常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统及其控制系统

技术领域

本发明涉及多能源耦合供热技术领域，更具体的说，是涉及一种常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统及其控制系统。

背景技术

目前，我国，热泵、太阳能和热网等单一供热方式的发展已经相对成熟，但多能源耦合供热系统研究处于起步阶段。在设计方面，多能源耦合供热系统的各个热源的容量尚未形成标准规范，难以实现“1+1>2”的耦合效果。在运行方面，未考虑单一能源特性，导致耦合后系统匹配度和能源利用率低。严寒地区，太阳能-空气源热泵互补供热系统夜间运行时，由于环境温度低且没有太阳辐射，空气源热泵受环境温度和结霜现象的影响导致运行性能低、电热转化效率低等诸多问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统及其控制系统，能够实现清洁能源与常规能源耦合供热，改善热网供热能力不足问题，在实现在清洁能源利用率最大化的同时，保证供热的稳定性和连续性。

本发明的目的可通过以下技术方案实现。

本发明常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统，包括平板型太阳能集热器，所述平板型太阳能集热器的出液口分为两路，其中一路通过管道经一号控制阀连接至一号逆流板式热交换器的热侧流体入口，另一路通过管道连接至蓄热水箱的进液口，且该路管道上沿液体方向依次设置有二号控制阀和三号控制阀；所述一号逆流板式热交换器的热侧流体出口通过管道经太阳能系统集热循环泵连接至平板型太阳能集热器的进液口；所述蓄热水箱的出液口分为两路，其中一路通过管道经七号控制阀连接至太阳能系统集热循环泵的进液口，另一路通过管道连接至一号逆流板式热交换器的冷侧流体进口，且该路管道上沿液体方向依次设置有热源侧-循环泵和八号控制阀；

所述蓄热水箱的用户侧循环管道出水口分为两路，其中一路通过管道经六号控制阀连接至用户侧-供水管道，另一路通过管道经五号控制阀连接至二号逆流板式热交换器的冷侧流体进口，所述二号逆流板式热交换器的冷侧流体出口连接至用户侧-供水管道，所述二号逆流板式热交换器的热侧流体进口和热侧流体出口分别连接城市热网-供水管道和城市热网-回水管道；所述蓄热水箱的用户侧循环管道进水口连接用户侧-回水管道，且该管道上沿液体流动方向依次设置有用户侧- 循环泵、十一号控制阀，所述用户侧-循环泵的出水口还通过管道经十二号控制阀连接至蓄热水箱的用户侧循环管道出水口连接的管道上；

所述一号逆流板式热交换器的冷侧流体出口通过管道经九号控制阀连接至空气源热泵-冷凝器的热源侧循环水进口，所述九号控制阀的出液口和八号控制阀的进液口之间通过管道连接有十号控制阀，所述空气源热泵-冷凝器的热源侧循环水出口通过管道经四号控制阀连接至三号控制阀进液口，所述空气源热泵-冷凝器的出液口和进气口之间沿制冷剂流动方向通过管道依次连接空气源热泵-膨胀阀、空气源热泵-蒸发器、空气源热泵-压缩机。

系统有七种运行模式，包括空气源热泵系统单独供热模式、太阳能集热系统单独供热模式、热网单独供热模式、太阳能-空气源热泵并联互补供热模式、太阳能-空气源热泵串联互补供热模式、空气源热泵-热网互补供热模式、太阳能-热网互补供热模式。

所述空气源热泵系统单独供热模式的运行条件：空气源热泵系统能效处于高能效区，环境温度在12℃以上，COP在2.8以上；太阳能辐射强度位于低辐射区，辐射强度在0-750KJ/m

所述太阳能集热系统单独供热模式的运行条件：太阳能辐射强度位于高辐射区，辐射强度在1700KJ/m

所述热网单独供热模式的运行条件：空气源热泵系统能效位于低能效区，环境温度在-13℃以下，COP在2.0以下；运行时间为夜间，太阳能辐射强度为0 KJ/m

所述太阳能-空气源热泵并联互补供热模式的运行条件：空气源热泵系统能效位于中能效区以上，环境温度在-13℃以上，COP在2.0以上；太阳能辐射强度位于中辐射区，辐射强度在750-1700KJ/m

