太阳能供暖系统及其采暖和热水供应的方法 【技术领域】
本发明是涉及一种太阳能供暖系统，主要由太阳能集热循环回路和水源热泵组成，属于利用太阳能为主要能源的供暖领域。另外，本发明还涉及上述太阳能供暖系统的采暖和热水供应的方法。
背景技术
太阳能数量巨大，每年到达地球表面的太阳辐射能约为130万亿吨标煤，但其特点是具有分散性、间断性和不稳定性。为了消除这些缺点，就需要解决储能问题并借助于其它辅助能源才能达到全天候使用。
太阳能供暖系统便是以热泵作为辅助能源与太阳能技术结合的复合能源型供暖系统，因此，在采用太阳能供暖的系统中，保证最大程度地利用太阳能并实现系统有效储能和全年全天侯使用、同时保障系统的运行费用较低是系统性能的关键指标。全年全天侯使用是要保证采暖供热和热水供热的输出温度满足行业标准要求，其中，民用建筑的热水供热的输出应按标准的温度和卫生学要求保持在45℃以上，即能保证能全年365天24小时供应45℃以上洗浴热水，最佳应能同时按365天24小时分级供应热水如温度为25℃-40℃的洗涤热水；冬季采暖供热的输出如采用低温地辐射采暖为主的标准温度要求保持在35℃以上至40℃左右，最佳应能同时满足局部室内区域按散热器采暖输出标准温度要求保持在55℃以上至65℃左右，并能保证能采暖季节内全天候和24小时连续不断地提供应上述采暖供热输出；其次，在选择使用热泵辅助能源电加热装置时，应充分使用谷电时段的电能，以免除电网扩容改造的额外投资负担，降低系统设置成本，取得最大的安装使用适应性。
采用太阳能与热泵复合供暖的现有技术中，太阳能是作为热泵的直接前级预热输出，两者间构成的是实时工作制系统，运行成本较高，大规模应用中常常遇到需要进行电网扩容改造的额外投资负担而难以推广，此外，系统还不具备全天侯使用的采暖供热输出功能、低温地辐射采暖与散热器采暖和洗浴热水与洗涤热水的分级同时输出功能，难以满足实际需求。如已公布的中国专利文献CN1453516A(发明名称：太阳能热泵空调系统和太阳能+空气源热泵空调系统)公开了一种太阳能热泵空调系统和太阳能+空气源热泵空调系统，其采用了太阳能与热泵复合的供暖系统，其中，太阳能热泵空调系统的室外换热循环至少包括一太阳能换热器，由该太阳能换热器与热泵机组构成太阳能室外循环通路，其室外换热循环至少包括有室外换热器，该室外换热器至少串接有一太阳能换热器，由该太阳能换热器、室外换热器和热泵机组构成太阳能+空气源室外循环通路，以达到其利用太阳能提高供暖循环中低温热源的温度的效果。其中的太阳能部分是作为热泵的直接前级预热输出，两者间构成的是实时工作制系统，无法实现利用谷电储能和降低采暖供热运行成本，更无法实现低温地辐射采暖的分级同时输出功能。
现有技术解决太阳热水系统的储能手段主要是通过增大储能水箱的体积或增加储能介质的单位体积储能密度，其中，在采用增大储能水箱体积方面，已公布的CN1403760A“多能互补能源系统”中介绍了一种包括太阳能集热和辅助能源与采用蓄能水箱进行供热、供冷的技术方案，其采用的蓄能水箱包括热水室与冷水室，两者间用绝热材料隔开，太阳能集热循环回路与地源热泵系统分别同蓄能水箱连接。按其附图等所示，该方案中热水的制作与热水的使用是采用实时制，因此为了保障太阳能集热循环回路与蓄热水箱间的换热正常进行，在输出额定产量热水的同时必须输入相同量的冷水，由于冷量随时进入，采用正常尺寸的非蓄热水箱难以达到按全年365天24小时保障供应45℃设计额定热水量的标准要求，此外，也无法实现利用谷电储能和降低热水供热运行成本，更无法实现散热器采暖和洗浴热水与洗涤热水的分级同时输出功能。
【发明内容】
本发明在于提供一种太阳能供暖系统，该采暖系统中的太阳能集热循环回路与热泵两者间构成分时工作制，运行成本较低，在采暖优先下还可同时提供洁净的生活热水。
为此，本发明采取了如下技术方案：太阳能供暖系统，包括主要由太阳能集热器(11)、热水水箱(21)组成的太阳能集热循环回路(10)，包括储热水箱在内的采暖循环回路(20)，供热输出循环回路(30)及控制器(40)，太阳能集热循环回路经采暖循环回路与供热输出循环回路相串接，其特征在于：
(1)所述的储热水箱包括采暖储热水箱和采暖供热水箱；所述的采暖循环回路(20)包括换热器(32)、循环水泵(42、43、44、45、46)、水源热泵(33)、采暖储热水箱(23)和采暖供热水箱(24)，采暖储热水箱经循环水泵(44)及管路、水源热泵、循环水泵(45)及管路与采暖供热水箱相连接；
(2)太阳能集热循环回路的热水水箱经循环水泵(42)及管路、换热器(32)、循环水泵(43)及管路与采暖储热水箱相连接，形成一热量交换回路；采暖储热水箱经循环水泵(44)及管路、水源热泵(33)、循环水泵(45)及管路与采暖供热水箱相连接，形成另一热量交换回路；
(3)所述的采暖循环回路经其循环水泵(46)及管路与供热输出循环回路相连接；
(4)系统中的泵、阀电控器件和水源热泵分别与控制器(40)电连接。
所述的热水水箱(21)还连接有生活热水储能水箱(50)，该生活热水储能水箱经换热器与单向或双向热泵的输出管路相连接。
所述的采暖储热水箱(23)、采暖供热水箱(24)分别经换向阀(619、620)、循环水泵(48)及管路与热泵(34)相连接，所述的热泵(34)是单向或双向的气源热泵或单向或双向的的双源热泵。
