一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统的制作方法

本技术涉及太阳能热水系统领域，尤其涉及一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统。

背景技术：

1、太阳能热水系统是利用太阳能集热器采集太阳热量，使太阳的光能转化为热能，通过控制系统自动控制循环泵或电磁阀等功能部件将系统采集到的热量传输到大型储水保温水箱中，在匹配当量的电力、燃气和燃油等能源，把储水保温水箱中的水加热并成为比较稳定的定量能源设备。

2、在输热环节，以集热器流道、循环管路、换热器和循环泵为主要部件。这个环节要看集热器是否能将产生的热量适时、均衡的释放给流体，而水泵和循环管道的配置，则会影响流体均匀进入每块集热器的流经状态。另外，管道在热循环过程中保温防护能力如何，也会影响系统效率。

3、当集热器与储热水箱的温差达到设定的启动条件时(5-10°可调)，循环泵启动。然而，两个温度探头的铺设位置，会明显地影响系统效率指标。比如，当探头铺设在集热器水口外侧时，系统获得的温度明显低于实际集热器内部温度，甚至相差10-30°。这样就会导致集热器温度传递延迟，最终使系统效率明显下降。

4、但实际运行中，水箱的热水经常会出现65°以上的高温。随着温度的上升，太阳能热水系统的效率则不断下降。这是由于系统相对环境温度的温差逐渐加大，散热逐步增多造成的。

5、中国实用新型专利cn214791393u公开了一种基于梯级相变储热基数的太阳能和谷电复合供暖供热系统，设置梯级蓄热装置，梯级蓄热装置包括高温蓄热器和低温蓄热器，但是高温蓄热器和低温蓄热器是通过采用一级相变材料和二级相变材料才能实现能量的梯级利用。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，包括：供水保温管道、多个无动力太阳能模块阵列和辅助热源；无动力太阳能模块阵列之间通过供水保温管道进行串联连接后，再通过供水保温管道与辅助热源进行串联连接，一个无动力太阳能模块阵列构成为一个供水加热区，辅助热源构成恒温供水区；其中，无动力太阳能模块阵列包括一个或多个无动力太阳能模块。通过无动力太阳能模块阵列的串联结构实现了梯级储热和梯级换热的效果，提高了太阳能热量的利用率，并且减少了常规热源的配置，减少了高温热水的储存量，从而减少了系统的热损失，并减少了系统的初期投资。

2、本实用新型提供了一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，包括：供水保温管道、多个无动力太阳能模块阵列和辅助热源；所述无动力太阳能模块阵列之间通过供水保温管道进行串联连接后，再通过供水保温管道与辅助热源进行串联连接，一个无动力太阳能模块阵列构成为一个供水加热区，所述辅助热源构成恒温供水区；其中，无动力太阳能模块阵列包括一个或多个无动力太阳能模块。

3、优选地，多个无动力太阳能模块之间采用串联连接或并联连接。

4、优选地，辅助热源为空气源热泵、容积式电热水器和燃气热水器中的一种或多种。

5、优选地，供水加热区包括一级供水加热区和二级供水加热区，二级供水加热区的供水温度高于一级供水加热区的供水温度；所述二级供水加热区与恒温供水区连接。

6、优选地，供水保温管道包括冷水管道、升温管道和回水管道；所述冷水管道的两端分别连接冷水口和一级供水加热区，所述升温管道设置在一级供水加热区和二级供水加热区以及二级供水加热区与恒温供水区之间，所述回水管道的两端分别连接回水口和冷水管道。

7、优选地，还包括反向换热循环泵；所述反向换热循环泵设置在二级供水加热区与恒温供水区之间的升温管道上。

8、优选地，一级供水加热区的热水温度范围为5℃-60℃，所述二级供水加热区的热水温度范围为30℃-60℃；所述恒温供水区的热水温度范围为55℃-60℃。

9、优选地，还包括回水循环泵；所述回水循环泵设置在回水管道上。

10、优选地，无动力太阳能模块包括：水箱模块、换热器和真空集热管；换热器内置在水箱模块内，换热器的两端分别连接水箱模块的进水口和出水口；真空集热管的一端连接水箱模块。

