[发明专利]双热源供热系统的冷热分隔式多组态控制方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种双热源供热系统的冷热分隔式多组态控制方法，以及应用该方法的双热源供热系统。本发明可应用于太阳能热利用领域使用的控制机组。

背景技术

在现有技术中，广泛采用具有蓄热功能的双热源供热系统，其中主热源可以是太阳能，辅助热源可以是天然气、电力等。在这类供热技术中，一般采取将主热源的热量先送入蓄热水箱（储水箱），再由蓄热水箱向外供热的方式。

辅助热源加热设备一般在系统结构上有三种接入方式：

第一、如图1中所示，辅助热源加热设备1放置于蓄热水箱3内，供热系统存在两种工作组合状态（以下简称“组态”）：主热源2加热工质的温度低于设计供热温度时停止工作，辅助热源加热设备1开启对工质加热，主热源2加热工质达到或高于设计供热温度时投入运行，辅助热源加热设备1停止对工质加热，这属于主辅热源并联使用的系统结构。  

两种组态所对应的工作过程为：

1）当工质经主热源2（如：太阳能集热器）加热并且温度高于设计供热温度时，在泵5的推动下进入蓄热水箱3，辅助热源加热设备1关闭。由于重力作用，蓄热水箱3顶部的高温工质不能下沉，在泵6的作用下进入热需求侧4放热后成为低温工质，经泵6进入蓄热水箱3底部。同样由于重力作用，蓄热水箱3底部的低温工质不能上浮，在泵5的作用下进入主热源2被加热，工质完成了一个加热供热循环。

2）当工质经主热源2后温度低于设计供热温度，泵5停止，辅助热源加热设备1开启加热。蓄热水箱3顶部经加热的高温工质在泵6的作用下经热需求侧4放热后，经泵6进入蓄热水箱3底部。由于泵5停止，在泵6的作用下蓄热水箱3底部的低温工质上浮并经辅助热源加热设备1加热，完成一个加热供热循环。

主热源2与辅助热源加热设备1按上述方式交替工作，形成两个组态。一方面确保蓄热水箱3顶部工质温度高于设计供热温度，一方面避免主热源2、辅助热源1之间工作冲突。但这个供热系统的最大问题是，在两个组态下均有加速容器内部的工质上下混流扰动的问题。因混流扰动减小了容器内上下工质的温差而相对降低了供热温度，导致辅助热源加热设备1提前（或推迟）进入（或退出）加热工作，结果是一方面延长了辅助热源加热设备1的工作时间，从而增加了能耗；另一方面是缩短了主热源2及蓄热水箱3的工作时间，降低了太阳能热利用效率和蓄热水箱蓄热效率。

第二、如图2中所示，辅助热源加热设备1在蓄热水箱3外部，且与蓄热水箱3并联，组态及组态条件与第一种连接方式相同。当主热源2加热工质的温度低于设计供热温度时停止工作，泵5停止，断开蓄热水箱3，辅助热源加热设备1开启对工质加热，工质经泵6、辅助热源加热设备1、热需求侧4形成循环；当主热源2加热工质达到或高于设计供热温度时投入运行，辅助热源加热设备1所在管路断开，停止对工质加热。第二种连接方式同样是并联结构，相对第一种连接方式，该方式避免了辅助热源加热设备1投入工作时对蓄热水箱3的混流扰动，但未解决主热源2对蓄热水箱3的混流扰动问题。

上述两种主辅热源并联连接的系统结构存在一个共同问题：当主热源2有能力加热使得在蓄热水箱3顶部的工质温度高于热需求侧4放热后的工质温度但低于设计供热温度时，这个加热阶段的热量不能被利用，这是对过渡状态能源的浪费。

第三、如图3中所示，从蓄热水箱3送出的工质经过辅助热源加热设备1后进入热需求侧4供热，在此基础上，在蓄热水箱3两端增加由两个三通阀7、8控制换向的旁通管路。这种连接方式有三种组态：当蓄热水箱3输出的工质温度高于经热需求侧4放热后送出的工质温度时，旁路断开并接通蓄热水箱3，相当于主辅热源串联，并产生两种组态：当蓄热水箱3输出工质的温度低于设计供热温度时，辅助热源加热设备1开启加热，在工质温度高于设计供热温度时辅助热源加热设备1关闭；当蓄热水箱3输出工质的温度低于热需求侧4放热后送出的工质温度时，旁路接通，并断开蓄热水箱3，辅助热源加热设备1独立供热。

具体工作过程如下：

当主热源2加热能力下降到蓄热水箱3顶部工质温度低于热需求侧4放热后的温度时，三通阀7和8 接通旁通管路，并断开蓄能水箱5，这与前面所述的第二种连接方法相同，不再赘述。