太阳能供暖系统，包括主要由太阳能集热器(11)、热水水箱(21)组成的太阳能集热循环回路(10)，包括储热水箱在内的采暖循环回路(20)，供热输出循环回路(30)及控制器(40)，太阳能集热循环回路经采暖循环回路与供热输出循环回路相串接，其特征在于：
(1)所述的储热水箱包括采暖储热水箱和采暖供热水箱；所述的采暖循环回路(20)包括换热器(32)、循环水泵(42、43、44、45、46)、水源热泵(33)、采暖储热水箱(23)和采暖供热水箱(24)，采暖储热水箱经循环水泵(44)及管路、水源热泵、循环水泵(45)及管路与采暖供热水箱相连接；
(2)太阳能集热循环回路的热水水箱经循环水泵(42)及管路、换热器(32)、循环水泵(43)及管路与采暖储热水箱相连接，形成一热量交换回路；采暖储热水箱经循环水泵(44)及管路、水源热泵(33)、循环水泵(45)及管路与采暖供热水箱相连接，形成另一热量交换回路；
(3)所述的采暖循环回路经其循环水泵(46)及管路与供热输出循环回路相连接、或经其循环水泵(46)及管路、换向阀(607、608)与供热输出循环回路相连接；
(4)系统中的泵、阀电控器件和水源热泵分别与控制器(40)电连接。
所述的热水水箱(21)还连接有生活热水储能水箱(50)，该生活热水储能水箱经换热器、换向阀、循环水泵与所述水源热泵的输出端相连接，形成热量交换回路A。
所述的热水水箱(21)还连接有生活热水储能水箱(50)，该生活热水储能水箱还经循环水泵(44)、换向阀与水源热泵的输入端相连接，形成热量交换回路D。
所述的换热器(32)还经换向阀(601、602、605、606)与采暖供热水箱相连接，形成又一热量交换回路。
所述的采暖储热水箱还经循环水泵(46)、换向阀(608)与供热输出循环回路相连接，形成低温热量交换回路。
太阳能供暖系统，包括主要由太阳能集热器(11)、热水水箱(21)组成的太阳能集热循环回路(10)，水源热泵(33)，包括储热水箱在内的采暖循环回路(20)，供热输出循环回路(30)及控制器(40)，太阳能集热循环回路经采暖循环回路与供热输出循环回路相连接，其特征在于：
(1)所述的储热水箱包括采暖储热水箱(23)和采暖供热水箱(24)；所述的采暖循环回路(20)包括换热器(32)、循环水泵(42、43、46)、水源热泵(33)、采暖储热水箱(23)和采暖供热水箱(24)；
(2)太阳能集热循环回路的热水水箱(21)经循环水泵(42)及管路、水源热泵(33)、循环水泵(43)及管路与采暖储热水箱相连接，形成一热量交换回路，所述的水源热泵(33)经换向阀(601、602)、循环水泵(43)及管路、换向阀(601、602)与采暖供热水箱相连接，形成又一热量交换回路；
(3)所述的供热输出循环回路分别经循环水泵(46)及管路、换向阀(611、608)与采暖储热水箱相连接、或经循环水泵(46)及管路、换向阀(607、608)与采暖供热水箱相连接；
(4)系统中的泵、阀电控器件和水源热泵分别与控制器(40)电连接。
所述的热水水箱(21)还连接有生活热水储能水箱(50)，该生活热水储能水箱经循环水泵、换向阀与水源热泵的输出端相或与采暖储热水箱(23)及采暖供热水箱(24)相连接。
所述的储热水箱还连接有热水吸收型制冷机，储热水箱的采暖储热水箱(23)和采暖供热水箱(24)分别经循环水泵(47)及管路、换向阀(623、624)与该热水吸收型制冷机的进水口相连接，所述热泵(34)的输入端经循环水泵(49)及管路与该热水吸收型制冷机的冷却水端口相连接。
所述的采暖储热水箱还经循环水泵(46)、换向阀(608)与供热输出循环回路相连接，形成低温热量交换回路。
所述的热水水箱(21)还连接有生活热水储能水箱(50)，该生活热水储能水箱经换向阀、循环水泵与水源热泵的输入端相连接，形成热量交换回路D。
所述的水源热泵输入输出端口上还并联连接有换向阀和换热器。
所述的采暖储热水箱(23)、采暖供热水箱(24)分别经换向阀(619、620)、循环水泵(48)及管路与热泵(34)相连接，所述的热泵(34)是单向或双向的气源热泵或单向或双向的的双源热泵。
太阳能供暖系统，包括主要由太阳能集热器(11)、热水水箱(21)组成的太阳能集热循环回路(10)，水源热泵(33)，包括储热水箱在内的采暖循环回路(20)，供热输出循环回路(30)及控制器(40)，太阳能集热循环回路经采暖循环回路与供热输出循环回路相连接，其特征在于：
(1)所述的储热水箱包括采暖储热水箱(23)和采暖供热水箱(24)；所述的采暖循环回路(20)包括循环水泵(42、43、44、45、46)、水源热泵(33)、采暖储热水箱(23)和采暖供热水箱(24)，水源热泵(33)经循环水泵(43)及管路分别与采暖储热水箱及采暖供热水箱相并联连接，形成2个换热回路；
(2)采暖储热水箱及采暖供热水箱分别经循环水泵(46)及管路、水源热泵(33)、循环水泵(43)及管路与与供热输出循环回路相连接，形成2个供热交换回路；
(3)所述的供热输出循环回路分别经循环水泵(46)及管路、换向阀(611、608)与采暖储热水箱相连接、或经循环水泵(46)及管路、换向阀(607、608)与采暖供热水箱相连接：
(4)系统中的泵、阀电控器件和水源热泵分别与控制器(40)电连接。
