一种多能互补清洁能源供暖系统的制作方法

本发明涉及一种供暖系统，尤其涉及一种光热、储热、电加热和电热炕多能互补的清洁能源供暖系统，它属于寒冷地区住宅节能减排供暖系统领域。

背景技术：

1、寒冷地区冬季清洁取暖大多为：煤改生物质颗粒炉、相变储热电锅炉、空气源热泵、光热电磁炉等等。其中煤改电、煤改气；共同特点是加大供电设施和供气设施的投入。一个冬季供暖期需要5千元左右运行费用高。煤改生物质颗粒炉；从长远发展角度来看，秸秆颗粒燃烧供暖，只能是暂时过渡时期，主要是秸秆颗粒燃烧仍然排放二氧化碳、二氧化硫和6%的灰分。生物质颗粒资源还是以玉米秸秆为主，而玉米秸秆颗粒燃烧属低位热值能源，其热值在3000～3200大卡，为了提高颗粒的热值势必要添加高热值燃料，寒冷地区一个农户一个冬季需要3～4吨秸秆颗粒，一吨按1000元估算还需要3～4千元的运行费用，个别地区秸秆作为畜牧填充饲料资源有限。相变储热电锅炉，其特点是储热能源仍然来自于电能，即便是谷电蓄能运行费用仍然较高。空气源热泵：特点是从压缩空气中提取热能，因此空气源热泵更适合在我国中南部使用，适用温度范围在-7至40℃为理想环境。尽管目前结合北方冬季研发了适合于-25c°空气源热泵，但是容易出现结霜问题，另一个特点是设施复杂，需要专人负责，更适合于集中供热。针对北方农村住宅目前空气源热泵供暖分为两种形式：一是空气源热泵热风机，其特点是只是提供热风和冷风不能提供热水，其功能相当于家庭用空调机，若寒冷季节利用热风机供暖每天至少运行10小时，两个卧室同时运行一天用电量大约30多度电；另一种是空气源热泵热水机，其特点是农村住宅供暖面积大于60m2时需要配置5匹散热采用风机盘或暖气片，寒冷季节低温制热最大输入功率是5.9kw，最大电流达到27a，这就需要 改造农户的电源进户线 ，可能还要增大供电导线截面和电源变压器容量，农户一个采暖期运行费用达4千元左右， 目前市面上的空气能热水器普遍采用循环式加热系统，在高温高压情况下运行，容易使压缩机老化、碳化，如果系统润滑效果不好，就容易导致压缩机被烧坏。光热电磁炉，特点是以水为载体，将太阳能热水器集热管水升温至供暖温度时通过水自动循环系统将热水送入室内进行供暖。但是，遇到阴雪天和夜间靠电磁炉（6kw）供暖，势必要给农户带来巨大的电费运行费用和电力企业的设备改造费用。

2、从目前推行的煤改清洁能源的方式来看，其共同特点是运行费用高、没有蓄热热能延迟利用功能，同时农户的炕是冰冷的，从北方农村农民生活舒适度习惯来看，冬天都希望有热乎乎的大炕，即便是春、秋季节阴雨天应随意获得暖炕。

3、据资料查询目前已公开且与本专利密切相关的中国专利申请公布号cn108266783a公开了“一种光能空气能热源与电热蓄热式三合一采暖器”发明专利，它存在如下技术问题：太阳能板的热水不应与空气源热泵连接，太阳能热水直接与水箱连接，当水箱温度不足时空气源热泵压缩空气获得热能在通过螺旋式介质盘管与水箱热水交换，水箱温度还不足时需要电互补，设备造价高、运行费用高。授权公告号cn216716614u公开了“一种风光电热互补式冷热水双供系统”其特点是有风电、光伏发电，蓄电池等造价高，不适合于农户供暖技术。