所述太阳能-空气源热泵串联互补供热模式的运行条件：空气源热泵系统能效位于低能效区，环境温度在-13℃以下，COP在2.0以下；太阳能辐射强度位于低辐射区以上，辐射强度在750KJ/m

所述空气源热泵-热网互补供热模式的运行条件：空气源热泵系统能效位于中能效区，环境温度在-13℃-12℃，COP在2-2.8；运行时间为夜间，辐射强度在 0KJ/m

所述太阳能-热网互补供热模式的运行条件：空气源热泵系统停止运行；太阳能辐射强度位于低辐射区以上，辐射强度在750KJ/m

系统运行模式为空气源热泵系统单独供热模式时，一号控制阀、二号控制阀、五号控制阀、七号控制阀、八号控制阀、九号控制阀、十二号控制阀关闭，三号控制阀、四号控制阀、六号控制阀、十号控制阀、十一号控制阀开启；空气源热泵-蒸发器从室外空气中提取热量后，经过空气源热泵-冷凝器与热源侧循环水进行换热；换热后的循环水将热量储存在蓄热水箱；热源侧循环水在蓄热水箱中换热后，经热源侧-循环泵进入空气源热泵-冷凝器；用户侧-回水经过用户侧-循环泵进入蓄热水箱进行换热后，向用户供水；

系统运行模式为太阳能集热系统单独供热时，一号控制阀、四号控制阀、五号控制阀、八号控制阀、九号控制阀、十号控制阀、十二号控制阀关闭，二号控制阀、三号控制阀、六号控制阀、七号控制阀、十一号控制阀开启；平板型太阳能集热器收集太阳辐射后，将循环水在平板型太阳能集热器中加热；加热后的循环水将热量储存在蓄热水箱；热源侧循环水在蓄热水箱中换热后，经太阳能系统集热循环泵进入平板型太阳能集热器；用户侧-回水经过用户侧-循环泵进入蓄热水箱进行换热后，向用户供水；

系统运行模式为热网单独供热时，一号控制阀、二号控制阀、三号控制阀、四号控制阀、六号控制阀、七号控制阀、八号控制阀、九号控制阀、十号控制阀、十一号控制阀关闭，五号控制阀和十二号控制阀开启；用户侧-回水经过用户侧- 循环泵进入二号逆流板式热交换器与热网进行换热后，向用户供水；

系统运行模式为太阳能-空气源热泵并联互补供热时，一号控制阀、五号控制阀、八号控制阀、九号控制阀、十二号控制阀关闭，二号控制阀、三号控制阀、四号控制阀、六号控制阀、七号控制阀、十号控制阀、十一号控制阀开启；空气源热泵-蒸发器从室外空气中提取热量后，经过空气源热泵-冷凝器与热源侧循环水进行换热；平板型太阳能集热器收集太阳辐射后，循环水在平板型太阳能集热器中加热；加热后的循环水与经空气源热泵-冷凝器换热的循环水进行混水后，将热量储存在蓄热水箱；混合循环水在蓄热水箱中换热后，分别经热源侧-循环泵和太阳能系统集热循环泵进入空气源热泵-冷凝器与平板型太阳能集热器；用户侧- 回水经过用户侧-循环泵进入蓄热水箱进行换热后，向用户供水；

系统运行模式为太阳能-空气源热泵串联互补供热时，二号控制阀、五号控制阀、七号控制阀、十号控制阀、十二号控制阀关闭，一号控制阀、三号控制阀、四号控制阀、六号控制阀、八号控制阀、九号控制阀、十一号控制阀开启；空气源热泵-蒸发器从室外空气中提取热量后，经过空气源热泵-冷凝器与热源侧循环水进行换热；换热后的循环水将热量储存在蓄热水箱；热源侧循环水在蓄热水箱中换热后，经热源侧-循环泵进入一号逆流板式热交换器与经过平板型太阳能集热器加热后的循环水进行换热，最后进入空气源热泵-冷凝器；用户侧-回水经过用户侧-循环泵和十一号控制阀进入蓄热水箱进行换热后，向用户供水；

