CN104279610A - 太阳能供热系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能供热系统及其控制方法，其中，太阳能供热系统，包括太阳能集热器，所述太阳能集热器的供热出口连接有跨季相变蓄热器和供热终端，所述跨季相变蓄热器与所述供热终端连接。本发明提供的上述方案，采用了相变蓄能技术，摆脱了显热蓄能的局限，大大提高蓄热密度的同时达到了低热损、跨季储能的目的。建造、使用成本低，使用寿命长。

Description

太阳能供热系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及相变材料储能供热技术领域，尤其涉及一种太阳能供热系统及其控制方法。

背景技术

目前，跨季节蓄热技术主要有以下几类：人造水箱水体、砾石蓄热、土壤蓄热及地下含水层蓄热。人造水箱水体及砾石蓄热具有高热容，良好的蓄/释热性能，性能稳定、无环境污染等优点。人造水箱水体及砾石蓄热的方式，是将水或砾石存放与水箱内，但水箱保温工程困难，造价高昂，10000m³的人工水箱造价便高达千万元。土壤蓄热系统通常采用地埋管将热能存蓄到地下土壤中，该技术的优点是无需人造蓄热设备，造价相对低，但系统热损失高，所需蓄热容积大，对周围生态环境有影响，且对地质结构具有选择性，仅适用于岩石和饱和水土壤环境。利用地下天然含水层作为蓄热水箱，具有造价低的优点，但对地质环境要求苛刻，系统运行易出现塞井、腐蚀及霉菌等现象。以上跨季节蓄热技术由于技术或经济上的限制因素，很难推广。因此亟需开发新型高效经济的跨季节蓄能技术。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明提供一种太阳能供热系统及其控制方法，用以解决现有技术的不足。

本发明提供一种太阳能供热系统，包括太阳能集热器，所述太阳能集热器的供热出口连接有跨季相变蓄热器和供热终端，所述跨季相变蓄热器与所述供热终端连接。

本发明还提供一种太阳能供热系统控制方法，在供热过程中，控制太阳能集热器选择性对跨季相变蓄热器和/或供热终端供热。

本发明提供的上述方案，采用了相变蓄能技术，摆脱了显热蓄能的局限，大大提高蓄热密度的同时达到了低热损、跨季节储能的目的。建造、使用成本低，使用寿命长。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1为本发明实施例提供的太阳能供热系统原理图；

图2为本发明实施例提供的跨季相变蓄热器结构图；

图3为本发明实施例提供的多个跨季相变蓄热器连接的结构图。

附图标记说明：

1-容器；

2-上换热腔；

3-第一换热装置，30-第一换热器集联管，301-第一换热介质进口，302-

第一换热介质出口；

4-第二换热装置，40-第二换热器集联管，401-第二换热介质进口，402-第二换热介质出口；

5-上导流板；

6-太阳能集热器；

7-阀一；

8-阀二；

9-阀三；

10-阀五；

11-泵一；

12-膨胀罐；

13-阀十；

14-泵二；

15-阀六；

16-阀九；

17-备用热源；

18-采暖系统；

19-生活热水管路；

20-生活热水蓄热水箱；

21-阀七；

22-阀四；

23-阀八；

100-跨季相变蓄热器；

101-换热介质进口；

102-控制阀；

103-换热介质出口。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

图1为本发明实施例提供的太阳能供热系统原理图。如图1所示，本发明实施例提供的太阳能供热系统包括太阳能集热器6，太阳能集热器6的供热出口连接有跨季相变蓄热器100和供热终端，跨季相变蓄热器100与供热终端连接。

本发明提供的上述方案，采用了相变蓄能技术，摆脱了显热蓄能的局限，大大提高蓄热密度的同时降低了热损。建造、使用成本低，使用寿命长。

供热终端包括生活热水供水系统和/或采暖系统18。生活热水供水系统包括生活热水蓄热水箱20和与生活热水蓄热水箱20连接的生活热水管路19。采暖系统18包括连接至单户或多户的采暖管路，及与采暖管路连接的暖气片。

具体地，作为一种优选方式，太阳能集热器6的供热出口通过管路连接阀一7。阀一7的出口连接两个管路，其中一个管路连接阀二8，另一管路连接阀三9。阀三9的出口连接跨季相变蓄热器100，跨季相变蓄热器100的换热介质出口103连接三个管路，其中一个管路连接阀四22，另一管路连接阀五10，第三个管路连接阀六15。阀二8的出口连接三个管路，其中一个管路连接阀四22的出口，另一管路连接阀七21，第三个管路连接阀八23。阀七21的出口连接热交换管，热交换管位于生活热水蓄热水箱20内。阀八23的出口连接三个管路，一个管路与热交换管连接，另一管路连接阀九16，第三个管路连接阀十13。阀九16的出口通过管路连接采暖系统18，且在该管路上连接有备用热源17，备用热源17可以是电加热器。采暖系统18的出口通过管路与太阳能集热器6的进液口连接，且该管路上顺次连接泵二14、泵一11。在泵二14与泵一11之间的管路上还连接有膨胀罐12，膨胀灌12的安装位置并非唯一为图例所示。

