CN102338415A

CN102338415A - 自控热风式太阳能地板蓄热系统

Info

Publication number: CN102338415A
Application number: CN2011103426568A
Authority: CN
Inventors: 陈滨; 赵金玲; 张景隆; 王闯; 张雪研; 朱佳音; 陈俊; 田维治; 白淑鑫; 谢艺强; 李翔
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2012-02-01

Abstract

一种自控热风式太阳能地板蓄热系统，属于可再生能源与建筑集成利用技术领域。其特征是空气由循环风机驱动在太阳能空气集热器、通风管道和蓄热地板所组成的蓄热系统内进行闭式循环，采用蓄热地板对热量进行蓄存和释放；蓄热地板的构造由下至上包括防水层、保温层、空气通道、混凝土蓄热层、地面装饰层；蓄热地板内的空气通道按同程式布置，内部交错设置混凝土或砖石立柱；该蓄热系统的风门及循环风机由温度传感器自动控制，所需的电力由太阳能电池板供应。本发明的效果和益处是构造简单、控制方便、运行可靠、费用低廉、与建筑一体化程度高。

Description

自控热风式太阳能地板蓄热系统

技术领域

本发明属于可再生能源与建筑集成利用技术领域，具体涉及一种自控热风式太阳能地板蓄热系统。

背景技术

一直以来，我国寒冷地区村镇太阳能采暖居住建筑的热稳定性和舒适性亟需提高。由于太阳能的热量供应具有间断性和不稳定性，造成太阳能采暖房间的室内温度波动较大，在夜间或阴天时，室内温度往往不能满足人体热舒适的要求。尽管人们已经开发了多种太阳能蓄热系统和方法，能在一定程度上解决此类问题，然而，在我国寒冷地区的农村住宅以及新能源开发利用中，仍亟需开发简单实用、控制方便、运行可靠、与建筑一体化程度高、工程造价和维护费用低廉、能够得到有效推广应用的太阳能蓄热技术。

经检索发现，专利号02109563公开了一种太阳能蓄热供暖供冷方法及装置，其主要特点为：用集热器接收太阳能热能并利用土壤换热器储存于地下深层的土壤之中，冬季/夏季供暖/供冷时，用取热/取冷装置取出热能/冷量进行供暖或供冷，该技术较为复杂，装置成本较高；专利号200610019475公开了一种导热型沥青混凝土屋顶太阳能蓄热系统，该系统在屋顶沥青混凝土层内设有导热水管，在土壤层内设置由混凝土层搭建的蓄热箱，导热水管内的冷水被沥青混凝土收集的太阳能加热后，可以直接供用户使用或储存在蓄热箱内为冬天供暖，由于设置在混凝土内的水管在冬季低温时易冻胀，故该技术不适宜在寒冷地区应用。专利号20201010166767公开了一种高纬度地区建筑太阳能蓄热取暖装置，由上换热水箱内与换热筒连通，超长集热管与换热筒插接，下换热器由连通管与冷水导流通道连通，采暖，交换器、热水交换器和换热交换器设在下蓄热水箱内，上换热水箱与换热交换器由热循环管连通，热循环管将上换热水箱与换热交换器连通。该技术系统形式及运行控制较复杂，设备成本较高。专利号200920076580公开了一种太阳能蓄热采暖装置，结合太阳能热水器与水窖，在白天使用太阳能热水器连续加热水窖中的水，用循环泵作为循环动力，室内采用风机盘管进行采暖。该技术需设置太阳能热水器、循环泵、风机盘管、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀，设备及管道系统较复杂，不利于在村镇住宅建筑中推广。专利号201010248005.8公开了一种太阳能地暖节能装置，其主要特征在于：太阳能集热装置的出水管连通有与地板采暖装置并联的床体采暖装置，床体采暖装置位于床体下方；底板采暖装置和床体采暖装置与太阳能集热装置之间分别设置有控制阀。由于太阳辐射具有不连续性，致使本系统调节过程繁琐。专利号200920128065.9公开了一种太阳能蓄热式采暖通风墙，是在建筑物外墙体的外侧分别依次设有由保温隔热层、蓄热层和着有黑漆的铝板构成的蓄热墙、蓄热通风道或两者的组合；蓄热墙或蓄热通风道的外侧设有透明盖板，透明盖板与蓄热墙之间、蓄热墙与保温隔热层之间均有空气夹层；所述透明盖板上设有带阀门的上通风口，蓄热墙上设有带阀门的上通风口和下通风口。该技术与建筑一体化程度较高，但风口阀门手动操作，控制不便。欧洲专利局专利号FR 2951484(A1)公开了一种为建筑提供光热的被动式太阳房，该发明的建筑坡屋顶一侧由透明材料构成，屋顶或墙体内侧为蓄热结构，同时设置与建筑内外环境传感器相连接的控制系统，通过室内空气自然或强迫对流来实现调节作用，该装置的不足是仅适用于坡屋顶建筑。欧洲专利局专利号WO 9217664(A1)公开了一种对不同建筑部件都有温度调节作用的装置，该装置的各个建筑部件本身就具有采集、传输及储存太阳能的功能，且均包含两个供空气或其他传热介质传输的通路系统，该发明的建筑系统结构形式复杂，对设备质量要求高，在中国现有建筑中推广存在困难。

