用于高寒地区的不同供热温度需求的复合式供暖系统
技术领域
本实用新型涉及供暖系统领域，特别地涉及一种用于高寒地区的不同供热温度需求的复合式供暖系统。
背景技术
当前在高寒地区(高海拔及寒冷地区)实际已利用的基于太阳能与水源热泵复合式供暖的系统形式主要有以下几种：
①水源热泵接入蓄热水箱的太阳能复合式供暖系统
该系统由太阳能集热系统(包括集热循环、蓄热循环及散热循环)、互补热源系统、用户侧供暖系统组成。太阳能集热系统产生的热水经过板式换热器后将热量储存于蓄热水箱，用户侧供暖系统从蓄热水箱获取供暖所需热负荷。该系统存在以下问题：1)太阳能的有效热利用效率不高；2)系统能耗较高；3)对于水源热泵的换热侧，需要一直抽取地下水源作为蒸发器的换热热源，水泵能耗较高；同时地下水抽取量过大，对地下水体有一定的影响。
②水源热泵与蓄热水箱串联接入末端的供暖系统
该系统由太阳能集热系统(包括集热循环、蓄热循环及散热循环)、互补热源系统、用户侧供暖系统组成。太阳能集热系统产生的热水经过板式换热器后将热量储存于蓄热水箱，互补热源与蓄热水箱串联接入末端管网。该系统可实现蓄热水箱、互补热源分别单独给用户侧供暖，在蓄热水箱温度未达到用户侧供暖温度时，也可组成串联供热系统，由互补热源再次提升温度达到供暖需求。本系统可实现太阳能最大化利用，但控制较为复杂，适用于管理水平高、面积比较适中的工程。对于水源热泵的换热侧，需要一直抽取地下水源作为蒸发器的换热热源，水泵能耗较高；同时地下水抽取量过大，对地下水体有一定的影响。
③水源热泵与蓄热水箱并联接入末端的供暖系统
该系统由太阳能集热系统(包括集热循环、蓄热循环及散热循环)、互补热源系统、用户侧供暖系统组成。太阳能集热系统产生的热水经过板式换热器后将热量储存于蓄热水箱，互补热源与蓄热水箱并联接入末端管网。本系统在蓄热水箱温度满足供暖温度要求时，由蓄热水箱单独给用户侧供暖，否则由互补热源单独给用户侧供暖。本系统控制简单，适用于管理水平较低、面积适中的工程。但太阳能利用率较低；对于水源热泵的换热侧，需要一直抽取地下水源作为蒸发器的换热热源，水泵能耗较高；同时地下水抽取量过大，对地下水体有一定的影响。
可见现有技术中的水源热泵机组运行能效低，系统总体运行能耗高。
发明内容
为了解决现有技术中的水源热泵机组运行效能低且系统总体运行能耗高的问题，本实用新型提供用于高寒地区的不同供热温度需求的复合式供暖系统。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
用于高寒地区的不同供热温度需求的复合式供暖系统，包括太阳能热源1、蓄热水箱2、板式换热器组3以及互补热源4，所述太阳能热源1通过管路连接所述蓄热水箱2的蓄热侧，所述蓄热水箱2的一路输出侧通过板式换热器组3与用户侧5连接，蓄热水箱2的另一路输出侧通过板式换热器组3换热后与互补热源4的蒸发器侧连接；互补热源4的蒸发器侧通过管路与地下水实现换热，互补热源4输出端的冷凝器侧通过管路并联在蓄热水箱2的输出侧与用户侧5的连接管路之间；
其中，蓄热水箱2的蓄热侧与太阳能热源1之间的管路上、板式换热器组3与用户侧5连接的管路上以及互补热源4的输出端的管路上均设置有可控的电动二通阀，以实现根据温度阈值利用蓄热水箱2、互补热源4单独向用户侧5供热或二者联合向用户侧5供热。
在一个实施例中，所述太阳能热源1包括太阳能集热器101、集热水泵103以及集热换热器104；
其中，太阳能集热器101的输出端与集热换热器104的输入端连接；集热换热器104的输出端连接集热水泵103后与蓄热水箱2的输入端B连接，蓄热水箱2输出侧的出水端连接出水泵组205。
在一个实施例中，所述板式换热器组3包括第一板式换热器301、第二板式换热器302、第三板式换热器303、第四板式换热器304、第一电动二通阀FM1、第二电动二通阀FM2、第三电动二通阀FM3以及第四电动二通阀FM4；
其中，所述出水泵组205的输出端D分为并联的两路：其中一路连接第三电动二通阀FM3后分别与第一板式换热器301、第二板式换热器302输入侧的进水端同时连接，另一路连接第四电动二通阀FM4后分别与第三板式换热器303、第四板式换热器304输入侧的进水端同时连接；