系统运行模式为空气源热泵-热网互补供热时，一号控制阀、二号控制阀、六号控制阀、七号控制阀、八号控制阀、九号控制阀、十二号控制阀关闭，三号控制阀、四号控制阀、五号控制阀、十号控制阀、十一号控制阀开启；空气源热泵 -蒸发器从室外空气中提取热量后，经过空气源热泵-冷凝器与热源侧循环水进行换热；换热后的循环水将热量储存在蓄热水箱；热源侧循环水在蓄热水箱中换热后，经热源侧-循环泵进入空气源热泵-冷凝器；用户侧-回水经过用户侧-循环泵和十一号控制阀进入蓄热水箱进行换热后，经过五号控制阀进入二号逆流板式热交换器与热网进行换热，最后为用户供热；

系统运行模式为太阳能-热网互补供热时，一号控制阀、四号控制阀、六号控制阀、八号控制阀、九号控制阀、十号控制阀、十二号控制阀关闭，二号控制阀、三号控制阀、五号控制阀、七号控制阀、十一号控制阀开启；太阳能在该模式中承担预热任务；用户侧循环水与热网换热前，在蓄热水箱中进行预热；用户侧循环水被预热后，进入二号逆流板式热交换器与热网进行二次换热。

本发明的目的还可通过以下技术方案实现。

本发明常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统的控制系统，包括监测模块、计算模块、控制模块；

所述监测模块包括太阳能辐射强度监测模块、室外温度监测模块、空气源热泵系统性能系数监测模块；所述太阳能辐射强度监测模块用于监测当地太阳辐射强度实时变化值；所述室外温度监测模块用于监测当地室外温度实时变化值；所述空气源热泵系统性能系数监测模块用于监测空气源热泵系统功率W和制热量 Q；

所述计算模块包括太阳能集热系统计算模块和空气源热泵系统计算模块；

所述太阳能集热系统计算模块的计算模型为Y

所述空气源热泵系统计算模块的计算模型为Y

所述控制模块根据计算模块所输出的结果，确定常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统运行模式，进而对常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统进行运行模式的切换。

所述常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统运行模式包括空气源热泵系统单独供热模式、太阳能集热系统单独供热模式、热网单独供热模式、太阳能 -空气源热泵并联互补供热模式、太阳能-空气源热泵串联互补供热模式、空气源热泵-热网互补供热模式、太阳能-热网互补供热模式；

所述空气源热泵系统单独供热模式的运行条件：空气源热泵系统能效处于高能效区，环境温度在12℃以上，COP在2.8以上；太阳能辐射强度位于低辐射区，辐射强度在0-750KJ/m

所述太阳能集热系统单独供热模式的运行条件：太阳能辐射强度位于高辐射区，辐射强度在1700KJ/m

所述热网单独供热模式的运行条件：空气源热泵系统能效位于低能效区，环境温度在-13℃以下，COP在2.0以下；运行时间为夜间，太阳能辐射强度为0 KJ/m

所述太阳能-空气源热泵并联互补供热模式的运行条件：空气源热泵系统能效位于中能效区以上，环境温度在-13℃以上，COP在2.0以上；太阳能辐射强度位于中辐射区，辐射强度在750-1700KJ/m

所述太阳能-空气源热泵串联互补供热模式的运行条件：空气源热泵系统能效位于低能效区，环境温度在-13℃以下，COP在2.0以下；太阳能辐射强度位于低辐射区以上，辐射强度在750KJ/m

所述空气源热泵-热网互补供热模式的运行条件：空气源热泵系统能效位于中能效区，环境温度在-13℃-12℃，COP在2-2.8；运行时间为夜间，辐射强度在 0KJ/m

所述太阳能-热网互补供热模式的运行条件：空气源热泵系统停止运行；太阳能辐射强度位于低辐射区以上，辐射强度在750KJ/m

对常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统进行运行模式切换时，按下述操作进行：

常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统的运行模式为空气源热泵系统单独供热模式时，一号控制阀、二号控制阀、五号控制阀、七号控制阀、八号控制阀、九号控制阀、十二号控制阀关闭，三号控制阀、四号控制阀、六号控制阀、十号控制阀、十一号控制阀开启；空气源热泵-蒸发器从室外空气中提取热量后，经过空气源热泵-冷凝器与热源侧循环水进行换热；换热后的循环水将热量储存在蓄热水箱；热源侧循环水在蓄热水箱中换热后，经热源侧-循环泵进入空气源热泵 -冷凝器；用户侧-回水经过用户侧-循环泵进入蓄热水箱进行换热后，向用户供水；

