專利名稱：復合式可再生建筑能源供應系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及建筑能源供應領域，具體涉及一種智能化根據(jù)不同條件調度能源供應的建筑能源供應系統(tǒng)。
背景技術：
目前，建筑耗能已與工業(yè)耗能、交通耗能并列，成為我國能源消耗的三大“耗能大戶”，尤其是建筑耗能伴隨著建筑總量的不斷攀升和居住舒適度的提升，呈急劇上揚趨勢?，F(xiàn)在我國每年新增房屋20億平方米中，其中99%以上是高能耗建筑；而既有的約 430億平方米建筑中，只有4%采取了節(jié)能措施，單位建筑面積采暖能耗為發(fā)達國家新建建筑的3倍以上。目前，我國正處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段，工業(yè)的增長、城鎮(zhèn)化進程的加快、居民消費結構的升級，使得我們對能源、經濟資源的需求更加迫切。由此國家陸續(xù)出臺了相關的財政政策以扶持節(jié)能、綠色、低能耗建筑的發(fā)展，我國的建筑節(jié)能技術在這幾年也獲得了較好的發(fā)展機會，在國家相關政策的大力支持下，節(jié)能技術如地源熱泵技術的應用面積從2005年的約3000萬平米，上升到了 2010年的1. 2億平米，LED照明、太陽能集熱器、光伏發(fā)電等一批綠色能源技術、節(jié)能設備得到了大力的推廣，節(jié)能理念也得到了很好的普及?，F(xiàn)有技術在建筑行業(yè)中對能源的利用主要有以下幾種方式第一種是地源熱泵，其缺點是因為受地下地熱能的波動影響，負荷不平衡的情況時有出現(xiàn)，在極寒天氣情況下就不如常規(guī)的市政供熱穩(wěn)定，因此市場上大部分地源熱泵的系統(tǒng)都采用燃氣或燃煤鍋爐輔助的方法，這種系統(tǒng)不僅增加了成本，運行成本跟常規(guī)市政供熱比也沒有太大優(yōu)勢，也增加了運行人員的工作量。第二種是蓄冷/蓄熱技術因為是利用電網(wǎng)電價的峰谷差來達到節(jié)能的目的，盡管技術本身并不減小能量的消耗，反而會使用電量有不同程度增加。由于它平衡了電網(wǎng)負荷，減少了電力高峰時在電網(wǎng)線路上的輸電損失，所以這項節(jié)能技術對整個建筑節(jié)能產業(yè)有重要的意義。第三是光伏發(fā)電技術在建筑上的應用其實已經有很多，但普遍規(guī)模都很小，遠達不到大規(guī)模推廣示范的作用，原因主要是建筑照明耗電量普遍較大，現(xiàn)有的光伏發(fā)電單位發(fā)電量達不到建筑本身的電力需求，同時，因為居民用電集中在晚上，而因為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)面臨著很復雜的上網(wǎng)上續(xù)問題造成普遍不能將所發(fā)電并入國家電網(wǎng)，所以作為依靠太陽能發(fā)電的光電建筑必須考慮電的存儲問題，現(xiàn)有的電存儲都靠儲電池，而儲電池的造價目前非常高，整體造成整個光伏系統(tǒng)的成本很高。第四是太陽能集熱技術其缺點是單純依靠太陽能熱水器來解決生活用熱水供應的問題受制于場地問題、負荷不平衡問題、極端天氣供應不上問題等)不能大規(guī)模采用。