所述的水源热泵(33)是单向或双向水源热泵或是单向或双向双源热泵，所述的单源双向水源热泵和双源双向热泵上带均有自动的四通换向阀。
根据权利要求10所述的供暖系统，其特征在于：所述的热水水箱(21)还连接有生活热水储能水箱(50)，该生活热水储能水箱经循环水泵、换向阀与水源热泵的输出端相连接，形成热量交换回路A。
所述的采暖储热水箱还经循环水泵(46)、换向阀(608)与供热输出循环回路相连接，形成低温热量交换回路。
权利要求1和3和7和10所述的供暖系统，其特征在于：所述的采暖循环回路(20)中进行热量交换的采暖循环换热介质是纳米强化传热流体、聚合乳化油、相变工作温度在35℃-65℃的含有纳米流体与聚合乳化油的相变储热介质溶液中的一种。
所述的热水水箱(21)还连接有生活热水储能水箱(50)，该生活热水储能水箱经换向阀、循环水泵与水源热泵的输入端相连接，形成热量交换回路D。
所述的水源热泵输入输出端口上还并联连接有换向阀和换热器。
权利要求1和3和7和10所述的供暖系统，其特征在于：所述的热水水箱(21)还连接一个或相互间并联的二个及以上的生活热水储能水箱(50)，其中，二个及以上的生活热水储能水箱分别是储热水温为25℃-40℃的洗涤热水储热水箱(221)和储热水温为45℃及以上的洗浴热水储热水箱(222)。
权利要求1和3和7和10所述的供暖系统，其特征在于：所述的供热输出循环回路是包括低温地板辐射回路和中温暖气片散热器回路相并联的、并带有旁流调节回路的复合采暖回路。
热水水箱可以直接与采暖储热水箱相连接，通过水的流动来实现热水水箱、采暖储热水箱间的直接热量交换。
热水水箱也可以经换热器后间接与采暖储热水箱相连接。流经换热器并和采暖储热水箱中溶液进行热量交换的采暖循环换热介质是纳米流体、聚合乳化油、相变工作温度在35℃-65℃的含有纳米流体与聚合乳化油的相变储热介质溶液中的一种。
同理，流经供热输出循环回路并和采暖供热水箱中溶液进行热量交换的可以是水，也可以是供热循环换热介质，即采用纳米流体、聚合乳化油、相变工作温度在35℃-65℃的含有纳米流体与聚合乳化油的相变储热介质溶液中的一种。
所述的供热输出循环回路可连接到相互并联连接的暖气片采暖循环管路和低温地板辐射埋管采暖循环管路。
所述的低温地板辐射埋管采暖循环管路上还设有调节控制低温地板辐射埋管室内采暖温度的流量调节控制阀。
所述的热水水箱还连接多个相互间并联的生活热水储能水箱，包括储热水温为25℃-40℃的洗涤热水储热水箱和储热水温为45℃及以上的洗浴热水储热水箱。
对于本发明的太阳能供暖系统，可以采用以下采暖和热水供应的方法：包括采用太阳能集热器进行采暖和热水供应的方法、采用水源热泵进行采暖和热水供应的方法；其特征在于：太阳能集热器、水源热泵先后进行分级加热；热水水箱、采暖储热水箱、采暖供热水箱先后进行分级储存热水和热量；热水水箱中储存的热水用于采暖供热的定额热量输出供应优先于生活热水的输出供应。
所述的分级加热和分级储存热水和热量至少包括如下白天和夜晚的周期性过程：
①、在白天，仅采用太阳能集热器定温地对水进行加热，经供热循环换热介质的流动，将热量输送到太阳能集热循环回路中的热水水箱中进行加热；
②、当太阳能集热循环回路中的热水水箱中的水温达到预定温度，通过控制器启动循环水泵来进行采暖储热循环换热，将热水水箱中的热量经供热循环换热介质、采暖循环换热介质、循环水泵与换热器的采暖储热循环换热输送到采暖储热水箱中进行加热和储热；
③、在夜间，当采暖供热水箱中储存的供热备用热量未达到设定数量时，即温度传感器显示温度低于设定温度时，将采暖储热水中的热量经采暖循环换热介质、供热循环换热介质、循环水泵、水源热泵利用峰谷电能进行进一步加热并输送到采暖供热水箱中供储热与采暖输出，或经气源热泵利用峰谷电能采集空气中的热量对采暖供热水箱进行进一步加热并供储热与采暖输出。
所述的分级加热的控制是在保障采暖供热优先的顺序下，经太阳能集热器对热水水箱中的水进行加热、经循环水泵和换热器对采暖储热水箱中的采暖循环换热介质进行加热与储热、及经热泵对采暖供热水箱中的供热循环换热介质进行加热与储热的控制，其步骤包括：
①、阳光充足的晴天，全部采用太阳能经太阳能集热器对热水水箱加热，和经热水水箱对采暖储热水箱直接或经换热器间接进行分级加热，生活热水储能水箱、采暖储热水箱分别储存定额的热水及热量；
②、阳光不足的天气下，低谷电时段采用气源热泵对采暖供热水箱或生活热水储能水箱进行补充或辅助加热，采暖供热水箱或生活热水储能水箱储存定额的热水及热量。
采用所述方法制得的定额的热水或热量，是经预先制备后储存在采暖供热水箱内，用于下一个使用周期的热水及热量供应。
本发明的太阳能供暖系统，是利用太阳能、热泵分时工作，组合提供采暖供热和热水供热。该系统在满足按365天或全天候24小时供热的前提下，尽可能多地利用太阳能加热后，才利用热泵在低谷电时加热。该系统采用分级加热制得成本较低的热水供热设定产水量和采暖供热设定供热量，以供两种温度等级下的采暖供热，和热水供热的储能与分时供热。
本发明的太阳能供暖系统中，采暖循环回路包括循环水泵，换热器，水源热泵，采暖循环换热介质和供热循环换热介质，采暖储热水箱和采暖供热水箱，热水水箱经循环水泵和换热器与采暖储热水箱相连接，采暖储热水箱经循环水泵和水源热泵与采暖供热水箱相连接，使得白天可以较低的运行成本及时将采集的太阳能转移储存在采暖储热水箱中，提升太阳能集热循环回路的集热效率，使得装置能尽可能多地利用太阳能加热，然后才利用低谷电作为辅助能源补充加热。
