[發明專利]一種多能源互補蓄熱系統及其控制方法

在審

• 申請號: 202011275264.X
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112503616A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 楊延春;唐志津;陳銀清;劉長利;盧欣;張建海;朱伯苓;李民;韓慎朝;劉裕德;陳彬;王翠敏;張凡;隋淑慧;張超;郭曉丹;丁玲;孫學文;陳曦;石楓;蔡林靜;張榮榮;吳明雷;曹曉男;于波;王海巍;王嘉庚;張智達;孟昭斌;吳亮
• 申請（專利權）人: 國網（天津）綜合能源服務有限公司;國家電網有限公司;國網天津市電力公司
• 主分類號: F24D11/02
• 分類號: F24D11/02;F24D19/10
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

1.一種多能源互補蓄熱系統，其特征在于：包括控制系統、太陽能集熱器、電鍋爐、空氣源熱泵、蓄熱水箱和末端散熱器，太陽能集熱器、電鍋爐、空氣源熱泵與蓄熱水箱相連接，蓄熱水箱與末端散熱器相連接，控制系統與太陽能集熱器、電鍋爐、空氣源熱泵相連接，控制系統通過時間段設置、監控水箱溫度對太陽能集熱器、電鍋爐和空氣源熱泵的啟停進行控制，實現最優負荷配置和運行模式的控制功能。

2.根據權利要求1所述的一種多能源互補蓄熱系統，其特征在于：所述太陽能集熱器、電鍋爐、空氣源熱泵與蓄熱水箱之間通過保溫輸水管相連接，所述蓄熱水箱與末端散熱器通過保溫輸水管道相連接。

3.一種如權利要求1或2所述多能源互補蓄熱系統的控制方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1、設計電鍋爐容量，以滿足利用低谷電獨立24小時供熱能力；

步驟2、設計空氣源熱泵容量：

步驟3、計算太陽能集熱器日蓄熱量；

步驟4、設計蓄熱水箱容積以滿足非低谷電時間段用熱量；

步驟5、計算為滿足非低谷電時間段用熱時蓄熱水箱的熱水所達最低溫度；

步驟6、控制系統根據上述模型及參數監控蓄熱水箱內的溫度，對太陽能集熱器、電鍋爐和空氣源熱泵的啟停進行控制，并根據末端散熱需求對蓄熱水箱的放熱進行控制。

4.根據權利要求3所述的一種多能源互補蓄熱系統的控制方法，其特征在于：所述步驟1采用如下模型計算電鍋爐容量：

P₁＝K×F×q×H₁/H₂

式中，P₁為電鍋爐功率，K為蓄熱熱損失系數，K取值為1.10～1.15；F為采暖面積；q為建筑日平均熱負荷指標，H₁為采暖時間，H₂電鍋爐向蓄熱水箱蓄熱的時間。

5.根據權利要求3所述的一種多能源互補蓄熱系統的控制方法，其特征在于：所述步驟2采用如下模型計算空氣源熱泵容量：

P₂＝K×F×q/COP

式中，P₂為熱泵功率，K為蓄熱熱損失系數，取值為1.10-1.15；F為采暖面積，q為建筑日平均熱負荷指標，COP為能效比，表示熱泵散熱量與耗電量的比值。

6.根據權利要求3所述的一種多能源互補蓄熱系統的控制方法，其特征在于：所述步驟3采用如下模型計算太陽能集熱器日蓄熱量：

Q＝J×n₁×(1-n₂)S/f

式中：Q為太陽能集熱器日蓄熱量，J為當地集熱器傾斜面上日均太陽輻照量，n₁則為集熱器平均集熱效率，n₂則為管路及蓄熱裝置熱損失率，S為太陽能集熱面積，f為太陽能保證率。

7.根據權利要求3所述的一種多能源互補蓄熱系統的控制方法，其特征在于：所述步驟4采用如下模型設計蓄熱水箱容積：

V＝3.6(K×F×q×H₃+Q)/(C×p×△t)

式中：V為蓄熱水箱容積，K為蓄熱熱損失系數，K取值為1.10～1.15；F為采暖面積；q為建筑日平均熱負荷指標，H₃為非低谷電時間段等效耗熱量時間，Q為太陽能集熱器日蓄熱量，C為水的比熱容，p為水的密度，△t為蓄熱溫差。

8.根據權利要求3所述的一種多能源互補蓄熱系統的控制方法，其特征在于：所述步驟5的計算方法為：

t₁＝3.6(K×F×q×H₃+Q)/(C×p×V)+t₀

式中，t₁為滿足非低谷電時間段用熱時蓄熱水箱的熱水所達最低溫度，t₀為60℃，K為蓄熱熱損失系數，K取值為1.10～1.15；F為采暖面積；q為建筑日平均熱負荷指標，H₃為非低谷電時間段等效耗熱量時間，Q為太陽能集熱器日蓄熱量，C為水的比熱容，p為水的密度，V為蓄熱水箱容積。

9.根據權利要求3所述的一種多能源互補蓄熱系統的控制方法，其特征在于：所述步驟6的具體控制方法為：

在日間，當太陽能集熱器水溫超過90℃時，控制系統控制太陽能集熱器停止蓄熱，當太陽能集熱器水溫水溫低于90℃時，控制系統控制太陽能集熱器持續蓄熱；在夜間，當蓄熱水箱水溫超過t₁時，控制系統控制電鍋爐停止工作，當蓄熱水箱水溫低于t₁時，控制系統控制電鍋爐在低谷時段開啟，使蓄熱水箱水溫升至t₁；當熱水溫度低于40℃時，控制系統控制空氣源熱泵啟動；所述t₁為滿足非低谷電時間段用熱時蓄熱水箱的熱水所達最低溫度。