CN104296229B - 一种分离式太阳能热管供暖供热水装置及其方法 - Google Patents
一种分离式太阳能热管供暖供热水装置及其方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种分离式太阳能热管供暖供热水装置及其方法，包括真空管集热器、储热水箱和分离式热管，储热水箱位于阳台，内设夏季水位线，底部接有补水管和生活热水管；分离式热管的蒸发段和分离式是分开的，分离式热管蒸发段和冷凝段通过蒸汽上升管和液体下降管连通，形成自然循环回路，分离式热管蒸发段置于水箱夏季水位线的上方，分离式热管冷凝段嵌入内墙中，进行供暖。本装置采用分离式热管有效解决长距离无动力传热问题，分离式热管直接作为散热末端，传热能力高效并实现了太阳能与建筑一体化。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能供暖技术领域，具体涉及一种分离式太阳能热管供暖供热水装置及其方法。
背景技术
太阳能是建筑上具有很大利用潜力的清洁能源。建筑能耗中，采暖及生活热水需求是低品位热能，通过采用适宜的技术手段，完全可以利用太阳能来满足。太阳能低温辐射供暖系统是一种较为有效的太阳能供暖技术。建筑能耗占了社会总能耗的30 %，而在北方地区，采暖能耗更是占了建筑能耗的40 %左右。夏热冬冷地区同寒冷及严寒地区一样，冬季有采暖需求。寒冷地区采用集中供热的方式供暖，而夏热冬冷地区通常采用单体空调来承担建筑采暖热负荷。近年来，国家在大力发展建筑节能事业，建筑的保温技术发展迅速，建筑的节能水平在不断提高，冬季建筑的采暖热负荷正在逐渐下降，使得利用太阳能供暖成为了可能。
发明内容
本发明的目的是针对传统太阳能建筑供暖系统依赖热水环路，循环水泵消耗电能量大的问题，提出一种分离式太阳能热管供暖供热水装置及其方法。将供暖末端与墙体结合，实现墙体辐射供暖，通过墙体的辐射与对流换热进行室内供暖。本发明利用分离式热管自然循环的特性，无动力输送热量，即可满足供暖和供热水需求。
本发明的技术方案是：
一种分离式太阳能热管供暖供热水装置，它包括真空管集热器、储热水箱和分离式热管；
所述真空管集热器安装在南向阳台，它的出水、进水口分别连接储热水箱的热水口和冷水口；
储热水箱位于阳台，水箱内设有夏季水位线，所述储热水箱底部接有补水管和生活热水管，所述的补水管连接外部水源，生活热水管连接需要用热水的设备，提供生活热水；
分离式热管包括蒸发段、蒸汽上升管、冷凝段和液体下降管，蒸发段和冷凝段是分开的，蒸发段和冷凝段通过蒸汽上升管和液体下降管连通，形成自然循环回路，蒸发段置于水箱夏季水位线的上方，冷凝段嵌入内墙中，进行供暖。
本发明的分离式热管的冷凝段的位置高于蒸发段。
本发明的分离式热管的蒸发段和冷凝段均由多根支管并联而成，支管外均设有肋片。
本发明的分离式热管的冷凝段分多个支管均嵌入内墙，平行排列于墙体中。
本发明的真空管集热器的集热板可兼作遮阳板。
一种分离式太阳能热管供暖供热水方法，应用分离式太阳能热管供暖供热水装置，夏季时：通过储热水箱底部的补水管和生活热水管对箱体内的水位进行控制，保持在夏季水位线以下，使得分离式热管的蒸发段置于水箱夏季水位线的上方，分离式热管供暖功能未启动，仅由真空管集热器对水进行加热，存储在储热水箱供生活使用；
冬季时：通过储热水箱底部的补水管和生活热水管对箱体内的水位进行控制，保证水位远超过夏季水位线，使得分离式热管蒸发段完全置于水里，分离式热管内的工质受热蒸发，气体通过蒸汽上升管流通至冷凝段冷凝放热，将热量传至内墙，实现供暖；同时，气体冷凝成液体后通过液体下降管回流至蒸发段，形成自然循环回路。
本发明中，冬季时：储热水箱内的热水也能够供生活使用。
