本发明属于太阳能供暖，特别涉及一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统及方法。
背景技术：
1、城市供热是城市品质提升的关键市政基础设施之一，也是城市经济社会发展综合水平的重要体现。当前，市政供热仍然主要依赖煤炭等传统能源，不利于城市的绿色低碳高质量发展。为了实现节能减排和环境保护，许多北方城市开始了对市政供热的清洁取暖改造，包括“煤改气”、“煤改电”以及使用清洁能源等方式。
2、在诸多清洁能源中，太阳能资源总量丰富且广泛分布，即使在偏远地区也能长期受益。然而，太阳能也存在能量密度低、易受天气和季节变化的影响大的问题。这导致了使用太阳能供热存在不确定性，尤其是在冬季太阳辐射不足的情况下，可能无法保证持续供暖。
3、鉴于市政供热管网主要是基于传统能源设计与建设的，而且太阳能供暖系统的实施需要适宜的太阳能资源和大片土地资源，探索适应城市特征的太阳能供暖方案，就必须考虑太阳能供暖系统与城市供热及用地规划的协调。
技术实现思路
1、为克服上述现有技术的局限，本发明提出了一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统及方法，有效地利用全年的太阳能资源，实现能量供需之间的平衡，并将太阳能高效地应用于市政供暖系统中，以提升城市能源结构中清洁能源的比重。针对城市地区的土地及太阳能资源分布，本系统在选定的适宜区域建设太阳能集热场和跨季节储热池，确保这些新建设施不会干扰现有市政供热管网的布局与未来规划。太阳能集热场全年收集太阳辐射产生的热量，进而储存于跨季节储热池中。在供暖季节，将通过系统控制方法，灵活地调配市政供热管网和跨季节储热池中的热量，满足区域内的供暖需求。
2、为了实现上述目的，本实发明所采用的技术方案是：
3、一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统，包括市政热源站1、带太阳能跨季节储热的供暖系统和市政供暖系统11；带太阳能跨季节储热的供暖系统和市政供暖系统11有多个，相互之间并联设置；
4、所述市政热源站1与第一市政供热管网回水管101、第一市政供热管网供水管102连接；
5、所述市政供暖系统11通过第二市政供热管网回水管1011与第一市政供热管网回水管101连接，所述市政供暖系统11通过第二市政供热管网供水管1021与第一市政供热管网供水管102连接；所述带太阳能跨季节储热的供暖系统通过第三市政供热管网回水管1012与第一市政供热管网回水管101连接，所述带太阳能跨季节储热的供暖系统通过第三市政供热管网供水管1022与第一市政供热管网供水管102连接；
6、所述带太阳能跨季节储热的供暖系统包括太阳能集热系统2、跨季节储热水池4、用户热力站9、用户供暖系统10，所述太阳能集热系统2通过集热系统回水管201、集热系统供水管202与第一换热器3连接，所述用户热力站9通过用户换热管路回水管901、用户换热管路供水管902与用户供暖系统10连接；
7、所述跨季节储热水池4具有热分层，上部水温高而下部水温较低，在所述跨季节储热水池4的上部高水温处设置两根管线和温度传感器四412，在所述跨季节储热水池4的下部水温低处设置两根管线和温度传感器三411，所述第一换热器3的换热侧与高水温处储热水池上部回水管301和低水温处储热水池下部供水管302连接，所述跨季节储热水池4的下部水温低处的水依次经过所述储热水池下部供水管302上的热水循环泵二6、闸阀二5流入第一换热器3进行换热，通过所述第一换热器3换热后，依次经过所述储热水池上部回水管301上设置的温度传感器二311、闸阀三7流回所述跨季节储热水池4的上部水温高处，所述用户热力站9与高水温处储热水池上部供水管402和低水温处储热水池下部回水管401连接，所述储热水池上部供水管402上设置有闸阀四8，所述第一换热器3用于将太阳能集热系统2吸收的热量储存在跨季节储热水池4中，所述用户热力站9用于在供暖季将储存在跨季节储热水池4和市政热源站1中的热量提供给用户供暖系统10；
8、所述温度传感器三411实时监测跨季节储热水池4下部水温低处的温度，所述温度传感器四412实时监测跨季节储热水池4上部高水温处的温度，所述温度传感器二311实时监测第一换热器3的换热侧出口水的温度，并将这些信号传输至系统控制器。
