CN101984297A - 一种具有双流道的节能炕 - Google Patents

Abstract

一种具有双流道的节能炕，属于太阳能与生物质能源利用及建筑节能技术领域。该双流道节能炕除含有传统炕的炉灶、炕板、烟道隔板、烟气入口、烟气流通通道、烟气出口和烟囱等部件外，还包括太阳能空气集热系统。本发明利用上炕板下表面的折叠状金属板加强空气与炕板的传热强度，同时提高炕面温度分布的均匀性；利用分隔板将空气与烟气流通通道有效分隔，可以实现同时利用太阳能与烟气热量，而不会损坏太阳能集热装置。该双流道的节能炕中的各部件均采用常用的材料以及制作工艺，因此具有工艺简单、造价低等优点。本发明主要服务于北方村镇单体建筑，可解决冬季室内供暖问题，在减少耗煤量的同时减少对环境的污染。

Description

一种具有双流道的节能炕

技术领域

本发明涉及一种村镇单体建筑内的供暖设施，尤其涉及一种能够同时利用太阳能和烟气热量为室内供暖的节能炕，属于太阳能、烟气热利用及建筑节能技术领域。

背景技术

在传统能源(如煤炭、石油等)日趋紧张的今天，可再生能源(如太阳能、风能、水能、生物质能等)作为替代能源有了长足的发展。在我国北方地区，日照充沛，属于太阳能利用的I、II、III类地区([1]Chris C.S.Lau，Joseph C.Lam，Liu Yang，Climate classification and passive solar designimplications in China，Energy Conversion & Management，2007：2006～2015)，因此太阳能利用在北方地区，尤其是农村地区有着良好的发展前景。此外，农村具有长期使用生物质能源的习惯，而北方传统的炕就是利用柴灶的排烟余热加热具有热惰性的炕板，进而通过辐射、对流的形式向室内供热，或者通过导热的形式直接向人体传热。通过测试发现，炕体可以吸收炉灶排烟热量的80％左右，即可以把炕作为一种高效的供暖装置。由于我国北方地区寒冷，供暖能耗大，如果能够将太阳能结合至炕系统中，联合太阳能与生物质能源利用系统，将对我国建筑节能减排，尤其是村镇建筑节能减排工作，起到重要的作用。

我国农村地区炕的主要问题在于：1)炕面温度分布不均——炕头热、炕梢凉，易造成人的不舒适。为了解决这个问题，已有一些专家和学者提出通过改变炕内的烟道结构，改善炕面的温度分布情况([2]胡炳民，炕连灶倒烟与炕温不均匀的解决方法.农村能源，1994，56(4)：9～10)。2)目前设计的炕绝大多数只能采用烟气作为热源，而北方地区较为丰富的太阳能资源却没有合理地利用至炕系统中。虽然已有一些通过炕洞中添加鹅卵石(申请(专利)号：200920315844，太阳能炕)，或通过太阳能热水加热敷设在炕表面的水盘管等方式利用太阳能(申请(专利)号：200520020506太阳能暖炕)，但由于其施工难度、资源条件限值或者初投资的问题，这些炕系统都没有在农村地区广泛推广。

发明内容

本发明的目的是针对炕系统目前存在的问题，提供一种具有双流道的节能炕炕，能够同时利用太阳能和烟气热量，以进一步保持炕面温度的均匀分布，提高炕的舒适性。

本发明的技术方案如下：

一种具有双流道的节能炕，含有炉灶、上炕板、四周炕板、下炕板、烟道隔板、底座、烟气入口、烟气流通通道、烟气出口和烟囱，所述的炉灶通过烟管分别与所述的烟囱和烟气入口相连，所述的烟道隔板位于烟气流通通道内，其特征在于：该双流道的节能炕还还含有太阳能空气集热器；所述的上炕板采用由下部的折叠状金属板和上部的混凝土组成的一体化结构；在所述的上炕板与下炕板之间设置分隔板，该分隔板与上炕板之间形成空气流通通道；在空气流通通道内垂直于分隔板方向上设置风道隔板，在风道隔板的两侧设有空气入口与空气出口，在空气出口处设有风机，所述的空气入口与空气出口通过管路与太阳能空气集热装置相连。

所述的风道隔板、烟道隔板和分隔板均采用金属板。

本发明具有以下优点及突出性效果：

①利用空气作为传热介质，相对于水介质可以实现低成本高效的太阳能低温热利用。通过太阳能空气集热器，加热流经的空气，并通过功率较小的风机，就可以将空气直接送入流通通道内，无需额外的初投资，运行费用也较少。

②利用上炕板下表面的折叠状金属板实现无源强化传热，同时增大传热面积，并提高炕面温度分布均匀性。为了强化空气与上炕板的换热，将上炕板的下表面做成折叠型，通过其中的凸凹部分破坏流经其表面的边界层，加强扰动，提高传热系数；折叠型的表面还可以增大空气与上炕面的传热面积，提高换热强度。由于金属板的热扩散率较高，用其做上炕板的下表面可以减少炕面温度的不均匀性，提高炕的舒适度。

③利用金属的分隔板，可以实现太阳能与烟气热量的同时利用。烟气会损坏空气集热装置中，因此空气与烟气的流通通道必须分开，而采用增设分隔板，是最简单易行的方式。当烟气流经下层的烟气流通通道时，会使铁质的分隔板迅速升温，通过辐射与对流的方式加热上炕板。由于采用的是铁质的分隔板，其表面温度分布一定是较为均匀的，因此上炕板的温度一定较为均匀。

