CN103994490A - 一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统 - Google Patents

一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统 Download PDF

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赵民
顾兆林
罗昔联
孟祥兆
季伟
薛洁
康维斌
王赞社
胡汪洋
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Abstract

本发明属于暖通空调技术应用领域,涉及局部采暖和系统节能过程,特别涉及一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统,该系统由太阳能集热单元、辅助热源、相变蓄热单元以及接触式采暖装置组成;所述其他辅助设备包括太阳能集热循环泵、辅助热源循环泵、采暖系统循环泵,可调式恒温混水阀,第一三通温控调节阀,第二三通温控调节阀,第三三通温控调节阀以及第四三通温控调节阀等。它充分利用太阳能资源,实现人体局部微环境的采暖和节能功能。

Description

一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统
技术领域
[0001] 本发明属于暖通空调技术应用领域,涉及室内热舒适度调节和系统节能过程,特别涉及一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统。
背景技术
[0002] 随着能源的日益短缺以及环境污染情况的加剧,节能、环保成已为我国经济发展新的支柱产业。目前,建筑总能耗占全国总能耗的19.74%,特别是采暖能耗,占建筑能耗的32.5%。但我国北方地区设有采暖的建筑还主要集中在城市,广大农村地区的土坯民居一般采用燃烧秸杆等生物燃料搭建火炕的方式作为取暖设施,而大量新建的乡村民居和很多乡镇民居室内只能采用烧煤取暖,甚至没有采暖设施,冬季室内环境恶劣。
[0003] 太阳能是一种清洁、环保的可再生能源,有效利用太阳能不仅可以缓解能源紧缺,而且还可以减少因燃用化石燃料等常规能源引起的环境污染。我国北方地区太阳能辐射分布非常丰富,但是由于冬季太阳能能源密度低,以及太阳能本身的间歇性和不稳定性,且受昼夜、季节以及多云阴雨天气等随机因素的影响,因此限制了太阳能技术在采暖方面的利用。
[0004] 太阳能蓄热技术利用蓄热材料的相变蓄热,可以有效的减小蓄积能量所需的容积,可以实现太阳能的充分和持续稳定利用,是解决这一问题的良好途径。
[0005] 借鉴“火炕”、“电热毯”的取暖原理,将热水直接通入人体接触的家居用品中,如床垫、脚垫、座垫和靠垫之中,依靠均匀的表面温度实现热的传导、辐射,获得舒适的局部取暖效果。接触式采暖的显著特点是人体接触的家居用品要求温度低,内部介质流速低,进出口的换热温差较小,一般只有2〜4°C,因此供暖介质的温度可以在30〜35°C之间,大大降低了供暖介质的温度要求,为低品位能源的利用提供了可行性。此外,接触式采暖装置提供的采暖区域是人长期停留的地方,因此供暖区域小,因此消耗的能源小,为冬季低品质能源的应用提供了便利。
