CN103032912A - 一种太阳能集成朗肯-朗肯系统地板采暖装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了涉及一种新型地板采暖装置，该装置集成了太阳能集热系统、朗肯-朗肯循环系统，并利用锅炉进行辅助加热，属于太阳能光热利用、动力循环和暖通空调利用领域。其特点是蓄热水箱中热水主要由太阳能集热系统提供，当蓄热水箱低于一定温度时，启动锅炉进行辅助加热；蓄热水箱依次联接有机朗肯循环系统发生器和地暖盘管，实现了能源的梯级利用；膨胀机和压缩机是同轴联接结构，减少了机械能转化成电能的环节，有效地提高了机械能的转化效率；膨胀机侧冷凝器和压缩机侧蒸发器连接，利用回热循环提高了能源的利用效率；压缩机侧冷凝器和地暖盘管连接来实现供暖。该装置具有结构简单、节能效果显著、控制方便等优点。

Description

一种太阳能集成朗肯-朗肯系统地板采暖装置

技术领域

本发明属于太阳能光热利用、动力循环和暖通空调利用领域，特别涉及一种太阳能集成朗肯-朗肯系统地板采暖装置。

背景技术

多项统计数字表明，建筑物的能耗占当今世界全部总能耗的30%左右，是能源消耗的一个主要形式，而用于暖通空调的能耗又占建筑能耗的85%左右。随着能源危机的加剧和环境问题的日益凸显，最大限度地减少能量消耗，减少有害物质的排放，并充分利用可再生能源进行供暖与制冷已经成为现代建筑技术发展的基本趋势。随着人民生活水平的不断提高，人们对建筑采暖方式的舒适性提出了更好的要求。地板采暖不仅具有节能、舒适、健康等优点，而且可以充分利用各种低品位能源，是比较先进的采暖方式。

太阳能是一种巨大且用之不尽的能源，是人类可以利用的最丰富的资源，相对于其他能源来说，可谓取之不尽，用之不竭。随着太阳能行业的不断发展以及市场需求的不断增多，需要利用太阳能集热系统产生中低温热水的领域不断拓宽。利用太阳能集热系统进行采暖，市场需求大，技术可行，是太阳能行业拓展应用的一个典型方向。

然而，利用太阳能集热系统产生的热水直接进行地板采暖存在效率偏低的缺点。有机朗肯循环（ORC）利用低沸点的有机工质作为循环工质，在低温条件下可以获得较高的蒸汽压力，推动膨胀机转化为机械能，直接用来发电或者驱动压缩机等耗能机械，可以充分利用低品位热源。同时，热泵技术可以提高能源利用效率，节约能源。

发明内容

为了充分利用低品位能源及建筑地板采暖系统节能改造，本发明提出了一种新型地板采暖装置，该装置集成了太阳能集热系统和朗肯-朗肯循环系统进行地板采暖，并利用锅炉进行辅助加热。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种太阳能集成朗肯-朗肯系统地板采暖装置，包括太阳能加热和采暖系统，依次连接并构成有机朗肯循环的有机朗肯循环系统发生器、膨胀机、膨胀机侧冷凝器、循环工质泵、有机朗肯循环系统发生器；依次连接并构成回路的压缩机、压缩机侧冷凝器、节流阀、蒸发器、压缩机，所述膨胀机还与压缩机连接，所述蒸发器的输出端通过冷却塔与膨胀机侧冷凝器的输入端连接，蒸发器的输入端与膨胀机侧冷凝器的输出端连接；还包括有地暖盘管，所述有机朗肯循环系统发生器输出端通过循环水泵与地暖盘管的进口连接，压缩机侧冷凝器的输出端也与地暖盘管的进口连接，

所述太阳能加热和采暖系统输出端与有机朗肯循环系统发生器输入端连接，输入端与地暖盘管的出口连接，地暖盘管的出口还与压缩机侧冷凝器的输入端连接。根据各地能源价格分布，进行辅助加热的锅炉可以采用电加热锅炉、燃气锅炉或者生物质锅炉等各种形式的锅炉。压缩机侧冷凝器和地暖盘管联接，使热泵系统产生的热水提供给用户；膨胀机侧冷凝器和蒸发器通过冷却塔联接，冷却塔的作用是为了调节膨胀机侧冷凝器和蒸发器的热平衡。膨胀机侧冷凝器和蒸发器联接，以此来回收膨胀机侧冷凝器中的热量，提高了能源利用效率。

本发明引入了热量回收的概念，把膨胀机侧冷凝器和蒸发器联接，而且膨胀机侧冷凝器和蒸发器之间设置了冷却塔来调节两侧的热平衡，利用热泵系统来回收膨胀机侧冷凝器中的热量，提高了能源利用效率。