9、所述太阳能集热系统2包括太阳能集热器阵列2-1，所述太阳能集热器阵列2-1与第一换热器3的热源侧通过集热系统回水管201、集热系统供水管202连接，防冻液通过太阳能集热器阵列2-1吸收太阳辐射后，依次经过所述集热系统回水管201上设置的温度传感器一211、三通阀二2-5流入第一换热器3进行换热，通过所述第一换热器3换热后，依次经过所述集热系统供水管202上设置的三通阀一2-4、定压膨胀罐2-6、热水循环泵一2-3、闸阀一2-2流回太阳能集热器阵列2-1，所述三通阀二2-5与三通阀一2-4连接；
10、所述温度传感器一211实时监测太阳能集热器阵列2-1出口处防冻液的温度，并将此信号传输至系统控制器。
11、所述用户热力站9包括第二换热器9-5，所述第二换热器9-5的热源侧与跨季节储热水池4通过储热水池下部回水管401、储热水池上部供水管402连接，所述储热水池上部供水管402中的热水依次经过三通阀四9-6和温度传感器五911流入第二换热器9-5进行换热，通过所述第二换热器9-5换热后，依次经过热水循环泵三9-3、闸阀五9-2、三通阀三9-1流入储热水池下部回水管401，所述第三市政供热管网回水管1012中的热水通过闸阀六9-4流入三通阀三9-1，所述第三市政供热管网回水管1012中的热水通过闸阀七9-7流入三通阀四9-6，所述第二换热器9-5的换热侧通过用户换热管路回水管901、用户换热管路供水管902与用户供暖系统10连接；
12、所述温度传感器五911实时监测第二换热器9-5的热源侧入口的温度，并将这些信号传输至系统控制器。
13、所述用户供暖系统10包括回水箱10-4、热用户10-5、分水箱10-6，所述分水箱10-6、回水箱10-4通过多根管线与热用户10-5连接，所述用户换热管路回水管901中的热水经过闸阀九10-7与分水箱10-6连接，所述回水箱10-4中流出的热水依次经过除污器10-3、热水循环泵四10-2、闸阀八10-1流入用户换热管路供水管902。
14、所述第一换热器3和第二换热器9-5均为板式换热器。
15、所述跨季节储热水池4可以为倒四棱台、圆柱体、倒圆台、长方体等形状的储热体，侧壁和底部设置有保温层和防水层，顶盖采用保温材料。
16、所述太阳能集热器阵列2-1可以为平板式、真空管式集热器，也可以是槽形抛物面集热器、中央接收器等太阳能集热器。
17、所述市政热源站1可以通过煤炭、天然气、生物质作为热量来源，甚至可以通过集中收集的城市余热作为热量来源。
18、本发明还提供了基于所述一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统的控制方法，包括：
19、在一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统中，太阳能集热系统2吸收太阳辐射将热量储存于跨季节储热水池4中，在供暖季将跨季节储热水池4中储存的热量通过用户热力站9向热用户供暖，当跨季节储热水池4中热量不足时通过用户热力站9接入市政热源站1中热量共同向热用户供暖，同时市政热源站1通过市政供暖系统11向另一部分热用户进行供暖；其的控制方法包括太阳能集热储热控制和热用户供暖输配控制两个部分。
20、上述太阳能集热储热控制部分，当辐照度没有高于设定值1（例如200w/m2），或者温度传感器二311的温度高于上限温度（例如98℃）时闸阀一2-2、闸阀二5、闸阀三7，热水循环泵一2-3、热水循环泵二6处于关闭状态，不进行收集太阳辐射能量以及储存热量，目的是保证太阳能集热系统2有效收集热量，避免热水在管道中汽化导致系统产生安全隐患；
21、所述太阳能集热系统2中的太阳能集热器阵列2-1全年吸收太阳辐射，当辐照度高于设定值1（例如200w/m2），且温度传感器二311的温度低于上限温度（例如98℃）时对太阳能集热系统2进行预热，提升防冻液温度并使得循环管路内温度均衡；防冻液经过太阳能集热器阵列2-1加热后由低温状态变成高温状态，经过闸阀一2-2，从三通阀二2-5的ⅰ流入，再从三通阀二2-5的ⅲ流出到三通阀一2-4的ⅲ，接着从三通阀一2-4的ⅱ流出，通过热水循环泵一2-3加压经过闸阀一2-2流回太阳能集热器阵列2-1，如此进行预热循环；
