一种建筑补能系统及控制方法与流程

1.本发明属于热水供应及其控制技术领域，具体涉及一种建筑补能系统及控制方法。


背景技术：

2.为应对能源危机、环境恶化以及全球气候变暖等越来越严峻的环境形势，在寻求可替代常规化石燃料的同时，如何减少建筑用能、降低二氧化碳等温室气体排放是现今建筑行业亟需解决的问题。因此，零能耗建筑受到了广泛关注。
3.零能源建筑(zero energy consumption buildings)，是不消耗常规能源建筑，完全依靠太阳能或者其它可再生能源。从节能建筑、绿色建筑、生态建筑、可持续性理念到最近的低碳，共同的目标都是为了降低二氧化碳的排放量。然而现有的零能耗建筑，建筑本身很难做到完全不耗能，需要一定补充，而现有的对建筑进行能源补充的系统，主要是依靠化石燃料进行的能量转化，这样无法实现零能源建筑的低碳要求。
4.太阳能作为一种分布广泛、取之不尽的清洁能源，受到人们高度重视，而太阳能集热器的应用领域不再局限于提供生活热水，正逐步向采暖应用方向拓展。许多学者通过研究证明完全有可能通过太阳能实现建筑冬季采暖及全年供热，但如何将白天丰富的太阳能跨时空蓄存一直阻碍着太阳能采暖发展。
5.空气源热泵作为热泵技术的一种，有着“大自然能量的搬运工”的美誉，具有使用成本低、易操作、效果好、安全、干净等多重优势，通过消耗少量电能驱动压缩机运转，实现对无处不在的空气低品位能量的转移，无需复杂的配置，作为可再生能源，在需求越来越迫切的情况下，其节能、环保、安全、舒适的优势十分突出。
6.因此，本发明提出一种建筑补能系统及控制方法，太阳能与空气源热泵多能互补解决全年生活热水、冬季采暖、夏季制冷的供应，将可再生能源最大化利用,以有助于实现建筑的零能耗。


技术实现要素：

7.本发明提供一种建筑补能系统及控制方法。
8.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
9.一方面，提供一种建筑补能系统，包括：
10.空气源热泵，设置在户外获得空气中的能量以加热或制冷空气源热泵内的水；
11.市政供水系统，连通于空气源热泵的冷水输入管和储水箱；
12.换热器，连通于空气源热泵的热水输送管和供水循环管路；
13.储水箱，通过供水循环管路连通于换热器，连通于市政供水系统；
14.太阳能集热器，通过热媒给水管和热媒回水管连通于储水箱，热媒给水管设置有第一循环泵装置；
15.第一用水端，连通于供水循环管路。
16.进一步地，空气源热泵包括若干串联或并联连通的空气源热泵单元。
17.进一步地，供水循环管路包括连通于换热器和储水箱之间的第一输水管和与第一输水管在换热器内连通的第二输水管，第二输水管连通于储水箱。
18.进一步地，第二输水管上连通有回水电磁阀。
19.进一步地，第一输水管上连通有第二循环泵装置。
20.进一步地，热媒给水管上包覆有伴热带。
21.进一步地，空气源热泵的冷水输入管和市政供水系统之间连通有集气排气排污罐。
22.进一步地，冷水输入管上设置有第三循环泵装置。
23.进一步地，补能系统包括测温装置，测温装置包括用于测量太阳能集热器出口温度的第一温度传感器t1、用于测量储热水箱温度的第二温度传感器t2、用于测量集热器循环管道温度的第三温度传感器t3、用于测量供水温度的第四温度传感器t4、用于测量回水温度的第五温度传感器t5和用于测量冷水温度的第六温度传感器t6。
24.进一步地，第一循环泵装置包括相互并联的循环泵单元。
25.进一步地，空气源热泵上连通有辅助加热系统，辅助加热系统包括壳体、固定设置在壳体内的加热水管、固定设置在壳体上的控制器、和包覆在加热水管外侧的电加热管，加热水管的进水端通过第一管路和第二管路分别连通于冷水输入管和热水输送管，加热水管的出水端通过第三管路和第四管路分别连通于冷水输入管和热水输送管，其中，第一管路、第二管路、第三管路和第四管路上分别连通有第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀，第一管路和第二管路分别设有第一管路循环泵和第二管路循环泵，加热水管的进水端和出水端分别设有第一水温计和第二水温计；