附图说明

图1为本发明提供的具有双流道的节能炕的结构原理示意图。

图2为图1的A-A断面图。

图3为图1的B-B断面图。

图4为图1的C-C断面图。

图5为图1的D-D断面图。

图中各部件表示：1-上炕板；2-风道隔板；3-分隔板；4-空气流通通道；5-太阳能空气集热器；6-四周炕板；7-下炕板；8-底座；9-烟气流通通道；10-烟道隔板；11-炉灶；12-烟囱；13-烟管；14-空气出口；15-空气入口；16-烟气旁通阀；17-烟气入口；18-烟气出口；19-风机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的工作原理、具体结构和实施方式作进一步的说明。

图1为本发明提供的具有双流道的节能炕的结构原理示意图，该炕含有炉灶11、上炕板1、四周炕板6、下炕板7、烟道隔板10、底座8、烟气入口17、烟气流通通道9、烟气出口18、烟囱12以及太阳能空气集热器5；所述的炉灶11通过烟管13分别与所述的烟囱12和烟气入口17相连；所述的烟道隔板10位于烟气流通通道9内，所述的上炕板1采用由下部的折叠状金属板和上部的混凝土组成的一体化结构；在所述的上炕板1与下炕板7之间设置分隔板3，该分隔板与上炕板之间形成空气流通通道4；在空气流通通道内垂直于分隔板方向上设置风道隔板2，在风道隔板2的两侧设有空气入口15与空气出口14，在空气出口14处设有风机19；所述的空气入口15与空气出口14通过管路与太阳能空气集热器5相连(如图2所示)。所述的风道隔板2、烟道隔板10和分隔板3可采用金属板，例如采用不锈钢板等铁质的金属板。烟气旁通阀16设置在炉灶的出口与烟囱的入口之间的管路上，当不需要加热炕的时候，可以打开烟气旁通阀16，使烟气直接从烟囱排出。

在具体实施方式中，在折叠型的金属板上直接浇筑混凝土形成上炕板1，用预制混凝土板作为下炕板7，用砖搭砌底座8和四周炕板6，烟囱12可以用砖砌筑或者采用铁皮烟囱，如果是砖砌筑的烟囱，则需要与建筑本体设计结合在一起。风道隔板2的上边缘也要制作成折叠型，与上炕板1的下表面紧密结合。将分隔板3放置在四周炕板6上，在其下表面设置烟道隔板10，如果烟道隔板10为金属板，则可以焊接在分隔板3的下表面。在实施过程中，应注意风道隔板2的上下边缘与上炕板1和分隔板3紧密结合，烟道隔板10的上下边缘与分隔板3和下炕板7紧密结合，确保空气和烟气在炕内流动不会发生“短路”现象。此外，炕砌筑过程中要注意各部件紧密连接，不存在缝隙，确保炕的密封性，防止烟气向室内扩散，影响室内空气品质。

本发明的工作过程如下：白天在风机的驱动下，利用太阳能空气集热器加热流经的空气，通过空气的对流作用加热炕板(包括上炕板、下炕板以及四周炕板)，利用炕板的热惰性蓄存热量。在农户炊事过程中，烟气流经炕内，通过对流的作用加热炕板，最终烟气从烟囱排出，被加热的炕板同样可以蓄存部分热量。在夜间，白天蓄存在炕板中的热量可以维持炕面温度适宜，同时起到一定加热室温的作用。因此，该具有双流道的节能炕可以同时利用太阳能与烟气热量，改善冬季室内热环境，提高炕的舒适性。

本发明主要服务于北方村镇单体建筑。所述的具有双流道的节能炕的各部件均采用常用的材料以及制作工艺，工艺简单，造价较低，符合农民的实际需要与经济水平，也符合我国北方地区建筑节能减排需求，具有很好的推广前景。

Claims (2)

1.一种具有双流道的节能炕，含有炉灶(11)、上炕板(1)、四周炕板(6)、下炕板(7)、烟道隔板(10)、底座(8)、烟气入口(17)、烟气流通通道(9)、烟气出口(18)和烟囱(12)，所述的炉灶(11)通过烟管(13)分别与所述的烟囱(12)和烟气入口(17)相连，所述的烟道隔板(10)位于烟气流通通道(9)内，其特征在于：该具有双流道的节能炕还含有太阳能空气集热器(5)；所述的上炕板(1)采用由下部折叠状金属板和上部的混凝土组成的一体化结构；在所述的上炕板(1)与下炕板(7)之间设置分隔板(3)，该分隔板与上炕板之间形成空气流通通道(4)；在空气流通通道内垂直于分隔板方向上设置风道隔板(2)，该风道隔板的上边缘为折叠状，与上炕板1的下表面紧密结合；在风道隔板(2)的两侧设有空气入口(15)与空气出口(14)，在空气出口(14)处设有风机(19)，所述的空气入口(15)与空气出口(14)通过管路与太阳能空气集热器(5)相连。

2.按照权利要求1所述的具有双流道的节能炕，其特征在于：所述的风道隔板(2)、烟道隔板(10)和分隔板(3)均采用金属板。

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