由于采暖储热水箱经循环水泵和水源热泵与采暖供热水箱相连接，循环水泵，热泵及太阳能集热循环回路、采暖循环回路和供热输出循环回路中的管路分别与控制器电连接，可以使得水源热泵较充分地利用夜间低谷电辅助能源将白天储存在采暖储热水箱中的热量进一步加热和转移到采暖供热水箱中，即采用分级加热制得成本较低的热水供热设定产水量和采暖供热设定供热量，提供两种温度等级下的采暖供热，和热水供热的储能与分时供热，免除了电网扩容改造带来的额外投资负担，降低了系统设置成本。
另外，在本发明的太阳能供暖系统中，热水供热部分的水箱也可以由太阳能集热循环回路中的热水水箱和生活热水储能水箱所组成。太阳能集热器与太阳能集热循环回路中的热水水箱相连接，热水水箱与储热水温为25℃-40℃的洗涤热水储热水箱和储热水温为45℃及以上的洗浴热水储热水箱相连接。循环水泵，热泵及太阳能集热循环回路、采暖循环回路和供热输出循环回路中的管路分别与控制器电连接，在满足太阳能供暖系统能按365天24小时供应45℃以上热水的前提下，尽可能多地利用太阳能加热，然后才利用热泵消耗低谷电能源加热，取得较低成本。通过分时工作、预先加热与分级加热组合的方式所制成的热水可以实现按不同设定温度等级提供热水的储能与分时供应。由于洗涤热水储热水箱与洗浴热水储热水箱相互并连，所制定量的热水经分级加热后可分别储存于洗涤热水储热水箱与洗浴热水储热水箱中。洗涤热水储热水箱和洗浴热水储热水箱可分离设置，使得水箱的体积大幅度减小，热水装置的安装适应性扩大。当太阳能集热器的安装面积不足时，可按次级温度设置集热器输出水温以提升集热效率，以此解决水箱集中屋顶安装的载荷分布问题，与现有技术相比，不仅具有更高的太阳能利用率和更低的运行成本，还能显著降低太阳能供暖系统的设置成本。
在本发明的太阳能供暖系统的采暖和热水供应的方法中，太阳能集热器、热泵分别对太阳能集热循环回路中的热水水箱、分级加热式热水箱及储能水箱进行加热，热水的制作与热水的使用采用分时制，即经周期性分级加热所制得的定量的热水可预先制作后储存在分级加热式水箱及储能水箱中用作下一个周期的分时热水供应。因此，该供暖系统可以在阳光充足的晴天全部采用太阳能集热器进行加热和储存热水，阳光不足天气下的非峰谷电时段可根据定量的热水储量设置需求，采用热泵进行临时应急下的加热和储存热水，夜间峰谷电时段才采用热泵或电加热装置进行补充加热和储存热水。另外，该供暖系统所制定量的热水经分级加热后可分别储存于分级加热式的洗涤热水储热水箱与洗浴热水储热水箱中，使供暖系统尽可能多地利用太阳能加热，然后才利用热泵消耗低谷电能源加热，达到比现有技术更高的太阳能利用率和更低的运行成本，保证了供暖系统365天24小时的热水输出达到45℃及以上的供应标准。此外，通过分时工作与分级加热方式所制成的热水可以实现按不同温度等级热水的分时储存与供应，能使单个洗涤热水储热水箱和洗浴热水储热水箱的体积大幅度减小，还同时解决了热水水箱集中屋顶安装的载荷集中分布问题。当太阳能集热器安装面积不足时，还可将集热器设置为次级输出温度以提升集热效率，相对现有技术显著降低了供暖系统的设置成本，扩大了热水装置的安装适应性。
在本发明中，所述热泵无特别说明时，指水源热泵。
【附图说明】
图1是本发明的太阳能供暖系统的实施例的太阳能集热循环回路、采暖循环回路与供热输出循环回路的一种管路连接和结构示意图；
图2是本发明的太阳能供暖系统的实施例的的热水供热部分的管路连接和结构示意示意图。
图3是本发明的太阳能供暖系统的实施例的太阳能集热循环回路、采暖循环回路与供热输出循环回路的另一种管路连接和结构示意图；
图4是本发明的太阳能供暖系统的实施例的太阳能集热循环回路、采暖循环回路与供热输出循环回路的又一种管路连接和结构示意图；
图5是本发明的太阳能供暖系统的实施例的太阳能集热循环回路、采暖循环回路与供热输出循环回路的再一种管路连接和结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明实现的技术手段、创造性特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，太阳能供暖系统包括主要由太阳能集热器11、热水水箱21、组成的太阳能集热循环回路10，水源热泵33是中温加热装置，包括储热水箱在内的采暖循环回路20，供热输出循环回路30及控制器40，太阳能集热循环回路经采暖循环回路与供热输出循环回路相串接，其特征在于：所述的储热水箱包括采暖储热水箱23和采暖供热水箱24；所述的采暖循环回路20包括换热器32、循环水泵42-46、水源热泵33、采暖储热水箱23和采暖供热水箱24；所述的热水水箱21经循环水泵42及管路、换热器32、循环水泵43及管路与采暖储热水箱23相连接，形成第一热量交换回路；采暖储热水箱23经循环水泵45及管路和循环水泵44及管路、水源热泵33与采暖供热水箱24相连接，形成第二热量交换回路；太阳能集热循环回路10、采暖循环回路20和供热输出循环回路30中的电控器件、循环水泵41-46和水源热泵33分别与控制器40电连接。
所述的电控器件包括传感器12、14、电控执行元器件如电控阀13、水泵41-46和电加热器35等太阳能热水系统和建筑采暖空调系统中常用的用电器件。
