專利名稱：可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)。
背景技術：
可再生能源是可以永續(xù)利用的能源資源，如水能、風能、太陽能、地源熱和生物質能等，不存在資源枯竭問題。我國太陽能較豐富的區(qū)域占國土面積的2/3以上，年輻射量超過6000MJ/m2,每年地表吸收的太陽能大約相當于1. 7萬億tee的能量；按德國、西班牙，丹麥等風電發(fā)展迅速的國家的經(jīng)驗進行類比分析，我國可供開發(fā)的風能資源量可能超過30億kW ;海洋能資源技術上可利用的資源量估計約為4億-5億kW ;地熱資源的遠景儲量為1353億tce，探明儲量為31. 6億tee ;總之我國可再生能源資源豐富，具有大規(guī)模開發(fā)的資源條件和技術潛力，可以為未來社會和經(jīng)濟發(fā)展提供足夠的能源，開發(fā)利用可再生能源大有可為。能源的緊缺提出了對可再生能源的需求，而太陽能作為一種可以在任何太陽存在的地方都可以使用的能源受到廣泛的關注，它的使用已經(jīng)從最初在邊遠地區(qū)和缺電地區(qū)的使用，逐漸的轉移到發(fā)達國家城市的使用；從簡單的使用和安裝太陽電池板，到現(xiàn)在能夠把太陽電池板和建筑進行比較好的結合，使得太陽能光伏發(fā)電得到更廣闊的發(fā)展空間。一般來說將太陽電池組件安裝在住房或建筑物的屋頂，引出端經(jīng)過控制器及逆變器與公共電網(wǎng)連接，由光伏方陣及電網(wǎng)并聯(lián)向用戶供電，這就組成了戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。它具有調峰、環(huán)保的功能，另外也可以用太陽光伏發(fā)電的玻璃幕墻代替普通的幕墻玻璃，這樣即可以做建材又可以發(fā)電，進一步降低光伏發(fā)電的成本，非常獨特，成為城市里一道美麗的風景線，也可以直接用電池組件做建筑材料。太陽能光熱利用的基本原理是將太陽輻射能收集起來，將光能轉換成熱能加以利用。太陽能裝置與建筑結合不是簡單相加，而是讓太陽能裝置成為建筑的一部分，在太陽能為用戶提供熱水的同時，也為整個建筑的節(jié)能減排發(fā)揮作用。單機入戶，陽臺壁掛式，分體承壓式便是我們針對不同類型的建筑采取的集熱方案。如分體承壓式太陽能熱水系統(tǒng)就是采用分體式結構，使集熱器與水箱分離，滿足高層住宅用戶安裝使用需要；模塊化的集熱器設計實現(xiàn)了太陽能與建筑的完美結合。據(jù)了解，太陽能熱水系統(tǒng)可以實現(xiàn)建筑節(jié)能10%至15%，而太陽能供暖和空調系統(tǒng)進入住宅解決方案，將為建筑能耗節(jié)省45%左右。地熱能是天生就儲存在地下的，不受天氣狀況的影響，既可作為基本負荷能使用，也可根據(jù)需要提供使用，僅地下10千米厚的一層，儲熱量就達1. 05X IO26焦耳，相當于
9.95X IO15標準煤所釋放的熱量。地溫循環(huán)能科學地滿足不同地溫特性、不同氣候特性、不同冷暖特性的需求，與傳統(tǒng)采暖空調方式相比，在環(huán)保節(jié)能、冷暖熱聯(lián)供、舒適自然、穩(wěn)定可靠、費用低廉、操控簡便等方面具有很強的經(jīng)濟技術綜合優(yōu)勢，是解決低密度建筑物中冷、暖、熱水一體化供應方案的最佳選擇。從目前可再生能源的資源狀況和技術發(fā)展水平看，今后發(fā)展較快的可再生能源除水能外，主要是生物質能、風能、地熱能和太陽能。生物質能利用方式包括發(fā)電、制氣、供熱和生產(chǎn)液體燃料，將成為應用最廣泛的可再生能源技術。風力發(fā)電技術已基本成熟，經(jīng)濟性已接近常規(guī)能源，在今后相當長時間內將會保持較快發(fā)展。太陽能發(fā)展的主要方向是光伏發(fā)電和熱利用，近期光伏發(fā)電的主要市場是并網(wǎng)發(fā)電和偏遠地區(qū)的獨立供電。太陽能熱利用的發(fā)展方向是太陽能光熱一體化建筑，并以常規(guī)能源為補充手段，實現(xiàn)全天候供熱，提高太陽能供熱的可靠性，在此基礎上進一步向太陽能供暖和制冷的方向發(fā)展。