(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 107525121 A(43)申请公布日 2017.12.29
(21)申请号 201710711075.4(22)申请日 2017.08.21
(71)申请人 河南水木环保科技股份有限公司
地址 450000 河南省郑州市国家高新技术
开发区瑞达路96号(72)发明人 王波 田万品 宋淑红 罗振宇
陈玉龙 郭元惠 王琬莹 (51)Int.Cl.
F24D 12/02(2006.01)F24D 19/10(2006.01)
权利要求书2页 说明书4页 附图1页
(54)发明名称
一种太阳能风能边海防供暖保障系统及运行方法(57)摘要
本发明涉及一种太阳能风能边海防供暖保障系统及运行方法，属于新能源环保技术领域。该系统由太阳能供暖系统以及风能发电蓄电系统构成；太阳能供暖系统包括太阳能集热器、贮热水箱、供暖控制系统、末端供暖设备、末端热水用水；风能发电蓄电系统包括风力发电机、风能控制器以及蓄电池组。本发明将太阳能光热转换技术和风力发电技术联合应用在岛礁供暖保障中，有效的解决了边海防绿色能源节能供暖问题。
CN 107525121 ACN 107525121 A
权 利 要 求 书
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1.一种太阳能风能边海防供暖保障系统，其特征在于：该系统由太阳能供暖系统以及风能发电蓄电系统构成；其中，所述太阳能供暖系统包括太阳能集热器(1)、贮热水箱(2)、供暖控制系统(3)、末端供暖设备(10)、末端热水用水(11)；所述风能发电蓄电系统包括风力发电机(14)、风能控制器(13)以及蓄电池组(12)；所述风力发电机(14)、风能控制器(13)以及蓄电池组(12)依次电连接；所述蓄电池组(12)与供暖控制系统(3)电连接；所述太阳能集热器(1)的上下两端分别通过集热进水和回水管路与贮热水箱(2)的上下端连接；所述贮热水箱(2)又分别通过末端供暖进水和回水管路与末端供暖设备(10)连接；所述贮热水箱(2)又同时分别通过末端热水进水和回水管路与末端热水用水(11)连接；所述贮热水箱(2)上还设置有自来水管路用于接自来水；集热进水管路上设置有第一温度计(T1)，集热回水管路上设置有第五温度计(T5)以及集热循环泵(5)；所述贮热水箱(2)上还设置有第二温度计(T2)、第三温度计(T3)、水位计(H1)以及.电辅热(4)；末端供暖进水和回水管路上分别设置有供暖循环泵(6)和第四温度计(T4)；末端热水进水管路上设置有热水自动增压泵(7)，末端热水回水管路上设置有第六温度计(T6)以及回水电磁阀(9)；自来水管路上设置有补水电磁阀(8)；所述第一温度计(T1)、第二温度计(T2)、第三温度计(T3)、第四温度计(T4)、第五温度计(T5)、第六温度计(T6)、集热循环泵(5)、水位计(H1)、电辅热(4)、供暖循环泵(6)、热水自动增压泵(7)、回水电磁阀(9)以及补水电磁阀(8)均与所述供暖控制系统(3)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能风能边海防供暖保障系统，其特征在于：所述贮热水箱(2)内设置有换热盘管(15)。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能风能边海防供暖保障系统的运行方法，其特征在于，包括如下控制方式：
定温补水控制：当第一温度计(T1)到达设定温度，且贮热水箱(2)水位未满时，贮热水箱(2)上的定温放水电磁阀启动；当第一温度计(T1)低于设定温度或贮热水箱(2)满水时，定温放水电磁阀关闭；
