CN103225835A - 计算机控制的自限温复合储能地面集中供暖系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算机控制的自限温复合储能地面集中供暖系统，其中，复合储能地面从上至下分别为地面装饰层、找平层、绝热层、结构层；在找平层中铺设铁丝网；在找平层中铺设加热电缆和相变储能槽，在相变储能槽内设袋装相变储能材料，加热电缆置于铁丝网上，其铺设的方式为平面的往复螺旋形；在高度方向上，相变储能槽设在找平层上部与地面装饰层接触的位置；在水平面上，相变储能槽设在加热电缆的管路的空档位置。采用上述技术方案，一次性投资低，实现了自动化控制，无区域限制，免于维护，事故率低；全谷期用电、非谷期中断负荷，节约能源、节约供暖费用。

Description

计算机控制的自限温复合储能地面集中供暖系统

原案申请号：2011100765724

原案申请日：2011年3月29日

技术领域

本发明属于建筑供暖系统的技术领域。具体地说，本发明涉及计算机控制的自限温复合储能地面集中供暖系统。

背景技术

地面辐射供暖是一种健康卫生条件和舒适标准都比较高的供暖方式。近30年来在欧美、日、韩等国大量采用，几乎各类建筑物都有应用的实例，而且使用效果较好。近几年来，我国也逐步推广采用地面辐射供暖，相应的一些标准和规程相继出台。而且，在多种供暖方式中，地面辐射供暖已逐步成为主要供暖方式。

由于能耗和热效率存在较大的差异，地面辐射供暖又分为以水或电为热媒并延伸多种供热类型，同时，不同地区的区域条件、维护条件及事故率等其他一些约束条件的应用差异，制约着该方式的健康发展。

随着国际低碳节能减排的压力的增大，国家法规及政策对绿色低碳环保节能建筑的提出了更严格要求。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供计算机控制的自限温复合储能地面集中供暖系统，其目的是提高供暖的效率，降低能源消耗和供暖费用支出。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明所提供的计算机控制的自限温复合储能地面集中供暖系统，用于建筑物的地面辐射供暖，所述的集中供暖系统中设置计算机网络控制系统，所述的计算机网络控制系统通过数据线路连接供暖网站、采暖服务器、网络控制器、数据交互机、室内外温度控制器、各用户终端的复合储能地面形成智能控制系统。

所述的计算机网络控制系统对谷期用电、地面辐射供暖质量、用电负荷特性、用电行为实现集中智能控制。

所述的计算机网络控制系统进行：授权许可申请；报表统计及分析；数据存储及备份；远程监视；入网校验；操作历史记录。

所述的复合储能地面从上至下分别为地面装饰层、找平层、绝热层、结构层；在所述的找平层中铺设铁丝网，在所述的找平层中铺设加热电缆和储能管，所述的加热电缆和储能管置于所述的铁丝网上。

所述的加热电缆和储能管水平相隔一定距离并列布置，其铺设的方式为平面的往复螺旋形；所述的加热电缆为自限温加热电缆。

所述的加热电缆和储能管并列相连布置，构成复合管，其铺设的方式为平面的往复螺旋形；所述的加热电缆为自限温加热电缆；所述的复合管为自限温电热相变储能管。

所述的储能管为两根，所述的加热电缆为一根，其中一根储能管为自限温电热储能管，另一根储能管为相变储能管，所述的加热电缆为自限温加热电缆，所述的自限温电热储能管与所述的限温加热电缆并列相连，构成复合管，所述的复合管与所述的相变储能管水平相隔一定距离并列布置，其铺设的方式为平面的往复螺旋形。

所述的集中供暖系统控制全部为电网谷期用电。

在所述的找平层中铺设加热电缆和相变储能槽，在所述的相变储能槽内设袋装相变储能材料，所述的加热电缆置于所述的铁丝网上，其铺设的方式为平面的往复螺旋形；在高度方向上，所述的相变储能槽设在所述的找平层上部与所述的地面装饰层接触的位置；在水平面上，所述的相变储能槽设在所述的加热电缆的管路的空档位置。

在所述的找平层中铺设加热电缆、水管和相变储能槽，在所述的相变储能槽内设袋装相变储能材料，所述的加热电缆和水管置于所述的铁丝网上，所述的加热电缆和水管相隔一定距离并列布置，其铺设的方式为中间相交于一点的平面的往复螺旋形；在高度方向上，所述的相变储能槽设在所述的找平层上部与所述的地面装饰层接触的位置；在水平面上，所述的相变储能槽设在所述的加热电缆与水管管路之间的空档位置。