所述太阳能加热和采暖系统包括构成连接回路的太阳能集热器、太阳能集热器循环水阀门、蓄热水箱和太阳能集热器，与蓄热水箱并联连接有锅炉和锅炉循环水阀门，在蓄热水箱内设有热电偶，所述蓄热水箱的输出口与有机朗肯循环系统发生器连接，蓄热水箱的输入口与地暖盘管的出口连接。蓄热水箱依次联接发生器和地暖盘管，即蓄热水箱中的热水先提供发生器所需要的热量，然后再进入地暖盘管满足用户采暖需求，实现能源的梯级利用。

所述膨胀机采用联轴与压缩机连接。膨胀机和压缩机单元是同轴结构，减少了机械能转化成电能的环节，有效地提高了机械能的转化效率。

在地暖盘管的出口设有分水器，地暖盘管的进口设有集水器。

在所述发生器中采用环保有机工质R245fa作为循环工质。在发生器中，利用有机工质的低沸点特性，蓄热水箱提供的热量使有机工质变成高压蒸汽，推动膨胀机做功，从膨胀机出来的有机工质变成低压蒸汽，然后进入膨胀机侧冷凝器变成低压液体，经循环工质泵的提升进入发生器中完成有机朗肯循环。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明利用太阳能集热系统驱动有机朗肯循环产生机械能，再利用有机朗肯循环产生的机械能驱动热泵系统产生热水，进行地板采暖。蓄热水箱依次联接有机朗肯循环系统和地暖盘管，实现了能源的梯级利用，并利用回热循环提高了能源的利用效率，该装置具有结构简单、节能效果显著、控制方便等优点。

1把太阳能集热系统和朗肯-朗肯热泵系统集成起来进行地板采暖，大大提高了太阳能的利用效率，而且结构简单，控制方便。

2、膨胀机和压缩机是同轴联接结构，减少了机械能转化成电能的环节，有效地提高了机械能的转化效率。

3、有机朗肯循环系统采用R245fa作为循环工质，具有零臭氧破坏势、低温室效应势、毒性低、不可燃、热稳定性好等优点。

4、蓄热水箱依次联接有机朗肯循环系统发生器和地暖盘管，实现了能源的梯级利用。

5、把膨胀机侧冷凝器和蒸发器联接，利用热泵系统来回收膨胀机侧冷凝器中的热量，提高了能源利用效率。

附图说明

图1为本发明设备结构示意图；

附图标记说明：1、太阳能集热器，2、蓄热水箱，3、辅助锅炉，4、锅炉循环水阀门，5、太阳能集热器循环水阀门，6、热电偶，7、循环水泵，8、循环工质泵，9、发生器，10、膨胀机，11、联轴，12、压缩机，13、压缩机侧冷凝器，14、节流阀，15、蒸发器，16、膨胀机侧冷凝器，17、集水器，18、地暖盘管，19、分水器，20、冷却塔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

请参阅图1所示，一种太阳能集成朗肯-朗肯系统地板采暖装置，包括太阳能加热和采暖系统，依次连接并构成有机朗肯循环的有机朗肯循环系统发生器9、膨胀机10、膨胀机侧冷凝器16、循环工质泵8、有机朗肯循环系统发生器9；依次连接并构成回路的压缩机12、压缩机侧冷凝器13、节流阀14、蒸发器15、压缩机12，朗肯-朗肯系统由有机朗肯循环系统（循环9-10-16-8-9）和热泵系统（循环12-13-14-15-12）组成，将朗肯-朗肯循环系统应用于地板采暖也是本发明的主要创新点之一，膨胀机10还与压缩机12连接，蒸发器15的输出端通过冷却塔20与膨胀机侧冷凝器16的输入端连接，蒸发器15的输入端与膨胀机侧冷凝器16的输出端连接；还包括有地暖盘管18，有机朗肯循环系统发生器9输出端通过循环水泵7与地暖盘管18的进口连接，压缩机侧冷凝器13的输出端也与地暖盘管18的进口连接，太阳能加热和采暖系统输出端与有机朗肯循环系统发生器9输入端连接，输入端与地暖盘管18的出口连接，地暖盘管18的出口还与压缩机侧冷凝器13的输入端连接。

太阳能加热和采暖系统包括构成连接回路的太阳能集热器1、太阳能集热器循环水阀门5、蓄热水箱2和太阳能集热器1，与蓄热水箱2并联连接有锅炉3和锅炉循环水阀门4，在蓄热水箱2内设有热电偶6，蓄热水箱2的输出口与有机朗肯循环系统发生器9连接，蓄热水箱2的输入口与地暖盘管18的出口连接。