流经换热器32并和采暖储热水箱23中溶液进行热量交换的是纳米流体、聚合乳化油、相变工作温度在35℃-65℃的含有纳米流体与聚合乳化油的相变储热介质溶液中的一种。
同理，流经供热输出循环回路30并和采暖供热水箱24中溶液进行热量交换的可以是水，也可以是供热循环换热介质，即采用纳米流体、聚合乳化油、相变工作温度在35℃-65℃的含有纳米流体与聚合乳化油的相变储热介质溶液中的一种。
所述的供热输出循环回路30可经其循环水泵46及管路连接到相互并联连接的暖气片采暖循环管路和低温地板辐射埋管采暖循环管路。
所述的低温地板辐射埋管采暖循环管路上还设有调节控制低温地板辐射埋管室内采暖温度的流量调节控制阀51。
所述的采暖供热水箱24连有气源热泵34和电加热装置35，其中，电加热装置包括电加热器、电加热管或电加热锅炉等等太阳能热水系统和建筑采暖空调系统中常用的电加热装置。
如图2所示，所述的热水水箱21还连接多个相互间并联的生活热水储能水箱50，包括储热水温为25℃-40℃的洗涤热水储热水箱221和储热水温为45℃及以上的洗浴热水储热水箱222。
所述的洗涤热水储热水箱221经气源热泵34和洗浴热水储热水箱222相连接。
本实施例的太阳能集热循环回路10是强制循环系统，其循环回路14上还具有膨胀罐(未示出)、循环泵41、水温传感器14，其热水水箱21上还可连接有输出生活热水的热水管路22及测量水温的温度传感器12和测量水位的位置传感器(未示出)。
本实施例的采暖循环回路20中，采暖储热水箱23中设有温度传感器91，采暖供热水箱24中设有温度传感器92，分别用来检测所在水箱的水温。控制器40根据检测到的水温状况，对太阳能集热循环回路10，循环水泵42、43、44、45、46，采暖储热水箱23，热泵33、34，采暖供热水箱24采取相应的控制，具体控制详见下文。采暖供热水箱24还具有电加热装置35和气源热泵34，适当时候对采暖供热水箱24中水进行加热，具体控制详见下文。
本实施例中，为实施对每个热量循环的控制，在每个热量循环中均设有循环水泵。包括：在太阳能集热循环回路10中的循环回路14上设置循环水泵41，在热水水箱21和换热器32间设置循环水泵42，在换热器32和采暖储热水箱23间设置循环水泵43，在采暖储热水箱23和水源热泵33间设循环水泵44，在水源热泵33和采暖供热水箱24间设置循环水泵45，在供热输出循环回路30和采暖供热水箱24间设置循环水泵46。采暖储热水箱、采暖供热水箱分别经换向阀619-换向阀620、循环水泵48及管路与热泵34相连接。
本实施例中，供热输出循环回路是包括低温地板辐射回路和中温暖气片散热器回路相并联的、并带有旁流调节回路的复合采暖回路。所述的供热输出循环回路连接到并联的暖气片采暖循环管路和低温地板辐射埋管采暖循环管路。其中的暖气片采暖循环管路用于卫生间，以暖气片73为主要元件、带有节流阀52、节流阀53进行温度调节。其中的低温地板辐射埋管采暖循环管路用于居住的房间71，是以低温地板辐射埋管74为主，带有节流阀51、节流阀53进行温度调节。
如图1所示，由采暖供热水箱24连出来的总采暖管路分出两干路，其中之一为暖气片采暖循环管路，进入卫生间，接暖气片73。另一干路为低温地板辐射埋管采暖循环管路，经流量调节控制阀51后和房间71中的低温地板辐射埋管连接，而后再和总采暖管路连接，房间中还具有温度传感器(未示出)、控制器40。由房间71、卫生间出来的管路汇入总采暖管路后经循环水泵46连回采暖供热水箱24。供热循环换热介质(如水)在循环水泵46的驱动下，由采暖供热水箱24流出，按图示箭头方向所示流经卫生间和房间71后再汇入采暖供热水箱24，往复周期循环后，通过暖气片73散热为卫生间供暖，通过低温地板辐射埋管74散热为房间71供暖。用户可根据房间71的温度传感器的显示情况，通过控制器调节节流阀的流量，来达到对室内温度的调控。
本实施例的太阳能供暖系统的采暖和热水供应的方法，包括采用太阳能集热器11进行采暖和热水供应的方法和采用热泵33进行采暖和热水供应的方法；该太阳能供暖系统的采暖和热水供应的方法中保障采暖供热的顺序优先于热水供热，且所述的采暖控制包括采用太阳能集热器11和热泵33先后进行分级加热和分级储存供热备用热量的控制。
本实施例的采暖和热水供应的方法中，所述的分级加热和分级储存供热备用热量的采暖和热水供应的方法至少包括如下白天和夜晚的周期性过程：
①、在白天，仅采用太阳能集热器11定温地对水进行加热，经供热循环换热介质的流动，将热量输送到太阳能集热循环回路中的热水水箱21中进行加热；
②、当太阳能集热循环回路10中的热水水箱21中的水温达到预定温度，通过控制器40启动循环水泵42来进行采暖储热循环换热，将热水水箱21中的热量经供热循环换热介质、采暖循环换热介质、循环水泵42与换热器32的采暖储热循环换热输送到采暖储热水箱23中进行加热和储热；
③、在夜间，当采暖供热水箱24中储存的供热备用热量未达到设定数量时，即温度传感器92显示温度低于设定温度时，将采暖储热水箱23中的热量经经采暖循环换热介质、供热循环换热介质、循环水泵44、水源热泵33利用峰谷电能进行进一步加热并输送到采暖供热水箱24中供储热与采暖输出，或经气源热泵34利用峰谷电能采集空气中的热量对采暖供热水箱24进行进一步加热并供储热与采暖输出。