在所述的找平层中铺设复合管和相变储能槽，在所述的相变储能槽内设袋装相变储能材料，所述的复合管置于所述的铁丝网上，其铺设的方式为平面的往复螺旋形；在高度方向上，所述的相变储能槽设在所述的找平层上部与所述的地面装饰层接触的位置；在水平面上，所述的相变储能槽设在所述的复合管的管路的空档位置；所述的复合管为自限温水电两用自冷热水管。

本发明采用上述技术方案，一次性投资低，实现了自动化控制，无区域限制，免于维护，事故率低；全谷期用电、非谷期中断负荷，节约能源、节约供暖费用，对国家电网的社会效益优于以水为热媒的热泵系统，更胜于其它各种的供暖方式。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明实施例一的结构示意图；

图3为图2所示结构的俯视平面布置图；

图4本发明中实施例二的结构示意图；

图5为图4所示结构的俯视平面布置图；

图6为本发明实施例三的结构示意图；

图7为图6所示结构的俯视平面布置图；

图8为本发明实施例四的结构示意图；

图9为图8所示结构的俯视平面布置图；

图10为本发明实施例五的结构示意图；

图11为图10所示结构的俯视平面布置图；

图12为本发明实施例六的结构示意图；

图13为图12所示结构的俯视平面布置图。

图中标记为：

1、地面装饰层，2、找平层，3、加热电缆，4、铁丝网，5、绝热层，6、结构层，7、储能管，8、计算机网络控制系统，9、复合蓄能地面，10、复合管，11、袋装相变储能材料，12、相变储能槽，13、水管，14、网络控制器，15、数据交互机，16、室内外温度控制器。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1至图13所表达的本发明的结构，本发明为计算机控制的自限温复合储能地面集中供暖系统，用于建筑物的地面辐射供暖。

本发明为了实现提高供暖的效率，降低能源消耗和供暖费用支出的发明目的，采取了以下技术方案：

本发明所述的集中供暖系统中设置计算机网络控制系统8，所述的计算机网络控制系统8通过数据线路连接供暖网站、采暖服务器、网络控制器14、数据交互机15、室内外温度控制器16、各用户终端的复合储能地面9形成智能控制系统。

计算机网络控制系统是本发明的重要发明点。

上述的计算机网络控制系统8对谷期用电、地面辐射供暖质量、用电负荷特性、用电行为实现集中智能控制。

另外，上述的计算机网络控制系统8计算机网络控制系统的主要功能：

授权许可申请；报表统计及分析；数据存储及备份；远程监视；入网校验；操作历史记录。

在地面辐射供暖方式中，代表先进综合技术及产品，以“全谷期用电、自限温储能地面、辐射供暖综合应用技术，计算机网络集中分户控制、潜显热复合储能”，高效、节能、节费，正在受到国家和各类用户的重视和青睐，其余单一供暖应用技术皆无法与之相比较。

而其中“自限温复合储能地面计算机集中供暖系统”，无论是在一次性投资，还是在自动化控制、无区域限制、免维护、零事故率、全谷期用电、非谷期100%中断负荷、节能节费，并对国家电网、社会效益的贡献等方面，都优于以水为热媒的热泵先进供暖节能技术（四季恒温例外），更胜于其它所有的供暖方式。

自限温复合蓄热地面的计算机集中供暖系统，具有利用谷期电能、电采暖群组计算机集中供热、分户控制的功能，自限温储能地面辐射供暖、自限温加热电缆，主要作用是：

利用建筑本体和混凝土地面进行显热蓄能，结合被灌装埋设在该地面、能满足供热条件的相变潜热储能材料，通过高科技智能产品“地面辐射供暖专用自限温加热电缆”，100%地电热转化等温储热补充，形成无级自调、自动补偿储能地面、整体或局部利用谷期电能进行电热复合蓄能，以及非谷期100%可以中断用电负荷特征，进行计算机网络集中供热、分户控制。

本发明可节能30%以上，节费50%以上，两项合计节费达80%以上，并产生不可估量的社会效益。

本发明的用户终端构造如下述：

图2、图4和图6中所述的复合储能地面9从上至下分别为地面装饰层1、找平层2、绝热层5、结构层6；在所述的找平层2中铺设铁丝网4，在所述的找平层2中铺设加热电缆3和储能管7，所述的加热电缆3和储能管7置于所述的铁丝网4上。