太阳能集热控制：当第一温度计(T1)温度一第二温度计(T2)温度≥8℃，且贮热水箱(2)满水时，集热循环泵(5)启动温差循环；当第一温度计(T1)温度一第二温度计(T2)温度≤3℃或贮热水箱(2)水位＜90％时，集热循环泵(5)关闭；
电辅热控制：当第三温度计(T3)＜设定温度时，电辅热(4)开启；当第三温度计(T3)＞设定温度+5℃时，电辅热(4)关闭；
自动补水控制：当贮热水箱(2)水位＜补水水位时，补水电磁阀(8)开启；当贮热水箱(2)水位≥水箱高水位时，补水电磁阀(8)关闭；
热水供水自动控制：热水自动增压泵(7)采用第六温度计(T6)定温循环控制，自动增压，当第六温度计(T6)温度＜40℃时，热水自动增压泵(7)启动，回水电磁阀(9)打开，反之，当第六温度计(T6)温度≥45℃时，热水自动增压泵(7)关闭，回水电磁阀(9)同时关闭；
供暖自动控制：供暖循环泵(6)采用第四温度计(T4)定温循环控制，当第四温度计(T4)温度＜40℃时，供暖循环泵(6)启动，进行供暖循环，反之，当第四温度计(T4)温度≥45℃时，供暖循环泵(6)关闭，关闭供暖循环；
防冻循环控制：当第五温度计(T5)温度≤5℃时，集热循环泵(5)启动；当第五温度计(T5)温度≥10℃时，集热循环泵(5)关闭；当第五温度计(T5)温度≤4℃时，电辅热(4)启动；
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当第五温度计(T5)温度≥9℃时，电辅热(4)关闭。
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说 明 书
一种太阳能风能边海防供暖保障系统及运行方法
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技术领域
[0001]本发明涉及一种太阳能风能边海防供暖保障系统及运行方法，属于新能源环保技术领域。
背景技术
[0002]目前，太阳能应用技术中主要公开的技术主要有太阳能供暖系统、太阳能富集地区主动太阳能热水供暖蓄热系统优化设计、主动式太阳能供暖间歇运行热负荷特性研究、太阳能风能空气能供暖制冷及热水系统、一种太阳能和风能与蓄能空气源机组相配合的供暖系统、采用太阳能风能和燃烧器结合的换热炉等。但未见将太阳能风能联合起来应用在边海防供暖保障中的应用研究，解决供暖季的取暖和日常生活热水问题的研究。[0003]其中，“太阳能采暖系统应用现状及发展”主要介绍了国内外太阳能采暖系统的研究现状和主要设备的应用情况，在此基础上分析了太阳能采暖系统存在的问题及其改进措施。“太阳能富集地区主动太阳能热水采暖蓄热系统优化设计”对太阳能采暖系统中蓄热水箱做了详细的理论分析及模拟研究。对太阳辐射及建筑热负荷日变化规律、太阳能采暖系统所需蓄热量进行理论分析得出蓄热水箱容积与太阳辐射强度变化规律、建筑热负荷变化规律、蓄热温差的关系；“主动式太阳能采暖间歇运行热负荷特性研究”对主动式太阳能间歇采暖运行中热负荷特性的研究做了详细的理论分析及模拟研究。CN 201610399103.9公开了一种太阳能风能空气能采暖制冷及热水系统，它由太阳能光伏电源与风力发电机组成互补发电装置，该互补发电装置经充电控制器、逆变器连空气能热水机组，其采用太阳能、风能供电，天然能源，运行成本低，不产生任何废弃物，没有空气污染、噪声等公害，对环境无不良影响，是理想的清洁能源。CN 201521077559.0涉及一种太阳能和风能与蓄能空气源机组相配合的采暖系统，所述系统包括蓄能热水机组、风力发电机构、太阳能发电机构、蓄能装置和终端供热装置，该实用新型采用蓄能装置进行蓄能，在用电低峰期的夜晚储存蓄能热水机组加热的热水，便于白天对终端供热装置进行供暖，避开了城市用电高峰期，合理地规划能源分配；采用风力发电机构和太阳能发电机构配合电加热器对水加热，无须燃煤供热，降低供暖成本，而且对环境友好，防止大气污染，而且作为热媒介的水可以循环使用，节约水资源。