22、直至当所述温度传感器一211的温度高于跨季节储热水池4下部水温低处温度传感器三411的温度8℃时，高温防冻液从三通阀二2-5的ⅰ流入，再从三通阀二2-5的ⅱ流出通过第一换热器3的热源侧进行换热，管道中的防冻液由高温状态变成低温状态，流入三通阀一2-4的ⅰ，再从三通阀一2-4的ⅱ流出到热水循环泵一2-3进行加压，经过闸阀一2-2流回太阳能集热器阵列2-1；所述跨季节储热水池4下部水温低处的水通过热水循环泵二6进行加压，经过闸阀二5后流入第一换热器3的换热侧进行换热，管路中的水由低温状态变成高温状态，经过闸阀三7后流回到所述跨季节储热水池4的上部高温处，如此反复循环将热量储存在所述跨季节储热水池4中；
23、而当所述温度传感器一211的温度高于跨季节储热水池4下部水温低处温度传感器三411的温度不足2℃时，所述第一换热器3的换热侧停止换热，储热水池上部回水管301和储热水池下部供水管302上所设置的闸阀二5、热水循环泵二6和闸阀三7处于关闭状态；所述太阳能集热系统2进行预热循环，防冻液经过太阳能集热器阵列2-1加热后由低温状态变成高温状态，经过闸阀一2-2，从三通阀二2-5的ⅰ流入，再从三通阀二2-5的ⅲ流出到三通阀一2-4的ⅲ，接着从三通阀一2-4的ⅱ流出，通过热水循环泵一2-3加压经过闸阀一2-2流回太阳能集热器阵列2-1。
24、上述热用户供暖输配控制部分，当不处于供暖季时闸阀四8、闸阀五9-2、闸阀八10-1、闸阀九10-7，热水循环泵三9-3、热水循环泵四10-2，除污器10-3处于关闭状态，无需向热用户提供热量供暖；
25、当处于供暖季且所述温度传感器四412的温度高于设定值2（例如45℃）时，所述闸阀七9-7和闸阀六9-4处于关闭状态，所述跨季节储热水池4上部水温高处的水经过闸阀四8，从三通阀四9-6的ⅱ流入，再从三通阀四9-6的ⅰ流出通过第二换热器9-5的热源侧进行换热，管道中的水由高温状态变成低温状态，通过热水循环泵三9-3进行加压，经过闸阀五9-2从三通阀三9-1的ⅱ流入，再从三通阀三9-1的ⅰ流入所述跨季节储热水池4下部水温低处；
26、当处于供暖季且所述温度传感器四412的温度低于设定值2（例如45℃）时，所述闸阀七9-7和闸阀六9-4处于开启状态，增加三通阀四9-6的ⅲ的开度以及减少三通阀四9-6的ⅱ的开度，一部分热水由所述跨季节储热水池4上部水温高处经过闸阀四8，从三通阀四9-6的ⅱ流入，另一部分热水由所述第三市政供热管网供水管1022中经过闸阀七9-7，从三通阀四9-6的ⅲ流入，两部分热水在三通阀四9-6中合流从三通阀四9-6的ⅲ流出通过第二换热器9-5的热源侧进行换热，管道中的水由高温状态变成低温状态，通过热水循环泵三9-3进行加压，经过闸阀五9-2从三通阀三9-1的ⅱ流入，低温水在三通阀三9-1中分流，一部分低温水从三通阀三9-1的ⅰ流入所述跨季节储热水池4下部水温低处，另一部分低温水从三通阀三9-1的ⅲ流入第三市政供热管网回水管1012，直至所述温度传感器五911的温度高于设定值2（例如45℃），如此反复循环向热用户提供热量供暖。
27、本发明的有益效果：
28、本发明提出了一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统，将市政供热管网与太阳能跨季节储热技术相结合，针对市政供热进行清洁取暖改造。本发明根据城市地区的土地资源和太阳能资源分布情况，在合适的区域建设太阳能集热场和跨季节储热池，而这些设施不会对市政供热管网的现有布局和未来规划造成影响。本发明中的太阳能集热场能全年收集太阳辐射产生的热量，并将其储存于跨季节储热池中，有效地利用了太阳能资源，平衡了时间上的能量供需关系；在供暖季节，通过系统控制方法，优先灵活地利用跨季节储热池中的热量，同时结合市政供热管网的热量进行中供暖。本发明的设计合理地将太阳能引入到市政供暖系统中，提高清洁能源在城市能源结构中的比例，有益于在太阳能资源丰富的城镇地区的市政供暖中推广使用太阳能进行供暖。