具体有以下三个实施例：

实施例一，谷期用电自限温潜显热复合储能地面辐射供暖方式：

如图2和图3所示，本发明所述的加热电缆3和储能管7水平相隔一定距离并列布置，其铺设的方式为平面的往复螺旋形；所述的加热电缆3为自限温加热电缆。

实施例二，全部谷期用电自限温潜显热储能地面辐射供暖方式：

如图4和图5所示，本发明所述的加热电缆3和储能管7并列相连布置，构成复合管10，其铺设的方式为平面的往复螺旋形；所述的加热电缆3为自限温加热电缆；所述的复合管10为自限温电热相变储能管。

实施例三，全部谷期用电自限温潜显热复合储能地面辐射供暖方式：

如图6和图7所示，本发明所述的储能管7为两根，所述的加热电缆3为一根，其中一根储能管7为自限温电热储能管，另一根储能管7为相变储能管，所述的加热电缆3为自限温加热电缆，所述的自限温电热储能管与所述的限温加热电缆并列相连，构成复合管10，所述的复合管10与所述的相变储能管水平相隔一定距离并列布置，其铺设的方式为平面的往复螺旋形。

更进一步地，采用潜、显热复合的结构，具体有以下三个实施例。在以下的各实施例中，所述的复合储能地面9从上至下分别为地面装饰层1、找平层2、绝热层5、结构层6；在所述的找平层2中铺设铁丝网4。

实施例四，潜、显热复合蓄能地面辐射供暖技术方案：

如图8和图9所示，在所述的找平层2中铺设加热电缆3和相变储能槽12，在所述的相变储能槽12内设袋装相变储能材料11，所述的加热电缆3置于所述的铁丝网4上，其铺设的方式为平面的往复螺旋形；在高度方向上，所述的相变储能槽12设在所述的找平层2上部与所述的地面装饰层1接触的位置；在水平面上，所述的相变储能槽12设在所述的加热电缆3的管路的空档位置。

实施例五，自限温潜、显热复合蓄能地面辐射供暖、供冷（即加热电缆与冷热水管分立布置）的技术方案：

如图10和图11所示，在所述的找平层2中铺设加热电缆3、水管13和相变储能槽12，在所述的相变储能槽12内设袋装相变储能材料11，所述的加热电缆3和水管13置于所述的铁丝网4上，所述的加热电缆3和水管13相隔一定距离并列布置，其铺设的方式为中间相交于一点的平面的往复螺旋形；在高度方向上，所述的相变储能槽12设在所述的找平层2上部与所述的地面装饰层1接触的位置；在水平面上，所述的相变储能槽12设在所述的加热电缆3与水管13管路之间的空档位置。。

实施例六，自限温潜、显热复合蓄能地面辐射供暖、供冷（即电加热与冷热水复合管）的技术方案：

如图12和图13所示，在所述的找平层2中铺设复合管10和相变储能槽12，在所述的相变储能槽12内设袋装相变储能材料11，所述的复合管10置于所述的铁丝网4上，其铺设的方式为平面的往复螺旋形；在高度方向上，所述的相变储能槽12设在所述的找平层2上部与所述的地面装饰层1接触的位置；在水平面上，所述的相变储能槽12设在所述的复合管10的管路的空档位置；所述的复合管10为自限温水电两用自冷热水管。

采用上述布置方式，使得热量（或冷量）分布更均匀，储能材料的吸收和散热效果更好。相变储能材料11设在发热材料的上方，有利于其吸热；相变储能材料11直接与地面装饰层1接触，热量利用效果很好。

地面辐射供暖用的自限温加热电缆采用中国专利ZL200420109303.9提供的专利技术，该专利技术为具有PTC功能的无级自调、自补偿新一代唯一带状智能的产品。

自限温（自调控、自控温、变功率）加热带（加热电缆、发热电缆），其发热元件是由具有“PTC”效应（即电阻正温度系数效应）的纳米导电高分子特种或普通复合材料构成、挤包在两股平行导电线芯之间形成的带状器件。该发热元件可随温度的变化而自动调整输出功率，当温升至某一温度时，其电阻趋向于无穷大，输出功率近似于零，因此具有良好的记忆特性和开关特性。

上述加热带的特点：

1、加热带相应地随被加热体系温度的变化具有自动调节输出功率的特点，因此不会因自身发热而导致过热烧毁，却能因实际需要热量自行补偿，因此在地面辐射供暖中，施工过程可以交叉重叠，任意剪断或一定范围内接长使用，隔热包裹，辐射地面可以覆盖甚至可以敷设地毯。