26.其中，控制器分别连接于第一水温计、第二水温计、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第一管路循环泵、第二管路循环泵和电加热管。
27.另一方面，提供一种建筑补能系统的控制方法，包括：
28.控制柜采集第一温度传感器t1、第二温度传感器t2、第三温度传感器t3、第四温度传感器t4、第五温度传感器t5、第六温度传感器t6的温度信息；
29.当t1
‑
t2≥5℃时，启动第一循环泵装置，进行太阳能集热器的热量交换，当t1
‑
t2≤1℃时，停止第一循环泵装置工作，集热循环停止；
30.当t3≤5℃时，启动第一循环泵装置，防止管路冻坏，t3继续下降至t3≤2℃，开启防冻伴热带，当t3≥8℃时，停止第一循环泵装置及伴热带工作；
31.当t5≤40℃时，回水电磁阀开启，t5＞45℃时，回水电磁阀关闭；
32.当储热水箱的第二温度传感器t2高于60℃时，开启三通阀，空气源热泵供暖管路通过换热器进行二次加热供暖，储水箱的热媒给水管和热媒回水管循环开启，当储热水箱温度低于55℃时，三通阀关闭，停止空气源热泵的补热。
33.进一步地，建筑补能系统的控制方法还包括故障报警，控制柜通过收集信号和工作状态信息，对收集信号和工作状态信息进行逻辑判断，出现故障，进行鸣笛报警同时通过通信网络向控制中心发送报警信息。
34.进一步地，控制柜收集的信号包括第一温度传感器t1、第二温度传感器t2、第三温度传感器t3、第四温度传感器t4、第五温度传感器t5、第六温度传感器t6的温度信息，在温
度信息达到设定的高温阈值或设定的低温阈值时进行故障报警。
35.进一步地，第一温度传感器t1用于测量太阳能集热器出口温度、第二温度传感器t2用于测量储热水箱温度、第三温度传感器t3用于测量集热器循环管道温度、第四温度传感器t4用于测量供水温度、第五温度传感器t5用于测量回水温度、第六温度传感器t6用于测量冷水温度的。
36.进一步地，控制柜收集的信号包括水位传感器发送的水位数据，在水位低于设定水位阈值时进行故障报警，其中，水位传感器设置在储水箱中。
37.与现有技术相比，本发明的优越效果在于：
38.1、本发明所述建筑补能系统及控制方法，通过将太阳能和空气能结合、互补，互相切换降低运营成本并同时满足热水、采暖、制冷的需求，实现通过低碳方式对建筑的补能；
39.2、本发明所述建筑补能系统及控制方法，利用太阳能集热器为主，空气源热泵为辅的多能互补形式替代传统单一化石燃料，提供稳定且高品质的能源，满足室内采暖及居民生活热水需求，显著提高可再生能源利用率，对节能减排具有积极作用；
40.3、本发明所述建筑补能系统及控制方法，需要较少耗电设备，对建筑进行能源补充，具有良好的经济效益和运用前景。
附图说明
41.图1是本发明实施例中建筑补能系统的结构示意图；
42.图2是本发明实施例中供水循环管路的结构示意图；
43.图3是本发明实施例中第一循环泵装置的结构示意图；
44.图4是本发明实施例中辅助加热系统的结构示意图。
45.图中，1
‑
空气源热泵、11
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冷水输入管、111
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第三循环泵装置、12
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热水输送管、121
‑
第一热水输送管、122
‑
第二热水输送管、123
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第三热水输送管、131
