CN103017358A - 单边上下水的太阳能集热系统 - Google Patents

Abstract

“单边上下水的太阳能集热系统”涉及太阳能集热体、陶瓷太阳板，太阳能集热系统的上下水管道的接口位置，提出太阳能集热系统中的水箱的热水进口与接近水箱热水进口的上汇集管的部位连接，水箱的冷水出口与接近水箱冷水出口的下汇集管的部位连接，不采用冷、热水进出口在太阳能集热器对角上的传统方法。

Description

单边上下水的太阳能集热系统

技术领域

本发明涉及太阳能利用系统，涉及太阳能集热体、陶瓷太阳板，特别涉及太阳能集热系统、陶瓷太阳板集热系统的上下水管道的接口位置。

背景技术

传统由自然循环进行加热的太阳能热水系统主要由太阳能集热器、支架、水箱、上下循环管组成，由水泵进行循环加热的太阳能热水系统主要由太阳能集热器、支架、水箱、上下循环管、水泵组成。太阳能集热器主要由外壳(结构层)、保温层、集热体、透明盖板(防水层)组成，传统太阳能热水系统的太阳能集热器的进出水口的位置采用对角线原则，即相对比较冷的水从太阳能集热器的下边的左角或者右角进入，经过太阳能加热的集热器中比较热的水从上边的对角流出，如图1、图3所示。

对于大型太阳能集热系统来说，水箱的尺寸总是远远小于太阳能集热器的尺寸，从而需要比较长的上循环管或者比较长的下循环管，如图1、图3所示。目前太阳能集热系统正在逐步大型化，近几年出现的陶瓷太阳能集热系统采用与原房顶共用结构层、保温层、防水层，形成与建筑一体化、与建筑同寿命的陶瓷太阳能房顶，整座建筑的屋面就是一个陶瓷太阳能集热系统，如果采用传统的对角线原则，需要很长的上循环管或者下循环管。更为严重的问题是，现在的建筑物要求有比较完善的内外装修面，有比较高的装饰要求，很长的循环管会影响外观，目前采用的将循环管放在装饰天花板内的方法不利于维修，并且很长的循环管横穿整座建筑，一旦发生管道滴漏，对装饰天花板有破坏性的影响，维修工作量很大，费用很高。

发明内容

本发明的目的是通过研究、试验，寻找在不影响太阳能集热系统效率的情况下最大限度减短循环管的方法和结构。

本发明是这样实现的：

图1表示在平房顶1上安装的传统自然循环太阳能集热系统，阳光照射在集热器16的集热体4上，加热集热器中的水，随水温提高比重变小，开始通过上汇集管2、上循环管15上升，进入水箱7的上部，水箱下部温度较低的水通过下循环管13、下汇集管12补充到集热器中，以太阳能为动力依次循环加热集热器和水箱中的水。在上汇集管2上安装管道温度传感器31、32、33、34，在下汇集管12上安装管道温度传感器35、36、37、38，记录每天管道温度传感器的温度和水箱水温。

将上述装置中的下循环管13截短，以最短路程与下汇集管12连接于17处，如图2所示，记录每天管道温度传感器的温度和水箱水温。经过长时间的试验，将温度传感器的温度和水箱水温进行截短下循环管前后数据的对比，发现两组数据十分接近。分析认为：1、在自然循环太阳能集热系统中，水循环的动力是太阳能2、太阳光均匀照射在太阳能集热器上，太阳能集热器中热水是基本上并排、水平上升的，由下循环管13提供的相对冷的水也是基本上并排、水平上升的，这点可以由下汇集管12上管道温度传感器35、36、37、38的温度基本相同；上汇集管2上安装的管道温度传感器31、32、33、34的温度基本相同得到证明3、太阳光照射下产生的热水没有因为管道的改变而走短路，走近路4、太阳光照射下产生的热水没有因为管道的改变而导致局部过热，增加局部散热导致整体效率下降，这点可以由两组数据中的水箱水温基本相等得到证明。

对采用动力循环的太阳能集热系统来说，见图3、图4。图3、图4表示以水泵作为动力循环的陶瓷太阳能房顶，如上所述同样在上下汇集管上安装管道温度传感器31、32、33、34、35、36、37、38，同样截短循环管，进行同样的试验，得到了同样的结果。