上述结构的太阳能供热系统，根据阀与泵的运行情况的不同，具有多个工作模式，下面以表格进行说明各个工作模式。

1、太阳能集热器6直接用于生活热水及采暖

方案A：跨季相变蓄热器100不参与蓄热

方案B：跨季相变蓄热器100参与蓄热

2、蓄热模式

3、跨季相变蓄热器100提供生活热水及采暖

4、备用热源采暖或储能

注：阀二开为备用热源储能模式；阀二关为备用热源采暖模式。

实际使用中，如图2所示，跨季相变蓄热器，包括放置相变储能材料的容器1，容器1的上方设有上换热腔2，上换热腔2连接第一换热装置3。

本发明上换热腔用于放置换热介质，上述结构的跨季相变蓄热器具有换热效率高的优点。

本实施例在上述实施例的基础上，容器1的下方设有下换热腔，下换热腔连接第二换热装置4。

通过在容器的上下表面都设置换热装置，达到更好的换热效果。

本实施例在上述实施例的基础上，上换热腔2内设有上导流板5。

可选的，下换热腔内设有下导流板。

为保证容器中的相变储能材料上下表面均匀换热、避免死角、提高换热效率，上下换热腔内布置有导流板，导流板形成数个并行的流道，保证了换热介质流体的均匀分布。

本实施例在上述实施例的基础上，第一换热装置3包括第一换热器集联管30，第一换热器集联管30包括第一换热介质进口301和第一换热介质出口302，第一换热介质进口301设置在容器1的一侧，第一换热介质出口302设置在容器1的另一侧；和/或，

第二换热装置4包括第二换热器集联管40，第二换热器集联管40包括第二换热介质进口401和第二换热介质出口402，第二换热介质进口401设置在容器1的一侧，第二换热介质出口402设置在容器1的另一侧。

容器的两侧均设有第一换热器集联管和第二换热器集联管。本发明的跨季相变蓄热器通过太阳能集热系统进行热量储存，换热介质从一侧第一换热介质进口进入，流经上换热腔的第一导流板，从第一换热介质出口流出，同样的，设置在下方的换热介质从一侧第二换热介质进口进入，流经下换热腔的第二导流板，从第二换热介质出口流出，夹层中的相变储能材料吸收换热介质的热能进行存储。

本实施例在上述实施例的基础上，容器1为水平放置的矩形容器，和/或，容器1的高度不大于20厘米，优选为3-15厘米。容器1为塑料容器、普通钢容器或不锈钢容器。

对于以普通钢和不锈钢为材质的容器，容器的腔体内表面应避免焊缝及杂质，如有焊缝需打磨，使焊接处磨平，保证相变储能材料的稳定性。

本发明的相变储能材料为醋酸钠水合物，所述醋酸钠水合物的含水量为40-60wt%。含水量为40-60wt%的醋酸钠水合物属无机相变储能材料，具有卓越的跨季储能特性，还具有较高的储能密度（达167千瓦时每吨）、稳定的物性、可无限次重复利用等优点。同时醋酸钠水合物无毒无害、无污染、经济、操作方便，具有大规模推广的潜力。通过半导体激发装置或二氧化碳激发装置，可在需要时，主动激发醋酸钠水合物的结晶过程，释放回收热能。

通过本发明相变储能材料容器的设计和相变储能材料的含水量控制，能有效预防相变储能材料的凝聚和相分离现象，保证相变储能材料的稳定过冷，实现相变储能材料的长期稳定储能。采用上述的跨季相变蓄热器，可以使醋酸钠水合物实现一次性融化储能。在常温下相变储能材料可处于稳定过冷态，存储相变能长达一年之久而不会出现自发结晶和分相的现象。

如图3所示，根据对热能的实际需要，太阳能供热系统中可以包括至少两个跨季相变蓄热器100，且相邻的跨季相变蓄热器100彼此相连。

多个跨季相变蓄热器100堆积形成总储热能力较大的蓄热器，也可根据实际情况由多个跨季相变蓄热器平铺或上下叠加方式连接而成。上下叠加方式可以最大限度地利用现有空间。每个跨季相变蓄热器可独立进行储能和放热操作，因此系统具有很好的可放大性，可根据用户的供热需要，设计跨季蓄热设备的尺寸。

