本發(fā)明涉及可再生能源互補(bǔ)利用、節(jié)能領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于可再生能源互補(bǔ)利用的一體化集成控制裝置。

背景技術(shù)：

能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，我國社會的持續(xù)快速發(fā)展離不開有力的能源保障。但隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源短缺以及化石能源對環(huán)境產(chǎn)生的嚴(yán)重影響對我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的制約也越發(fā)明顯。

英國石油公司(bp)發(fā)布的2012年《世界能源統(tǒng)計(jì)報(bào)告》顯示，中國占據(jù)全球能源消費(fèi)增長的71％，在未來20年將增長80％。中國已成為世界最大的能源消費(fèi)國之一，也隨之產(chǎn)生了較大的能源缺口和環(huán)境污染問題。因此，大力開發(fā)利用清潔的可再生能源是應(yīng)對日益嚴(yán)重的能源與環(huán)境問題，改善國民生存環(huán)境，提高綜合國力的必由之路。

現(xiàn)有的可再生能源利用方式包括太陽能熱水技術(shù)、地源熱泵技術(shù)、淺層土壤蓄熱技術(shù)、沼氣供暖技術(shù)等。在農(nóng)村地區(qū)，常見的利用方式多為太陽能熱水器，但陰雨天和冬季光照不強(qiáng)時(shí)其可靠性較低。地源熱泵或淺層地埋管蓄熱技術(shù)單獨(dú)利用時(shí)也存在出力不足，采暖熱舒適性較差，生活熱水制備不保證率偏高等情況。針對這一問題，通常的做法是采用可再生能源互補(bǔ)利用技術(shù)，如太陽能輔助地源熱泵，空氣能輔助地源熱泵，太陽能熱泵輔助沼氣池采暖等。但通常無法兼顧采暖和生活熱水兩種需求，其能耗較高，設(shè)備系統(tǒng)較為龐大，不利于進(jìn)一步的研發(fā)和未來的推廣應(yīng)用，具有一定的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種整體模塊化、易于改造、適用多種情況的用于可再生能源互補(bǔ)利用的一體化集成控制裝置。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種用于可再生能源互補(bǔ)利用的一體化集成控制裝置，用于太陽能地?zé)崮芑パa(bǔ)利用系統(tǒng)的控制，該裝置包括殼體、控制模塊以及設(shè)置在殼體內(nèi)的循環(huán)水泵，所述的循環(huán)水泵分別通過電動三通閥和管道與設(shè)置在殼體外壁上的接頭連接，所述的控制模塊通過控制循環(huán)水泵和電動三通閥的啟閉實(shí)現(xiàn)不同類別的多種工作模式。

所述的殼體內(nèi)分別設(shè)有八個(gè)聚丁烯外絲直接接頭和四個(gè)電動三通閥，所述的循環(huán)水泵的輸出端與第四聚丁烯外絲直接接頭連接，輸入端與第三電動三通閥的#1出水側(cè)連接，第三電動三通閥的#2出水側(cè)與第三聚丁烯外絲直接接頭連接，進(jìn)水側(cè)與第四電動三通閥的進(jìn)水側(cè)連接，所述的第四電動三通閥的#1出水側(cè)與第七聚丁烯外絲直接接頭，#2出水側(cè)與第八聚丁烯外絲直接接頭連接，第一電動三通閥的進(jìn)水側(cè)與第一聚丁烯外絲直接接頭連接，#1出水側(cè)與第二電動三通閥的進(jìn)水側(cè)連接，#2出水側(cè)與第二聚丁烯外絲直接接頭連接，所述的第二電動三通閥的#1出水側(cè)與第五聚丁烯外絲直接接頭連接，#2出水側(cè)與第六聚丁烯外絲直接接頭連接。

所述的第一聚丁烯外絲直接接頭和第四聚丁烯外絲直接接頭分別與平板式太陽能集熱器連接，所述的第二聚丁烯外絲直接接頭和第三聚丁烯外絲直接接頭分別與集群地埋管連接，所述的第五聚丁烯外絲直接接頭和第七聚丁烯外絲直接接頭分別與生活熱水水箱連接，所述的第六聚丁烯外絲直接接頭和第八聚丁烯外絲直接接頭分別與采暖緩沖水箱連接。

當(dāng)太陽能地?zé)崮芑パa(bǔ)利用系統(tǒng)不設(shè)置地源熱泵時(shí)，所述的采暖緩沖水箱直接與用戶采暖需求端連接，當(dāng)太陽能地?zé)崮芑パa(bǔ)利用系統(tǒng)設(shè)置地源熱泵時(shí)，所述的地源熱泵設(shè)置在用戶采暖需求端之后，分別與采暖緩沖水箱、用戶采暖需求端和集群地埋管連接。