发明内容

本发明目的是提供一种自控热风式太阳能地板蓄热系统，以解决寒冷地区村镇居住建筑太阳能采暖房间的室内温度昼夜波动大、夜间或阴天室内温度往往低于人体舒适性要求的问题，以提高该类建筑的太阳能热利用效率及室内热环境舒适性。

本发明的技术方案如下：一种自控热风式太阳能地板蓄热系统，它是由太阳能空气集热器、温度传感器、温控风门、循环风机、风管、蓄热地板等组成。本发明的技术特征之一为：所述蓄热系统采用循环风机驱动空气在太阳能空气集热器、通风管道和蓄热地板所组成的蓄热系统中进行闭式循环，利用蓄热地板对热量进行蓄存和释放。空气在太阳能空气集热器内被加热，沿送风管道流入蓄热地板的空气通道内，热空气在沿蓄热地板空气通道的流动过程中，地板蓄热层吸收并贮存空气的热量，在夜间或者太阳辐射照度较低的阴天，当室内温度低于蓄热地板表面温度时，贮存在地板蓄热层中的热量向室内释放供暖，空气通道内降温后的冷空气汇集到回风管道，回到太阳能空气集热器循环加热。技术特征之二为：蓄热地板的构造由下至上包括防水层、保温层、空气通道、蓄热层、地面装饰层。蓄热材料采用高比热容、性能稳定的混凝土；蓄热地板中的空气通道数量根据房间宽度设置，空气通道内交错有序设置混凝土或砖石立柱，以增加空气扰动，空气在空气通道中的流程按同程式布置，以保证各通道内空气流动阻力的平衡；蓄热地板的保温层防止热量向土壤散失。技术特征之三为：太阳能空气集热器设置在建筑南向窗下墙或者西向墙体上；在太阳能空气集热器出口设置温度传感器，在太阳能空气集热器进口、出口设置风门，在太阳能空气集热器进口或出口设置循环风机；上述风门及循环风机根据温度传感器设置的温度值自动控制，当太阳能空气集热器出口处的空气被加热到设定温度时，太阳能空气集热器进口、出口的温控风门同时自动打开，设置在集热器进口或出口的循环风机开始自动运行，当太阳能空气集热器出口的空气温度低于设定温度时，循环风机自动停止运行，温控风门也同时自动关闭，以防止冷空气流入地板空气通道；驱动上述风机及温控风门所需的电力由太阳能电池板供应。

本发明的效果和益处在于有效地维持太阳能采暖房间的气温，提高夜间或阴天室内舒适性。与现有技术相比，本发明的突出特点是简单实用、控制方便，运行可靠、节能效果明显、与建筑一体化程度高、工程造价和维护费用低廉，尤其在我国新农村住宅建设以及新能源开发利用中，在量大面广的寒冷地区农村新建住宅和改造住宅中，本发明自控热风式太阳能地板蓄热系统具有很强的实用性。

附图说明

图1是本发明的集热蓄热系统正立面示意图。

图2是本发明的集热蓄热系统侧立面示意图。

图3是本发明的温控风门系统示意图。

图4是本发明的蓄热地板平面布置图。

图5是本发明的蓄热地板剖面图。

图中：1集热器，2温度传感器，3温控风门，4循环风机，5送风管道，6回风管道，7蓄热地板的空气通道，8蓄热地板送风管道入口，9蓄热地板回风管道出口，I地板装饰层，II混凝土地板蓄热层，III空气通道，IV保温隔热层， V防潮层。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例一：利用南向太阳能空气集热器集热和地板蓄热。具体实施技术如下：在住宅建筑的南向窗下墙设置太阳能空气集热器1，在太阳能空气集热器1出口设置温度传感器2，当太阳能空气集热器1出口处的空气被加热到设定温度时，太阳能空气集热器1进口、出口的温控风门3同时自动打开，设置在集热器1进口或出口的循环风机4开始自动运行。在循环风机的驱动下，热空气沿着送风管道5被送入蓄热地板的空气通道7，热空气在沿同程式空气通道7的流动过程中，利用混凝土的高比热容特性吸收空气的热量，使热量贮存在混凝土蓄热层II。在夜间或者太阳辐射照度较低的阴天，当室内温度低于蓄热地板表面温度时，贮存在混凝土蓄热层II中的热量向室内释放供暖。空气通道底部的地板保温层IV防止热量向土壤散失。空气通道7内降温后的冷空气汇集到回风管道6，回到太阳能空气集热器1循环加热。当太阳能空气集热器1出口的空气温度低于设定温度时，循环风机4自动停止运行，温控风门3也同时自动关闭，以防止冷空气流入地板空气通道。

