CN102914010B - 基于太阳能的相变储能新风高效换热系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于太阳能的相变储能新风高效换热系统,包括集热板、热管、分级相变储能设备、支撑架玻璃盖板、保温背板，在墙体的一侧安有玻璃盖板，玻璃盖板里分为前腔流道和后腔流道，空气通过进风口进入前腔流道，沿流道上升并与集热板进行换热，在顶端流动方向发生180°改变沿后腔流道下降再次与集热板背侧换热，在低端经风机抽送后进入分级相变储能设备，热管在玻璃盖板与墙体之间，热管与室外端与集热板相连，提取热量后送入分级相变储能设备内，分级相变储能设备上下均安有金属支撑架。本发明加工原理简单，系统紧凑，除引导空气流动的小风机外无其他损耗，能够实现绿色能源的高效利用。

Description

基于太阳能的相变储能新风高效换热系统
技术领域
本发明属于太阳能热利用及相变储能技术领域，尤其是一种基于太阳能的相变储能新风高效换热系统。
背景技术
随着不可再生资源消耗速度的不断增长，如何实现在提高能源利用率、实现传统能源向绿色能源转换的同时满足不断提高的室内热环境舒适度要求已成为当今社会迫在眉睫的问题。至此，太阳能相变储能新风高效换热系统作为一种既能降低能耗同时又可以提高生活质量的节能设备具有重要的实际意义。
通常太阳能新风系统运行效率平均能够达到75%以上，而在太阳能辐射较强时段，太阳能新风系统通过集热板的光热转化，空气温度一般会上升15~40℃高于冬季室内温度，达到送风要求。该技术成熟简单、节能环保、利用率高、成本低、可与各类建筑结合。但缺点是太阳能是一种不稳定的能源，具有间歇性，使其应用范围受到限制。在集合了相变储能设备后，时效性问题得以解决，可以保证低太阳辐射能的连续使用。
为了能够提高相变蓄热的效率S.O.Enibe在2003把以石蜡作为主要成分的定性相变材料加入平板集热器内部，提高了导热效率，T.Kouskson在2007对以空气作为传热介质的太阳能相变蓄热系统进行了研究，分析了多级相变材料对系统换热效果的影响，并证明了多级相变材料对蓄热设备效率的提高。但空气与有机相变材料过低的传热系数都使得设备整体体积过于庞大。而热管超强的导热性、良好的等温性以及安全可靠性完全可以很好的弥补这一不足。热管的导热系数能够达到105W/m·℃，是金属材料的数百倍甚至数千倍。根据换热温度的不同，热管从低温到高温都有成熟的产品，其蒸发段和冷凝段尺寸也可以根据实际需要调节，能够灵活巧妙的与各类建筑设备结合，应用范围非常广。至此太阳能、相变储能与新风结合系统受制于换热效率的问题得到了很好的解决，这种利用热管进行集成的系统目前还未见报道。
发明内容
本发明将太阳能集热板、相变储能、热管和新风集成为一个系统，目的在于改善室内空气品质，提高新风与相变材料之间的换热效率，延长对太阳能的使用时间，而且集成以后的系统相比于各独立系统的总体积大大减少，在舒适度、效率、成本和应用性方面都有明显的优势。本发明包括：玻璃盖板、集热板、保温背板、双流道空气集热器、热管、风机、双级相变材料，如图1所示，集热板为涂有碳粉的金属板，后腔流道与墙体之间贴有保温背板，太阳能新风系统与储能设备间流道内预制风机，储能设备上下均有金属支架。随着太阳辐射的增强时集热板温度逐渐上升，在风机的抽送作用下空气通过进风口进入前腔流道，沿流道上升同时与集热板进行换热，在顶端流动方向发生180°改变沿后腔流道下降再次与集热板背侧换热，在低端经风机抽送后进入相变储能设备。设备内部根据热管的确定位置将相变材料与热管固定在一起成挡板状利用热管向相变材料中蓄热的同时也利用此挡板把空间分割成矩形流道，新风在流道内流动，与相变材料再一次换热，最后通过送风口将新风送入室内。随着太阳能辐射的不断增强，蓄热装置由低温转换为高温相变材料。当太阳辐射减弱集热板温度降低到相变材料熔点时，高低温相变材料依次放热，保证了送入新风的温度稳定。
本发明的优点：
1、此系统中高低温相变材料联合储能，克服了太阳能能源本身不稳定，易波动的缺点。增加了对太阳能的利用效率，延长了无能耗下通风换气的时间。
2、系统采用热管传热，克服了传统换热方式效率较低的问题。
3、本发明加工原理简单，系统紧凑，除引导空气流动的小风机外无其他损耗，能够实现绿色能源的高效利用.
4、整套系统使用寿命长，基本不需要围护，经济合理，优势较为突出。
附图说明
图1. 基于太阳能的相变储能新风换热系统结构示意图。
图2. 分级相变储能设备正视图。
图3.分级相变储能设备侧视图。
图中1是集热板、2是热管、3是分级相变储能设备、4是支撑架、5是玻璃盖板、6是保温背板、7是相变材料、8是热管、9是后腔流道、10是前腔流道、11是风机、12是进风口、13是出风口。
具体实施方式
集热板为涂有碳粉的金属板，后腔流道与墙体之间贴有保温背板，太阳能新风系统与储能设备间流道内预制风机，储能设备上下均有金属支架。随着太阳辐射的增强时集热板温度逐渐上升，在风机的抽送作用下空气通过进风口进入前腔流道，沿流道上升同时与集热板进行换热，在顶端流动方向发生180°改变沿后腔流道下降再次与集热板背侧换热，在低端经风机抽送后进入相变储能设备。设备内部根据热管的确定位置将相变材料与热管固定在一起成挡板状利用热管向相变材料中蓄热的同时也利用此挡板把空间分割成矩形流道，新风在流道内流动，与相变材料再一次换热，最后通过送风口将新风送入室内。随着太阳能辐射的不断增强，蓄热装置由低温转换为高温相变材料。当太阳辐射减弱集热板温度降低到相变材料熔点时，高低温相变材料依次放热，保证了送入新风的温度稳定。

Claims (4)

1.基于太阳能的相变储能新风高效换热系统，包括集热板（1）、热管（2）、分级相变储能设备（3）、金属支撑架（4）、玻璃盖板（5）、保温背板（6），其特征在于：在墙体的一侧安有玻璃盖板，玻璃盖板里分为前腔流道（10）和后腔流道，空气通过进风口（12）进入前腔流道（10），沿前腔流道（10）上升并与集热板进行换热，在顶端流动方向发生180°改变沿后腔流道下降再次与集热板背侧换热，在底端经预制风机（11）抽送后进入分级相变储能设备（3），热管（2）在玻璃盖板（5）与墙体之间，热管（2）与室外集热板（1）相连，提取热量后送入分级相变储能设备（3）内，分级相变储能设备（3）上下均安有金属支撑架（4），后腔流道（9）与墙体之间贴有保温背板（6），太阳能新风系统与分级相变储能设备（3）间流道内安有预制风机（11）。
2.如权利要求1所述的基于太阳能的相变储能新风高效换热系统，其特征在于：分级相变储能设备（3）内部相变材料（7）与热管(2)耦合做成挡板状，利用挡板将空间隔离成矩形流道。
3.如权利要求1所述的基于太阳能的相变储能新风高效换热系统，其特征在于：集热板（1）涂有加入碳粉的黑漆。
4.如权利要求1所述的基于太阳能的相变储能新风高效换热系统，其特征在于：金属支撑架（4）的材料是金属。
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