所述的循環(huán)水泵的輸出端與第四聚丁烯外絲直接接頭之間的管道上依次設(shè)有y型過濾器和止回閥，所述的循環(huán)水泵的輸出端通過第二軟接頭與y型過濾器連接，其輸入端通過第一軟接頭與第三電動三通閥的#1出水側(cè)連接。

所述的第一電動三通閥的#2出水側(cè)與第二聚丁烯外絲直接接頭通過第一直角彎頭連接，所述的第二電動三通閥的#2出水側(cè)與第六聚丁烯外絲直接接頭通過第二直角彎頭連接，所述的第三電動三通閥的#2出水側(cè)與第三聚丁烯外絲直接接頭通過第三直角彎頭連接，所述的第四電動三通閥的#2出水側(cè)與第八聚丁烯外絲直接接頭通過第四直角彎頭連接。

所述的殼體的外壁內(nèi)填充有聚酯發(fā)泡保溫層，所述的循環(huán)水泵與殼體底部之間設(shè)有橡膠墊。

工作模式的類別包括：

淺層土壤跨季節(jié)蓄熱控制類，適用于不設(shè)置熱泵裝置的太陽能地?zé)崮芑パa(bǔ)利用系統(tǒng)，包括太陽能生活熱水加熱模式、跨季節(jié)土壤蓄熱模式、冬季太陽能直接采暖模式和冬季土壤取熱模式；

太陽能輔助地源熱泵一體化互補(bǔ)利用控制類，適用于設(shè)有熱泵裝置的太陽能地?zé)崮芑パa(bǔ)利用系統(tǒng)，包括全年生活熱水優(yōu)先供應(yīng)模式、太陽能輔助采暖模式和土壤跨季節(jié)蓄熱模式。

所述的淺層土壤跨季節(jié)蓄熱控制類中：

當(dāng)處于太陽能生活熱水加熱模式時(shí)，所述的第一電動三通閥、第二電動三通閥、第三電動三通閥和第四電動三通閥均切換為進(jìn)水側(cè)與#1出水側(cè)導(dǎo)通的工作狀態(tài)，第一循環(huán)水泵處于開啟狀態(tài)，此時(shí)平板式太陽能集熱器收集熱量加熱生活熱水水箱；

當(dāng)處于跨季節(jié)土壤蓄熱模式時(shí)，第一電動三通閥和第三電動三通閥切換為進(jìn)水側(cè)與#2出水側(cè)導(dǎo)通的工作狀態(tài)，第二電動三通閥和第四電動三通閥不做控制，第一循環(huán)水泵處于開啟狀態(tài)，此時(shí)平板式太陽能集熱器通過該循環(huán)回路向集群地埋管轉(zhuǎn)移春、夏、秋季富裕的太陽能，加熱土壤溫度以供冬季使用；

當(dāng)處于冬季太陽能直接采暖模式時(shí)，第一電動三通閥和第三電動三通閥切換切換為進(jìn)水側(cè)與#1出水側(cè)導(dǎo)通的工作狀態(tài)，第二電動三通閥和第四電動三通閥切換為進(jìn)水側(cè)與#2出水側(cè)導(dǎo)通的工作狀態(tài)，第一循環(huán)水泵處于開啟狀態(tài)，此時(shí)平板式太陽能集熱器通過循環(huán)回路為采暖緩沖水箱進(jìn)行加熱并滿足用戶需求側(cè)的實(shí)際采暖需求；

當(dāng)處于冬季土壤取熱模式時(shí)，第一電動三通閥和第三電動三通閥切換為進(jìn)水側(cè)與#2出水側(cè)導(dǎo)通的工作狀態(tài)，第二電動三通閥和第四電動三通閥不做控制，此時(shí)集群地埋管在春夏秋季所收集儲存的太陽能熱量通過該循環(huán)回路用于采暖季中采暖回路的預(yù)先加熱。

所述的太陽能輔助地源熱泵一體化互補(bǔ)利用控制類中：

當(dāng)處于全年生活熱水優(yōu)先供應(yīng)模式時(shí)，所述的第一電動三通閥、第二電動三通閥、第三電動三通閥和第四電動三通閥均切換為進(jìn)水側(cè)與#1出水側(cè)導(dǎo)通的工作狀態(tài)，第一循環(huán)水泵處于開啟狀態(tài)，此時(shí)平板式太陽能集熱器收集熱量加熱生活熱水水箱以提供生活熱水；

