專利名稱：一種循環(huán)復(fù)合能源與高層建筑一體化集中供熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑供熱技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種循環(huán)復(fù)合能源與高層建筑一體化集中 供熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽能是一種取之不盡，用之不竭的清潔能源，具有無噪聲、零排放等優(yōu)點，因此 太陽能在光電和光熱方面應(yīng)用廣泛，但是太陽能具有間歇性和隨機性，存在太陽能電池占 用面積大，發(fā)電需要儲存且不易與建筑物結(jié)合等問題。除此之外，太陽能電池組件在產(chǎn)生光 電效應(yīng)的同時又發(fā)熱，且隨著環(huán)境溫度的升高，太陽能電池組件的輸出功率會大幅降低，致 使太陽能電池組件不能充分發(fā)揮最大性能。目前國內(nèi)外關(guān)于太陽能光伏發(fā)電的系統(tǒng)有很 多，大致可分為離網(wǎng)和并網(wǎng)兩種方式，如果將屋頂小面積太陽能所發(fā)電量輸入公共電網(wǎng)，不 但存在大量技術(shù)管理問題，還會影響公共電網(wǎng)安全，因此采用即發(fā)即用的并網(wǎng)自用模式較 經(jīng)濟且安全。特別是應(yīng)用在高層建筑上，由于建筑物頂層面積有限，不能滿足太陽能電池 面積需求，且需要大量蓄電池儲存電能，再加上蓄電池在充放電過程中存在著可觀的電能 損失，以及蓄電池的維護和污染等問題，不但使得系統(tǒng)的運行費用增加，運行效率也大幅降 低。目前用于小高層的供熱水系統(tǒng)有很多，比如每戶安裝一臺家用太陽能熱水器；每 戶陽臺式太陽能熱水器；集中集熱-分戶貯水-分戶使用的太陽能熱水系統(tǒng)(“集-分-分” 系統(tǒng))；但大多存在獨立系統(tǒng)多，維修不方便，故障頻率高，不易與建筑協(xié)調(diào)，影響建筑美 觀，不能實現(xiàn)熱水資源共享等問題。此外，目前熱水系統(tǒng)的安裝沒有統(tǒng)一的安裝規(guī)范，在安 裝方式上大多處于事后安裝、無序安裝的狀態(tài)。由于供熱水系統(tǒng)的規(guī)格大小不一，沒有做整 體設(shè)計，雖然在供熱水系統(tǒng)安裝上力求排列整齊，但其對建筑而言仍然是后加構(gòu)件，因而還 是破壞了建筑的整體形象。還有用戶用于供暖的空調(diào)系統(tǒng)，也存在獨立系統(tǒng)多，占用住房面 積等問題。集中集熱-集中儲水-分戶使用太陽能熱水系統(tǒng)(“集-集-分”系統(tǒng))可實 現(xiàn)熱水資源共享，不占用戶住房面積，具有維修方便，用戶統(tǒng)一管理等優(yōu)點，但由于供熱水 管長度過長，熱損失過大，熱水在輸送管道中散熱降溫，尤其是低區(qū)用戶需放出大量冷水， 造成低區(qū)用戶多交熱水費，易造成物業(yè)和用戶矛盾等問題，如果采用集中供暖，還存在復(fù)雜 繁瑣的收費問題。