‑
壳体、132
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加热水管、133
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控制器、134
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电加热管、a1
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第一管路、a2
‑
第二管路、a3
‑
第三管路、a4
‑
第四管路、b1
‑
第一控制阀、b2
‑
第二控制阀、b3
‑
第三控制阀、b4
‑
第四控制阀、c1
‑
第一管路循环泵、c2
‑
第二管路循环泵、2
‑
市政供水系统、21
‑
第一供水管、22
‑
第二供水管、23
‑
第三供水管、4
‑
换热器、5
‑
供水循环管路、51
‑
第一输水管、511
‑
第二循环泵装置、52
‑
第二输水管、521
‑
回水电磁阀、6
‑
储水箱、7
‑
太阳能集热器、71
‑
热媒给水管、711
‑
第一循环泵装置、72
‑
热媒回水管、8
‑
集气排气排污罐。
具体实施方式
46.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
47.实施例
48.如图1所示，所述建筑补能系统，包括：
49.空气源热泵1，设置在户外获得空气中的能量以加热或制冷空气源热泵1内的水；
50.市政供水系统2，连通于空气源热泵1的冷水输入管11和储水箱3；
51.换热器4，连通于空气源热泵1的热水输送管12和供水循环管路5；
52.储水箱6，通过供水循环管路5连通于换热器4，连通于市政供水系统2；
53.太阳能集热器7，通过热媒给水管71和热媒回水管72连通于储水箱6，热媒给水管71设置有第一循环泵装置711；
54.第一用水端，连通于供水循环管路5。
55.在上述实施例中，空气源热泵1用于实现冬季供暖及夏季制冷。
56.空气源热泵1包括若干串联或并联连通的空气源热泵单元。
57.在上述实施例中，通过调整空气源热泵单元的数量来调整空气源热泵1的热量或冷量的输出。
58.热媒给水管71上包覆有伴热带。
59.空气源热泵1的冷水输入管11和市政供水系统2之间连通有集气排气排污罐8。
60.热水输送管12包括连通于换热器4的第一热水输送管121、与第一热水输送管121在换热器4内连通的第二热水输送管122和与第二热水输送管122连通的第三热水输送管123，第三热水输送管123通过三通阀连通于第一热水输送管121，第三热水输送管123的输出端连通于末端供水。
61.如图2所示，供水循环管路5包括连通于换热器4和储水箱6之间的第一输水管51和与第一输水管51在换热器4内连通的第二输水管52，第二输水管52连通于储水箱6。
62.第一输水管51上连通有第二循环泵装置511。
63.第二输水管52上设置有回水电磁阀521，回水电磁阀521上并联有闸阀。
64.冷水输入管11上设置有第三循环泵装置111。
65.市政供水系统2设有第一供水管21和与第一供水管21分别连通的第二供水管22和第三供水管23，第二供水管22连通于集气排气排污罐8，第二供水管22上设有压力表、单向阀和压力自动补水阀，第三供水管23连通于储水箱6，第三供水管23上设有补水电磁阀231，补水电磁阀231上并联有闸阀；第一供水管21上设有y型过滤器、水处理器、防倒流截止器、水表和闸阀。
66.第二供水管21和集气排气排污罐8通过冷暖回水管连通，冷暖回水管还连通于末端回水。
67.如图3所示，第一循环泵装置711包括相互并联的循环泵单元，循环泵单元包括依次连通在热媒给水管71上的第一闸阀、压力表、第一软接头、第一循环泵、第二软接头、单向阀、压力表和第二闸阀，在实际的使用过程中，两套循环泵单元一用一备；