实施例二：利用西向太阳能空气集热器集热和地板蓄热。具体实施技术如下：在住宅建筑的西向墙设置太阳能空气集热器1，在太阳能空气集热器1出口设置温度传感器2，当太阳能空气集热器1出口处的空气被加热到设定温度时，太阳能空气集热器1进口、出口的温控风门3同时自动打开，设置在集热器1进口或出口的循环风机4开始自动运行。在循环风机的驱动下，热空气沿着送风管道5被送入蓄热地板的空气通道7，热空气在沿同程式空气通道7的流动过程中，利用混凝土的高比热容特性吸收空气的热量，使热量贮存在混凝土蓄热层II。在夜间或者太阳辐射照度较低的阴天，当室内温度低于蓄热地板表面温度时，贮存在混凝土蓄热层II中的热量向室内释放供暖。空气通道底部的保温层IV防止热量向土壤散失。空气通道7内降温后的冷空气汇集到回风干管6，回到太阳能空气集热器1循环加热。当太阳能空气集热器1出口的空气温度低于设定温度时，循环风机4自动停止运行，温控风门3也同时自动关闭，以防止冷空气流入地板空气通道。

实施例三：利用南向、西向太阳能空气集热器联合集热和地板蓄热。利用西向太阳能空气集热器可以延长集热时间，提高蓄热效率。具体实施技术如下：在住宅建筑的南向窗下墙和西向墙体分别设置太阳能空气集热器1-N和1-W，这两组集热器并联运行。在太阳能空气集热器1-N和1-W出口分别设置温度传感器2-N和2-W，当太阳能空气集热器1-N和1-W出口处的空气被加热到设定温度时，太阳能空气集热器1-N和1-W进口、出口的温控风门3-N和3-W分别自动打开，设置在集热器1进口或出口的循环风机4-N和4-W分别自动运行；在循环风机的驱动下，热空气沿着送风管道5被送入蓄热地板的空气通道7，热空气在沿同程式空气通道7的流动过程中，利用混凝土的高比热容特性吸收空气的热量，使热量贮存在混凝土蓄热层II。在夜间或者太阳辐射照度较低的阴天，当室内温度低于蓄热地板表面温度时，贮存在混凝土蓄热层II中的热量向室内释放供暖。空气通道底部的保温层IV防止热量向土壤散失。空气通道7内降温后的冷空气汇集到回风干管6，回到太阳能空气集热器1循环加热。当太阳能空气集热器1-N和1-W出口的空气温度低于设定温度时，循环风机4-N和4-W分别自动停止运行，温控风门3-N和3-W也分别自动关闭，以防止冷空气流入地板空气通道。

Claims

1.一种自控热风式太阳能地板蓄热系统，包括太阳能空气集热器、蓄热地板、温度传感器、温控风门、风管、循环风机，其特征在于空气由循环风机驱动在太阳能空气集热器、通风管道和蓄热地板所组成的蓄热系统内进行闭式循环，采用蓄热地板对热量进行蓄存和释放；太阳能空气集热器加热空气，被加热的空气流经蓄热地板的通风道时，将热量贮存在蓄热层中，当夜间或阴天室内温度低于蓄热地板表面温度时，由蓄热地板向房间释放热量。

2.根据权利要求1所述的一种自控热风式太阳能地板蓄热系统，其特征在于：蓄热地板的构造由下至上包括防水层、保温层、空气通道、蓄热层、地面装饰层；蓄热材料采用混凝土；蓄热地板中的空气通道数量根据房间宽度设置；空气通道内交错有序设置混凝土或砖石立柱；空气在空气通道中的流程按同程式布置。

3.根据权利要求1所述的一种自控热风式太阳能地板蓄热系统，其特征在于：太阳能空气集热器设置在建筑南向窗下墙或者西向墙体上；在太阳能空气集热器出口设置温度传感器，在太阳能空气集热器进口、出口设置风门，在太阳能空气集热器进口或出口设置循环风机；上述风门和风机根据温度传感器设置的温度值自动控制，驱动风机及温控风门所需的电力由太阳能电池板供应。