目前，低碳型新能源集中供熱是今后綠色建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢，用新型 能源對高層建筑集中供熱系統(tǒng)未見報導(dǎo)和應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種循環(huán)復(fù)合能源與高層建筑一體化集中供熱系統(tǒng)，該系統(tǒng) 采用即發(fā)即用的并網(wǎng)自用模式，使用經(jīng)濟安全，而且特別注重系統(tǒng)與建筑一體化，節(jié)能節(jié) 水，可保證全天候、全時段熱水供應(yīng)，滿足用戶供暖需求。解決本發(fā)明的技術(shù)問題所采用的方案是在建筑物頂上該系統(tǒng)的構(gòu)成為太陽能 電池組件下鋪設(shè)有太陽能冷卻組件，太陽能電池組件通過電纜與并網(wǎng)逆變器連接，公共電
3網(wǎng)和并網(wǎng)逆變器共同與空氣源熱泵連接；太陽能冷卻組件通過上循環(huán)管和下循環(huán)管與冷卻 水箱連通，冷卻水箱與恒溫?zé)崴湎噙B，恒溫?zé)崴湎虏窟B接空氣源熱泵；恒溫?zé)崴渫ㄟ^ 供熱水主管道連通各用戶，供熱水主管道同時連通各用戶盤管；供熱水主管道連通用戶盤 管，用戶盤管連接回水管道，回水管道連接一個循環(huán)泵后與恒溫?zé)崴溥B接；供熱水主管道 與各用戶間裝備(用戶專屬)IC卡計量電子水表，和與各用戶盤管間裝有(用戶專屬)IC 卡熱量表，物業(yè)管理主機通過通訊設(shè)備連接各電子水表。建筑物屋頂澆有混凝土斜梁，斜梁上鋪設(shè)有標準鋼架，鋼架上放置太陽能組件 (包括太陽能電池組件、太陽能冷卻組件、聚氨酯保溫層)?；炷列绷合驴勺鳛槲蓓敾▓@ 或工作房。并網(wǎng)逆變器、冷卻水箱、軟水機、恒溫?zé)崴?、空氣源熱泵均放置在電梯井的承?墻之上。供熱水主管道與各用戶的出水管及用戶盤管之間均裝有止回閥。供熱水主管道使 用鋼塑復(fù)合管，采用優(yōu)質(zhì)聚氨酯保溫，并用鍍鋅板材做外防護。本發(fā)明所述各用戶的IC卡計量電子水表具有計量功能，IC卡熱量表可記錄消耗 熱量，各表有內(nèi)置電池，均為非接觸式IC卡水表。物業(yè)管理主機通過通訊設(shè)備和各電子水 表進行無線通訊，對用戶消費數(shù)據(jù)進行記錄和管理。物業(yè)管理主機還連接有發(fā)卡充值機和 打印機。本發(fā)明的新型復(fù)合能源集中供熱系統(tǒng)各項技術(shù)參數(shù)優(yōu)化值為空氣源熱泵夏季設(shè) 定在40°C 45°C之間，冬季設(shè)定在45°C 53°C ；冷卻水箱和恒溫?zé)崴渚捎脙?yōu)質(zhì)聚氨酯 保溫，保溫層厚度為50_ 80_。太陽能電池組件將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，不經(jīng)過蓄電池儲能，直接通過并網(wǎng)逆變器 對空氣源熱泵進行供電，并網(wǎng)逆變器內(nèi)裝有電表，可記錄太陽能電池組件發(fā)電量。電能不 足時，以公共電網(wǎng)作為補充，省掉了蓄電池。太陽能冷卻組件鋪設(shè)在太陽能電池組件下，通 過上循環(huán)管和下循環(huán)管讓冷卻水箱內(nèi)冷水進行自然循環(huán)，用于吸收太陽能電池組件周圍熱 量，這樣不但降低了太陽能電池組件的溫度，而且冷水變成熱水儲存在冷卻水箱中。冷卻水 箱接有軟水機，用于清除自來水中的泥沙以及軟化水質(zhì)，以防止結(jié)垢對熱泵產(chǎn)生影響，并通 過自來水管進行補水。