常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统的运行模式为太阳能集热系统单独供热时，一号控制阀、四号控制阀、五号控制阀、八号控制阀、九号控制阀、十号控制阀、十二号控制阀关闭，二号控制阀、三号控制阀、六号控制阀、七号控制阀、十一号控制阀开启；平板型太阳能集热器收集太阳辐射后，将循环水在平板型太阳能集热器中加热；加热后的循环水将热量储存在蓄热水箱；热源侧循环水在蓄热水箱中换热后，经太阳能系统集热循环泵进入平板型太阳能集热器；用户侧-回水经过用户侧-循环泵进入蓄热水箱进行换热后，向用户供水；

常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统的运行模式为热网单独供热时，一号控制阀、二号控制阀、三号控制阀、四号控制阀、六号控制阀、七号控制阀、八号控制阀、九号控制阀、十号控制阀、十一号控制阀关闭，五号控制阀和十二号控制阀开启；用户侧-回水经过用户侧-循环泵进入二号逆流板式热交换器与热网进行换热后，向用户供水；

常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统的运行模式为太阳能-空气源热泵并联互补供热时，一号控制阀、五号控制阀、八号控制阀、九号控制阀、十二号控制阀关闭，二号控制阀、三号控制阀、四号控制阀、六号控制阀、七号控制阀、十号控制阀、十一号控制阀开启；空气源热泵-蒸发器从室外空气中提取热量后，经过空气源热泵-冷凝器与热源侧循环水进行换热；平板型太阳能集热器收集太阳辐射后，循环水在平板型太阳能集热器中加热；加热后的循环水与经空气源热泵-冷凝器换热的循环水进行混水后，将热量储存在蓄热水箱；混合循环水在蓄热水箱中换热后，分别经热源侧-循环泵和太阳能系统集热循环泵进入空气源热泵 -冷凝器与平板型太阳能集热器；用户侧-回水经过用户侧-循环泵进入蓄热水箱进行换热后，向用户供水；

常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统的运行模式为太阳能-空气源热泵串联互补供热时，二号控制阀、五号控制阀、七号控制阀、十号控制阀、十二号控制阀关闭，一号控制阀、三号控制阀、四号控制阀、六号控制阀、八号控制阀、九号控制阀、十一号控制阀开启；空气源热泵-蒸发器从室外空气中提取热量后，经过空气源热泵-冷凝器与热源侧循环水进行换热；换热后的循环水将热量储存在蓄热水箱；热源侧循环水在蓄热水箱中换热后，经热源侧-循环泵进入一号逆流板式热交换器与经过平板型太阳能集热器加热后的循环水进行换热，最后进入空气源热泵-冷凝器；用户侧-回水经过用户侧-循环泵和十一号控制阀进入蓄热水箱进行换热后，向用户供水；

常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统的运行模式为空气源热泵-热网互补供热时，一号控制阀、二号控制阀、六号控制阀、七号控制阀、八号控制阀、九号控制阀、十二号控制阀关闭，三号控制阀、四号控制阀、五号控制阀、十号控制阀、十一号控制阀开启；空气源热泵-蒸发器从室外空气中提取热量后，经过空气源热泵-冷凝器与热源侧循环水进行换热；换热后的循环水将热量储存在蓄热水箱；热源侧循环水在蓄热水箱中换热后，经热源侧-循环泵进入空气源热泵-冷凝器；用户侧-回水经过用户侧-循环泵和十一号控制阀进入蓄热水箱进行换热后，经过五号控制阀进入二号逆流板式热交换器与热网进行换热，最后为用户供热；