分析认为：1、图3、图4装置工作原理是：水箱在房顶的下面，当阳光照射在太阳能集热器上，太阳能集热体的温度高于水箱水温某一个数值，比如太阳能集热体的温度高于水箱水温8℃时，水泵才会启动，开始循环，经过阳光长时间加热，水箱水温接近太阳能集热体的温度时水泵自动停止，太阳能集热器中的水自动流回水箱2、由于节能的要求采用动力循环的太阳能集热系统设计时，采用的水泵的扬程和流量尽量小，即采用的水泵功率比较小，一般只是刚刚达到足够维持水流循环的水平，在阳光照射下，太阳能集热器中的热水上升，水泵只是起到热水上升后补充温度较低的水的作用，实际上在开始循环后太阳能加热形成热水上升构成了水流循环的主要动力3、对采用动力循环的太阳能集热系统来说同样可以采用截短循环管的方法、结构，即采用单边上下水的方法和结构基本上不会影响太阳能集热系统的效率。

我们的试验表明传统太阳能热水系统的太阳能集热器的进出水口的位置采用对角线原则至少不是普遍适用的，一般来说是不必要的，可能是认识的误区。对于非加热装置，采用对角线进出口可以使各部位压力均匀，单边进出口会形成水流死角，对于以太阳能为主要循环动力的太阳能集热器来说，单边进出口也不会形成水流死角，而对角线原则反而带来很多缺点和问题。

在太阳能集热系统中，水箱的热水进口与接近水箱热水进口的上汇集管的部位连接，水箱的冷水出口与接近水箱冷水出口的下汇集管的部位连接，不采用冷、热水进出口在太阳能集热器对角上的传统方法。

在太阳能集热系统中，水箱的热水进口与水箱的冷水出口不是连接在太阳能集热器的对角接口上。

上述太阳能集热系统是与原房顶共用结构层、保温层、防水层，与建筑一体化的太阳能房顶。

上述太阳能集热系统是与原房顶共用结构层、保温层、防水层，与建筑一体化的采用陶瓷太阳板为集热体的陶瓷太阳能房顶。

太阳能集热体包括金属平板太阳能集热体、陶瓷太阳板等，陶瓷太阳板全称黑瓷复合陶瓷太阳板，是以普通陶瓷为基体、以黑色陶瓷为表面阳光吸收层、中空、扁盒结构的陶瓷板。

上述太阳能集热系统是安装在平房顶上的太阳能集热系统，其太阳能集热器的底板是硅酸钙板或纤维水泥板或菱镁板，菱镁板也称作镁板。

附图说明：

图1表示在在平房顶1上安装的传统自然循环太阳能集热系统，水箱的热水进口与接近水箱热水进口的太阳能集热器中的上汇集管的右口连接，水箱的冷水出口与远离水箱冷水出口的太阳能集热器中的下汇集管的左口连接，即采用传统的对角线原则。

图2表示在平房顶1上安装的自然循环太阳能集热系统，水箱的热水进口与接近水箱热水进口的太阳能集热器中的上汇集管的部位连接，水箱的冷水出口与接近水箱冷水出口的太阳能集热器中的下汇集管的部位连接。

图3表示采用水泵循环的太阳能房顶，水箱的热水进口与接近水箱热水进口的太阳能集热器中的上汇集管的右口连接，水箱的冷水出口与远离水箱冷水出口的太阳能集热器中的下汇集管的左口连接，即采用传统的对角线原则。

图4表示采用水泵循环的太阳能房顶，水箱的热水进口与接近水箱热水进口的太阳能集热器中的上汇集管的部位即与上汇集管的右口连接，水箱的冷水出口与接近水箱冷水出口的太阳能集热器中的下汇集管的部位即与下汇集管的右口连接。

图中标记的说明：

1、平房顶  2、上汇集管  3.1-3.8管道温度传感器  4、太阳能集热体  5、进出气管  6、下循环管  7、水箱  8、水泵  9、上循环管  10、水平上循环管(上循环管的一部分)  11、纵向上循环管(上循环管的一部分)  12、下汇集管  13、纵向下循环管(下循环管的一部分)  14、水平下循环管(下循环管的一部分)  15、自然循环的上循环管  16、在平房顶1上安装的自然循环太阳能集热系统  40、水箱的冷水出口  50、水箱的热水进口