同時，冷卻水箱連通恒溫?zé)崴?，將熱水不斷輸送至恒溫?zé)崴洌?空氣源熱泵進行恒溫。恒溫?zé)崴渫ㄟ^供熱水主管道給用戶供應(yīng)熱水，同時，供熱水主管道 連通各用戶盤管給用戶供暖，并通過一個循環(huán)泵將主管道內(nèi)余水抽回至恒溫?zé)崴?，由?氣源熱泵進行補熱后繼續(xù)循環(huán)。供熱水主管道與各用戶間配備用戶專屬IC卡計量電子水 表，并與各用戶盤管間配有用戶專屬IC卡熱量表，對用戶使用熱水量及供暖消耗熱量進行 科學(xué)計量。各表有內(nèi)置電池，為非接觸式IC卡水表，物業(yè)管理主機通過通訊設(shè)備和各電子 水表進行無線連接，此外，物業(yè)管理主機還接有打印機、發(fā)卡充值機等設(shè)備，對用戶刷卡消 費進行記錄和管理。本發(fā)明的有益效果是(1)解決了樓頂面積(即太陽能電池組件面積)和樓層高度的制約問題，使用太陽 能和空氣能集成技術(shù)保證全天候24小時供熱水，并對用戶進行供暖。(2)系統(tǒng)與建筑一體化，節(jié)省了建筑的可用面積。本系統(tǒng)構(gòu)件與建筑一體化格局， 將所用設(shè)備安置在電梯井的承重墻之上，太陽能電池組件和冷卻組件鋪設(shè)在屋頂澆筑的混 凝土斜梁上，構(gòu)件與建筑一體化，將太陽能組件(包括太陽能電池組件、太陽能冷卻組件、聚氨酯保溫層)、水箱、熱泵作為建筑構(gòu)件的元素來考慮。同時，太陽能電池組件擴展了建筑 的可用面積，屋頂可規(guī)劃為花園、工作房等。(3)節(jié)能，無污染。利用太陽能電池組件發(fā)電，所發(fā)電量不足時，由公共電網(wǎng)補足空 氣源熱泵所需電量并對其供電。采用光伏發(fā)電與公共電網(wǎng)共同向負載供電的設(shè)計，即發(fā)即 用，不足時向公共電網(wǎng)取電，不僅增加了系統(tǒng)的可靠性，不危害公共電網(wǎng)安全，而且省去了 蓄電池，避免維護和電池污染以及蓄電池在充放電過程中存在著可觀的電能損失等問題， 比獨立太陽能光伏系統(tǒng)的建設(shè)投資減少達35% 45%，大大降低發(fā)電成本；除此之外，采 用太陽能冷卻組件對太陽能電池組件進行降溫處理可提高組件輸出功率達20%，并將冷卻 水收集來的熱量加以利用，達到了能源循環(huán)利用的目的。所用空氣源熱泵利用環(huán)境空氣作 為低溫?zé)嵩矗ㄟ^電能驅(qū)動不斷從低溫空氣中吸收熱量并釋放到高溫?zé)崴?，其年平均?效比可達3. 8以上，運行費用與傳統(tǒng)的燃氣、燃油供熱系統(tǒng)相比可節(jié)省50 80%。整個系 統(tǒng)從發(fā)電到用電，全程節(jié)能無污染。(4)節(jié)省水資源。高層建筑屋頂恒溫?zé)崴涞接脩糁g的各主管道內(nèi)余水由循環(huán) 泵抽回至恒溫?zé)崴?，并由空氣源熱泵進行補熱，既避免了水資源浪費，也免除了用戶使用 桶存積大量余水的麻煩。(5)熱水系統(tǒng)由物業(yè)統(tǒng)一管理，計量科學(xué)準確。每個用戶擁有專屬的非接觸式IC 卡電子水表、熱量表，對用戶使用生活熱水和供暖時進行計量，解決和完善了高層建筑不能 集中供生活熱水和供暖分戶計量的難題。物業(yè)管理主機通過通訊設(shè)備和各電子水表進行無 線通訊，對用戶消費數(shù)據(jù)進行管理，除去了有線連接的麻煩。物業(yè)管理主機還連接有發(fā)卡充 值機和打印機，用戶在發(fā)卡充值機充值后，到計量表處讀卡，計量科學(xué)準確。本發(fā)明是一種低投入、高產(chǎn)出，低消耗、零排放，能循環(huán)、可持續(xù)的低碳新能源高層 建筑集中供熱系統(tǒng)，涵蓋了低碳產(chǎn)業(yè)和低碳技術(shù)體系。