优选的，每个跨季相变蓄热器100的换热介质进口101设有控制阀102，也可以在换热介质出口103设置控制阀；还可以在跨季相变蓄热器100的外表面设有保温层。最大限度的降低显热损失。根据需要可在每个跨季相变蓄热器内或者每个跨季相变蓄热器组与组之间设置开关控制阀。实现每个跨季相变蓄热器的独立储能和放热操作，或组之间的独立工作，也可合并成一个组，协同工作，进行储能和放热操作。

本发明实施例还提供一种太阳能供热系统控制方法，在供热过程中，控制太阳能集热器选择性对跨季相变蓄热器和/或供热终端供热。

可采用上述太阳能供热系统实施该方法，具体工作过程参见上述描述。

在太阳能充裕的夏季，太阳能集热器6可以既为供热终端提供热量，也可以为跨季相变蓄热器100提供热量，使一部分热能储存于跨季相变蓄热器100内，以供在环境温度较低时，例如冬季，通过激发相变储能材料来释放热能。例如，在冬季，通过温度传感器获取太阳能集热器的供热量，此时太阳能集热器收集到的太阳能较少，则在太阳能集热器供热量（该热量可以用温度来表征，温度高则说明收集的热量多）小于预定值时，这个预定值可以是一个温度值，例如但不限于为30度，则此时说明太阳能集热器6收集到的热量不能满足需要，此时通过半导体激发装置的Peltier效应或二氧化碳冷却，激发跨季相变蓄热器内相变储能材料，使所述相变储能材料结晶释放热能，为供热终端供热。其释放的热能一般在50-60℃左右。

为了能够更好的对跨季相变蓄热器100内的相变储能材料进行储能，例如在太阳能集热器6内的温度与相变储能材料的温度的差值大于一定值时，对相变储能材料的充能才比较充分，才可以使相变储能材料充分的融化。则通过设置在太阳能集热器的温度传感器获取太阳能集热器的供热温度值，通过设置在跨季相变蓄热器内的温度传感器获取相变储能材料温度值，在供热温度值与相变储能材料温度值的差值大于预定温度值时，则对跨季相变蓄热器供热。预定温度值可以是3-15K。否则停止对相变储能材料的热量存储，或仅为供热终端供热。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种太阳能供热系统，包括太阳能集热器，其特征在于，所述太阳能集热器的供热出口连接有跨季相变蓄热器和供热终端，所述跨季相变蓄热器与所述供热终端连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述跨季相变蓄热器包括放置相变储能材料的容器；

所述容器的上方设有上换热腔，所述上换热腔连接第一换热装置；和/或，所述容器的下方设有下换热腔，所述下换热腔连接第二换热装置。

3.根据权利要求2所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述上换热腔内设有上导流板，所述下换热腔内设有下导流板。

4.根据权利要求2所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述第一换热装置包括第一换热器集联管，所述第一换热器集联管包括第一换热介质进口和第一换热介质出口，所述第一换热介质进口设置在所述容器的一侧，所述第一换热介质出口设置在所述容器的另一侧；和/或，

所述第二换热装置包括第二换热器集联管，所述第二换热器集联管包括第二换热介质进口和第二换热介质出口，所述第二换热介质进口设置在所述容器的一侧，所述第二换热介质出口设置在所述容器的另一侧。

5.根据权利要求2所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述容器为水平放置的矩形容器，和/或，所述容器的高度为3-15厘米。

6.根据权利要求2-5任一所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述相变储能材料为醋酸钠水合物，所述醋酸钠水合物的含水量为40-60wt%。

7.根据权利要求1-5任一所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述供热终端包括生活热水供水系统和/或采暖系统。

8.一种如权利要求1-7任一所述的太阳能供热系统的控制方法，其特征在于，在供热过程中，控制太阳能集热器选择性对跨季相变蓄热器和/或供热终端供热。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述控制太阳能集热器选择性对跨季相变蓄热器和/或供热终端供热，包括：获取所述太阳能集热器的供热量，在所述供热量小于预定值时，激发所述跨季相变蓄热器内相变储能材料，使所述相变储能材料结晶释放热能，为所述供热终端供热。

10.根据权利要求8或9所述的控制方法，其特征在于，所述控制太阳能集热器选择性对跨季相变蓄热器和/或供热终端供热，包括：获取所述太阳能集热器的供热温度值和所述跨季相变蓄热器内相变储能材料温度值，在所述供热温度值与相变储能材料温度值的差值大于预定温度值时，对所述跨季相变蓄热器供热。