實用新型內容針對上述缺陷，本實用新型的目的是提供一種復合式可再生建筑能源供應系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術的建筑中對能源綜合利用不足、節(jié)能功效不足的技術問題。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下的技術方案一種復合式可再生建筑能源供應系統(tǒng)，包括熱泵機組；蓄冷/蓄熱桶；光伏發(fā)電組件，其與一光伏逆變器連接，該光伏逆變器進一步連接所述熱泵機組、生活熱水板式換熱器、蓄電裝置以及蓄冷/蓄熱桶；太陽能集熱裝置，其與一太陽能集熱板式換熱器連接，該太陽能集熱板式換熱器進一步連接所述蓄冷蓄熱桶和所述生活熱水板式換熱器；熱管式地埋換熱器、其分別所述熱泵機組和過渡季節(jié)供冷板式換熱器連接。依照本實用新型較佳實施例所述的供應系統(tǒng)，所述熱泵機組的輸出端連接用于提供熱水的熱水裝置、用于供暖的暖氣裝置以及用于地板采暖的地暖裝置。依照本實用新型較佳實施例所述的供應系統(tǒng)，所述過渡季供冷板式換熱器輸出端連接用于制冷的風機盤管，該風機盤管同時連接所述蓄冷/蓄熱桶。依照本實用新型較佳實施例所述的供應系統(tǒng)，所述生活熱水板式換熱器兩側本別設置有一次側循環(huán)泵和二次側循環(huán)泵。依照本實用新型較佳實施例所述的供應系統(tǒng)，所述熱泵機組輸出端還連接有一空調側循環(huán)泵。依照本實用新型較佳實施例所述的供應系統(tǒng)，所述熱泵機組輸入端和所述熱管式地埋換熱器之間設置有地源側循環(huán)泵。依照本實用新型較佳實施例所述的供應系統(tǒng)，所述太陽能集熱板式換熱器兩側跟別設置有一次側循環(huán)泵和二次側循環(huán)泵。依照本實用新型較佳實施例所述的供應系統(tǒng)，所述過渡季供冷板式換熱器輸出端設置有二次側循環(huán)泵，其輸入端設置有閥門，其輸出端與所述風機盤管之間、與蓄冷/蓄熱桶之間分別設置有閥門。依照本實用新型較佳實施例所述的供應系統(tǒng)，所述熱泵機組與所述生活熱水板式換熱器、熱管式地埋換熱器以及輸出端都設置有閥門。依照本實用新型較佳實施例所述的供應系統(tǒng)，所述蓄冷/蓄熱桶與所述熱泵機組輸出端之間設置有閥門。由于采用了以上的技術特征，使得本實用新型相比于現(xiàn)有技術，具有如下的優(yōu)點和積極效果1.本實用新型將太陽能光電、太陽能光熱、地熱能這三種常見且較為豐富的可再生能源為基礎能源，通過優(yōu)化組后與蓄冷/蓄熱系統(tǒng)相結合，構成了供暖、制冷、生活熱水、 照明等一體化生活、辦公用能源供應系統(tǒng)。應該系統(tǒng)利用太陽能、地熱能等可再生能源各自的特點進行優(yōu)勢互補，白天發(fā)電并收集熱能，在供應白天建筑物能源的基礎上，將多余的太陽能發(fā)出的電能、熱能收集存儲在蓄電系統(tǒng)、蓄冷/蓄熱桶中供晚上或極端天氣時使用，較好地解決了單一地源熱泵系統(tǒng)或單一太陽能集熱系統(tǒng)冷、熱負荷不平衡的問題。2.本實用新型所提到的系統(tǒng)及技術使用范圍廣，無論是北方極寒冷地區(qū)、南方夏季高溫、冬季氣候陰冷地區(qū)，只要合理組合三種基礎能源形式，實現(xiàn)最優(yōu)的運行方式，都能很好的解決建筑可再生能源供應的問題。3、本實用新型所提到的地熱采集組件核心設備都埋在地下，而光電系統(tǒng)一般安裝在閑置的屋頂或墻面上，無需額外用地或增建其他設施，適用于人口密集的地方使用；而安裝在屋頂和墻壁等外圍護結構上的光電應用裝置，可以吸收太陽能、轉化為電能大大降低了室外綜合溫度，減少了墻體的熱和室內空調冷負荷，既節(jié)省了能源，又利于保證室內的空
氣品質。