并且，第一板式换热器301、第二板式换热器302输入侧的回水端并联后连接第一电动二通阀FM1的输入端；第三板式换热器303、第四板式换热器304输入端的回水端并联后连接第二电动二通阀FM2的输入端；第一电动二通阀FM1的输出端与第二电动二通阀FM2的输出端并联后与蓄热水箱2输出侧的回水端C连接。
在一个实施例中，所述互补热源4包括第五电动二通阀FM5、第六电动二通阀FM6、第七电动二通阀FM7、第八电动二通阀FM8、第九电动二通阀FM9、第十电动二通阀FM10、第一高温水源机401、第二高温水源机402以及动力水泵组403；
其中，第三板式换热器303、第四板式换热器304输出侧的出水端I/K并联后通过第七电动二通阀FM7与用户侧5连接；用户侧5的回流端连接第五电动二通阀FM5后与第三板式换热器303、第四板式换热器304输出侧的回水端L/G连接；
其中，第一板式换热器301、第二板式换热器302输出侧的出水端E/J并联后依次连接所述动力水泵组403和第九电动二通阀FM9后同时与第一高温水源机401和第二高温水源机402的第一输入端连接；并且，第一高温水源机401和第二高温水源机402的第一输出端一路与外界连通另一路通过第十电动二通阀FM10与第一板式换热器301、第二板式换热器302输出侧的回水端F/H连接；
并且，第一高温水源机401和第二高温水源机402的第二输入端并联后连接第六电动二通阀FM6，第六电动二通阀FM6并联在第五电动二通阀FM5与用户侧5之间的管路上；第一高温水源机401和第二高温水源机402的第二输出端并联后连接第八电动二通阀FM8，第八电动二通阀FM8并联在第七电动二通阀FM7与用户侧5之间的管路上。
在一个实施例中，用户侧5设置有供暖循环泵501。
在一个实施例中，还包括设置在蓄热水箱2内的温度传感器T2。
在一个实施例中，用户侧5的输出温度满足：
设置最低阈值t1和设定阈值t2；
当蓄热水箱2内的温度t≥t2时，蓄热水箱2单独为用户侧5供暖；
当蓄热水箱2内的温度t1≤t<t2时，蓄热水箱2作为互补热源4的热源侧换热利用，由互补热源4向用户侧5供暖；
当蓄热水箱2内的温度t<t1时，互补热源4单独为用户侧5供暖。
在一个实施例中，所述最低阈值t1＝13℃，设定阈值t2＝55℃。
在一个实施例中，蓄热水箱2作为互补热源4的热源侧换热利用时，蓄热水箱2的热源水进入互补热源4机组的蒸发器，作为机组的热源进水，互补热源4机组的冷凝器侧的用户侧5供暖温度范围在60～75℃。
在一个实施例中，所述蒸发器为宽幅蒸发器，其进水温度范围在10～60℃之间，冷凝器出水温度达到60～75℃。
本实用新型的有效效果：本实用新型可实现太阳能热源、互补热源单独运行；当蓄热水箱水温不能满足末端供热需求时，蓄热水箱与互补热源互补工作，其蓄热水箱出水作为互补热源的蒸发换热侧的进水；当蓄热水箱温度低于地下水温度时，采用互补热源单独供热的方式，具有节能高效的优点。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。
图1是本实用新型实施例的太阳能热源的一种结构示意图。
图2是本实用新型实施例的蓄热水箱的一种结构示意图。
图3是本实用新型实施例的板式换热器组的一种结构示意图。
图4是本实用新型实施例的互补热源组的一种结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1～4，本实用新型的用于高寒地区的不同供热温度需求的复合式供暖系统，包括太阳能热源1、蓄热水箱2、板式换热器组3以及互补热源4，蓄热水箱2的蓄热侧与太阳能热源1通过管路连接；蓄热水箱2的输出侧通过板式换热器组3与用户侧5连接；互补热源4的输入端通过管路连接取水井；互补热源4的输出端通过管路并联在蓄热水箱2的输出侧与用户侧5的连接管路之间；