2、低温快速起动，温度均匀，按产品温度等级或技术指标，温度升高自动限温，全部或局部皆可因其被伴热处的温度变化而自动调节，无需增设控温装置。也可以满足高密度设置，而不会导致温度过高。

3、安装简便、维护简单，交直流两用，宽幅工作电压，双屏蔽100%抗电磁波，适应面广，自动化水平高，免维护。

随着节能、环保、生态技术的应用开发的需求，特别是相变储能材料的包复技术较为复杂且成本较高，可以同时提供冷和热源，以及利用地面调温应用技术的开发应用，迫切需要终端应用技术或产品。

集自控电热节能产品和技术以及PE-RT耐热管应用技术，适合多种（冷）热源，地面（相变储能）辐射、供热、制冷、空调用自控温电热储能复合管及其应用技术结合节能、减排、安全环保、生态健康的新材料、新技术、新产品的综合应用，解决了以“灌装”技术替代“包复”技术，简单、便宜，可重复性更新等诸多优点。

相变储能材料：

相变调温调湿材料经非包复的特别灌装敷设应用技术，宽幅的相变调温范围（50℃/30℃）分时储能，定时停电，可控放热、节能调温，当用于冷热分储、添加调湿材料，增设调湿防结露功能。

相变潜热储能：可以在恒定温度下提供高能量密度，其基本原理是：利用物质发生相态变化吸收或释放热量而进行储、放热，

相变潜热储能特点是：

1、储热密度大；

2、储放热过程是在恒温或近于恒温条件下，因相变材料与热源的温差或与环境温差变化下进行；

3、储、放热的速率具有可控性，限制辐射地面不会出现温度过高现象，也不会出现温度过低现象。

4、“相变储能材料”是实现相变储热的介质，储放能量、调节温度的过程不需任何外加动力，只要环境温度与相变储能材料的温度之间存在直接或间接温差就能发生。

综上所述，利用潜热储能的相变储能材料成为近年来国内外在能源利用和材料科学方面开发研究的热点之一。将相变储能材料和普通建筑材料相复合，就是为满足国家建筑节能65%新标准而进行的应用开发的成果，它具有储能密度大、效率高以及在近似恒定温度下吸热与放热等优点，可用于储能和温度控制，有望作为开发低能耗、甚至零能耗建筑。

相变储能材料在实际应用中，分为主动方式和被动方式两种。

相变储能材料作用的主动方式，是利用自然界的昼夜温差和季节温差，直接吸收自然界的冷能和热能并储存起来，在适宜的时候进行释放，从而调节环境温度。而人为的为相变储能材料增加辅助能源，例如，将某段时间内富余的能量（如：低谷电）用相变储能材料储存起来，而不致于浪费掉。这样达到充分而高效利用电能，实现节能的目的，就是相变储能材料应用的被动方式。而“自限温储能地面辐射供暖”则为相变储能的被动方式之一。

建筑本体及混凝土地面具有显热储能功效。

所谓“显热”，是指随该建筑本体或砼地面材质的（体积、质量）比重及温度的升降进行变化，吸热储能，温度升高；热能释放，温度降低。在地面辐射供暖时，根据GB规程地面升温范围是25～30℃，相应室内温度可以达到16～22℃。当用电谷期8小时通电蓄热完成后停电，尚有16小时需维持在采暖标准温度内。随着建筑围护结构的热能损耗，储存在建筑本体及地面中的显热储能将缓慢释放，上述的建筑本体及混凝土地面的显热储能，仅能维持80～90%热能需求。因此需要足够的储热量满足100%非谷期停电需求。

而一定量的“潜热”相变储能材料，通过设在混凝土地面内的复合管或复合结构，形成复合储能地面进行潜热相变恒温储能补充（≤30℃）。地面因显热储能的释放温度将缓慢降低，当地面温度接近相变温度时，则地面温度将稳定释放潜热储能，维持供暖定温。

建筑整体或局部热（冷）辐射地面，结合自限温加热电缆和相变潜热储能材料及自身的显热储能组合为复合储能输能地面的多功能、一体化，利用计算机软件编制程序，利用节能理想程序进行网络化集中控制，无需再建热电厂和敷设输送管道，免维护、省时、节约投资，满足现代化的城乡高速发展的需求，特别是给无集中供热条件的新区开发、农村城镇化建设的快速发展，提供了一条综合配套设施的可行性方案。