常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统的运行模式为太阳能-热网互补供热时，一号控制阀、四号控制阀、六号控制阀、八号控制阀、九号控制阀、十号控制阀、十二号控制阀关闭，二号控制阀、三号控制阀、五号控制阀、七号控制阀、十一号控制阀开启；太阳能在该模式中承担预热任务；用户侧循环水与热网换热前，在蓄热水箱中进行预热；用户侧循环水被预热后，进入二号逆流板式热交换器与热网进行二次换热。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明通过将热网与太阳能-空气源热泵互补供热系统的融合，确保系统在冬季可持续供热。在供热中期夜间，由于环境温度较低且湿度较大，空气源热泵系统结霜严重，导致系统性能低甚至出现停机。与此同时，夜间无太阳能辐射，太阳能-空气源热泵互补供热系统仅空气源热泵系统运行，进而空气源热泵系统长期处于低能效区运行，造成能源浪费。太阳能-空气源热泵互补供热系统与热网融合后，热网可以在空气源热泵结霜严重(即低能效区)时向用户供热，有效解决空气源热泵在供热中期因结霜现象造成能源利用率低的问题。城市供热面积增长率与热网扩容速率不成比例，即供热需求增长率远大于热网供热容量扩容速率，热网与太阳能-空气源热泵互补供热系统融合后，增大供热系统的供热能力，提高清洁能源使用量同时减少供热系统的碳排放量。太阳能、空气源热泵和热网三者耦合后，全面改善单一热源供热时存在的运行能效低、供热稳定性差、可持续性差等问题，减少北方地区冬季供热时化石能源的使用量，缓解能源紧缺的局面。

(2)本发明将太阳能集热系统、空气源热泵系统和热网供热系统相结合，一方面，空气源热泵系统与太阳能集热系统，大幅提升清洁能源在供热中占比并且降低供热中燃煤使用量；另一方面，热网供热系统，为太阳能-空气源热泵互补供热系统在极端天气下仍保持系统稳定运行提供有力保障。太阳能、空气能和热网构成的多能源耦合供热系统相比于互补供热系统具有运行模式多样化、可应对极端天气、清洁能源利用率高、系统能效高等特点，具有更为广阔的发展前景。

附图说明

图1是本发明常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统示意图。

图2是本发明常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统运行模式分区图。

图3是本发明中空气源热泵系统能效区划分图。

图4是本发明中太阳能集热系统辐射区划分图。

图5是本发明常规能源与清洁能源耦合的多能源供热控制系统构成图。

图6是本发明中太阳能集热系统计算模块原理示意图。

图7是本发明中空气源热泵系统计算模块原理示意图。

附图标记：1、平板型太阳能集热器；2、太阳能系统集热循环泵；3、空气源热泵-蒸发器；4、一号逆流板式热交换器；5、空气源热泵-膨胀阀；6、空气源热泵-压缩机；7、热源侧-循环泵；8、空气源热泵-冷凝器；9、蓄热水箱；10、用户侧-循环泵；11、二号逆流板式热交换器；V1、一号控制阀；V2、二号控制阀；V3、三号控制阀；V4、四号控制阀；V5、五号控制阀；V6、六号控制阀； V7、七号控制阀；V8、八号控制阀；V9、九号控制阀；V10、十号控制阀；V11、十一号控制阀；V12、十二号控制阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明常规能源(热网)与清洁能源(太阳能-空气源热泵) 耦合的多能源供热系统，包括平板型太阳能集热器1，所述平板型太阳能集热器 1的出液口分为两路，其中一路通过管道经一号控制阀V1连接至一号逆流板式热交换器4的热侧流体入口，另一路通过管道连接至蓄热水箱9的进液口，且该路管道上沿液体方向依次设置有二号控制阀V2和三号控制阀V3。所述一号逆流板式热交换器4的热侧流体出口通过管道经太阳能系统集热循环泵2连接至平板型太阳能集热器1的进液口。所述蓄热水箱9的出液口分为两路，其中一路通过管道经七号控制阀V7连接至太阳能系统集热循环泵2的进液口，另一路通过管道连接至一号逆流板式热交换器4的冷侧流体进口，且该路管道上沿液体方向依次设置有热源侧-循环泵7和八号控制阀V8。

所述蓄热水箱9的用户侧循环管道出水口分为两路，其中一路通过管道经六号控制阀V6连接至用户侧-供水管道，另一路通过管道经五号控制阀V5连接至二号逆流板式热交换器11的冷侧流体进口，所述二号逆流板式热交换器11的冷侧流体出口连接至用户侧-供水管道，所述二号逆流板式热交换器11的热侧流体进口和热侧流体出口分别连接城市热网-供水管道和城市热网-回水管道。所述蓄热水箱9的用户侧循环管道进水口连接用户侧-回水管道，且该管道上沿液体流动方向依次设置有用户侧-循环泵10、十一号控制阀V11，所述用户侧-循环泵10 的出水口还通过管道经十二号控制阀V12连接至蓄热水箱9的用户侧循环管道出水口连接的管道上。