具体实施例：

1、在平房顶上安装太阳能集热器，采用角铁支架，倾角25度，斜面的横向(东西方向)长度10米，纵向(南北方向)长度6米，底板采用厚度10-12毫米的菱镁板或硅酸钙板或纤维水泥板，菱镁板或硅酸钙板或纤维水泥板是无机材料板，寿命长，强度高足以支持安装人员在板上行走、操作及保温材料、各种太阳能集热体、玻璃等的重量，在菱镁板四周安装壁厚2毫米高度120毫米的薄壁槽钢作为边框，在菱镁板上以适当间隔打孔，固定直径14毫米、高度120毫米的铁棒，铁棒上端套硅橡胶帽；在底板上依次铺设保温材料、太阳能集热体和上下汇集管，在边框和硅橡胶帽的顶上用搭接的方法铺设厚度3.2毫米的钢化玻璃板，将所有接缝用硅酮胶密封；水箱放在太阳能集热器下面东侧，低于下汇集管或者在平房顶下面，水箱的冷水出口与下汇集管的东口连接，水箱的热水进口与上汇集管的东口连接，水箱的冷水出口处有水泵，安装控制器，至此在平房顶上单边上下水的太阳能热水系统就安装完成了。

2、普通斜房顶由结构层、保温层、防水层构成，一般结构和施工过程是：普通斜房顶的结构层是100毫米厚的钢筋混凝土板，在钢筋混凝土板上铺设一层3公分水泥找平层，养护后铺贴一层防水层，在上面铺设200毫米厚珍珠岩水泥保温层，珍珠岩水泥保温层养护后铺设一层3公分水泥找平层，养护后在上面安装钢架，在钢架上挂瓦片。

太阳能房顶的结构和施工过程是：在建造100毫米厚钢筋混凝土板结构层时四周做高度120毫米，厚度60毫米的混凝土边框，在混凝土板上适当间隔预埋直径14毫米、高度120毫米的铁棒，或者打孔插入直径14毫米、高度120毫米的铁棒，铁棒上端套硅橡胶帽；在混凝土板上依次铺设保温材料、太阳能集热体和上下汇集管，在边框和硅橡胶帽的顶上用搭接的方法铺设厚度3.2毫米的钢化玻璃板，将所有接缝用硅酮胶密封；水箱放在房顶下面，水箱的冷水出口与下汇集管的一端连接，水箱的热水进口与上汇集管的一端连接，下汇集管的连接端与上汇集管的连接端在同一方向，水箱的冷水出口处有水泵，安装控制器，至此单边上下水的太阳能热水房顶就安装完成了。

3、如例1所述，太阳能集热体是陶瓷太阳板。

4、如例2所述，太阳能集热体是陶瓷太阳板。

Claims (5)

1.一种单边上下水的太阳能集热系统，其特征在于水箱的热水进口与接近水箱热水进口的上汇集管的部位连接，水箱的冷水出口与接近水箱冷水出口的下汇集管的部位连接，不采用冷、热水进出口在太阳能集热器对角上的传统方法。

2.根据权利要求1所述的太阳能集热系统，其特征在于所述的太阳能集热系统是与原房顶共用结构层、保温层、防水层，与建筑一体化的太阳能房顶。

3.根据权利要求1所述的太阳能集热系统，其特征在于所述的太阳能集热系统是与原房顶共用结构层、保温层、防水层，与建筑一体化的采用陶瓷太阳板为集热体的陶瓷太阳能房顶。

4.根据权利要求1所述的太阳能集热系统，其特征在所述的太阳能集热系统采用的太阳能集热体包括金属平板太阳能集热体、陶瓷太阳板，陶瓷太阳板全称黑瓷复合陶瓷太阳板，是以普通陶瓷为基体、以黑色陶瓷为表面阳光吸收层、中空、扁盒结构的陶瓷板太阳能集热体。

5.根据权利要求1所述的太阳能集热系统，其特征在所述的太阳能集热系统的太阳能集热器的底板是硅酸钙板或纤维水泥板或菱镁板，菱镁板也称作镁板。

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