圖1為本發(fā)明的一體化集中供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的一體化集中供熱系統(tǒng)物業(yè)管理系統(tǒng)圖；圖中序號表示1_太陽能電池組件，2-太陽能冷卻組件，3-聚氨酯保溫層，4-標準 鋼架，5-下循環(huán)管，6-上循環(huán)管，7-電纜，8-冷卻水箱，9-軟水機，10-補水閥，11-并網(wǎng)逆變 器，12-買電電表，13-公共電網(wǎng)，14-空氣源熱泵，15-恒溫?zé)崴洌?6-供熱水主管道，17-IC 卡計量水表，18-IC卡熱量表，19-用戶盤管，20-余水循環(huán)泵，21-回水管道，22-建筑物屋 頂，23-混凝土斜梁，24-通訊設(shè)備，25-打印機，26-物業(yè)管理主機，27-發(fā)卡充值機。K1、K2、 Κ3均為閘閥，H1、Η2、Η3均為止回閥。
具體實施例方式參見圖1，太陽能電池組件1下鋪設(shè)有太陽能冷卻組件2 (是一種液體循環(huán)冷卻裝 置)。太陽能電池組件1通過電纜7與并網(wǎng)逆變器11相連，并網(wǎng)逆變器11與公共電網(wǎng)13 之間接入買電電表12。并網(wǎng)逆變器11將太陽能直流電轉(zhuǎn)換成交流電后與公共電網(wǎng)13共同 供給空氣源熱泵14運行。太陽能冷卻組件2通過下循環(huán)管5和上循環(huán)管6接通冷卻水箱 8，下循環(huán)管5裝有檢修閘閥Kl。自來水通過補水閥10接通冷卻水箱8進行自動補水，冷卻水箱8和補水閥10之間裝有軟水機9。冷卻水箱8通過閘閥K2和止回閥Hl連通恒溫?zé)崴?箱15，空氣源熱泵14與恒溫?zé)崴?5底部接通。恒溫?zé)崴?5通過供熱水主管道16連 通各用戶和用戶盤管19，供熱水主管道16裝有余水循環(huán)泵20通過回水管道21連通恒溫?zé)?水箱15上部。恒溫?zé)崴?5與供熱水主管道16之間裝有閘閥K3，供熱水主管道16與各 用戶之間均裝有止回閥H2和IC卡計量水表17，供暖主管道16與各用戶盤管19之間均裝 有止回閥H3和IC卡熱量表18。參見圖2，物業(yè)管理主機26與發(fā)卡充值機27和打印機25連接，并通過通訊設(shè)備 24與IC卡計量水表17和IC卡熱量表18進行無線通訊。本系統(tǒng)運行過程如下太陽能電池組件1下鋪設(shè)有太陽能冷卻組件2。太陽能電 池組件1將太陽輻射轉(zhuǎn)化為直流電能，由并網(wǎng)逆變器11將太陽能電池組件1發(fā)出的直流電 轉(zhuǎn)化為交流電與公共電網(wǎng)13共同供給空氣源熱泵14。空氣源熱泵14與公共電網(wǎng)13之間 接入買電電表12，實時顯示負載從公共電網(wǎng)13用電電量。并網(wǎng)逆變器11內(nèi)置有電表顯示 太陽能電池組件1的發(fā)電量。