本发明的气体通过蒸汽上升管流通至冷凝段冷凝放热，通过肋片将热量传至内墙，实现供暖。
本发明的有益效果：
本发明的热源为清洁、可再生的太阳能，其来源充足，取之不尽，用之不竭。
本发明的热管作为集、传热元件，热阻小，导热能力强，依靠结构特点（自然循环），可无动力输送热量。
本发明的热管内工质，一旦受热达到工作温度即蒸发，而且在较低的温度下即可立即汽化。其不仅有快速启动性能，而且具有良好的低温启动性能，同时还有很强的防冻性能。
本发明的热管具有单向导热性使其只允许热流向一个方向流动，分离式热管蒸发段源源不断地将储热水箱中的热量输送至冷凝段，及时高效。
本发明的分离式热管适应长距离输送，散热末端与内墙结合，冷凝段嵌入墙内，与建筑一体化。夏季提供生活热水；冬季供暖，内墙可同时提升两个房间的温度。
本发明的蒸发段和冷凝段可分离，对安装要求低。蒸发段、冷凝段位置可根据用户需求放置，可灵活安装。
本发明中，将热管布置在墙体内部，与地板辐射供暖系统相比，有与家具的布置相互影响小，且热管的倾角可按最高传热效率布置、对室内空气的扰动小等优点。
本发明的系统具有不影响房间使用面积、不减小房间层高、不增加楼板荷载等一系列优点，能够实现以超低能耗取得较满意的室内热环境的最终目标。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的右剖视图。
图3是本发明的装置与建筑一体化示意图。
附图标记：
1 真空管集热器，2 热水口，3冷水口，4 储热水箱，5 蒸发段，6 蒸汽上升管，7 冷凝段，8 液体下降管，9 内墙，10 补水管，11 生活热水管，12夏季水位线，13阳台，14外墙。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1至图3所示，一种分离式太阳能热管供暖供热水装置，包括真空管集热器1、储热水箱4、蒸发段5、蒸汽上升管6、冷凝段7、液体下降管8和内墙9。
装置中真空管集热器1安装在南向阳台，热水口2将真空管集热器1与储热水箱4连接起来构成热循环，冷水口3将真空管集热器1与储热水箱4连接起来构成冷循环。储热水箱4底部连接补水管10和生活热水管11，储热水箱4中设置夏季水位线12，通过控制水箱的水量实现冬夏季切换，冬季水箱满量时供暖，夏季水量位于夏季水位线12以下方可供热水。水箱与外露的连接管段均有保温措施。
供暖系统中分离式热管的蒸发段5和分离式热管冷凝段7是分开的，通过蒸汽上升管6和液体下降管8连通起来，形成一个自然循环回路。分离式热管蒸发段5安装在储热水箱4内部，位于夏季水位线12上方。工作时，吸收水箱内热水的热量，热管内工质蒸发，通过蒸汽上升管6将热量输送至冷凝段7并释放到内墙9，凝结的液体在重力作用下通过液体下降管8回流至蒸发段5，形成另一个自然循环回路，工作前提条件是分离式热管冷凝段7必须高于蒸发段5。
本发明中的储热水箱冬季作为分离式热管的热源，实现供暖，热管内部相变换热，集、传热效率极高，两相流动、自然循环，不消耗其他能源，无需外加动力而实现热量由室外至室内的输送。夏季可提供生活热水。
本发明中的集热器与南向阳台结合，散热末端与内墙结合，实现建筑一体化构造，同时提升两个房间的温度。
具体实施时：
夏季时：通过储热水箱4底部的补水管10和生活热水管11对箱体内的水位进行控制，保持在夏季水位线12以下，使得分离式热管蒸发段5置于水箱夏季水位线12的上方，分离式热管供暖功能未启动，仅由真空管集热器1对水进行加热，存储在储热水箱4供生活使用；