CN 201520571887.X公开了一种采用太阳能、风能和燃烧器结合的换热炉，包括换热炉炉体，加热管，废气排放筒，其优点是：最大限度消耗风能和太阳能等绿色电能；达到节能减排的好效果。CN 201510771890.0涉及一种采暖供冷系统，包括供水单元、集水单元、锅炉供能单元、太阳能供能单元、风能供能单元，热泵供能单元、储热储冷供能单元。该系统可利用常见的燃料能源，如煤炭、木材、秸秆等为能量来源，同时结合可再生能源太阳能、风能的高效利用，实现传统能源和清洁能源的联合应用，提供经济、可靠的冷量和热量供给。该系统的多个供能单元可独立运作，也可以联合运行，提高了能源利用效率，保证了系统供能的稳定。US 20100186734 A1涉及太阳能空气加热器，该太阳能空气加热器包括：至少一个透明或半透明的前板，所述前板包括至少一条第一气流通道，所述第一气流通道大体上呈细长形并沿所述前板的表面延伸；优选地与所述前板大体上平行的后板；至少一
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个吸热元件，该吸热元件优选地位于所述前板和所述后板之间；至少一个空气进口；至少一个空气出口；位于所述前板和所述吸热元件之间的至少一条第二气流通道；及位于所述吸热元件和所述后板之间的至少一条第三气流通道，借此从空气进口流动通过所述太阳能空气加热器并流向空气出口的空气会至少通过第一气流通道、第二气流通道和第三气流通道。在该发明的另一种实施方式中，太阳能空气加热器包括用于驱动和/或换向通过所述太阳能空气加热器的气流的装置，借此能够使与所述太阳能空气加热器连通的房间和/或建筑物加热和/或通风。US 20140230805 A1涉及一种具有采暖功能的燃气热水采暖装置及系统，属于热水器技术领域。该装置包括燃烧装置、热水管路的进口和出口、采暖回路的进口和出口以及水箱，还包括第一、第二、第三换热器；燃烧装置的烟气出口按序串联第一和第二换热器的烟气通道；第一换热器中具有第一水流通道和第二水流通道，水箱及第一换热器的第一水流通道串联连通于热水管路的进口和出口之间；第一换热器的第二水流通道及第三换热器的水流通道串联连通于采暖回路的进口和出口之间；第二换热器和第三换热器均可与水箱内的水进行热交换。该发明的热水采暖装置及系统换热效率高，升温速度块，体积小巧，满足用户采暖的需求同时能够快速为用户提供大量热水。[0004]检索发现，公开的技术主要有太阳能采暖系统应用现状及发展、太阳能富集地区主动太阳能热水采暖蓄热系统优化设计、主动式太阳能采暖间歇运行热负荷特性研究、太阳能风能空气能采暖制冷及热水系统、一种太阳能和风能与蓄能空气源机组相配合的采暖系统、采用太阳能、风能和燃烧器结合的换热炉、一种采暖供冷系统等。但未见将太阳能风能联合起来应用在边海防供暖保障中的应用研究。
发明内容
[0005]为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种太阳能风能边海防供暖保障系统及运行方法，有效的解决了边海防绿色能源节能供暖问题。[0006]本发明的技术方案如下：