當(dāng)處于太陽能輔助采暖模式時(shí)，所述的水泵處于開啟狀態(tài)，所述的第一電動三通閥、第三電動三通閥切換至進(jìn)水側(cè)與#1出水側(cè)導(dǎo)通的工作狀態(tài)，而第二電動三通閥、第四電動三通閥切換至進(jìn)水側(cè)與#2出水側(cè)導(dǎo)通的工作狀態(tài)，此時(shí)，平板式太陽能集熱器將收集到的熱量通過循環(huán)環(huán)路轉(zhuǎn)移至采暖緩沖水箱，此熱量輔助地源熱泵機(jī)組進(jìn)行對室內(nèi)的采暖；

當(dāng)處于土壤跨季節(jié)蓄熱模式時(shí)，所述的水泵處于開啟狀態(tài)，所述的第一電動三通閥、第三電動三通閥切換至進(jìn)水測與#2出水側(cè)導(dǎo)通的工作狀態(tài)，此時(shí)平板式太陽能集熱器收集到的熱量通過該循環(huán)回路向垂直u型集群地埋管轉(zhuǎn)移深秋和冬季儲存的能量，以提高系統(tǒng)cop。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

一、整體模塊化：提出了一種應(yīng)用于可再生能源互補(bǔ)利用系統(tǒng)的一體化集成控制設(shè)備，進(jìn)一步優(yōu)化了太陽能地?zé)崮芑パa(bǔ)利用系統(tǒng)，將其核心控制設(shè)備集成在箱體中，形成一體化模塊。

二、易于改造：該一體化集成控制設(shè)備互換性強(qiáng)，集成化程度高，利于批量化生產(chǎn)投入使用，殼體外部留有八個(gè)接口，只需將太陽能集熱器、生活熱水水箱、地埋管等外部設(shè)備通路接入即可使用，不僅安裝難度得到了一定程度的下降，對現(xiàn)有工程的改造難度也較低。

三、適用多種情況：該一體化集成控制設(shè)備的集成控制模塊內(nèi)部儲存有兩種控制方案，分別對應(yīng)淺層土壤跨季節(jié)蓄熱控制方案和太陽能輔助地源熱泵一體化互補(bǔ)利用控制方案，可由用戶自行選擇，對應(yīng)兩種不同的使用情況，設(shè)備的適用范圍更廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的原理簡圖；

圖2為電動三通閥換向示意圖；

圖3為未設(shè)置地源熱泵時(shí)的系統(tǒng)示意圖；

圖4為設(shè)置地源熱泵時(shí)的系統(tǒng)示意圖；

圖5為未設(shè)置地源熱泵時(shí)太陽能生活熱水加熱模式系統(tǒng)運(yùn)行示意圖；

圖6為未設(shè)置地源熱泵時(shí)跨季節(jié)土壤蓄熱模式下系統(tǒng)運(yùn)行示意圖；

圖7為未設(shè)置地源熱泵時(shí)冬季太陽能直接采暖模式下系統(tǒng)運(yùn)行示意圖；

圖8為未設(shè)置地源熱泵時(shí)冬季土壤取熱模式下系統(tǒng)運(yùn)行示意圖；

圖9為發(fā)明的控制流程圖；

圖10為設(shè)置地源熱泵時(shí)全年生活熱水優(yōu)先供應(yīng)模式下系統(tǒng)運(yùn)行示意圖。

圖11為設(shè)置地源熱泵時(shí)太陽能輔助采暖模式下系統(tǒng)運(yùn)行示意圖。

圖12為設(shè)置地源熱泵時(shí)土壤跨季節(jié)蓄熱模式下系統(tǒng)運(yùn)行示意圖。

圖5-圖8中以及圖10-圖12粗線均代表系統(tǒng)中走水換熱管道的路線示意圖；

其中，1、循環(huán)水泵，21、第一電動三通閥，22、第二電動三通閥，23、第三電動三通閥，24、第四電動三通閥，31、第一聚丁烯外絲直接接頭，32、第二聚丁烯外絲直接接頭，33、第三聚丁烯外絲直接接頭，32、第四聚丁烯外絲直接接頭，35、第五聚丁烯外絲直接接頭，36、第六聚丁烯外絲直接接頭，37、第七聚丁烯外絲直接接頭，38、第八聚丁烯外絲直接接頭，41、第一軟接頭，42、第二軟接頭，5、y型過濾器，6、止回閥，71、第一直角彎頭，72、第二直角彎頭，73、第三直角彎頭，74、第四直角彎頭，81、支撐架，82、支撐掛鉤，9、橡膠墊，10、管道，11、聚酯發(fā)泡保溫層，12、控制模塊，13、殼體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