所述一号逆流板式热交换器4的冷侧流体出口通过管道经九号控制阀V9连接至空气源热泵-冷凝器8的热源侧循环水进口，所述九号控制阀V9的出液口和八号控制阀V8的进液口之间通过管道连接有十号控制阀V10，所述空气源热泵- 冷凝器8的热源侧循环水出口通过管道经四号控制阀V4连接至三号控制阀V3 进液口，所述空气源热泵-冷凝器8的出液口和进气口之间沿制冷剂流动方向通过管道依次连接空气源热泵-膨胀阀5、空气源热泵-蒸发器3、空气源热泵-压缩机6。

本发明常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统有七种运行模式，包括空气源热泵系统单独供热模式、太阳能集热系统单独供热模式、热网单独供热模式、太阳能-空气源热泵并联互补供热模式、太阳能-空气源热泵串联互补供热模式、空气源热泵-热网互补供热模式、太阳能-热网互补供热模式。其中，太阳能集热系统主要涉及平板型太阳能集热器1、太阳能系统集热循环泵2，空气源热泵系统主要涉及空气源热泵-蒸发器3、空气源热泵-膨胀阀5、空气源热泵-压缩机68、空气源热泵-冷凝器。本发明前期以实际测试与模拟结合的方式验证了不同供热阶段多能源耦合系统运行模式的可行性。在保证供热温度的前提下，以系统高效运行为目标对系统运行模式进行设定。通过大量的数据分析后，得到不同供热阶段系统高效运行模式。参考附图2进行详细描述。

1)空气源热泵系统单独供热模式出现在供热初期和末期的夜间，供热工况具有室外环境温度较高、室内热负荷低等特点，空气源热泵系统运行能效处于高能效区。

2)太阳能集热系统单独供热模式出现在供热初期和末期的白天，太阳能辐射处于高辐射区，太阳能集热系统可以提供足够的热量。

3)热网单独供热模式出现在供热中期夜间，供热工况具有室外环境温度低、室内热负荷大等特点，空气源热泵系统因环境温度过低，运行性能处于低能效区，为保证供热效果和能源高效利用，热网单独供热。

4)太阳能-空气源热泵并联互补供热模式出现在供热期白天。供热初期和末期，太阳能辐射处于中辐射区且空气源热泵机组处于高能效区或中能效区；供热中期时，太阳能辐射处于中辐射区或者高辐射区且空气源热泵处于低能效区以上，太阳能与空气源热泵系统互补供热。

5)太阳能-空气源热泵串联互补供热模式出现在供热中期白天。供热中期，空气源热泵系统在日间运行易处于低能效区，空气源热泵系统供热能力下降。为保证系统供热量满足用户需求，利用太阳能集热系统将蓄热水箱热源侧回水进行预加热后，再流入空气源热泵系统的冷凝器中进行加热。

6)空气源热泵-热网互补供热模式主要出现在供热中期夜间。供热中期，空气源热泵系统处于中能效区时，空气源热泵系统与热网互补供热。

7)太阳能-热网串联互补供热模式主要应对供热期间，空气源热泵系统因故障或机组严重结霜无法运行并且太阳能集热系统无法单独供热的情况。供热期间系统出现突发情况，系统以保证供热的稳定性并且尽量减少化石能源的利用率为应对目标，将以太阳能-热网串联互补供热模式运行。

本发明依据GB37480-2019《低环境温度空气源热泵(冷水)机组能效限定值及能效等级》和GB/T33677-2017《太阳能资源等级直接辐射》。在国家规范标准的基础上，结合本发明技术方案进行能效区和太阳能辐射强度区划分。

1)空气源热泵系统单独供热模式的运行条件：在附图3中空气源热泵系统能效处于高能效区，环境温度在12℃以上，COP在2.8以上；在附图4中太阳能辐射强度位于低辐射区，辐射强度在0-750KJ/m