圖1是本實用新型提供的智能建筑能源供應系統(tǒng)的拓撲圖；圖2是本實用新型提供的智能建筑能源供應系統(tǒng)的具體實現(xiàn)架構圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的幾個優(yōu)選實施例進行詳細描述，但本實用新型并不僅僅限于這些實施例。首先，請參考圖1，根據(jù)圖1介紹本實用新型的原理，本實用新型所提供的系統(tǒng)可以劃分成基礎能源層100、能源轉化層200、能源利用層300三個拓撲層次。在基礎能源層100中，由太陽能光電101、太陽能光熱102和地熱能103這三種可再生能源形式組成。能源轉化層200中，由光伏瓦211地熱、水源、地源、污水源221、太陽能集熱系統(tǒng)231、電轉換器212、控制系統(tǒng)222、熱轉換器/存儲器232、蓄電系統(tǒng)213、熱泵機組 223、蓄冷/蓄熱桶233共12個部件組成.能源利用層300中，由制冷301、供暖302、熱水 303、照明304共4項組成。基礎能源層100根據(jù)不同的地理環(huán)境和可再生能源的條件，因地制宜進行有機的組合，如地熱能特別豐富的地區(qū)，在具體設計時可將大部分負荷由地熱能來承擔，將太陽能光熱作為一個補充，而對于當?shù)靥柲芴貏e豐富的地區(qū)，在進行建筑能源供應系統(tǒng)的設計時，可將地熱能作為一個有機的補充，在滿足建筑熱工指標及空調負荷指標的前提下，盡可能將某一種可再生能源優(yōu)勢發(fā)揮充分，以減少整體能源的消耗，達到最優(yōu)化的系統(tǒng)運行狀況。能源轉化層200在基礎層能源組合方案確定的情況下，依托光伏瓦211發(fā)出的電， 帶動熱泵機組223做功，將地熱、水源、地源、污水源221及太陽能集熱系統(tǒng)231送過來的能量通過控制系統(tǒng)222，按照季節(jié)的不同，具體建筑物的要求的不同，向用戶輸送達到建筑設計標準要求及住戶要求的能源(如供暖、制冷、生活熱水等)。光伏瓦211所發(fā)出來的電，按照白天和夜晚、高峰和低谷的不同，選擇性的通過控制系統(tǒng)222進行直供或存儲，如白天熱泵機組223負荷大時，將部分光伏瓦211發(fā)出的電直接送到熱泵機組223，其它部分存儲在蓄電系統(tǒng)213中，供晚上整個系統(tǒng)運行使用及照明使用。太陽能集熱系統(tǒng)231所產出的熱水，夏季時，白天一部分直接通過熱泵機組223轉化成冷量供制冷使用，另外剩余的部分存儲在蓄冷/蓄熱桶233中，根據(jù)負荷要求供晚上沒有太陽光時使用，而在冬初時太陽能集熱系統(tǒng)231產出的符合供暖標準的熱能將直接作為供暖能源使用，寒冷天氣或太陽能集熱系統(tǒng)231無法產出符合標準的供暖用熱能時，則由太陽能集熱系統(tǒng)231產生的如20°C的水合并地熱、水源、地源、污水源221等向熱泵機組 223提供的部分16-18°C的水一起作為熱泵機組223的基礎能源，經過熱泵機組223提升后產出的符合標準的能量作為供暖或生活熱水的能源使用。[0034]上述中控制系統(tǒng)222，其工作原理是根據(jù)能源利用層300中的制冷301、供暖302、 熱水303、照明304這四方面反饋回來的具體參數(shù)，由內部程序自動切換能源轉化層200中各設備的起停，從而達到最優(yōu)的一種能源利用方式的組合，為了便于整個可再生能源系統(tǒng)的運行和控制，根據(jù)事先的程序設計及各設備最優(yōu)化運行的條件等因素，在各管路中合理布置泵、閥、流量計、壓力計、溫度傳感器等，根據(jù)需要接入控制系統(tǒng)222中。