68.其中，第二循环泵装置511和第三循环泵装置111与第一循环泵装置711的结构相同。
69.补能系统包括测温装置，测温装置包括用于测量太阳能集热器出口温度的第一温度传感器t1、用于测量储热水箱温度的第二温度传感器t2、用于测量集热器循环管道温度的第三温度传感器t3、用于测量供水温度的第四温度传感器t4、用于测量回水温度的第五温度传感器t5和用于测量冷水温度的第六温度传感器t6；
70.其中，第四温度传感器t4设置在第一输水管51上；
71.第五温度传感器t5设置在第二输水管52上；
72.第六温度传感器t6设置在第一供水管21上。
73.如图4所示，空气源热泵1上连通有辅助加热系统，辅助加热系统包括壳体131、固
定设置在壳体131内的加热水管132、固定设置在壳体131上的控制器133和包覆在加热水管132外侧的电加热管134，加热水管132的进水端通过第一管路a1和第二管路a2分别连通于冷水输入管11和热水输送管12，加热水管132的出水端通过第三管路a3和第四管路a4分别连通于冷水输入管11和热水输送管12，其中，第一管路a1、第二管路a2、第三管路a3和第四管路a4上分别连通有第一控制阀b1、第二控制阀b2、第三控制阀b3和第四控制阀b4，第一管路a1和第二管路a2分别设有第一管路循环泵c1和第二管路循环泵c2，加热水管132的进水端和出水端分别设有第一水温计d1和第二水温计d2；
74.其中，控制器133分别连接于第一水温计d1、第二水温计d2、第一控制阀b1、第二控制阀b2、第三控制阀b3、第四控制阀b4、第一管路循环泵c1、第二管路循环泵c2和电加热管134。
75.其中，加热水管132采用不锈钢材质；
76.控制器133采用plc；
77.电加热管134采用铁氟龙材质；
78.在上述实施例中，控制器133通过第一水温计d1、第二水温计d2获得进水端和出水端的水温信息，进而控制第一控制阀b1、第二控制阀b2、第三控制阀b3、第四控制阀b4的开启和闭合，并控制第一管路循环泵c1、第二管路循环泵c2进行水的循环加热。
79.所述建筑补能系统的控制方法，包括：
80.控制柜采集第一温度传感器t1、第二温度传感器t2、第三温度传感器t3、第四温度传感器t4、第五温度传感器t5、第六温度传感器t6的温度信息；
81.当t1
‑
t2≥5℃时，启动第一循环泵装置711，进行太阳能集热器7的热量交换，当t1
‑
t2≤1℃时，停止第一循环泵装置711工作，集热循环停止；
82.当t3≤5℃时，启动第一循环泵装置711，防止管路冻坏，t3继续下降至t3≤2℃，开启防冻伴热带，当t3≥8℃时，停止第一循环泵装置711及伴热带工作；
83.当t5≤40℃时，回水电磁阀开启，t5＞45℃时，回水电磁阀关闭；
84.冬季供暖时，当储水箱6的第二温度传感器t2高于60℃时，开启三通阀，空气源热泵1供暖管路通过换热器4加热给户内供暖，太阳能系统供、回水循环开启，储水箱6的热量向换热器4方向转移，当储水箱6温度低于55℃时，三通阀关闭，停止向供暖管路补热。
85.建筑补能系统的控制方法还包括故障报警，控制柜通过收集信号(如温度信息)和工作状态信息，对收集信号和工作状态信息进行逻辑判断，出现故障，进行鸣笛报警同时通过通信网络向控制中心发送报警信息；
86.具体的，控制柜收集的信号包括第一温度传感器t1、第二温度传感器t2、第三温度传感器t3、第四温度传感器t4、第五温度传感器t5、第六温度传感器t6的温度信息，在温度信息达到设定的高温阈值或设定的低温阈值时进行故障报警；
87.控制柜收集的信号包括水位传感器发送的水位数据，在水位低于设定水位阈值时进行故障报警，其中，水位传感器设置在储水箱中。
88.在上述实施例中，述及的阈值为根据经验设置的数值。
89.本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。