如圖1和2所示，本發(fā)明的一種用于可再生能源互補(bǔ)利用的一體化集成控制裝置，包括殼體13、控制模塊12以及設(shè)置在殼體13內(nèi)的循環(huán)水泵1，循環(huán)水泵1分別通過電動三通閥和管道10與設(shè)置在殼體13外壁上的接頭連接，控制模塊12通過控制循環(huán)水泵1和電動三通閥的啟閉實(shí)現(xiàn)不同類別的多種工作模式。

殼體13內(nèi)分別設(shè)有八個(gè)聚丁烯外絲直接接頭和四個(gè)電動三通閥，循環(huán)水泵1的輸入端與第四聚丁烯外絲直接接頭34連接，輸出端與第三電動三通閥23的#1出水側(cè)連接，第三電動三通閥23的#2出水側(cè)與第三聚丁烯外絲直接接頭33連接，進(jìn)水側(cè)與第四電動三通閥24的進(jìn)水側(cè)連接，第四電動三通閥24的#1出水側(cè)與第七聚丁烯外絲直接接頭37，#2出水側(cè)與第八聚丁烯外絲直接接頭38連接，第一電動三通閥21的進(jìn)水側(cè)與第一聚丁烯外絲直接接頭31連接，#1出水側(cè)與第二電動三通閥22的進(jìn)水側(cè)連接，#2出水側(cè)與第二聚丁烯外絲直接接頭32連接，第二電動三通閥22的#1出水側(cè)與第五聚丁烯外絲直接接頭35連接，#2出水側(cè)與第六聚丁烯外絲直接接頭36連接。

第一聚丁烯外絲直接接頭31和第四聚丁烯外絲直接接頭34分別與平板式太陽能集熱器連接，第二聚丁烯外絲直接接頭32和第三聚丁烯外絲直接接頭33分別與集群地埋管連接，第五聚丁烯外絲直接接頭35和第七聚丁烯外絲直接接頭分別與生活熱水水箱連接，第六聚丁烯外絲直接接頭36和第八聚丁烯外絲直接接頭38分別與采暖緩沖水箱連接。

如圖3所示，圖3為未設(shè)置地源熱泵時(shí)的系統(tǒng)示意圖，集成控制模塊切換至淺層土壤跨季節(jié)蓄熱控制方案，第一聚丁烯外絲直接接頭31與太陽能集熱器循環(huán)入口管路相連接，第二聚丁烯外絲直接接頭32與地埋管入口管路相連接，第三聚丁烯外絲直接接頭33與太陽能集熱器循環(huán)回水管路出口管路相連接，第四聚丁烯外絲直接接頭34與地埋管出口管路相連接，第五聚丁烯外絲直接接頭35與生活熱水水箱入口管路相連接，第六聚丁烯外絲直接接頭36與采暖緩沖水箱入口管路相連接，第七聚丁烯外絲直接接頭37與生活熱水水箱出口管路相連接，第八聚丁烯外絲直接接頭38與采暖緩沖水箱出口管路相連接。

如圖4所示，圖4為設(shè)置地源熱泵時(shí)的系統(tǒng)示意圖，地源熱泵設(shè)置在用戶采暖需求端之后，分別與采暖緩沖水箱、用戶采暖需求端和集群地埋管連接，如圖9所示，圖9為發(fā)明的控制流程圖。

使用時(shí)，各溫度探頭檢測管道或水箱箱體內(nèi)的水溫反饋給一體化集成控制設(shè)備上部的集成控制模塊12，該模塊根據(jù)其內(nèi)部儲存的控制邏輯以實(shí)現(xiàn)控制水泵的啟停和各電動三通閥的換向，最終達(dá)到切換不同運(yùn)行模式的目的。

本實(shí)施例有2類共7種系統(tǒng)工作模式，包括太陽能制備生活熱水模式，跨季節(jié)蓄熱模式，采暖季太陽能采暖模式和采暖季土壤取熱模式。

如圖5所示，處于太陽能生活熱水加熱模式時(shí)，通過集成化控制模塊12，第一電動三通閥(21)、第二電動三通閥22、第三電動三通閥23和第四電動三通閥24均切換至#1出水側(cè)。第一循環(huán)水泵1處于開啟狀態(tài)，此時(shí)平板式太陽能集熱器收集熱量加熱生活熱水水箱。