11、优选地，换热器为内筒式换热器，水箱模块为管道式水箱模块。

12、与现有技术相对比，本实用新型的有益效果如下：

13、1.本实用新型的一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，将无动力太阳能模块阵列之间通过供水管道进行串联连接，一个无动力太阳能模块阵列构成为一个供水加热区；使得各无动力太阳能模块阵列之间形成温度梯度，从而达到了梯级储热和梯级换热的效果，提高了太阳能热量的利用率，减少了系统的热损失。

14、2.本实用新型的一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，将无动力太阳能模块阵列和辅助热源之间通过供水管道进行串联连接，从而达到了梯级储热和梯级换热的效果，减少了常规热源的配置，减少了高温热水的储存量，并减少了系统的初期投资。

15、3.本实用新型的一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，无动力太阳能模块之间采用串联连接，使得在无动力太阳能模块阵列内也实现了梯级储热和梯级换热的效果。

16、4.本实用新型的一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，在二级供水加热区与恒温供水区之间的升温管道上设置反向换热循环泵，在无动力太阳能模块的水箱模块温度低于50℃时，反向换热循环泵启动，由恒温供水区反向向无动力太阳能模块进行供热，使得二级供水加热区的热水温度范围保持在30℃-60℃，一级供水加热区的热水温度范围保持在5℃-60℃。

技术特征：

1.一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，其特征在于，包括：供水保温管道、多个无动力太阳能模块阵列和辅助热源；所述无动力太阳能模块阵列之间通过供水保温管道进行串联连接后，再通过供水保温管道与辅助热源进行串联连接，一个无动力太阳能模块阵列构成为一个供水加热区，所述辅助热源构成恒温供水区；其中，无动力太阳能模块阵列包括一个或多个无动力太阳能模块。

2.根据权利要求1所述的一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，其特征在于，所述多个无动力太阳能模块之间采用串联连接或并联连接。

3.根据权利要求1所述的一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，其特征在于，所述辅助热源为空气源热泵、容积式电热水器和燃气热水器中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，其特征在于，所述供水加热区包括一级供水加热区和二级供水加热区，二级供水加热区的供水温度高于一级供水加热区的供水温度；所述二级供水加热区与恒温供水区连接。

5.根据权利要求4所述的一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，其特征在于，所述供水保温管道包括冷水管道、升温管道和回水管道；所述冷水管道的两端分别连接冷水口和一级供水加热区，所述升温管道设置在一级供水加热区和二级供水加热区以及二级供水加热区与恒温供水区之间，所述回水管道的两端分别连接回水口和冷水管道。

6.根据权利要求5所述的一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，其特征在于，还包括反向换热循环泵；所述反向换热循环泵设置在二级供水加热区与恒温供水区之间的升温管道上。

7.根据权利要求6所述的一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，其特征在于，所述一级供水加热区的热水温度范围为5℃-60℃，所述二级供水加热区的热水温度范围为30℃-60℃；所述恒温供水区的热水温度范围为55℃-60℃。

8.根据权利要求5所述的一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，其特征在于，还包括回水循环泵；所述回水循环泵设置在回水管道上。

9.根据权利要求1所述的一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，其特征在于，所述无动力太阳能模块包括：水箱模块、换热器和真空集热管；所述换热器内置在水箱模块内，换热器的两端分别连接水箱模块的进水口和出水口；所述真空集热管的一端连接水箱模块。

10.根据权利要求9所述的一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，其特征在于，所述换热器为内筒式换热器，所述水箱模块为管道式水箱模块。

技术总结
本技术提供了一种梯级储热和梯级换热的无动力太阳能热水系统，属于太阳能热水系统。本技术包括：供水保温管道、多个无动力太阳能模块阵列和辅助热源；无动力太阳能模块阵列之间通过供水保温管道进行串联连接后，再通过供水保温管道与辅助热源进行串联连接，一个无动力太阳能模块阵列构成为一个供水加热区，辅助热源构成恒温供水区；其中，无动力太阳能模块阵列包括一个或多个无动力太阳能模块。本技术通过无动力太阳能模块阵列的串联结构实现了梯级储热和梯级换热的效果，提高了太阳能热量的利用率，并且减少了常规热源的配置，减少了高温热水的储存量，从而减少了系统的热损失，并减少了系统的初期投资。

技术研发人员：程同鑫,朱晓松,王智会
受保护的技术使用者：北京索乐阳光能源科技有限公司
技术研发日：20221130
技术公布日：2024/1/12