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)節(jié)能減排。一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)，其特別之處在于包括通過管路依次連通的室外地能換熱系統(tǒng)、地源熱泵機組和室內采暖空調末端系統(tǒng)，還包括與該室內采暖空調末端系統(tǒng)并聯(lián)的室內地暖管網(wǎng)；該地源熱泵機組通過管路與儲水罐連通，該儲水罐還通過管路分別與自來水管網(wǎng)和室內供水管網(wǎng)連通，并且該儲水罐還通過管路與太陽能集熱器連通；還包括系統(tǒng)控制器，該系統(tǒng)控制器分別與地源熱泵機組和儲水罐的控制部分電連接，以及太陽能光伏組件，該太陽能光伏組件與前述地源熱泵機組和系統(tǒng)控制器電連接從而供電。其中在儲水罐與自來水管網(wǎng)連接處安裝有電動閥，該電動閥的控制部分與系統(tǒng)控制器電連接。其中儲水罐分別通過供水管和回水管與太陽能集熱器連通，在該供水管上安裝有電動閥，該電動閥的控制部分與系統(tǒng)控制器電連接。其中在回水管上安裝有水泵，該水泵的控制部分與系統(tǒng)控制器電連接。其中在儲水罐和地源熱泵機組之間的管路上安裝有水泵，該水泵的控制部分與系統(tǒng)控制器電連接。其中在儲水罐和室內供水管網(wǎng)連通的管路上安裝有水泵，該水泵的控制部分與系統(tǒng)控制器電連接。其中太陽能光伏組件還與室內采暖空調末端系統(tǒng)電連接從而供電。其中系統(tǒng)控制器采用工控機。進一步的，其中工控機還分別與單片機或PLC連接。其中儲水罐的控制部分包括安裝在儲水罐內管路上的電動閥和儲水罐內的溫度傳感器。其中系統(tǒng)控制器還分別與安裝在室外的溫度傳感器、安裝在室內的溫度傳感器和安裝在太陽能集熱器上的溫度傳感器連接。本實用新型的綜合利用系統(tǒng)主要具備以下幾項優(yōu)點(I)可將現(xiàn)行的采暖、制冷所運用的普通能源跟換為可再生清潔能源，節(jié)能減排，極大地改善城市環(huán)境；(2)實現(xiàn)太陽能光伏、光熱以及地源熱能源的綜合建筑一體化應用；(3)不僅可以大量節(jié)約常規(guī)電能和煤炭的消耗，還可以彌補單一供電方式因為環(huán)境、設備故障等原因所產(chǎn)生的影響；(4)通過控制系統(tǒng)，可以有效控制太陽能光伏、光熱以及地源熱能源的互補使用，使其更加有效利用能源；(5)建立系統(tǒng)服務平臺研究解決光伏能源、光熱能源、地緣熱能三種能源的綜合利用的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)無人值守、自動報警、自動分析，自動切換三者之間的供熱需求。
附圖1為本實用新型的邏輯原理框圖。附圖2為本實用新型的系統(tǒng)工作流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型是一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)，包括通過管路依次連通的室外地能換熱系統(tǒng)5、地源熱泵機組6和室內采暖空調末端系統(tǒng)3，還包括與該室內采暖空調末端系統(tǒng)3并聯(lián)的室內地暖管網(wǎng)4 ;該地源熱泵機組6通過管路與儲水罐連通，該儲水罐還通過管路分別與自來水管網(wǎng)8和室內供水管網(wǎng)2連通，并且該儲水罐還通過管路與太陽能集熱器9連通；還包括系統(tǒng)控制器10，該系統(tǒng)控制器10分別與地源熱泵機組6和儲水罐的控制部分電連接，以及太陽能光伏組件1，該太陽能光伏組件I與前述地源熱泵機組6和系統(tǒng)控制器10電連接從而供電。其中在儲水罐與自來水管網(wǎng)8連接處安裝有電動閥，該電動閥的控制部分與系統(tǒng)控制器10電連接，儲水罐分別通過供水管和回水管與太陽能集熱器9連通，在該供水管上安裝有電動閥，該電動閥的控制部分與系統(tǒng)控制器10電連接。