冬季时：通过储热水箱4底部的补水管10和生活热水管11对箱体内的水位进行控制，保持水位远超过夏季水位线12，使得分离式热管蒸发段5置于水里，分离式热管内的工质受热蒸发，气体通过蒸汽上升管6流通至分离式热管冷凝段7冷凝放热，通过肋片将热量传至内墙9，实现供暖。同时，气体冷凝成液体后通过液体下降管8回流至蒸发段5，形成自然循环回路。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种分离式太阳能热管供暖供热水装置，其特征在于：它包括真空管集热器（1）、储热水箱（4）和分离式热管；所述真空管集热器（1）安装在南向阳台，它的出水、进水口分别连接储热水箱（4）的热水口（2）和冷水口（3）；储热水箱（4）位于阳台，水箱内设有夏季水位线（12），所述储热水箱（4）底部接有补水管（10）和生活热水管（11），所述的补水管（10）连接外部水源，生活热水管（11）连接需要用
热水的设备，提供生活热水；分离式热管包括蒸发段（5）、蒸汽上升管（6）、冷凝段（7）和液体下降管（8），蒸发段（5）和冷凝段（7）是分开的，蒸发段（5）和冷凝段（7）通过蒸汽上升管（6）和液体下降管（8）连通，形成自然循环回路，蒸发段（5）置于水箱夏季水位线（12）的上方，冷凝段（7）嵌入内墙（9）中，进行供暖；夏季时：通过储热水箱（4）底部的补水管（10）和生活热水管（11）对箱体内的水位进行控制，保持在夏季水位线（12）以下，使得分离式热管的蒸发段（5）置于水箱夏季水位线（12）的上方，分离式热管供暖功能未启动，仅由真空管集热器（1）对水进行加热，存储在储热水箱（4）供生活使用；冬季时：通过储热水箱（4）底部的补水管（10）和生活热水管（11）对箱体内的水位进行控制，保证水位远超过夏季水位线（12），使得分离式热管蒸发段（5）完全置于水里，分离式热管内的工质受热蒸发，气体通过蒸汽上升管（6）流通至冷凝段（7）冷凝放热，将热量传至内墙（9），实现供暖；同时，气体冷凝成液体后通过液体下降管（8）回流至蒸发段（5），形成自然循环回路。
2.根据权利要求1 所述的一种分离式太阳能热管供暖供热水装置，其特征在于：所述分离式热管的冷凝段（7）的位置高于蒸发段（5）。
3.根据权利要求1 所述的一种分离式太阳能热管供暖供热水装置，其特征在于：所述分离式热管的蒸发段（5）和冷凝段（7）均由多根支管并联而成，支管外均设有肋片。
4.根据权利要求3 所述的一种分离式太阳能热管供暖供热水装置，其特征在于：所述的分离式热管的冷凝段（7）分多个支管均嵌入内墙（9），平行排列于墙体中。
5.根据权利要求1 所述的一种分离式太阳能热管供暖供热水装置，其特征在于：真空管集热器（1）的集热板可兼作遮阳板。
6.一种分离式太阳能热管供暖供热水方法，应用权利要求1-5 之一所述的分离式太阳能热管供暖供热水装置，其特征在于：夏季时：通过储热水箱（4）底部的补水管（10）和生活热水管（11）对箱体内的水位进行控制，保持在夏季水位线（12）以下，使得分离式热管的蒸发段（5）置于水箱夏季水位线（12）的上方，分离式热管供暖功能未启动，仅由真空管集热器（1）对水进行加热，存储在储热水箱（4）供生活使用；冬季时：通过储热水箱（4）底部的补水管（10）和生活热水管（11）对箱体内的水位进行控制，保证水位远超过夏季水位线（12），使得分离式热管蒸发段（5）完全置于水里，分离式热管内的工质受热蒸发，气体通过蒸汽上升管（6）流通至冷凝段（7）冷凝放热，将热量传至内墙（9），实现供暖；同时，气体冷凝成液体后通过液体下降管（8）回流至蒸发段（5），形成自然循环回路。
7.根据权利要求6 所述的一种分离式太阳能热管供暖供热水方法，其特征在于：冬季时：储热水箱（4）内的热水也能够供生活使用。
8.根据权利要求6 所述的一种分离式太阳能热管供暖供热水方法，其特征在于：气体通过蒸汽上升管（6）流通至冷凝段（7）冷凝放热，通过肋片将热量传至内墙（9），实现供暖。
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