这样，采暖储热水箱23中水温一般保持在15℃-45℃，采暖供热水箱24中水温一般保持在60℃-65℃。
本实施例的采暖和热水供应的方法中，分级加热的控制是在保障采暖供热的优先顺序下，经太阳能集热器11对太阳能集热循环回路中的热水水箱21中的水进行加热、经气源热泵34对采暖供热水箱中的水进行加热的控制，其步骤包括：
①、阳光充足的晴天，全部采用太阳能经太阳能集热器11对热水水箱21加热，和经热水水箱21对采暖储热水箱23直接或经换热器32间接进行分级加热，生活热水储能水箱50、采暖储热水箱23分别储存定额的热水及热量；
②、阳光不足的天气下，低谷电时段采用气源热泵34对采暖供热水箱24或生活热水储能水箱50进行补充或辅助加热，采暖供热水箱24或生活热水储能水箱50储存定额的热水及热量。
采用所述方法制得的定额的热水或热量，是经预先制备后储存在采暖供热水箱24内，用于下一个使用周期的热水及热量供应，所述的使用周期是指太阳能供暖系统安装所在地早晨低谷电供应时段结束起计算至次日早晨的同一时刻结束的采暖与热水使用周期。所述的低谷电时段是指太阳能供暖系统安装所在地晚上低谷电供应开始至次日早晨低谷电供应结束的采暖与热水的补充或辅助加热用电时段。前述的周期是一般指当日的早七点至次日的早七点这段时间。
本实施例的太阳能供暖系统，是利用太阳能、热泵分时工作，组合提供采暖供热和热水供热。该系统在满足按365天或全天候24小时供热的前提下，尽可能多地利用太阳能加热后，才利用热泵在低谷电时加热。该系统采用分级加热制得成本较低的热水供热设定产水量和采暖供热设定供热量，以供房间71(72)和卫生间两种温度等级下的采暖供热。
本实施例的太阳能供暖系统，白天可以较低的运行成本及时将采集的太阳能转移储存在采暖储热水箱23中，提升太阳能集热循环回路的集热效率，使得装置能尽可能多地利用太阳能加热，然后才利用低谷电作为辅助能源。由于采暖储热水箱23经水源热泵33与采暖供热水箱24相连接，太阳能集热循环回路10，热泵33、34，采暖循环回路20，供热输出循环回路30分别与控制器40电连接，可以使得水源热泵33较充分地利用低谷电辅助能源将白天储存在采暖储热水箱23中的热量进一步加热和转移到采暖供热水箱24中，即采用分级加热制得成本较低的热水供热设定产水量和采暖供热设定供热量，提供暖气片采暖循环管路55℃-65℃，和低温地板辐射埋管采暖循环管路40℃左右两种温度等级下的采暖供热，和热水供热的储能与分时供热，免除了电网扩容改造带来的额外投资负担，降低了系统设置成本。
如图2所示，热水水箱21上除了经循环管路的输出端231、输入端232连接图1所示的采暖循环回路20外，其热水管路22上还可以再连接多个相互间并联的热水储能水箱50。热水储能水箱50分为洗涤热水储热水箱221和洗浴热水储热水箱222，分别经阀门223、阀门224和热水水箱21上的热水管路22连接，生活热水储能水箱经换热器与单向或双向热泵34的输出管路相连接。
另外，洗涤热水储热水箱221带有电加热装置31。洗涤热水储热水箱221经循环水泵46、气源热泵34与洗浴热水储热水箱222连接。洗涤热水储热水箱221、洗浴热水储热水箱222均设有水位传感器(未示出)和温度传感器(未示出)，上述传感器和气源热泵34分别与控制器40电连接。
洗涤热水储热水箱221的出水管路227供应25℃-40℃的洗涤热水。洗涤热水储热水箱221中水经气源热泵34加热后进入洗浴热水储热水箱222，使得出水管路228能供应45℃以上洗浴热水。
在本实施例中，热水供热部分的水箱由太阳能集热循环回路10中的热水水箱21和热水储能水箱50所组成。太阳能集热器11与太阳能集热循环回路中的热水水箱21相连接，太阳能集热循环回路中的热水水箱21与热水储能水箱50相连接，在满足太阳能供暖系统能按365天24小时供应45℃以上热水的前提下，尽可能多地利用太阳能加热，然后才利用气源热泵34和低谷电能源加热，取得较低成本。热水储能水箱50分离两个设置，以便热水储能水箱50的体积大幅度减小，热水装置的安装适应性扩大。当太阳能集热器的安装面积不足时，可按次级温度设置集热器输出水温以提升集热效率，以此解决水箱集中屋顶安装的载荷分布问题，与现有技术相比，不仅具有更高的太阳能利用率和更低的运行成本，还能显著降低太阳能供暖系统的设置成本。
本实施例中，太阳能集热循环回路10还可以是二次换热的闭式集热水箱系统，该太阳能集热循环回路的闭式集热水箱后还可连接有生活热水供热水箱与输出管路。
在本实施例的采暖和热水供应的方法中，太阳能集热器、热泵分别对太阳能集热循环回路中的热水水箱21、采暖循环回路20及热水储能水箱50进行加热，热水的制作与热水的使用采用分时制。经周期性分级加热所制得的定量的热水可预先制作后储存在储能水箱中用作下一个周期的分时热水供应。因此，该供暖系统可以在阳光天全部采用太阳能集热器进行加热和储存热水，无阳光的非峰谷电时段可根据定量的热水储量设置需求采用热泵进行加热和储存热水，夜间峰谷电时段可采用热泵或电加热装置进行补充加热和储存热水。另外，该供暖系统所制定量的热水经分级加热后储存于储能水箱中，使供暖系统尽可能多地利用太阳能加热，然后才利用热泵和低谷电能源加热，达到比现有技术更高的太阳能利用率和更低的运行成本，保证了供暖系统365天24小时的热水输出达到45℃以上的供应标准。