上述中蓄冷/蓄熱桶233，在系統(tǒng)能量有余時或太陽光熱/光電充足時由控制系統(tǒng) 222自動打開，向蓄冷/蓄熱桶233中儲存熱能或冷量，在負荷高時或晚上基礎能源層100 中的太陽能光電101和太陽能光熱103不具備運行條件時，向系統(tǒng)釋放冷量或熱能，以滿足系統(tǒng)運行的需要。在設計系統(tǒng)時應根據(jù)當?shù)氐木唧w氣候條件決定蓄冷/蓄熱量的大小，一般要求蓄能桶要滿足5個極端天氣情況出現(xiàn)時正常供應建筑物能量。進一步，所述可再生能源建筑系統(tǒng)的應用夏季白天，利用④光伏瓦發(fā)出的電或蓄電系統(tǒng)中存儲的電能，通過⑥太陽能集熱系統(tǒng)產出的熱水作為能源，驅動熱泵機組產出冷量，供應建筑制冷能源；且盡可能多的使用④光伏瓦發(fā)出的多余的電，通過12蓄冷桶以冰的形式儲存起來，在晚上或白天高峰時段釋放出來作為制冷的冷源使用。夏季夜晚，系統(tǒng)利用白天存儲在蓄冷桶中的能量，只需要消耗少量的蓄電系統(tǒng)中儲存的電即可滿足建筑物內人們制冷空調的需要。例如，冬季白天，在非嚴寒時間段且太陽光照條件較好的地段太陽能集熱系統(tǒng)231 產出的能量可直接作為供暖能源使用，在嚴寒時間段且太陽光照條件一般的地段太陽能集熱系統(tǒng)231產出的能量作為補充，配合地熱、水源、地源、污水源221等其中的一種能源方式，通過熱泵機組223提溫后供應建筑物作為供暖能源使用，同時熱泵機組223工作時也會散發(fā)部分熱源，通過回收裝置將這部分熱源回收提溫后，給建筑物提供穩(wěn)定的熱水。光照條件好的白天還應多產出熱能存儲在蓄冷/蓄熱桶233中，以備夜間使用。冬季夜晚，北方普遍室溫較低，所以熱泵機組223根據(jù)負荷要求自動將蓄冷/蓄熱桶233中的能量先行釋放，下半夜時，如果蓄冷/蓄熱桶233中的能量用完時再通過設定好的程序，由控制系統(tǒng)222自行啟動蓄電系統(tǒng)213中的電能，開啟地熱、水源、地源、污水源221 系統(tǒng)，產出符合供暖要求的能量。為了對本實用新型作出更詳細、準確的介紹，下面用圖2所示的一個具體實施例來進一步作出說明如圖2所示，本實用新型提供的系統(tǒng)包括光伏發(fā)電組件1、太陽能集熱器2、熱管型地埋換熱器3、熱泵機組223、蓄冷/蓄熱桶233、生活熱水板式換熱器一次側循環(huán)泵6、生活熱水板式換熱器二次側循環(huán)泵7、生活熱水板式換熱器8、過渡季節(jié)供冷板式換熱器9、過渡季節(jié)供冷板式換熱器二次循環(huán)泵10、熱水系統(tǒng)11、風機盤管12、暖氣系統(tǒng)13、地暖裝置14、 地源側循環(huán)泵15、空調側循環(huán)泵16、太陽能集熱板式換熱器17、太陽能集熱板式換熱器一次側循環(huán)泵18、太陽能集熱板式換熱器二次側循環(huán)泵19、光伏逆變器20。其中風機盤管12為夏季制冷時輸送冷量時使用，而光伏逆變器20是將光伏瓦發(fā)出的低壓電轉化成220V電時使用到的關鍵轉化設備；其中熱管型地埋換熱器3是將地下能量轉化到系統(tǒng)中的核心設備，也是整體系統(tǒng)中很關鍵的一個組成部分。如圖所示，當系統(tǒng)處于需要制冷工況季節(jié)時，由控制系統(tǒng)自動轉變?yōu)橹评淠Ｊ剑藭r圖中閥門F1、F2、G1、G2開啟，閥門Dl、D2、HI、H2、ΚΙ、K2關閉。