供暖变频泵4于二次网供水管道上，位于蓄热器6的供水口；静态平衡阀ak1和静态平衡阀bk2，分别设置于每个二次网入户管道处，针对用户热负荷变化，通过调节压降和流量，保证最不利回路上散热器的资用压差，起到管网动态平衡的作用。
15.系统的蓄热过程为：蓄热器6中的冷水经太阳能侧循环变频泵7加压，流入太阳能板5中加热；加热后的热水流经电磁阀bp2，进入蓄热器6，完成蓄热循环；当蓄热器6中水温不满足供暖需求时，风力发电装置3向电加热器供能启动，蓄热器6中的热水加热到供暖所需温度；
16.系统的放热过程为：蓄热器6中的热水经用户侧供暖变频泵4加压后输送到用户进行供暖，供暖回水流回蓄热器6中，完成供热循环。
17.所述系统需要补水时，阀门9和电磁阀ap1开启，其余时间关闭；高位水箱1中的水在重力作用下进入水处理系统8，水质达标后进入蓄热器6中进行补水。高位水箱连接自来水管进行补水。
18.所述控制器2是实现系统自动控制的关键，通过对太阳能板进口的温度、太阳能板出口的温度进行监测，对蓄热器6内的温度分层情况进行监测，与配电箱10相互协调，控制电加热器的停启。
19.所述配电箱10根据室外温度控制高位水箱1、连接高位水箱1的室外部分管道和水处理系统8所缠绕电热丝的通电和关闭，防止冬季气温较低而造成补水系统内的水冻结，并且配电箱10对电加热器供电。
20.所述溢流口与大气连通，靠重力作用关闭出水口；当蓄热器6内存水过多时，水位上升或排气时溢流口阀门自动打开泄水；其他情况时，手动打开溢流口阀门进行排水。
21.当利用太阳能所制备的热水温度不足，不能达到供暖要求时，利用风力发电装置3为电加热器提供电能，将蓄热器6中的热水加热到供暖所需温度。
22.系统在冬季运行时，容易出现管道冻结的问题，因此室外部分管道需要增设电热丝和保温层，并利用风力发电装置3产生的电能进行电伴热处理，确保系统运行的安全性。当不需要电伴热时，可以将风力发电装置3的电能全部用于蓄热器6水箱内热水加热，进一步增加供热能力和减少风电浪费。当遇到极寒天气，太阳能不足，风力发电因保证电伴热而不能全负荷加热蓄热器6内的供暖热水时，可以利用外接电源加热蓄热器6内的供暖热水，
从而确保供热的可靠性，但这种情况出现的场合非常少。
23.所述用户侧供暖变频泵4，可以根据用户侧热负荷需求情况和最不利换热器的压差进行动态调整，对管网的流量大小进行调整，起到节约能源的作用。
24.所述蓄热器6用于储存太阳能板5制备的热水，配备电加热器，必要时对热水进行二次加热，使蓄热器6内的热水达到供暖所需温度。蓄热器6上部进口内的布水盘开孔朝上设置，下部出口的布水盘开孔朝下设置，确保水流均匀。
25.系统室外管道部分应尽可能的短，防止冬季运行时出现管道冻结的问题，此外室外管道均需增设电伴热和保温层，电伴热的电源来自配电箱10。
26.本实用新型采用智能控制系统，对蓄热器6内水温进行实时监测，以此控制电加热器的停启和功率的大小，将多余的电能用于电伴热，可以减少不必要的资源浪费。
27.本实用新型的有益效果：本实用新型采用一种利用太阳能和风能及热水蓄热器的村镇清洁供热系统，针对村镇冬季供暖的特点，选择清洁能源太阳能和风能作为热源制备供暖水，并储存在蓄热器中，以此减少太阳能和风能不稳定性对于供暖可靠性的影响。本实用新型系统简单，安装方便，成本低，占地面积小，适用于村镇等无法实现大规模集中供暖的地区，利用太阳能和风能进行供暖，不需要采用传统的燃煤供暖，有效解决了村镇供暖、过度分散、低效率、高污染的问题，对于加快农村能源转型发展助力乡村振兴具有重要意义。
附图说明
28.图1为本实用新型一种利用太阳能和风能及热水蓄热器的村镇清洁供热系统的流程图。
29.图中：1高位水箱；2控制器；3风力发电装置；4用户侧供暖变频泵；5太阳能板；6蓄热器；7太阳能侧循环变频泵；8水处理系统；9阀门；10配电箱；p1-电磁阀a；p2-电磁阀b；k1静态平衡阀a；k2静态平衡阀b。
具体实施方式
30.以下结合附图和技术方案，进一步说明本实用新型的具体实施方式。
31.图1为一种利用太阳能和风能及热水蓄热器的村镇清洁供热系统流程图，该清洁供热系统包括高位水箱1、控制器2、风力发电装置3、用户侧供暖变频泵4、太阳能板5、蓄热器6、太阳能侧循环变频泵7、水处理系统8、阀门9、电控箱、电磁阀ap1、电磁阀bp2、静态平衡阀ak1和静态平衡阀bk2。
32.系统需要进行补水时，阀门9和电磁阀ap1开启，其余时间关闭。高位水箱1中的水在重力作用下进入水处理系统8，经过处理，水质达标后进入蓄热器6中进行补水。
33.蓄热过程：蓄热器6中的冷水经太阳能侧循环变频泵7加压，流入太阳能板5中被加热，热水流经电磁阀bp2，进入蓄热器6中，完成蓄热循环；当蓄热器6中水温不满足供暖需求时，电加热器启动，消耗由风力发电装置3输出的电能，将蓄热器6中的热水加热到供暖所需温度。
34.放热过程：蓄热器6中的热水经用户侧供暖变频泵4加压后输送到用户侧进行供暖，供暖回水流回蓄热器6中，完成供热循环。
35.控制器2是实现系统自动控制的关键，通过对太阳能板入口温度t1、出口温度t2进行监测，对蓄热器6内的温度分层情况进行监测，与电控箱10相互协调，控制电加热器的停启，确保供水温度达到供暖标准的要求。
36.风力发电装置3输出的电能，由电控箱10统一调配，一部分用于为电加热器提供能源，另一部分用于电伴热，确保管道在冬季运行时不会出现冻结的现象，保证系统的安全性。
37.室外管道布置尽可能地简易，减少热水在管道内的热损失，同时要尽量短小，增设保温层，并采用电伴热的形式，防止在系统运行时发生冻结的现象，影响系统的正常运行。
38.蓄热器6内部竖向均匀分布7个温度测点，用于实时监测蓄热器6内水温变化情况。
39.系统不工作时，通过蓄热器6的排污口泄水，将系统内的水放空。
40.本实用新型针对村镇供暖的特殊性，提出了一种利用太阳能和风能及热水蓄热器的村镇清洁供热系统，合理利用清洁能源太阳能和风能作为热源制备供暖水，并储存在热水蓄热器中，供给用户进行供暖，不需要采用传统的燃煤供暖，有效解决了村镇供暖，分散，低效率，高污染等问题，能够推动农村能源转型，为实现碳中和做出贡献。
41.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。