[0006] 申请号为98237667.7的中国专利公开了一种与床垫相连的加热装置,这种电热水加热装置,将热水送至具有一定几何形状排列的管状部件和热交换容器的床垫中,其发明解决传统电热毯铺在床上有电流,形成悬浮电压,存在破坏人体白血球的风险。申请号为200810182301的中国专利公开了一种水热毯,该发明采用电加热的热水容器,容器上下开孔,并连接到塑料管盘成的床垫中。申请号为201310045353.9的中国专利公开了一种水热毯,该发明公布了一种水热毯的结构形式,该结构具有水阻力小,可折叠,不宜漏水的特点。申请号为:201220707404.0的中国专利公开了一种水热垫,该发明提供了一种具有自动电加热功能的热水床垫,并简要说明了热水床垫的布置形式。申请号201310720483的中国发明专利公布了一种应用于极端条件下的模块化太阳能蓄热系统,该发明通过太阳能电池板加热热水,并将热量存储在模块化的相变蓄热器中。申请号为201310708498.2的中国发明专利公布了一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调系统,该发明采用蓄热水池存贮太阳能热量,并采用热泵作为辅助。申请号为201010611919.6的中国专利公开了一种太阳能、热泵与毛细管网复合热水采暖制冷装置,该装置采用储热水箱来储存太阳能的能量,在水箱温度不足时,利用水源热泵来提升水箱的温度,这种装置对于太阳能的储存属于显热存储,储热水箱的体积较大。申请号为201320286376.4的中国专利公布了复合式主动相变蓄热采暖系统,该系统包括通过太阳能热水相变地板和和电加热相变地板两套供热系统。
[0007] 现有的接触式采暖的有关专利均将热水作为介质各种热水垫,并都是采用电作为加热源,是将人体直接近距离接触电的“电热毯”的提升和改变,是为了解决人体近距离接触电流所带来的隐患,太阳能蓄热方面的相关专利主要集中在将太阳能存贮在蓄热装置中。
发明内容
[0008] 本发明的目的在于解决上述现有技术中的问题,提出一种在冬季能充分利用有限的太阳能,实现蓄热的接触式采暖系统。
[0009] 为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:包括太阳能集热单元以及作为接触式采暖终端的热水床垫、热水脚垫、热水座垫以及热水靠垫;太阳能集热单元与用于存贮和释放热量的相变蓄热单元相连,相变蓄热单元将热量分别输送到热水床垫、热水脚垫、热水座垫以及热水靠垫,实现接触式采暖。
[0010] 所述的相变蓄热单元的入口处还连接有在太阳能集热单元的热量不能满足系统用量时的辅助热源。
[0011] 所述的太阳能集热单元和辅助热源与相变蓄热单元之间的回路上均设置有为各自循环回路提供动力的太阳能集热循环泵和辅助热源循环泵。
[0012] 所述的太阳能集热单元安装于屋面上,太阳能集热器采用平板式、热管式或者玻璃真空管式的太阳能集热器;辅助热源安装于室外,辅助热源可采用空气源热泵。
[0013] 所述的相变蓄热单元的出口处设置有为采暖循环提供动力的采暖循环泵。
[0014] 所述的相变蓄热单元安装于室内,相变蓄热单元内设置有蓄热管和取热管,蓄热管和取热管采用交错排列的方式均布在相变蓄热单元中。
[0015] 所述的热水床垫、热水脚垫、热水座垫以及热水靠垫内均设置有内径为2〜4_毛细管网。
[0016] 所述的热水床垫、热水脚垫、热水座垫以及热水靠垫内均填充有耐压材料,直接将热水充入,采用温度为30〜35°C的低温热水,实现低温热水接触式采暖。
[0017] 所述的相变蓄热单元的供热回路上设置有用于调节采暖供水温度的可调式恒温混水阀;可调式恒温混水阀的一个入口与相变蓄热单元供热侧的出口相连,可调式恒温混水阀的出口分别与热水床垫的入口、热水脚垫的入口、热水座垫的入口、热水靠垫的入口、可调式恒温混水阀的另一个入口以及相变蓄热单元供热侧的入口相连通。
[0018] 所述的热水床垫、热水脚垫、热水座垫以及热水靠垫的入口处分别设置有用于调节进水量的第一三通温控调节阀、第二三通温控调节阀、第三三通温控调节阀及第四三通温控调节阀;第一三通温控调节阀、第二三通温控调节阀、第三三通温控调节阀及第四三通温控调节阀的其中一个入口均与可调式恒温混水阀的出口相连通,另一个入口分别与各自的接触式采暖终端的出口相连通;第一三通温控调节阀、第二三通温控调节阀、第三三通温控调节阀及第四三通温控调节阀的出口分别与各自的接触式采暖终端的入口相连通。