太陽能冷卻組件2通過下循環(huán)管5和上循環(huán)管6使冷卻水箱 8內(nèi)的冷水進行自然循環(huán)，在對太陽能電池組件1進行降溫的同時提升冷卻水箱8內(nèi)的水 溫。自來水通過補水閥10先進入軟水機9，清除自來水中的泥沙及軟化水質(zhì)，減少自來水水 質(zhì)對熱泵的影響，當(dāng)冷卻水箱內(nèi)水位下降時，通過自來水管對冷卻水箱8自動補水。冷卻水 箱8內(nèi)的溫水通過閘閥K2和止回閥Hl進入恒溫?zé)崴?5，閘閥K2可調(diào)節(jié)流入恒溫?zé)崴?15的水流大小，恒溫?zé)崴?5始終保持為滿。恒溫?zé)崴?5的底部接有空氣源熱泵14， 用來恒定恒溫?zé)崴?5內(nèi)的水溫。恒溫?zé)崴?5通過供熱水主管道16向各用戶供應(yīng)熱 水，供熱水主管道16內(nèi)的余水被余水循環(huán)泵20通過回水管道21抽回至恒溫?zé)崴淅^續(xù)加 熱。同時，供熱水主管道還連接用戶盤管19，用于用戶供暖。供暖熱水通過用戶盤管19散 熱后也由余水循環(huán)泵20通過回水管道21抽回至恒溫?zé)崴?5進行加熱并繼續(xù)循環(huán)。本系統(tǒng)采用智能計量方式進行收費，由物業(yè)管理主機26對所有用戶進行統(tǒng)一管 理。IC卡計量水表17和IC卡熱量表18通過通訊設(shè)備24與物業(yè)管理主機26進行無線通 信。具體方式為用戶先在發(fā)卡充值機27處充值，在IC卡計量水表17處刷卡，則表自動開 閥供熱水，此時熱水由供熱水主管道16流向用戶供使用，當(dāng)購買量用完后，表自動關(guān)閥停 供熱水；當(dāng)用戶需要供暖時，在充值機27處充值后在IC卡熱量表18處刷卡，熱水即通過用 戶盤管19進行散熱，以達到供暖的目的，當(dāng)購買量用完后，表自動關(guān)閥停止供熱。為防止用 戶余水回流，供熱水主管道16與各用戶之間特安裝止回閥H2，供熱水主管道16與各用戶盤 管19之間也裝有止回閥H3。各計量水表通過通訊設(shè)備24與物業(yè)管理主機26進行無線連 接，物業(yè)管理主機26對用戶消費數(shù)據(jù)進行記錄和管理，并可用與其相連的打印機25打印?？諝庠礋岜?4夏季預(yù)設(shè)溫度在40°C 45°C之間，冬季設(shè)定在45°C 53°C，前者 為熱泵開啟的最低溫度，后者為熱泵關(guān)閉最高溫度。冷卻水箱8和恒溫?zé)崴?5均采用 304食品級不銹鋼內(nèi)膽，外殼采用201不銹鋼板材，水箱夾層的保溫材料采用50mm 80mm 優(yōu)質(zhì)聚氨酯保溫層。供熱水主管道16使用鋼塑復(fù)合管，采用優(yōu)質(zhì)聚氨酯保溫，并用鍍鋅板 材做外防護。如圖1所示，本發(fā)明將系統(tǒng)的各個部分作為建筑的構(gòu)件處理，在建筑物屋頂22筑 有混凝土斜梁23，斜梁23上鋪設(shè)有標準鋼架4，標準鋼架4上放置太陽能組件(包括太陽 能電池組件1、太陽能冷卻組件2、聚氨酯保溫層3)?；炷列绷?3下可作為屋頂花園或工
6作房。冷卻水箱8、并網(wǎng)逆變器11、空氣源熱泵14、恒溫?zé)崴?5均放置在電梯井的承重墻 之上，不占用建筑物屋頂面積。 本發(fā)明中采用IC卡計量水表17和IC卡熱量表18進行計量，各表均為非接觸式 IC卡電子水表，并配有內(nèi)置電池，客戶在各計量水表處刷卡消費，計量科學(xué)準確。各表通過 通訊設(shè)備24與物業(yè)管理主機26進行無線通信。無論住宅小區(qū)大小，只需一臺物業(yè)管理主 機26由物業(yè)公司管理即可完成多用戶發(fā)卡和續(xù)費。