其中，蓄热水箱2的蓄热侧与太阳能热源1之间的管路上、板式换热器组3与用户侧5连接的管路上以及互补热源4的输出端的管路上均设置有可控的电动二通阀，以实现根据温度阈值利用蓄热水箱2、互补热源4单独向用户侧5供热或二者联合向用户侧5供热。
在一个具体的实施例中，如图1所示，太阳能热源1包括太阳能集热器101、集热水泵103以及集热换热器104；其中，太阳能集热器101的输出端与集热换热器104的输入端连接；集热换热器104的输出端连接集热水泵103后与蓄热水箱2的输入端连接。
在另一个具体的实施例中，参见附图2，蓄热水箱2输出侧的出水端连接出水泵组205。
在另一个具体的实施例中，具体如图2、图3所示，板式换热器组3包括第一板式换热器301、第二板式换热器302、第三板式换热器303、第四板式换热器304、第一电动二通阀FM1、第二电动二通阀FM2、第三电动二通阀FM3以及第四电动二通阀FM4；其中，蓄热水箱2输出侧的出水端连接出水泵组205后，与第一板式换热器301、第二板式换热器302、第三板式换热器303、第四板式换热器304输入侧的进水端同时连接；第一板式换热器301、第二板式换热器302、第三板式换热器303、第四板式换热器304输入侧的回水端并联后与蓄热水箱2输出侧的回水端C连接。
进一步地，如图3所示，出水泵组205的输出端D分为并联的两路：其中一路同时连接第一板式换热器301、第二板式换热器302输入侧的进水端，另一路同时连接第三板式换热器303、第四板式换热器304输入侧的进水端。
具体地，在该例子中，出水泵组205的输出端D的其中一路通过第三电动二通阀FM3分别与第一板式换热器301、第二板式换热器302输入侧的进水端同时连接，另一路通过第四电动二通阀FM4分别与第三板式换热器303、第四板式换热器304输入侧的进水端同时连接。
进一步地，如图3所示，第一板式换热器301、第二板式换热器302输入侧的回水端并联后与蓄热水箱2输出侧的回水端C连接，第三板式换热器303、第四板式换热器304输入侧的回水端并联后与蓄热水箱2输出侧的回水端C连接。
具体地，在该例子中，第一板式换热器301、第二板式换热器302输入侧的回水端并联后连接第一电动二通阀FM1的输入端；第三板式换热器303、第四板式换热器304输入侧的回水端并联后连接第二电动二通阀FM2的输入端；第一电动二通阀FM1的输出端与第二电动二通阀FM2的输出端并联后与蓄热水箱2输出侧的回水端C连接。
在又一个具体的实施例中，如图4所示，互补热源4包括第五电动二通阀FM5、第六电动二通阀FM6、第七电动二通阀FM7、第八电动二通阀FM8、第九电动二通阀FM9、第十电动二通阀FM10、第一高温水源机401、第二高温水源机402以及动力水泵组403。
进一步地，如图3、图4所示，第三板式换热器303、第四板式换热器304输出侧的出水端I/K并联后通过第七电动二通阀FM7与用户侧5连接；用户侧5的回流端连接第五电动二通阀FM5后与第三板式换热器303、第四板式换热器304输出侧的回水端L/G连接。
另一方面，第一板式换热器301、第二板式换热器302输出侧的出水端E/J并联后依次连接所述动力水泵组403和第九电动二通阀FM9后同时与第一高温水源机401和第二高温水源机402的第一输入端连接；并且，第一高温水源机401和第二高温水源机402的第一输出端一路与外界连通另一路通过第十电动二通阀FM10与第一板式换热器301、第二板式换热器302输出侧的回水端F/H连接；
更进一步地，第一高温水源机401和第二高温水源机402的第二输入端并联后连接第六电动二通阀FM6，第六电动二通阀FM6并联在第五电动二通阀FM5与用户侧5之间的管路上；第一高温水源机401和第二高温水源机402的第二输出端并联后连接第八电动二通阀FM8，第八电动二通阀FM8并联在第七电动二通阀FM7与用户侧5之间的管路上。
在另一个具体的实施例中，参见附图1，太阳能集热器101的管路上还安装有温度传感器T1，用于监测太阳能集热器101的温度，防止太阳能集热侧过热。
进一步地，还设置有第十三电动二通阀FM13、第十四电动二通阀FM14、第十五电动二通阀FM15，用于太阳能集热侧过热时的散热。