以上是本发明的实施方式之一，对于本领域内的一般技术人员，不花费创造性的劳动，在上述实施例的基础上可以做多种变化，同样能够实现本发明的目的。但是，这种变化显然应该在本发明的权利要求书的保护范围内。
图3所示是本发明的太阳能供暖系统的另一个实施例，包括主要由太阳能集热器11、热水水箱21组成的太阳能集热循环回路10，包括储热水箱在内的采暖循环回路20，供热输出循环回路30及控制器40，太阳能集热循环回路经采暖循环回路与供热输出循环回路相串接。
储热水箱包括采暖储热水箱和采暖供热水箱；采暖循环回路20包括换热器32、循环水泵42-循环水泵46、水源热泵33、采暖储热水箱和采暖供热水箱，采暖储热水箱经循环水泵44及管路、水源热泵、循环水泵45及管路与采暖供热水箱相连接。所述的换热器是流体连接间接式换热器，包括板式换热器、翅片管式换热器和管壳式换热器。
太阳能集热循环回路的热水水箱经循环水泵42及管路、换热器、循环水泵43及管路与采暖储热水箱相连接，形成一热量交换回路；采暖储热水箱经循环水泵及管路、水源热泵33、循环水泵45及管路与采暖供热水箱相连接，形成另一热量交换回路；采暖循环回路20中进行热量交换的采暖循环换热介质是纳米强化传热流体、聚合乳化油、相变工作温度在35℃-65℃的含有纳米流体与聚合乳化油的相变储热介质溶液中的一种。采用上述换热介质可以取得非常优越的换热性能和大大降低运行成本。
采暖循环回路经其循环水泵46及管路与供热输出循环回路相连接、或经其循环水泵46及管路、换向阀607、换向阀608与供热输出循环回路相连接；这样，通过前者的连接可以直接进行低能耗的实时采暖维持运行，即维持低温地辐射采暖的运行，通过后者的连接可以进行热泵升温后的中温输出，提供快速升温运行和暖气片散热器的供暖运行，既能满足快速供暖，又能满足供暖达到平衡后的平稳维持这两种运行模式和效果。
系统中的泵、阀电控器件和水源热泵分别与控制器40电连接。所述的水源热泵33是单向或双向水源热泵或是单向或双向双源热泵。双向是指既可制热又可制冷，双源是指既可采用水源又可采用气源，单源双向水源热泵和双源双向热泵上带均有自动的四通换向阀，经选择制热或制冷进行自动切换运行模式，水源热泵输入输出端口上还并联连接有换向阀和换热器，用以通过换向阀切换后转为循环水泵与换热器方式的热量传递，可以相对减少电能的消耗。
热水水箱21还连接有生活热水储能水箱50，生活热水储能水箱是一个或是相互间并联的二个及以上，其中，二个及以上的生活热水储能水箱分别是储热水温为25℃-40℃的洗涤热水储热水箱221和储热水温为45℃及以上的洗浴热水储热水箱222，该生活热水储能水箱经换热器、换向阀、循环水泵与所述水源热泵的输出端相连接，形成热量交换回路A，以同时取得供暖优先运行模式下的热水制作，既在满足供暖效果的情况下，利用间隙时间制作热水，同时解决采暖和热水供应，并可满足阴雨天的采暖和热水制作供应。此外，该生活热水储能水箱还经循环水泵44、换向阀621及换向阀622与水源热泵的输入端相连接，形成热量交换回路D，以便利用夏季热泵制冷时的排出热量供作制作热水，并利用采暖储热水箱做过渡储热，利用低谷电热泵运行储能，在热泵非工作时间给生活热水储能水箱50供应热水制作的热量，实现制冷与热水供应二联动和低成本储能运行。
换热器32还经换向阀601、换向阀602、换向阀605、换向阀606与采暖供热水箱相连接，形成又一热量交换回路。在此，换向阀601等可采用三通阀。采暖季节，当采暖储热水箱储存的热量满负荷时或采暖供热水箱的输出需要紧急补充时，可以直接经换热器向采暖供热水箱供热，使采暖循环回路具有更大的灵活性和调控能力，有助于降低运行成本。
采暖储热水箱还经循环水泵46、换向阀608与供热输出循环回路相连接，形成低温热量交换回路，可以利用储能的热量越过后面的结构直接向供热输出循环回路提供低温地板辐射的采暖需求，使系统的供暖能力扩展，运行成本进一步降低；同样，供热输出循环回路是包括低温地板辐射回路和中温暖气片散热器回路相并联的、并带有旁流调节回路的复合采暖回路。
本实施例彻底地展示了该发明系统的全天侯采暖优先下热水制作、采暖和空调供应性能与降低成本的灵活机动性和太阳能集热循环回路与热泵两者间构成分时工作制下，降低运行成本的能力，对于本领域内的一般技术人员，不花费创造性的劳动，在上述实施例的基础上可以做多种变化，同样能够实现本发明的目的。但是，这种变化显然应该在本发明的权利要求书的保护范围内。
图4所示是本发明的太阳能供暖系统的又一个实施例，包括主要由太阳能集热器11、热水水箱21组成的太阳能集热循环回路10，水源热泵33，包括储热水箱在内的采暖循环回路20，供热输出循环回路30及控制器40，太阳能集热循环回路经采暖循环回路与供热输出循环回路相连接。
储热水箱包括采暖储热水箱和采暖供热水箱；所述的采暖循环回路20包括换热器32、循环水泵42、循环水泵43、循环水泵46、水源热泵33、采暖储热水箱和采暖供热水箱；水源热泵输入输出端口上还可并联连接有换向阀和换热器，用以白天通过切换采用低能耗的换热器工作模式，只有当太阳光充足集热器效率较高时，才灵活转换为水源热泵移热模式，如此达到降低成本的效果。