1.一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统，包括市政热源站(1)、带太阳能跨季节储热的供暖系统和市政供暖系统(11)；带太阳能跨季节储热的供暖系统和市政供暖系统(11)有多个，相互之间并联设置，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统，其特征在于，所述太阳能集热系统（2）包括太阳能集热器阵列（2-1），所述太阳能集热器阵列（2-1）与第一换热器（3）的热源侧通过集热系统回水管（201）和集热系统供水管（202）连接，防冻液通过太阳能集热器阵列（2-1）吸收太阳辐射后，依次经过所述集热系统回水管（201）上设置的温度传感器一（211）、三通阀二（2-5）流入第一换热器（3）进行换热，通过所述第一换热器（3）换热后，依次经过所述集热系统供水管（202）上设置的三通阀一（2-4）、定压膨胀罐（2-6）、热水循环泵一（2-3）、闸阀一（2-2）流回太阳能集热器阵列（2-1），所述三通阀二（2-5）与三通阀一（2-4）连接；所述温度传感器一（211）实时监测太阳能集热器阵列（2-1）出口处防冻液的温度，并将此信号传输至系统控制器。
3.根据权利要求1所述的一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统，其特征在于，所述用户热力站（9）包括第二换热器（9-5），所述第二换热器（9-5）的热源侧与跨季节储热水池（4）通过储热水池下部回水管（401）、储热水池上部供水管（402）连接，所述储热水池上部供水管（402）中的热水依次经过三通阀四（9-6）和温度传感器五（911）流入第二换热器（9-5）进行换热，通过所述第二换热器（9-5）换热后，依次经过热水循环泵三（9-3）、闸阀五（9-2）、三通阀三（9-1）流入储热水池下部回水管（401），所述第三市政供热管网回水管（1012）中的热水通过闸阀六（9-4）流入三通阀三（9-1），所述第三市政供热管网回水管（1012）中的热水通过闸阀七（9-7）流入三通阀四（9-6），所述第二换热器（9-5）的换热侧通过用户换热管路回水管（901）、用户换热管路供水管（902）与用户供暖系统（10）连接；所述温度传感器五（911）实时监测第二换热器（9-5）的热源侧入口的温度，并将这些信号传输至系统控制器。
4.根据权利要求1或3所述的一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统，其特征在于，所述用户供暖系统（10）包括回水箱（10-4）、热用户（10-5）、分水箱（10-6），所述分水箱（10-6）、回水箱（10-4）通过多根管线与热用户（10-5）连接，所述用户换热管路回水管（901）中的热水经过闸阀九（10-7）与分水箱（10-6）连接，所述回水箱（10-4）中流出的热水依次经过除污器（10-3）、热水循环泵四（10-2）、闸阀八（10-1）流入用户换热管路供水管（902）。
5.根据权利要求1或3所述的一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统，其特征在于，所述第一换热器（3）和第二换热器（9-5）均为板式换热器。
6.根据权利要求1所述的一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统，其特征在于，所述跨季节储热水池（4）可以为倒四棱台、圆柱体、倒圆台、长方体等形状的储热体，侧壁和底部设置有保温层和防水层，顶盖采用保温材料。
7.根据权利要求2所述的一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统，其特征在于，所述太阳能集热器阵列（2-1）可以为平板式、真空管式集热器，也可以是槽形抛物面集热器、中央接收器等太阳能集热器。
8.根据权利要求1-4所述的一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统的控制方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统的控制方法，其特征在于，当辐照度低于设定值1，或者温度传感器二（311）的温度高于上限温度时闸阀一（2-2）、闸阀二（5）、闸阀三（7），热水循环泵一（2-3）、热水循环泵二（6）处于关闭状态，不进行收集太阳辐射能量以及储存热量，目的是保证太阳能集热系统（2）有效收集热量以及避免热水在管道中汽化导致系统产生安全隐患；
10.根据权利要求8所述的一种市政供热管网与太阳能跨季节储热结合的供暖系统的控制方法，其特征在于，当不处于供暖季时闸阀四（8）、闸阀五（9-2）、闸阀八（10-1）、闸阀九（10-7），热水循环泵三（9-3）、热水循环泵四（10-2），除污器（10-3）处于关闭状态，无需向热用户提供热量供暖；