蓄热水箱2依次联接发生器9和地暖盘管18，即蓄热水箱2中的热水先提供发生器9所需要的热量，然后再进入地暖盘管18满足用户采暖需求，实现能源的梯级利用。

膨胀机10采用联轴11与压缩机12连接。膨胀机和压缩机单元是同轴结构，减少了机械能转化成电能的环节，有效地提高了机械能的转化效率。

在地暖盘管18的出口设有分水器19，地暖盘管18的进口设有集水器17。

在发生器9中采用环保有机工质R245fa作为循环工质。

如图1所示，本实施例的太阳能集成朗肯-朗肯系统地板采暖装置工作过程如下：打开太阳能集热器循环水阀门5，太阳能集热器1产生的热水储存在蓄热水箱2中，蓄热水箱2中装有热电偶6，蓄热水箱2中的热水主要由太阳能集热器1提供，当蓄热水箱2温度低于一定值时，启动锅炉3，打开锅炉循环水阀门4，开启锅炉3进行辅助加热。当太阳辐射强度低于一定值时，关闭集热器循环水阀门5，此时蓄热水箱2中的热水完全由锅炉3提供，保证了系统的稳定运行，满足全天候全热采暖需求。蓄热水箱2中的热水先进入有机朗肯循环系统发生器9中，在发生器9中，利用有机工质的低沸点特性，蓄热水箱2提供的热量使有机工质变成高压蒸汽，推动膨胀机10做功，从膨胀机10出来的变成低压蒸汽，然后进入膨胀机侧冷凝器16变成低压液体，经循环工质泵8的提升进入发生器9中完成有机朗肯循环，从发生器9流出的蓄热水箱中的热水再流进地暖盘管满足用户采暖需求。热泵压缩机12利用膨胀机10输出的动力，把低温低压有机工质蒸汽压缩成高温高压蒸汽，在压缩机侧冷凝器13中，高压蒸汽被冷凝成高压液体，高压有机工质液体经过节流阀14节流，变成低压液体，在蒸发器15中蒸发制冷变成低压蒸汽，最后进入压缩机12完成热泵循环，压缩机侧冷凝器13和地暖盘管18联接，使热泵系统产生的热水提供给用户。为了提高能源的利用效率，把膨胀机侧冷凝器16和蒸发器15联接，而且膨胀机侧冷凝器和蒸发器之间设置了冷却塔来调节两侧的热平衡，利用热泵系统来回收膨胀机侧冷凝器16中的热量。

本发明结构不局限于附图（实施例）所示结构。如系统的集热系统可以采用地热能、工业余热等地品位余热；太阳能加热和采暖工质除采用水外，还可用具有防冻功能的其它工质；可以添加温控器来实现辅助加热锅炉及对应阀门的自动开启和关闭，有机朗肯循环工质除采用R245fa外，还可以采用其他低沸点环保工质；膨胀机-压缩机单元除采用同轴联接，还可以采用联轴器联接。采用不同实施方法，系统结构会作相应改变，依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均属于本发明的保护范畴。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (5)

1.一种太阳能集成朗肯-朗肯系统地板采暖装置，其特征在于：包括太阳能加热和采暖系统，依次连接并构成有机朗肯循环的有机朗肯循环系统发生器（9）、膨胀机（10）、膨胀机侧冷凝器（16）、循环工质泵（8）、有机朗肯循环系统发生器（9）；依次连接并构成回路的压缩机（12）、压缩机侧冷凝器（13）、节流阀（14）、蒸发器（15）、压缩机（12），所述膨胀机（10）还与压缩机（12）连接，所述蒸发器（15）的输出端通过冷却塔（20）与膨胀机侧冷凝器（16）的输入端连接，蒸发器（15）的输入端与膨胀机侧冷凝器（16）的输出端连接；

还包括有地暖盘管（18），所述有机朗肯循环系统发生器（9）输出端通过循环水泵（7）与地暖盘管（18）的进口连接，压缩机侧冷凝器（13）的输出端也与地暖盘管（18）的进口连接；

所述太阳能加热和采暖系统输出端与有机朗肯循环系统发生器（9）输入端连接，输入端与地暖盘管（18）的出口连接，地暖盘管（18）的出口还与压缩机侧冷凝器（13）的输入端连接。

2.如权利要求1所述的太阳能集成朗肯-朗肯系统地板采暖装置，其特征在于：所述太阳能加热和采暖系统包括构成连接回路的太阳能集热器（1）、太阳能集热器循环水阀门(5)、蓄热水箱（2）和太阳能集热器（1），与蓄热水箱（2）并联连接有锅炉（3）和锅炉循环水阀门（4），在蓄热水箱（2）内设有热电偶（6），所述蓄热水箱（2）的输出口与有机朗肯循环系统发生器（9）连接，蓄热水箱（2）的输入口与地暖盘管（18）的出口连接。

3.如权利要求1所述的太阳能集成朗肯-朗肯系统地板采暖装置，其特征在于：所述膨胀机（10）采用联轴（11）与压缩机（12）连接。

4.如权利要求1所述的太阳能集成朗肯-朗肯系统地板采暖装置，其特征在于：在地暖盘管（18）的出口设有分水器（19），地暖盘管（18）的进口设有集水器（17）。

5.如权利要求1所述的太阳能集成朗肯-朗肯系统地板采暖装置，其特征在于：在所述发生器（9）中采用环保有机工质R245fa作为循环工质。

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