2)太阳能集热系统单独供热模式的运行条件：在附图4中太阳能辐射强度位于高辐射区，辐射强度在1700KJ/m

3)热网单独供热模式的运行条件：在附图3中空气源热泵系统能效位于低能效区，环境温度在-13℃以下，COP在2.0以下；运行时间为夜间，太阳能辐射强度为0KJ/m

4)太阳能-空气源热泵并联互补供热模式的运行条件：在附图3中空气源热泵系统能效位于中能效区以上，环境温度在-13℃以上，COP在2.0以上；在附图 4中太阳能辐射强度位于中辐射区，辐射强度在750-1700KJ/m

5)太阳能-空气源热泵串联互补供热模式的运行条件：在附图3中空气源热泵系统能效位于低能效区，环境温度在-13℃以下，COP在2.0以下；在附图4中辐射强度位于低辐射区以上，辐射强度在750KJ/m

6)空气源热泵-热网互补供热模式的运行条件：在附图3中空气源热泵系统能效位于中能效区，环境温度在-13℃-12℃，COP在2-2.8；运行时间为夜间，辐射强度在0KJ/m

7)太阳能-热网互补供热模式的运行条件：空气源热泵系统停止运行；在附图4中太阳能辐射强度位于低辐射区以上，辐射强度在750KJ/m

本发明常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统处于不同模式的具体运行流程如下。

系统运行模式为空气源热泵系统单独供热模式时，一号控制阀V1、二号控制阀V2、五号控制阀V5、七号控制阀V7、八号控制阀V8、九号控制阀V9、十二号控制阀V12关闭，三号控制阀V3、四号控制阀V4、六号控制阀V6、十号控制阀V10、十一号控制阀V11开启。空气源热泵-蒸发器3从室外空气中提取热量后，经过空气源热泵-冷凝器8与热源侧循环水进行换热。换热后的循环水将热量储存在蓄热水箱9；热源侧循环水在蓄热水箱9中换热后，经热源侧-循环泵 7进入空气源热泵-冷凝器8；用户侧-回水经过用户侧-循环泵10进入蓄热水箱9进行换热后，向用户供水。

系统运行模式为太阳能集热系统单独供热时，一号控制阀V1、四号控制阀 V4、五号控制阀V5、八号控制阀V8、九号控制阀V9、十号控制阀V10、十二号控制阀V12关闭，二号控制阀V2、三号控制阀V3、六号控制阀V6、七号控制阀V7、十一号控制阀V11开启。平板型太阳能集热器1收集太阳辐射后，将循环水在平板型太阳能集热器1中加热；加热后的循环水将热量储存在蓄热水箱 9；热源侧循环水在蓄热水箱9中换热后，经太阳能系统集热循环泵2进入平板型太阳能集热器1；用户侧-回水经过用户侧-循环泵10进入蓄热水箱9进行换热后，向用户供水。

系统运行模式为热网单独供热时，一号控制阀V1、二号控制阀V2、三号控制阀V3、四号控制阀V4、六号控制阀V6、七号控制阀V7、八号控制阀V8、九号控制阀V9、十号控制阀V10、十一号控制阀V11关闭，五号控制阀V5和十二号控制阀V12开启。用户侧-回水经过用户侧-循环泵10进入二号逆流板式热交换器11与热网进行换热后，向用户供水。

系统运行模式为太阳能-空气源热泵并联互补供热时，一号控制阀V1、五号控制阀V5、八号控制阀V8、九号控制阀V9、十二号控制阀V12关闭，二号控制阀V2、三号控制阀V3、四号控制阀V4、六号控制阀V6、七号控制阀V7、十号控制阀V10、十一号控制阀V11开启。空气源热泵-蒸发器3从室外空气中提取热量后，经过空气源热泵-冷凝器8与热源侧循环水进行换热；平板型太阳能集热器1收集太阳辐射后，循环水在平板型太阳能集热器1中加热；加热后的循环水与经空气源热泵-冷凝器8换热的循环水进行混水后，将热量储存在蓄热水箱9；混合循环水在蓄热水箱9中换热后，分别经热源侧-循环泵7和太阳能系统集热循环泵2进入空气源热泵-冷凝器8与平板型太阳能集热器1；用户侧-回水经过用户侧-循环泵10进入蓄热水箱9进行换热后，向用户供水。