太阳能集热循环回路的热水水箱21经循环水泵42及管路、水源热泵33、循环水泵43及管路与采暖储热水箱相连接，形成一热量交换回路，所述的水源热泵经换向阀601、换向阀602、循环水泵43及管路与采暖供热水箱相连接，形成又一热量交换回路；采暖循环回路20中进行热量交换的采暖循环换热介质是纳米强化传热流体、聚合乳化油、相变工作温度在35℃-65℃的含有纳米流体与聚合乳化油的相变储热介质溶液中的一种。
供热输出循环回路分别经循环水泵46及管路、换向阀611、换向阀608与采暖储热水箱相连接、或经循环水泵46及管路、换向阀607、换向阀608与采暖供热水箱相连接。
系统中的泵、阀电控器件和水源热泵分别与控制器40电连接。
热水水箱21还连接有生活热水储能水箱50，生活热水储能水箱50是一个或是相互间并联的二个及以上，其中，二个及以上的生活热水储能水箱分别是储热水温为25℃-40℃的洗涤热水储热水箱221和储热水温为45℃及以上的洗浴热水储热水箱222，该生活热水储能水箱经循环水泵、换向阀与水源热泵的输出端相或与采暖储热水箱及采暖供热水箱相连接。
储热水箱还连接有热水吸收型制冷机E，储热水箱的采暖储热水箱和采暖供热水箱分别经循环水泵47及管路、换向阀623、换向阀624与该热水吸收型制冷机的进水口相连接以提供制冷所需的热量，热泵34的输入端经循环水泵49及管路与该热水吸收型制冷机的冷却水端口相连接以吸取热量加速冷却，提升制冷效率，同时，将吸取的热量供给热水制作或采暖储热水箱和采暖供热水箱进行补充，所述的热泵34是单向或双向的气源热泵或单向或双向的的双源热泵，在此，热泵34可以采用单向双源热泵。
采暖储热水箱还经循环水泵46、换向阀608与供热输出循环回路相连接，形成低温热量交换回路供低温地板辐射采暖的热量平衡维持运行。
热水水箱21还连接有生活热水储能水箱50，该生活热水储能水箱经换向阀、循环水泵与水源热泵33的输入端相连接，形成热量交换回路D，以实现夏季制冷中向生活热水储能水箱221储热，供作无太阳时如夜间低谷电时段水源热泵升温运行的热量补充。同样，供热输出循环回路是包括低温地板辐射回路和中温暖气片散热器回路相并联的、并带有旁流调节回路的复合采暖回路。
所述的水源热泵33是单向或双向水源热泵或是单向或双向双源热泵。双向是指既可制热又可制冷，双源是指既可采用水源又可采用气源，单源双向水源热泵和双源双向热泵上带均有自动的四通换向阀，经选择制热或制冷进行自动切换运行模式，水源热泵输入输出端口上还并联连接有换向阀和换热器，用以通过换向阀切换后转为循环水泵与换热器方式的热量传递，可以相对减少电能的消耗。
采暖储热水箱、采暖供热水箱分别经换向阀619、换向阀620、循环水泵48及管路与热泵34相连接。采用采暖储热水箱与采暖供热水箱两个水箱，可以进行保持制冷机E平稳工作的供热交替充能，提高制冷效率和降低运行成本，此外，还有助于采暖运行中满足中温和低温两种温度输出功能同时需要的场合，如低温地板辐射采暖和暖气片散热器采暖同时需要的中高档家庭采暖，同时，可以达到提高采暖效率和降低运行成本的效果。
图5所示是本发明的太阳能供暖系统的再一个实施例，包括主要由太阳能集热器、热水水箱组成的太阳能集热循环回路，水源热泵，包括储热水箱在内的采暖循环回路，供热输出循环回路及控制器，太阳能集热循环回路经采暖循环回路与供热输出循环回路相连接，其中，水源热泵输入输出端口上还可并联连接有换向阀和换热器。
储热水箱包括采暖储热水箱和采暖供热水箱；所述的采暖循环回路包括循环水泵42-循环水泵46、水源热泵、采暖储热水箱和采暖供热水箱，水源热泵经循环水泵43及管路分别与采暖储热水箱及采暖供热水箱相并联连接，形成2个换热回路。采暖储热水箱还经循环水泵46、换向阀608与供热输出循环回路相连接，形成低温热量交换回路；供热输出循环回路分别经循环水泵46及管路、换向阀611、换向阀608与采暖储热水箱相连接、或经循环水泵46及管路、换向阀607、换向阀608与采暖供热水箱相连接，以利于满足中高档家庭的采暖需求；采暖供热水箱可连接有热水吸收型制冷机E或热水吸收除湿机E，制冷机或除湿机的冷水输出端与供热输出循环回路30相连接，经经循环水泵46及管路与制冷机或除湿机的冷水输出端形成制冷循环回路，满足低温地板辐射方式及散热器方式的复合制冷或制冷与除湿。
采暖储热水箱及采暖供热水箱分别经循环水泵46及管路、水源热泵、循环水泵43及管路与与供热输出循环回路相连接，形成2个供热交换回路；采暖循环回路中进行热量交换的采暖循环换热介质是纳米流体、聚合乳化油、相变工作温度在35℃-65℃的含有纳米流体与聚合乳化油的相变储热介质溶液中的一种。
系统中的泵、阀电控器件和水源热泵分别与控制器电连接。
水源热泵是单向或双向水源热泵或是单向或双向双源热泵，单源双向水源热泵和双源双向热泵上带均有自动的四通换向阀。
热水水箱还连接有生活热水储能水箱，生活热水储能水箱是一个或是相互间并联的二个及以上，其中，二个及以上的生活热水储能水箱分别是储热水温为25℃-40℃的洗涤热水储热水箱和储热水温为45℃及以上的洗浴热水储热水箱，该生活热水储能水箱经循环水泵、换向阀与水源热泵的输出端相连接，形成热量交换回路A；
此外，该生活热水储能水箱经换向阀、循环水泵与水源热泵的输入端相连接，形成热量交换回路D，以实现夏季制冷中向生活热水储能水箱221储热，供作无太阳时如夜间低谷电时段水源热泵升温运行的热量补充。同样，供热输出循环回路是包括低温地板辐射回路和中温暖气片散热器回路相并联的、并带有旁流调节回路的复合采暖回路。