[0019] 与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
[0020] 本发明利用现有成熟的太阳能热利用技术,在现有太阳能集热器温度下,利用相变蓄热技术以及接触式采暖装置的特性实现低品位能源的梯级利用和能量的二次分配,提高热量的利用效率。该系统首先,通过相变蓄热技术对太阳能进行充分利用和储存,有效地利用太阳能这种可再生清洁能源,获得稳定的热源供应;第二,冬季通过接触式采暖装置实现低温热水采暖;第三,通过可调式恒温混水阀,调节采暖供水温度,第四,通过三通温控调节阀,实现接触式采暖装置的温度调节。
附图说明
[0021] 图1是本发明的结构原理图。
[0022] 其中,I为太阳能集热单元;2为辅助热源;3为相变蓄热单元;4为热水床垫;5为热水脚垫;6为热水座垫;7为热水靠垫;8为太阳能集热循环泵;9为辅助热源循环泵;10为采暖循环泵;11为可调式恒温混水阀;12为第一三通温控调节阀;13为第二三通温控调节阀;14为第三三通温控调节阀;15为第四三通温控调节阀。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
[0024] 参见图1,本发明包括由太阳能集热单元1、相变蓄热单元3、辅助热源热水床垫4、热水脚垫5、热水座垫6以及热水靠垫7,并由管道和相对应的控制阀门相连组成冬季热源供应系统。
[0025] 太阳能集热单元I安装于屋面上,太阳能集热器采用平板式、热管式或者玻璃真空管式的太阳能集热器;辅助热源2安装于室外,辅助热源采用空气源热泵。
[0026] 相变蓄热单元3的入口处连接有太阳能集热单元I和辅助热源2。太阳能集热单元I和辅助热源2与相变蓄热单元3之间的回路上均设置有为各自循环回路提供动力的太阳能集热循环泵8和辅助热源循环泵9。
[0027] 相变蓄热单元3的出口处设置有为供热循环提供动力的采暖循环泵10 ;相变蓄热单元3安装于机房内,相变蓄热单元内设置有蓄热管和取热管,蓄热管和取热管采用交错排列的方式均布在相变蓄热单元3中。
[0028] 接触式采暖装置:热水床垫4、热水脚垫5、热水座垫6、热水靠垫7布置在房间内,接触式采暖装置内,可设置内径为2〜4_毛细管网,也可采用耐压材料直接将热水充入,低温热水温度为30〜35°C,实现接触式采暖。
[0029] 另外,本发明还设有用于调节采暖供水温度的可调式恒温混水阀11,实现采暖供水温度的调节;接触式采暖装置前设:第一三通温控调节阀12,第二三通温控调节阀13,第三三通温控调节阀14及第四三通温控调节阀15等均可根据接触式采暖装置的要求实现调节。
[0030] 具体的连接方式:
[0031] 太阳能集热单元I与相变蓄热单元3相连进行蓄热,或通过辅助热源2与相变蓄热单元3相连进行蓄热。相变蓄热单元3与接触式采暖装置:热水床垫4、热水脚垫5、热水座垫6、热水靠垫7连接,进行热量的释放。
[0032] 本发明的原理为:
[0033] 冬季,通过太阳能集热,蓄热,实现供暖的热源供应。具体的流程是:太阳能集热单元I出口的热水经太阳能集热循环泵8送入相变蓄热单元3,实现蓄热。相变蓄热单元3通过采暖循环泵10将存贮的热量送出。当相变蓄热单元3的热量不能满足系统用量时,通过辅助热源2为相变蓄热单元3蓄热。
[0034] 本发明的优点:
[0035] 本发明有效利用太阳能这种清洁能源,从太阳能的有效存贮,到末端低品位能源的高效使用来进行设计。充分考虑到太阳能的不稳定性,以及接触式采暖装置对热源温度要求不高的优势,利用太阳能集热单元采集热量,通过相变蓄热单元进行存贮以及供热,并通过阀门以及相应循环泵的配合工作,最终合理的使用太阳能资源,实现节能和采暖的功倉泛。