[0007]一种太阳能风能边海防供暖保障系统，该系统由太阳能供暖系统以及风能发电蓄电系统构成；其中，所述太阳能供暖系统包括太阳能集热器、贮热水箱、供暖控制系统、末端供暖设备、末端热水用水；所述风能发电蓄电系统包括风力发电机、风能控制器以及蓄电池组；所述风力发电机、风能控制器以及蓄电池组依次电连接；所述蓄电池组与供暖控制系统电连接；所述太阳能集热器的上下两端分别通过集热进水和回水管路与贮热水箱的上下端连接；所述贮热水箱又分别通过末端供暖进水和回水管路与末端供暖设备连接；所述贮热水箱又同时分别通过末端热水进水和回水管路与末端热水用水连接；所述贮热水箱上还设置有自来水管路用于接自来水；集热进水管路上设置有第一温度计，集热回水管路上设置有第五温度计以及集热循环泵；所述贮热水箱上还设置有第二温度计、第三温度计、水位计以及电辅热；末端供暖进水和回水管路上分别设置有供暖循环泵和第四温度计；末端热水进水管路上设置有热水自动增压泵，末端热水回水管路上设置有第六温度计以及回水电磁阀；自来水管路上设置有补水电磁阀；所述第一温度计、第二温度计、第三温度计、第四温度计、第五温度计、第六温度计、集热循环泵、水位计、电辅热、供暖循环泵、热水自动增压泵、回水电磁阀以及补水电磁阀均与所述供暖控制系统电连接。[0008]进一步地，所述贮热水箱内设置有换热盘管。
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上述太阳能风能边海防供暖保障系统的运行方法如下：
[0010]定温补水控制：当第一温度计到达设定温度，且贮热水箱水位未满时，贮热水箱上的定温放水电磁阀启动；当第一温度计低于设定温度或贮热水箱满水时，定温放水电磁阀关闭；
[0011]太阳能集热控制：当第一温度计温度-第二温度计温度≥8℃，且贮热水箱满水时，集热循环泵启动温差循环；当第一温度计温度-第二温度计温度≤3℃或贮热水箱水位＜90％时，集热循环泵关闭；[0012]电辅热控制：当第三温度计＜设定温度时，电辅热开启；当第三温度计＞设定温度+5℃时，电辅热关闭；[0013]自动补水控制：当贮热水箱水位＜补水水位时，补水电磁阀开启；当贮热水箱水位≥水箱高水位时，补水电磁阀关闭；[0014]热水供水自动控制：热水自动增压泵采用第六温度计定温循环控制，自动增压，当第六温度计温度＜40℃时，热水自动增压泵启动，回水电磁阀打开，反之，当第六温度计温度≥45℃时，热水自动增压泵关闭，回水电磁阀同时关闭；[0015]供暖自动控制：供暖循环泵采用第四温度计定温循环控制，当第四温度计温度＜40℃时，供暖循环泵启动，进行供暖循环，反之，当第四温度计温度≥45℃时，供暖循环泵关闭，关闭供暖循环；
[0016]防冻循环控制：当第五温度计温度≤5℃时，集热循环泵启动；当第五温度计温度≥10℃时，集热循环泵关闭；当第五温度计温度≤4℃时，电辅热启动；当第五温度计温度≥9℃时，电辅热关闭。[0017]本发明中，太阳能供暖系统为供暖系统主要热源，当太阳能辐照度较低贮热水箱水温达不到要求时，系统自动启动电辅热对水箱进行二次加热，直到水箱水温达到设计温度值。太阳能供暖系统及电辅热的所需电能均来源于风能发电蓄电系统。
[0018]采用本发明的一种太阳能风能边海防供暖保障系统及运行方法取得了以下有益效果：本发明利用海边地区充足的绿色能源-太阳能和风能，将太阳能光热转换技术和风力发电技术联合应用在岛礁供暖保障中，有效的解决了边海防绿色能源节能供暖问题以及供暖季的取暖和非供暖季的日常生活热水问题，这对于我国边海防建设具有重大意义。附图说明
[0019]图1为本发明的太阳能风能边海防供暖保障系统示意图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图对本发明作进一步说明。[0021]如图1所示，一种太阳能风能边海防供暖保障系统，该系统由太阳能供暖系统以及风能发电蓄电系统构成。太阳能供暖系统包括太阳能集热器1、贮热水箱2、供暖控制系统3、末端供暖设备10、末端热水用水11。风能发电蓄电系统包括风力发电机14、风能控制器13以及蓄电池组12。风力发电机14、风能控制器13以及蓄电池组12依次电连接；所述蓄电池组12与供暖控制系统3电连接。太阳能集热器1的上下两端分别通过集热进水和回水管路与贮热水箱2的上下端连接。贮热水箱2内设置有换热盘管15。贮热水箱2又分别通过末端供暖进水