權(quán)利要求
一種循環(huán)復(fù)合能源與高層建筑一體化集中供熱系統(tǒng)，其特征在于在建筑物頂上該系統(tǒng)的構(gòu)成為太陽能電池組件下鋪設(shè)有太陽能冷卻組件，太陽能電池組件通過電纜與并網(wǎng)逆變器連接，公共電網(wǎng)和并網(wǎng)逆變器共同與空氣源熱泵連接；太陽能冷卻組件通過上循環(huán)管和下循環(huán)管與冷卻水箱連通，冷卻水箱與恒溫?zé)崴湎噙B，恒溫?zé)崴湎虏窟B接空氣源熱泵；恒溫?zé)崴渫ㄟ^供熱水主管道連通各用戶，供熱水主管道同時連通各用戶盤管；供熱水主管道連通用戶盤管，用戶盤管連接回水管道，回水管道連接一個循環(huán)泵后與恒溫?zé)崴溥B接；供熱水主管道與各用戶間裝備IC卡計量電子水表，和與各用戶盤管間裝有IC卡熱量表，物業(yè)管理主機通過通訊設(shè)備連接各電子水表、熱量表。
2.按權(quán)利要求1所述的循環(huán)復(fù)合能源與高層建筑一體化集中供熱系統(tǒng)，其特征在于 建筑物屋頂筑有混凝土斜梁，斜梁上鋪設(shè)有標準鋼架，鋼架上放置太陽能組件。
3.按權(quán)利要求1所述的循環(huán)復(fù)合能源與高層建筑一體化集中供熱系統(tǒng)，其特征在于 并網(wǎng)逆變器、冷卻水箱、軟水機、恒溫?zé)崴?、空氣源熱泵均放置在電梯井的承重墻之上?br>
4.按權(quán)利要求1所述的循環(huán)復(fù)合能源與高層建筑一體化集中供熱系統(tǒng)，其特征在于 供熱水主管道與各用戶的出水管及用戶盤管之間均裝有止回閥。
5.按權(quán)利要求1所述的循環(huán)復(fù)合能源與高層建筑一體化集中供熱系統(tǒng)其特征在于冷 卻水箱和自來水補水管之間裝有軟水機。
全文摘要
本發(fā)明是一種循環(huán)復(fù)合能源與高層建筑一體化集中供熱系統(tǒng)。在建筑物頂上該系統(tǒng)的構(gòu)成為太陽能電池組件下鋪設(shè)有太陽能冷卻組件，太陽能電池組件通過電纜與并網(wǎng)逆變器連接，公共電網(wǎng)和并網(wǎng)逆變器共同與空氣源熱泵連接；太陽能冷卻組件通過上循環(huán)管和下循環(huán)管與冷卻水箱連通，冷卻水箱與恒溫?zé)崴湎噙B，恒溫?zé)崴湎虏窟B接空氣源熱泵；恒溫?zé)崴渫ㄟ^供熱水主管道連通各用戶，供熱水主管道同時連通各用戶盤管；供熱水主管道連通用戶盤管，用戶盤管連接回水管道，回水管道連接一個循環(huán)泵后與恒溫?zé)崴溥B接。本系統(tǒng)裝備IC卡計量電子水表和IC卡熱量表，物業(yè)管理主機與各電子水表無線通訊。本發(fā)明能全天候24小時供熱水，節(jié)水節(jié)能，無污染，計量準確。
文檔編號F24D3/18GK101975413SQ20101054825
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者何亞麗, 莊天寶, 莊懿, 李洋, 楊永芬, 王騫, 陳冰 申請人:中國水電顧問集團昆明勘測設(shè)計研究院