圖2中，光伏發(fā)電組件1、熱管式地埋換熱器3、熱泵機組223、蓄冷/蓄熱桶233、風機盤管12、地源側循環(huán)泵15、空調側循環(huán)泵16、光伏逆變器20處于運行狀態(tài)，其他設備處于停止狀態(tài)。此時地下溫度(12-20°C )相對于地上溫度Q8-38°C )偏低，由熱管式地埋換熱器 3、熱泵機組4做功，產出冷量供應建筑物制冷使用，在熱泵機組4運行的過程中同步回收設備余熱加熱生活用水轉成生活用熱水使用。白天正常供應建筑物制冷需求外，系統(tǒng)自動將多產出的能量存儲在蓄冷/蓄熱桶5中，供夜晚使用。如圖2所示，當系統(tǒng)處于需要制熱工況季節(jié)時，由控制系統(tǒng)自動轉變?yōu)橹茻崮Ｊ剑?此時圖中閥門K1、K2關閉，光伏發(fā)電組件1、熱管式地埋換熱器3、熱泵機組223、蓄冷/蓄熱桶233、風機盤管12、暖氣裝置13、地暖裝置14、地源側循環(huán)泵15、空調側循環(huán)泵16、太陽能集熱板式換熱器17、光伏逆變器20設備開啟運行。此時地下溫度(12-20°C)相對于地上溫度(-10-10°C)要高，由太陽能集熱器2作為熱能來源，不足時開啟熱管式地埋換熱器3，通過太陽能集熱器2、熱管式地埋換熱器3、 熱泵機組4做功后產生的滿足建筑物熱能需求的能量通過輸送系統(tǒng)進入設備風機盤管12、 暖氣裝置13、地暖裝置14、地源側循環(huán)泵15、空調側循環(huán)泵16。在夏初時，直接利用過渡季供冷板式換熱器9與熱管式地埋換熱器3換熱，對建筑室內末端供冷。此時閥門Al、A2、Kl、K2打開，閥門Bl、B2、Gl、G2關閉。光伏發(fā)電組件1、 熱管式地埋換熱器3、過度季供冷板式換熱器9、風機盤管12、地源側循環(huán)泵15、光伏逆變器 20設備開啟運行。冬初、冬末時，直接利用太陽能集熱器與太陽能集熱換熱器17，對建筑物室內末端供熱。此時閥門H1、H2打開，閥門F1、F2關閉。光伏發(fā)電組件1、太陽能集熱器2、蓄冷/ 蓄熱桶233、風機盤管12、暖氣裝置13、地暖裝置14、空調側循環(huán)泵16、太陽能集熱板式換熱器17、太陽能集熱板式換熱器一次側循環(huán)泵18設備開啟運行。該系統(tǒng)在冬初、冬末時將直接由光伏發(fā)電組件1、熱管式地埋換熱器3實現(xiàn)直接供暖、生活熱水，配合地暖裝置14及工藝，能源消耗量極少。在此段時間內，系統(tǒng)將提前預熱整個建筑物，在寒冷季節(jié)到來時，整個建筑物都已經達到最節(jié)能、最佳的狀態(tài)，所以能源消耗也會較少。同時在這個運行階段，蓄冷/蓄熱桶233將儲存好較多的能量，以便在極端天氣出現(xiàn)時補充建筑能源的消耗。本系統(tǒng)的生活熱水制取常年利用熱管式地埋換熱器3、生活熱水板式換熱器一次側循環(huán)泵6及其集熱系統(tǒng)來產生，光伏發(fā)電組件1、太陽能集熱器2、熱泵機組223、蓄冷/蓄熱桶233、太陽能集熱板式換熱器17、太陽能集熱板式換熱器一次側循環(huán)泵18、太陽能集熱板式換熱器二次側循環(huán)泵19設備開啟。夏季時，利用熱泵機組的余熱回收功能輔助制取生活熱水，此時閥門Dl、D2、Fl、F2打開，閥門HI、H2關閉，光伏發(fā)電組件1、熱泵機組223、生活熱水板式換熱器一次側循環(huán)泵6、生活熱水板式換熱器二次側循環(huán)泵7、生活熱水板式換熱器8、熱水裝置11、風機盤管12、空調側循環(huán)泵16設備開啟運行。以上公開的僅僅是本實用新型的較佳實施例，但并非用來限制其本身，任何熟習本領域的技術人員，在不違背本實用新型精神內涵的情況下，所做的均等變化和更動均應落在本實用新型的保護范圍內。