4、综上所述，目前国内已有的煤改清洁能源的技术以及现有专利分析，针对北方农户而言均属于高能耗、高消费、技术繁琐、设备维护另请专业人员的技术范畴。

技术实现思路

1、本发明就是为了解决上述技术问题，提供了一种多能互补清洁能源供暖系统，目的是使供暖投资成本降低、施工简便、运行费用低、智能程度高、安全可靠。

2、为达到上述目的本发明一种多能互补清洁能源供暖系统，它包括温度控制器、太阳能热水器、蓄热水箱和水空调；温度控制器通过第一数据信号线与设在连接箱内的第一温度传感器连接，温度控制器通过第二数据信号线与设在蓄热水箱内的第二温度传感器连接，温度控制器通过第三数据信号线与设在室内的第三温度传感器连接；太阳能热水器包括连接箱和与连接箱连通的太阳能真空集热管，连接箱的进水口和出水口通过向上弯曲管件与上水管道和回水管道连接，上水管道和回水管道与蓄热水箱连接，在上水管道上设有集热循环泵，集热循环泵通过第一电源线与温度控制器连接，水空调通过第二电源线与温度控制器连接，蓄热水箱通过供水管路向水空调供水，水空调通过回水管路将水返回蓄热水箱，在供水管路上设有供暖循环泵，供暖循环泵通过第三电源线与温度控制器连接。

3、优选的，上述的上水管道与向上弯曲管件连接处顶部设有连接箱排气管，向上弯曲管件顶端高度高于连接箱内水位的高度。

4、优选的，上述的蓄热水箱上设有电加热管和透明管，电加热管通过第四电源线与温度控制器连接。

5、优选的，上述的上水管道与蓄热水箱的连接口设在蓄热水箱左侧的下部，回水管道与蓄热水箱的连接口设在蓄热水箱左侧的上部。

6、优选的，上述的蓄热水箱的下部偏左设有清洁水箱防水阀门。

7、优选的，上述的供暖循环泵通过供水管路和供热手动阀门一与蓄热水箱右侧下部连接口连接，在供暖循环泵出水端的供热手动阀门二与供暖循环泵之间设有热水阀门。

8、优选的，上述的温度控制器通过第五电源线与安装在炕席底下或榻榻米底下的石墨烯电热膜连接。

9、优选的，上述的电加热管安装在蓄热水箱外壁上，电加热管上下口与蓄热水箱下面的上下孔连接，透明管安装在电加热管上方，透明管上下口与蓄热水箱上面的上下孔连接，透明管外表面下方设有极限水位线、上方设有标准水位线字贴。

10、优选的，上述的温度控制器型号为wk7182。

11、优选的，上述温度控制器通过第三温度传感器探测室内温度，通过第二温度传感器探测蓄热水箱的水温，若同时不满足要求时通过电加热管启动蓄热供暖，温度控制器通过第五电源线向石墨烯电热膜电热炕定时供暖。

12、由于采用上述技术方案，使得本发明具有如下特点和效果：

13、本发明最大限度实现太阳能利用，有效地降低供暖费用。采用太阳能真空集热管，以水为载体，将连接箱水温升至与室内蓄热水箱温度高出5℃时通过集热循环泵将热水送入室内的蓄热水箱进行热能储热，太阳能真空集热管上端连接箱水温与蓄热水箱水温相等时停止循环，白天储热夜间放热的方式室内取暖。室内放热方式为强迫循环水空调。遇到阴雪天或夜间特别寒冷且室内温度不满足要求时，半导体电加热管自动启动对蓄热水箱加温互补，电热炕是光热供热的另一种互补形式，当炕需要补热时自动补充，其发热体是石墨烯电热膜可以安装在炕席底下或榻榻米底下，其功率一般不足1kw,厚度为1mm，施工简便。从北方农村农民的生活舒适度习惯来看，冬天都希望有热乎乎的大炕，即便是春、秋季节阴雨天也随意获得暖炕。另一个特点是太阳能储热、室内供暖循环、电加热管及电热炕互补系统，均是温度控制器完成，不需要人工干预。致使本发明设备简单、施工简单、造价低、运行费用低、智能程度高、安全可靠等优点。