在另一个具体的实施例中，参见附图2，蓄热水箱2内设置有温度传感器T2，用于监测蓄热水箱2内的温度。
本实用新型中，用户侧5设置有供暖循环泵501，参见附图4。
本实用新型用户侧5输出温度的控制方法是：设置最低阈值t1和设定阈值t2；
当蓄热水箱2内的温度t≥t2时，蓄热水箱2单独为用户侧5供暖；
当蓄热水箱2内的温度t1≤t＜t2时，蓄热水箱2作为互补热源4的热源侧换热利用，由互补热源4向用户侧5供暖；
当蓄热水箱2内的温度t<t1时，互补热源4单独为用户侧5供暖。
通过蓄热水箱2内的温度t与最低阈值t1和设定阈值t2进行比较，从而获得不同的供热方式。
例如：最低阈值t1＝13℃；设定阈值t2＝55℃，实际控制中该55℃的设定值可以根据末端室温情况进行再编程。
(1)用户侧5供暖循环泵501处于运行状态且蓄热水箱2内的温度t＞55℃时，蓄热水箱2单独供暖。即：供暖循环泵501保持开启状态且t＞55℃时，系统的工作原理如下：
第一高温水源机401和第二高温水源机402保持关闭；第二电动二通阀FM2及第四电动二通阀FM4、第五电动二通阀FM5及第七电动二通阀FM7开启；第一电动二通阀FM1及第三电动二通阀FM3、第六电动二通阀FM6及第八电动二通阀FM8关闭。
(2)用户侧5供暖循环泵501处于运行状态且13℃≤t<55℃时，蓄热水箱2作为互补热源4的热源侧换热利用，即蓄热水箱2的热水只是供给互补热源4机组的取热侧(蒸发侧)，然后互补热源4机组自身完成内部工作，通过冷凝器放热由互补热源4向末端供暖。即：供暖循环泵501保持开启状态且13℃≤t<55℃时，系统的工作原理如下：
互补热源4保持开启；第二电动二通阀FM2及第四电动二通阀FM4、第五电动二通阀FM5及第七电动二通阀FM7关闭；第一电动二通阀FM1及第三电动二通阀FM3、第六电动二通阀FM6及第八电动二通阀FM8开启；第九电动二通阀FM9、第十电动二通阀FM10保持开启，第十一电动二通阀FM11、第十二电动二通阀FM12保持关闭。
这里的互补热源4采用高温型水源热泵机组，其出水温度可达到60℃以上，比传统的只能在45℃以下的水源热泵机组的出水温度更高。
(3)用户侧5供暖循环泵501处于运行状态且t＜13℃时，表明蓄热水箱2供热能力不足，启动互补热源4系统，采用互补热源4单独供暖。即：供暖循环泵501保持开启状态且t＜13℃时，系统的工作原理如下：
互补热源4保持开启；第二电动二通阀FM2及第四电动二通阀FM4、第五电动二通阀FM5及第七电动二通阀FM7及第一电动二通阀FM1及第三电动二通阀FM3关闭；第六电动二通阀FM6及第八电动二通阀FM8开启；第九电动二通阀FM9、第十电动二通阀FM10保持关闭，第十一电动二通阀FM11、第十二电动二通阀FM12保持开启。
这里的互补热源4采用高温型水源热泵机组，其出水温度可达到60℃以上，比传统的只能在45℃以下的水源热泵机组的出水温度更高。
为了满足不同供暖温度需求的末端换热设备及蒸发温度的宽幅变化，本实用新型具备以下特点：
本实用新型的复合式供暖系统在联合供热时，蓄热水箱2的热源水进入互补热源机组4的蒸发器，作为蒸发器的热源进水，互补热源机组4的冷凝器侧的用户侧5供暖温度范围在60～75℃，即热泵机组的冷凝器侧供水温度在60～75℃之间，60℃以下可在系统外部设置板式换热器二次供热；
热泵机组的蒸发温度允许在10～60℃之间宽幅运行，主要采用外部进水变流量精确控制、大温差换热式蒸发器、喷液冷却压缩机等方式进行。
本实用新型可实现太阳能热源1、互补热源4单独运行；当蓄热水箱2水温不能满足末端供热需求时，蓄热水箱2与互补热源4互补工作，其蓄热水箱2出水作为互补热源4的蒸发换热侧的进水；当蓄热水箱2温度低于地下水温度时，采用互补热源4单独供热的方式，具有节能高效的优点。
需要明确的是：最低阈值t1的温度可以是地下水温度，也可以根据实际情况设置。
虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