在回水管上安裝有水泵7，該水泵7的控制部分與系統(tǒng)控制器10電連接，在儲水罐和地源熱泵機組6之間的管路上安裝有水泵7，該水泵7的控制部分與系統(tǒng)控制器10電連接，在儲水罐和室內供水管網(wǎng)2連通的管路上安裝有水泵7，該水泵7的控制部分與系統(tǒng)控制器10電連接。其中太陽能光伏組件I還與室內采暖空調末端系統(tǒng)3電連接從而供電。系統(tǒng)控制器10采用工控機，該工控機還可以分別與單片機或PLC連接，從而采集包括溫度在內的各項信息，并且控制地源熱泵機組6、各處電動閥、水泵7等的動作。儲水罐的控制部分包括安裝在儲水罐內管路上的電動閥和儲水罐內的溫度傳感器。系統(tǒng)控制器10還分別與安裝在室外的溫度傳感器、安裝在室內的溫度傳感器和安裝在太陽能集熱器9上的溫度傳感器連接。本實用新型針對城鎮(zhèn)民用建筑中的新建建筑，將根據(jù)項目涉及的建筑形式，通過采取太陽能集中收集+分戶供給系統(tǒng)，在經(jīng)濟技術合理前提下，通過太陽能光電、光熱和地源熱泵單元的推廣應用，替代建筑用生活熱水和制冷采暖的常規(guī)能源耗量。I)選用太陽能光熱+地源熱泵的熱水及采暖單元形式采用國內外成熟經(jīng)驗，確定針對多層、高層新建和既有建筑全年用太陽能生活熱水系統(tǒng)形式(涉及住宅和公共建筑，系統(tǒng)形式包括平屋頂和坡屋頂，陽臺欄板及外墻掛板安裝形式)，同時配套地源熱泵單元進行冬季采暖和夏季制冷。地源熱和太陽能相結合，既可以克服地源熱泵長期連續(xù)從土壤取熱(或蓄熱)，會使土壤的溫度場長期得不到有效恢復，從而造成土壤溫度不斷降低(或升高)的局限性，又可以克服太陽輻射受晝夜、季節(jié)、緯度和海拔高度等自然條件的限制和陰雨天氣等隨機因素影響的局限性。由于太陽能的供熱作用，可以實現(xiàn)系統(tǒng)向地下排熱與取熱的平衡，從而使得地下溫度場保持穩(wěn)定的變化，機組運行工況穩(wěn)定。2)選用適用的太陽能集熱器9及地源熱泵類型結合太陽能集熱器9和熱泵產(chǎn)品的生產(chǎn)種類、使用環(huán)境和安裝條件等情況，確定質量可靠、易于維護、使用壽命長的符合系統(tǒng)技術要求的太陽能集熱器9和地源熱泵類型。例如以每個單元用戶組成一個用水系統(tǒng)，將儲水罐放置在閣樓層，每棟樓在屋頂設置統(tǒng)一太陽能集熱器9，為各戶水箱供應熱量，每戶設置分戶水箱自己供水，由于集熱面積的加大，保證了熱水供應，同時電輔加熱系統(tǒng)能夠保證用戶在冬季和陰雨天氣的熱水供應。太陽能與地源熱泵單元聯(lián)合運行，具有很大的靈活性，彌補了單獨地源熱泵的不足，一年四季可以利用，提高了裝置的利用系數(shù)。太陽能的總量雖然很大，但其能流密度較低，如果單獨采用太陽能供暖系統(tǒng)，勢必造成采集熱量所需的太陽能集熱器9面積較大；同時由于太陽輻射強度隨著季節(jié)、早晚、晝夜有規(guī)律地變化，因此太陽能利用還存在著間歇性及不穩(wěn)定性的問題，這些問題都可通過與地源熱泵單元的聯(lián)合運行得到解決。3)太陽能集熱器9與建筑一體化太陽能技術與建筑的結合,要以建筑為主體,圍繞建筑設計和建筑功能為中心，做到太陽能集熱器9與建筑物的有機結合，進行多層和高層太陽能生活熱水系統(tǒng)與建筑結合典型示范。太陽能集熱器9坡屋面和陽臺欄板安裝形式對應系統(tǒng)設計的優(yōu)化，包括針對公共建筑的儲水罐集中設置和針對住宅分戶計費的儲水罐分置形式。將集合住宅中大量重復的建筑構件如遮陽板、陽臺等與太陽能集熱器9有機整合，在供給能源的同時可以為建筑更加美觀。本實用新型的系統(tǒng)用于任何需要輔助采暖、通風或補充新鮮空氣的建筑，系統(tǒng)安裝簡便，能安在任何不燃墻體的外側及墻體現(xiàn)有開口的周圍，便于舊建筑的改造。本實用新型的工作原理及應用方法如下本實用新型的綜合利用系統(tǒng)包括太陽能集熱器9、地源熱泵機組6、儲水罐、系統(tǒng)控制器10、太陽能光伏組件I等。系統(tǒng)擬定采用光伏發(fā)電能量作為主要電源，市電作為補充電源，并采用太陽能集熱器9、地源熱泵機組6等作為能量轉換裝置。