14、太阳能热水器一般安装在房顶上，是由太阳能真空管、连接箱（箱体内胆与外壳之间有保温，其保温材料聚氨酯厚度不小于5公分）、连接箱支架、上下水循环孔、温度传感器、排气管等组成。连接箱及支架的个数由太阳能真空管个数决定，真空管个数由室内供暖面积确定，连接箱为2个或n个时连接箱相互串联连接，温度传感器安装在连接箱盲孔内或连接箱回水口端的金属管壁上贴紧外加保温，连接箱上水口和回水口的外连接管要向上弯曲，其高度高于连接箱的高度然后急速下降与室内储热水箱连接，在上水口外连接管最高位置安装排气管。

15、上述的连接箱上水口和回水口的外连接管要向上弯曲，高度高于连接箱内水位的高度，其目的一在于连接箱的水与室内蓄热水箱的水储热交换停止时，上下水连接管最高位以下的水立即回到蓄热水箱内，使连接管道内水排空，防止白天无阳光阴雪天或寒冷夜间管道内水冰冻使管道破裂。一般现有技术是在连接管道外缠伴热带，用电热防止防冻，实践证明伴热带消耗的电能是不可忽视的。其目的二在于连接管道内水排空后，含有保温的连接箱内的水是满的，所以只有排气管内孔与寒气接触，防止了连接箱内温度丢失。若向上弯曲管件没有向上弯曲部分进行排空，那么连接箱内的水处于排空一半的水位，此时连接箱内的水位面通过排气口与寒气接触加速热能丢失。

16、上述的储热水箱技术如下：蓄热水箱内胆与外壳之间充有5公分的聚氨酯发泡保温，蓄热水箱容积一般在300～500升之间，外壳直径不宜超过730mm(考虑农村住宅现有门的宽度), 蓄热水箱安装在室内。蓄热水箱水温需要电加热互补时温度控制器启动电加热管，靠蓄热水箱内的上下水位温度差自行循环。通过在蓄热水箱上下不同位置留有水位观察孔之间透明管连接，观察水箱水位是眼见为实的方法。

17、循环泵设有2个：其一是集热循环泵；太阳能热水器连接箱水温升至与室内蓄热水箱水温高出5℃时通过自动循环泵将热水送入室内蓄热水箱进行热能储热，连接箱水温与蓄热水箱水温温度相等时停止循环，白天储热夜间放热的方式室内取暖，集热循环泵的启动与停止由温度控制器完成。其二是向室内供暖循环泵；当蓄热水箱水温度达到30c°以上供暖温度，而且室内温度低于供暖温度20c°时由温度控制器启动供暖循环泵，通过水空调向室内供暖，当室内温度达到供暖温度要求110%时供暖循环泵停止。

18、水空调是近几年随着农村住宅清洁能源供暖的需求而孕育而生，具有体积小、重量轻、安装简便，换热效率高、室内升温快等特点。在进水口温度高于或等于室内需求温度设定值时水空调自动启动运行，而低于室内需求温度设定值时水空调运行停止。水空调内设调速风机以强迫对流方式对室内供暖，蓄热水箱内水温达到30c°可以供暖。

19、本发明的电加热管是通过蓄热水箱上下两个孔在水箱外安装的，当水箱温度需要电加热互补时温度控制器启动电加热管，靠蓄热水箱内的上下水位温度差自行循环。电加热管是在蓄热水箱水温度不足30c°时启动，45c°时停止运行，从温升物理现象看30c°～45c°正是温升曲线斜率最大的区域，电加热管内的水是流动的，在内管壁表面不宜挂污垢和堆积钙离子，长期使用不影响发热量。一般现有技术是在水箱内加普通型电加热管，实践运行表明经过一段运行后加热棒表面堆积污垢和钙离子，严重影响放热效果。

20、如遇到阴雪天或夜间特别寒冷室内温度不满足要求，且蓄热水箱温度不足30c°时人工干预手动操作启动电加热管辅助加热,也可以电加热时间定为21点～23点和早晨5点～6点的谷期电价电加热管供暖；又如电热炕供暖为了经济运行，温度控制器可以定时供电，也可以随时人工干预手动操作加热供暖等。温度控制器具有体积小，智能程度高，操作简便等特点。