[0036] 以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统,其特征在于:包括太阳能集热单元(I)以及作为接触式采暖终端的热水床垫(4)、热水脚垫(5)、热水座垫(6)以及热水靠垫(7);太阳能集热单元⑴与用于存贮和释放热量的相变蓄热单元⑶相连,相变蓄热单元⑶将热量分别输送到热水床垫(4)、热水脚垫(5)、热水座垫(6)以及热水靠垫(7),形成供热回路,实现接触式米暖。
2.根据权利要求1所述的太阳能相变蓄能接触式采暖系统,其特征在于:所述的相变蓄热单元(3)的入口处还连接有在相变蓄热单元(3)的热量不能满足系统用量时的辅助热源⑵。
3.根据权利要求2所述的太阳能相变蓄能接触式采暖系统,其特征在于:所述的太阳能集热单元(I)和辅助热源(2)与相变蓄热单元(3)之间的回路上均设置有为各自循环回路提供动力的太阳能集热循环泵(8)和辅助热源循环泵(9)。
4.根据权利要求1或3所述的太阳能相变蓄能接触式采暖系统,其特征在于:所述的太阳能集热单元(I)安装于屋面上,太阳能集热器采用平板式、热管式或者玻璃真空管式的太阳能集热器,提供35~85°C低温热水;辅助热源(2)安装于室外,辅助热源采用空气源热泵,提供35~45 °C低温热水。
5.根据权利要求1、2或3所述的太阳能相变蓄能接触式采暖系统,其特征在于:所述的相变蓄热单元(3)的供热回 路的入口处设置有为采暖循环提供动力的采暖循环泵(10)。
6.根据权利要求5所述的太阳能相变蓄能接触式采暖系统,其特征在于:所述的相变蓄热单元(3)安装于机房内,相变蓄热单元内设置有蓄热管和取热管,蓄热管和取热管采用交错排列的方式均布在相变蓄热单元(3)中。
7.根据权利要求1所述的太阳能相变蓄能接触式采暖系统,其特征在于:所述的热水床垫(4)、热水脚垫(5)、热水座垫(6)以及热水靠垫(7)内均设置有内径为2~4_毛细管网。
8.根据权利要求1所述的太阳能相变蓄能接触式采暖系统,其特征在于:所述的热水床垫(4)、热水脚垫(5)、热水座垫(6)以及热水靠垫(7)内均填充有耐压材料,直接将热水充入,采用温度为30~35°C的低温热水,实现低温热水接触式采暖。
9.根据权利要求1、7或8所述的太阳能相变蓄能接触式采暖系统,其特征在于:所述的相变蓄热单元(3)的供热回路上设置有用于调节采暖供水温度的可调式恒温混水阀(11);可调式恒温混水阀(11)的一个入口与相变蓄热单元(3)供热侧的出口相连,可调式恒温混水阀(11)的出口分别与热水床垫⑷的入口、热水脚垫(5)的入口、热水座垫(6)的入口、热水靠垫(7)的入口、可调式恒温混水阀(11)的另一个入口以及相变蓄热单元(3)供热侧的入口相连通。
10.根据权利要求9所述的太阳能相变蓄能接触式采暖系统,其特征在于:所述的热水床垫(4)、热水脚垫(5)、热水座垫(6)以及热水靠垫(7)的入口处分别设置有用于调节进水量的第一三通温控调节阀(12)、第二三通温控调节阀(13)、第三三通温控调节阀(14)及第四三通温控调节阀(15);第一三通温控调节阀(12)、第二三通温控调节阀(13)、第三三通温控调节阀(14)及第四三通温控调节阀(15)的其中一个入口均与可调式恒温混水阀(11)的出口相连通,另一个入口分别与各自的接触式采暖终端的出口相连通;第一三通温控调节阀(12)、第二三通温控调节阀(13)、第三三通温控调节阀(14)及第四三通温控调节阀(15)的出 口分别与各自的接触式采暖终端的入口相连通。
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