權利要求1.一種復合式可再生建筑能源供應系統(tǒng)，其特征在于，包括熱泵機組；蓄冷/蓄熱桶；光伏發(fā)電組件，其與一光伏逆變器連接，該光伏逆變器進一步連接所述熱泵機組、生活熱水板式換熱器、蓄電裝置以及蓄冷/蓄熱桶；太陽能集熱裝置，其與一太陽能集熱板式換熱器連接，該太陽能集熱板式換熱器進一步連接所述蓄冷蓄熱桶和所述生活熱水板式換熱器；熱管式地埋換熱器、其分別所述熱泵機組和過渡季節(jié)供冷板式換熱器連接。
2.如權利要求1所述的供應系統(tǒng)，其特征在于，所述熱泵機組的輸出端連接用于提供熱水的熱水裝置、用于供暖的暖氣裝置以及用于地板采暖的地暖裝置。
3.如權利要求1所述的供應系統(tǒng)，其特征在于，所述過渡季供冷板式換熱器輸出端連接用于制冷的風機盤管，該風機盤管同時連接所述蓄冷/蓄熱桶。
4.如權利要求1所述的供應系統(tǒng)，其特征在于，所述生活熱水板式換熱器兩側本別設置有一次側循環(huán)泵和二次側循環(huán)泵。
5.如權利要求1所述的供應系統(tǒng)，其特征在于，所述熱泵機組輸出端還連接有一空調側循環(huán)泵。
6.如權利要求1所述的供應系統(tǒng)，其特征在于，所述熱泵機組輸入端和所述熱管式地埋換熱器之間設置有地源側循環(huán)泵。
7.如權利要求1所述的供應系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能集熱板式換熱器兩側跟別設置有一次側循環(huán)泵和二次側循環(huán)泵。
8.如權利要求1所述的供應系統(tǒng)，其特征在于，所述過渡季供冷板式換熱器輸出端設置有二次側循環(huán)泵，其輸入端設置有閥門，其輸出端與所述風機盤管之間、與蓄冷/蓄熱桶之間分別設置有閥門。
9.如權利要求1所述的供應系統(tǒng)，其特征在于，所述熱泵機組與所述生活熱水板式換熱器、熱管式地埋換熱器以及輸出端都設置有閥門。
10.如權利要求1所述的供應系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄冷/蓄熱桶與所述熱泵機組輸出端之間設置有閥門。
專利摘要本實用新型提供一種復合式可再生建筑能源供應系統(tǒng)，包括熱泵機組；蓄冷/蓄熱桶；光伏發(fā)電組件，其與一光伏逆變器連接，該光伏逆變器進一步連接所述熱泵機組、生活熱水板式換熱器、蓄電裝置以及蓄冷/蓄熱桶；太陽能集熱裝置，其與一太陽能集熱板式換熱器連接，該太陽能集熱板式換熱器進一步連接所述蓄冷蓄熱桶和所述生活熱水板式換熱器；熱管式地埋換熱器、其分別所述熱泵機組和過渡季節(jié)供冷板式換熱器連接。本實用新型將蓄冷/蓄熱技術、熱泵技術、蓄電技術有機結合在一起，構成了供暖系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、生活熱水供應系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等相互融合、相互組合的、綜合性的可再生能源建筑系統(tǒng)，具有節(jié)能高效的優(yōu)點。
文檔編號F25B29/00GK202101470SQ20112016828
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權日2011年5月24日
發(fā)明者張巖林, 童裳慧 申請人:北京世能中晶能源科技有限公司