系统运行模式为太阳能-空气源热泵串联互补供热时，二号控制阀V2、五号控制阀V5、七号控制阀V7、十号控制阀V10、十二号控制阀V12关闭，一号控制阀V1、三号控制阀V3、四号控制阀V4、六号控制阀V6、八号控制阀V8、九号控制阀V9、十一号控制阀V11开启。空气源热泵-蒸发器3从室外空气中提取热量后，经过空气源热泵-冷凝器8与热源侧循环水进行换热；换热后的循环水将热量储存在蓄热水箱9；热源侧循环水在蓄热水箱9中换热后，经热源侧-循环泵 7进入一号逆流板式热交换器4与经过平板型太阳能集热器1加热后的循环水进行换热，最后进入空气源热泵-冷凝器8；用户侧-回水经过用户侧-循环泵10和十一号控制阀V11进入蓄热水箱9进行换热后，向用户供水。

系统运行模式为空气源热泵-热网互补供热时，一号控制阀V1、二号控制阀 V2、六号控制阀V6、七号控制阀V7、八号控制阀V8、九号控制阀V9、十二号控制阀V12关闭，三号控制阀V3、四号控制阀V4、五号控制阀V5、十号控制阀V10、十一号控制阀V11开启。空气源热泵-蒸发器3从室外空气中提取热量后，经过空气源热泵-冷凝器8与热源侧循环水进行换热；换热后的循环水将热量储存在蓄热水箱9；热源侧循环水在蓄热水箱9中换热后，经热源侧-循环泵7进入空气源热泵-冷凝器8；用户侧-回水经过用户侧-循环泵10和十一号控制阀V11 进入蓄热水箱9进行换热后，经过五号控制阀V5进入二号逆流板式热交换器11 与热网进行换热，最后为用户供热。

系统运行模式为太阳能-热网互补供热时，一号控制阀V1、四号控制阀V4、六号控制阀V6、八号控制阀V8、九号控制阀V9、十号控制阀V10、十二号控制阀V12关闭，二号控制阀V2、三号控制阀V3、五号控制阀V5、七号控制阀V7、十一号控制阀V11开启。太阳能在该模式中承担预热任务；用户侧循环水与热网换热前，在蓄热水箱9中进行预热；用户侧循环水被预热后，进入二号逆流板式热交换器11与热网进行二次换热。

本发明所提供的太阳能-空气源热泵与热网多能源耦合供热系统，能够实现清洁能源与常规能源耦合供热。多能源协同供热实现能源优势互补，热网提高清洁能源在严寒地区供热占比并且提升清洁能源供热的稳定性；清洁能源降低供热阶段热网运行时间进而减少供热系统碳排放量。供热需求急剧上升，而热网建设周期长、投资水平高，导致热网供热能力增长缓慢，热网与清洁能源融合，改善热网供热能力不足问题。根据系统能效和气象参数，选择不同模式为室内提供热量，在实现在清洁能源利用率最大化的同时，保证供热的稳定性和连续性。

为实现上述控制方法，本发明设计常规能源与清洁能源耦合的多能源供热控制系统，如图5所示，主要包括监测模块、计算模块、控制模块。

1)监测模块。所述监测模块包括太阳能辐射强度监测模块、室外温度监测模块、空气源热泵系统性能系数监测模块。所述太阳能辐射强度监测模块用于监测当地太阳辐射强度实时变化值。所述室外温度监测模块用于监测当地室外温度实时变化值。所述空气源热泵系统性能系数监测模块用于监测空气源热泵系统功率W和制热量Q。

2)计算模块。所述计算模块包括太阳能集热系统计算模块和空气源热泵系统计算模块。

太阳能集热系统计算模块的计算模型通过对平板型太阳能集热器测试数据拟合得出，具体计算流程附图6所示。所述太阳能集热系统计算模块的计算模型为Y

空气源热泵系统计算模块的计算模型通过对空气源热泵系统测试数据拟合得出，具体计算流程如附图7所示。所述空气源热泵系统计算模块的计算模型为 Y

3)控制模块。所述控制模块根据计算模块所输出的结果，确定常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统运行模式，进而对常规能源与清洁能源耦合的多能源供热系统进行运行模式的切换。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。