在本系統(tǒng)中地源熱能是作為一種熱能來使用的，將地下熱能通過地埋換熱管與建筑內熱能進行交換，從而達到冬季供熱和夏季制冷的效果。太陽能集熱器9可以吸收太陽光中大量的能量，從而提升地源熱能，并能滿足用戶生活熱水用量。太陽能光伏組件I作為可再生能源綜合利用項目的唯一高品質能源，為地源熱泵機組6和系統(tǒng)控制器10等提供電能，使得地源熱泵的介質發(fā)生溫度變化。通過系統(tǒng)控制器10進行監(jiān)控，根據(jù)用戶要求進行室內供熱或者制冷，可以做到根據(jù)用戶設定系統(tǒng)能自行解決光伏能源、光熱能源、地源熱能三種能源的綜合利用的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)無人值守、自動報警、自動分析，自動切換三者之間的供熱需求。系統(tǒng)具體配套結構如下冬天建筑物內需要取暖和使用熱水，在白天的時候將由系統(tǒng)控制器10控制采用太陽能集熱器9為介質加溫(這時水溫可以達到35度)，然后將升溫后的介質抽入地源熱泵機組6當中利用壓縮機對冷媒做功，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時再通過蒸發(fā)器內冷媒的冷凝，由風機盤管循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉移至室內的過程中，以35°C以上熱風的形式向室內供暖。晚上的時候利用系統(tǒng)控制器10自動控制檢測夜間和陰天，將載熱流體不通過太陽能集熱器9直接進入地源熱泵機組6通過壓縮機進行室內的熱量交換。同時將熱水供應給室內生活區(qū)使用。[0043]夏天建筑物內需要制冷和使用熱水，這就可以通過系統(tǒng)控制器10直接使用太陽能集熱器9進行生活熱水的供應，然后再由系統(tǒng)控制器10直接將地下水抽入地源熱泵機組6內的壓縮機對冷媒做功，使其進行汽-液轉化的循環(huán)。通過蒸發(fā)器內冷媒的蒸發(fā)將由風機盤管循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時再通過冷凝器內冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路循環(huán)轉移至地下水或土壤里。在室內熱量不斷轉移至地下的過程中，通過風機盤管，以13°C以下冷風的形式為房間供冷。系統(tǒng)控制器10使用太陽能光伏組件I發(fā)電來控制地源熱能和太陽能集熱的綜合應用，并且為地源熱泵機組6提供電能。從根本上斷絕了能量的浪費和污染物的排放。系統(tǒng)控制器10可放置在室內陽臺或者閣樓等使用率較少的地點。太陽能光伏組件I則利用建筑物周圍墻面將PV板與墻面材料一起進行集成?，F(xiàn)代建筑支撐系統(tǒng)和維護系統(tǒng)的分離使PV板能象木材、金屬、石材、混凝土等預制板樣成為建筑外圍護系統(tǒng)的貼面材料。即能解決建筑物的保溫還能充分的實現(xiàn)光伏發(fā)電。PV板墻面一體化主要有PV板外墻裝飾板和PV板玻璃幕墻(或玻璃窗)兩種方式。太陽能光電玻璃作為建筑物的外圍護構件，太陽能光電玻璃將光電技術融入玻璃，突破了傳統(tǒng)玻璃幕墻單一的圍護功能，把以前被當做有害因素而屏蔽在建筑物表面的太陽光，轉化為能被人們利用的電能，同時這種復合材料不多占用建筑面積。
權利要求1.一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于包括通過管路依次連通的室外地能換熱系統(tǒng)(5)、地源熱泵機組(6)和室內采暖空調末端系統(tǒng)(3)，還包括與該室內采暖空調末端系統(tǒng)(3)并聯(lián)的室內地暖管網(wǎng)(4);該地源熱泵機組(6)通過管路與儲水罐連通，該儲水罐還通過管路分別與自來水管網(wǎng)(8)和室內供水管網(wǎng)(2)連通，并且該儲水罐還通過管路與太陽能集熱器(9)連通；還包括系統(tǒng)控制器(10)，該系統(tǒng)控制器(10)分別與地源熱泵機組(6)和儲水罐的控制部分電連接，以及太陽能光伏組件(I)，該太陽能光伏組件(1)與前述地源熱泵機組(6)和系統(tǒng)控制器(10)電連接從而供電。