储能相变材料的相变温度范围（25℃～30℃）和相变焓为140～200的大小、材料价格高低的选择，与辐射供暖地面表面温度有关采暖定温，根据同标最高与最低应为16℃～25℃，一般取18±2℃，故辐射供热地面表面温度为20℃～30℃。

显热、潜热储能值的维持采暖时间的长短测算：

当设定谷期用电室内地面表面温度升至28℃时，室温维持可达25℃左右，与室外温差29℃；当停电后地面温度缓慢下降至25℃左右，室内温度仍维持在17℃左右，与室外温差23℃，以上全过程中热能释放程序是：

1、当地表温度与环境温度产生温差时，地面温度若高于相变温度，则建筑本体及地面显热释放能量来维持室温，地面温度降低与室温逐步缓慢降低。

2、当地表温度降至等于相变温度时，潜热释放能量，维持地表温度不变，故室温也不变。

3、当潜热释放完毕，完成相变，并反向重复。

4、当潜热释放完成后，建筑本体和地面又进入显热释放，则地面表面温度缓慢下降，室温缓慢下降。当室温下降至最低采暖室温时，（显、潜）热量释放时间应能维持达16小时以上时，又进入谷期储能阶段的开始，周而复始。谷期用电时间为8小时，即每日的23时始至次日的上午7时止。

显、潜热储能及释放时效的原则及测算：

建筑本体与辐射供热地面显热储能释放补偿的测算：建筑本体的储能主要是指混凝土框架及围护结构。由于其并不是直接辐射供热体，其温度及储能密度较低，储能量较少，主要是对外释放能量维持室温的作用。对室温及围护结构供热的是设有自限温加热带和载有相变潜热储能材料的混凝土地面，因此，以建筑的混凝土地面作为显热储能材料的本体和相变潜热储能的载体。

谷期用电，非谷期100%（停电）无补偿用电的可行性取决于谷期8小时内必须有满足16小时的能量补偿，维持室温在16～25℃范围内的热能提供，故对“自限温加热电缆”的用量或米功率要求满足上述要求，同时应又受到地面表面温度≤30℃的约束，因此“自限温加热带”是唯一能满足上述条件的带状恒温电热器件。

建筑本体辐射地面谷期用电显热储能释放时效，可以满足90%以上的、可中断用电负荷的储能释放供热。在此基础上，现在又增加相变潜热储能材料，对相变材料的相变温度点（范围）及用量进行设计和工程验证。由于选择正确，可以满足20%以上，储能释放补偿完全可以达到100%非谷期中断负荷供热。由于显热、潜热储能结合为辐射地面的一体化的结构，其储放行为是统一有序和受控的。因此，本发明是完全可以满足全谷期用电这一节能条件的，并且是当前国内外最先进的节能供暖技术之一，它将产生巨大的社会影响和社会效益。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种计算机控制的自限温复合储能地面集中供暖系统，用于建筑物的地面辐射供暖，所述的集中供暖系统中设置计算机网络控制系统（8），所述的计算机网络控制系统（8）通过数据线路连接供暖网站、采暖服务器、网络控制器（14）、数据交互机（15）、室内外温度控制器（16）、各用户终端的复合储能地面（9），形成智能控制系统；

其特征在于：

所述的复合储能地面（9）从上至下分别为地面装饰层（1）、找平层（2）、绝热层（5）、结构层（6）；在所述的找平层（2）中铺设铁丝网（4）；在所述的找平层（2）中铺设加热电缆（3）和相变储能槽（12），在所述的相变储能槽（12）内设袋装相变储能材料（11），所述的加热电缆（3）置于所述的铁丝网（4）上，其铺设的方式为平面的往复螺旋形；在高度方向上，所述的相变储能槽（12）设在所述的找平层（2）上部与所述的地面装饰层（1）接触的位置；在水平面上，所述的相变储能槽（12）设在所述的加热电缆（3）的管路的空档位置；

所述的计算机网络控制系统（8）对谷期用电、地面辐射供暖质量、用电负荷特性、用电行为实现集中智能控制。

2.按照权利要求1所述的计算机控制的自限温复合储能地面集中供暖系统，其特征在于：所述的计算机网络控制系统（8）控制的内容包括：授权许可申请；报表统计及分析；数据存储及备份；远程监视；入网校验；操作历史记录。

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