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和回水管路与末端供暖设备10连接。贮热水箱2又同时分别通过末端热水进水和回水管路与末端热水用水11连接。贮热水箱2上还设置有自来水管路用于接自来水，集热进水管路上设置有第一温度计T1，集热回水管路上设置有第五温度计T5以及集热循环泵5。贮热水箱2上还设置有第二温度计T2、第三温度计T3、水位计H1以及电辅热4。末端供暖进水和回水管路上分别设置有供暖循环泵6和第四温度计T4。末端热水进水管路上设置有热水自动增压泵7，末端热水回水管路上设置有第六温度计T6以及回水电磁阀9。自来水管路上设置有补水电磁阀8。第一温度计T1、第二温度计T2、第三温度计T3、第四温度计T4、第五温度计T5、第六温度计T6、集热循环泵5、水位计H1、电辅热4、供暖循环泵6、热水自动增压泵7、回水电磁阀9以及补水电磁阀8均与供暖控制系统3电连接。
[0022]上述太阳能风能边海防供暖保障系统的运行方法如下：[0023]定温补水控制：当第一温度计T1到达设定温度，且贮热水箱2水位未满时，贮热水箱2上的定温放水电磁阀启动；当第一温度计T1低于设定温度或贮热水箱2满水时，定温放水电磁阀关闭；
[0024]太阳能集热控制：当第一温度计T1温度-第二温度计T2温度≥8℃，且贮热水箱2满水时，集热循环泵5启动温差循环；当第一温度计T1温度-第二温度计T2温度≤3℃或贮热水箱2水位＜90％时，集热循环泵5关闭；[0025]电辅热控制：当第三温度计T3＜设定温度时，电辅热4开启；当第三温度计T3＞设定温度+5℃时，电辅热4关闭；[0026]自动补水控制：当贮热水箱2水位＜补水水位(如20％，可调)时，补水电磁阀8开启；当贮热水箱2水位≥水箱高水位(如90％，可调)时，补水电磁阀8关闭；[0027]热水供水自动控制：热水自动增压泵7采用第六温度计T6定温循环控制，自动增压，当第六温度计T6温度＜40℃时(该值可调)，热水自动增压泵7启动，回水电磁阀9打开，反之，当第六温度计T6温度≥45℃时(该值可调)，热水自动增压泵7关闭，回水电磁阀9同时关闭；
[0028]供暖自动控制：供暖循环泵6采用第四温度计T4定温循环控制，当第四温度计T4温度＜40℃时(该值可调)，供暖循环泵6启动，进行供暖循环，反之，当第四温度计T4温度≥45℃时(该值可调)，供暖循环泵6关闭，关闭供暖循环；[0029]防冻循环控制：当第五温度计T5温度≤5℃时，集热循环泵5启动；当第五温度计T5温度≥10℃时，集热循环泵5关闭；当第五温度计T5温度≤4℃时，电辅热4启动；当第五温度计T5温度≥9℃时，电辅热4关闭。
[0030]本发明采用太阳能光热转换技术和风能发电技术的二连供方式可以满足边海防驻扎营地的能源需求。为部队官兵给予生活保障，解决采暖季的取暖和日常生活热水问题。其技术指标如下：
[0031]1.室内供暖温度≥18℃，满足采暖季95％的天数；[0032]2.联合供暖系统供热量≥50kW；[0033]3.光热转换效率＞90％；[0034]4.系统使用寿命≥30年。
[0035]上述实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案做出的列举，并非对本发明的限定，本发明的保护范围仍以所附权利要求限定的范围为准。
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说 明 书 附 图
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