2.如權利要求1所述的一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于其中在儲水罐與自來水管網(wǎng)(8)連接處安裝有電動閥，該電動閥的控制部分與系統(tǒng)控制器(10)電連接。
3.如權利要求1所述的一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于其中儲水罐分別通過供水管和回水管與太陽能集熱器(9)連通，在該供水管上安裝有電動閥，該電動閥的控制部分與系統(tǒng)控制器(10)電連接。
4.如權利要求3所述的一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于其中在回水管上安裝有水泵(7)，該水泵(7)的控制部分與系統(tǒng)控制器(10)電連接。
5.如權利要求1所述的一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于其中在儲水罐和地源熱泵機組(6)之間的管路上安裝有水泵(7)，該水泵(7)的控制部分與系統(tǒng)控制器(10)電連接。
6.如權利要求1所述的一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于其中在儲水罐和室內供水管網(wǎng)(2)連通的管路上安裝有水泵(7)，該水泵(7)的控制部分與系統(tǒng)控制器(10)電連接。
7.如權利要求1至6中任意一項所述的一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于其中太陽能光伏組件(1)還與室內采暖空調末端系統(tǒng)(3)電連接從而供電。
8.如權利要求1至6中任意一項所述的一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于其中系統(tǒng)控制器(10)采用工控機。
9.如權利要求8所述的一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于其中工控機還分別與單片機或PLC連接。
10.如權利要求1至6中任意一項所述的一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于其中儲水罐的控制部分包括安裝在儲水罐內管路上的電動閥和儲水罐內的溫度傳感器。
11.如權利要求1至6中任意一項所述的一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于其中系統(tǒng)控制器(10)還分別與安裝在室外的溫度傳感器、安裝在室內的溫度傳感器和安裝在太陽能集熱器(9)上的溫度傳感器連接。
專利摘要本實用新型涉及一種可再生能源與建筑一體化綜合利用系統(tǒng)。其特點是包括通過管路依次連通的室外地能換熱系統(tǒng)(5)、地源熱泵機組(6)和室內采暖空調末端系統(tǒng)(3)，還包括與該室內采暖空調末端系統(tǒng)(3)并聯(lián)的室內地暖管網(wǎng)(4)；該地源熱泵機組(6)通過管路與儲水罐連通，該儲水罐還通過管路分別與自來水管網(wǎng)(8)和室內供水管網(wǎng)(2)連通，并且該儲水罐還通過管路與太陽能集熱器(9)連通；還包括系統(tǒng)控制器(10)，以及太陽能光伏組件(1)。本實用新型具備以下幾項優(yōu)點可將現(xiàn)行的采暖、制冷所運用的普通能源跟換為可再生清潔能源，節(jié)能減排，極大地改善城市環(huán)境；實現(xiàn)太陽能光伏、光熱以及地源熱能源的綜合建筑一體化應用。
文檔編號F24D3/18GK202902420SQ201220603630
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權日2012年11月15日
發(fā)明者李立, 常松山, 張林森 申請人:寧夏銀星能源光伏發(fā)電設備制造有限公司