如圖6所示，處于跨季節(jié)土壤蓄熱模式時(shí)，通過集成化控制模塊12，第一電動三通閥21、第三電動三通閥23切換至#2出水側(cè)。第二電動三通閥22和第四電動三通閥24不參與該模塊運(yùn)轉(zhuǎn)，不做控制。第一循環(huán)水泵1處于開啟狀態(tài)，此時(shí)平板式太陽能集熱器通過該循環(huán)回路向垂直u型集群地埋管轉(zhuǎn)移春、夏、秋季富裕的太陽能，加熱土壤溫度以供冬季使用。

如圖7所示，處于冬季太陽能直接采暖模式時(shí)，通過集成化控制模塊12，第一電動三通閥21、第三電動三通閥23切換至#1出水側(cè)，第二電動三通閥22、第四電動三通閥24切換至#2出水側(cè)。第一循環(huán)水泵1處于開啟狀態(tài)，右側(cè)的水泵和調(diào)節(jié)閥均開啟，此時(shí)平板式太陽能集熱器通過該循環(huán)回路為采暖緩沖水箱進(jìn)行加熱并滿足用戶需求側(cè)的實(shí)際采暖需求。

如圖8所示，處于冬季土壤取熱模式時(shí)，通過集成化控制模塊12，第一電動三通閥21、第三電動三通閥23切換至#2出水側(cè)。第二電動三通閥22和第四電動三通閥24不參與該模塊運(yùn)轉(zhuǎn)，不做控制。雖與跨季節(jié)蓄熱模式回路相同，但實(shí)際功能不同，此時(shí)垂直u型集群地埋管在春夏秋季所收集儲存的太陽能熱量通過該循環(huán)回路加熱循環(huán)回路用于采暖季中采暖回路的預(yù)先加熱。

如圖10所示，當(dāng)處于全年生活熱水優(yōu)先供應(yīng)模式時(shí)，第一電動三通閥21、第二電動三通閥22、第三電動三通閥23和第四電動三通閥24均切換為進(jìn)水側(cè)與#1出水側(cè)導(dǎo)通的工作狀態(tài)，第一循環(huán)水泵1處于開啟狀態(tài)，此時(shí)平板式太陽能集熱器收集熱量加熱生活熱水水箱以提供生活熱水；

如圖11所示，當(dāng)處于太陽能輔助采暖模式時(shí)，集成控制設(shè)備中水泵1處于開啟狀態(tài)，第一電動三通閥21、第三電動三通閥23切換至進(jìn)水側(cè)與#1出水側(cè)導(dǎo)通的工作狀態(tài)，而第二電動三通閥22、第四電動三通閥24切換至進(jìn)水側(cè)與#2出水側(cè)導(dǎo)通的工作狀態(tài)。此時(shí)系統(tǒng)連接的平板式太陽能集熱器收集到的熱量通過循環(huán)環(huán)路轉(zhuǎn)移至外部附設(shè)的采暖水箱，加熱采暖水箱。這部分熱量輔助地源熱泵機(jī)組進(jìn)行對室內(nèi)的采暖。

如圖12所示，當(dāng)處于土壤跨季節(jié)蓄熱模式時(shí)，集成控制設(shè)備中水泵1處于開啟狀態(tài)，第一電動三通閥21、第三電動三通閥23切換至進(jìn)水測與#2出水側(cè)導(dǎo)通的工作狀態(tài)。此時(shí)水循環(huán)環(huán)路不會經(jīng)過第二電動三通閥22和第四電動三通閥24，閥22與閥24保持上一時(shí)刻狀態(tài)不變。此時(shí)系統(tǒng)連接的平板式太陽能集熱器收集到的熱量通過該環(huán)路向垂直u型集群地埋管轉(zhuǎn)移深秋和冬季儲存的能量，以提高系統(tǒng)cop。

表1為圖8所述的生活熱水制備條件、采暖季、土壤蓄熱條件、太陽能采暖條件、土壤取熱條件以及熱泵采暖條件的說明。

表1

備注：

表1中各條件的啟用前提和互相之間的優(yōu)先次序可在圖8中清晰的得知。

ts代表太陽能集熱裝置表面溫度，℃；

t1代表生活熱水水箱溫度，℃；

tab代表室外環(huán)境溫度，℃；

t3代表埋深15m處地埋管表面溫度，℃

t4代表采暖緩沖水箱內(nèi)水溫，℃。