CN104764081B - 太阳能热电联供地暖系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能热电联供地暖系统，主要包括太阳能集热器、储热水箱、给水箱、补热水箱、地暖系统、自动循环系统和太阳能光伏系统，太阳能集热器出口、储热水箱、补热水箱、地暖系统、自动循环系统通过导水管依次连通，自动循环系统出口和给水箱通过导水管连接太阳能集热器入口，连接自动循环系统出口和太阳能集热器入口的导水管上设有第一压力阀，连接给水箱和太阳能集热器入口的导水管上设有第二压力阀。本发明结构简单，使用方便，具有优良的热稳定性，适应性强，不仅适合城市建筑物而且适合农村建筑物。

Description

太阳能热电联供地暖系统
技术领域
本发明属于太阳能光热、光伏系统与建筑相结合的技术领域，尤其涉及一种太阳能热电联供地暖系统。
背景技术
随着社会的进步、经济的飞速发展，能源的需求量越来越大，传统能源已不能满足需求，同时大量的使用化石燃料加剧了环境污染，给人类生存带来了巨大压力，所以人类被迫探索新能源。在新能源中太阳能不受地域的限制，且具有取之不尽用之不竭、无污染、绿色环保的特点。
近年来人们对新能源的理解越来越深刻，其发展前景越来越受世人关注。在可持续发展的“能源一经济一建筑一环境”一体化系统的推动下，能源、经济、建筑和环境协调发展是推动社会进步和发展的根本途径。近几年，我国经济建设发展步伐巨快，能源急需潜力巨大，城镇居民生活能耗和建筑能耗的增长迅速。与此同时人们为了追求舒适安逸的居住环境，不惜资本地创造投资室内的设计与构思，同时加上绿色环保理论的概念，使得建筑对绿色能源的需求更加迫切。在太阳能与建筑相结合的利用方式中，太阳能光热与太阳能光伏是目前最受人们普片认同的，其给人们的生活带来舒适与便宜。将建筑与太阳能光热光伏相结合具有重要意义：(1)可代替和减少不可再生的化石能源；(2)可减少耗用化石能源所产生的污染物排放量，减少大气污染，保护生态环境； (3)边远偏僻缺能农村解决热和电的重要资源能源；(4)可提高城乡居民生活质量和住宅的舒适度，并可使建筑物新颖别致，增强“卖点“体现“以人为本”的建筑理念。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能热电联供地暖系统，将太阳能光热与光伏相结合应用于地暖，具有高效节能、舒适环保、热稳定性好、节省空间、调温方便、环境卫生、安全、经久耐用等优点。
为达到上述目的，本发明提供的太阳能热电联供地暖系统主要包括太阳能集热器、储热水箱、给水箱、补热水箱、地暖系统、自动循环系统和太阳能光伏系统，太阳能集热器出口、储热水箱、补热水箱、地暖系统、自动循环系统通过导水管依次连通，自动循环系统出口和给水箱通过导水管连接太阳能集热器入口，连接自动循环系统出口和太阳能集热器入口的导水管上设有第一压力阀，连接给水箱和太阳能集热器入口的导水管上设有第二压力阀；其中：
补热水箱内设第一温度感应器、第一控制器和电加热器，第一温度传感器和电加热器均连接第一控制器；
地暖系统包括双向蛇形导热管，双向蛇形导热管为双层管道，内管为进水管，外管为出水管，出水口和进水口在双向蛇形导热管同端；
自动循环系统包括第二温度感感应器、第二控制器和循环泵，第二温度感应器和循环泵均连接第二控制器；
太阳能光伏系统用来给第一温度感应器、第二温度感感应器、第一控制器、第二控制器、电加热器和循环泵提供电力。
上述储热水箱和给水箱为整体式水箱，采用隔热材料将整体式水箱隔成储热水箱和给水箱。
上述地暖系统依次包括第一保温层、热源层、第二保温层、导热层、地板层，双向蛇形导热管安装于热源层。
上述太阳能光伏系统包括通过导线依次相连的太阳电池方阵、充放电控制器、蓄电池组。
采用太阳能热电联供地暖系统的供热方法，包括：
第一温度传感器实时监测补热水箱中水温，当水温未达到第一预设温度时，电加热器进行加热；当水温达到第一预设温度时，补热水箱向地暖系统提供热水；
第二温度传感器实时监测自动循环系统内水温，当水温达到第二预设温度时，循环泵将自动循环系统内水补充给太阳能集热器；当自动循环系统内水量不足以供应太阳能集热器时，由给水箱继续向太阳能集热器补水。
和现有技术相比，本申请具有如下特点：
(1)采用内嵌双向蛇形导热管来改善室内各部分温度的均匀性，该导热管由嵌套的外管和内管组成，外管为出水管，内管为进水管，整个管道以蛇形排布，这样可避免进水口和出水口的温度差异，改善温度不均现象，保证水温的互补性。
(2)设计了用来固定双向蛇形导热管的U型槽，U型槽是本发明暖系统的隔热层，其可减少地暖系统热损。
(3)太阳电池方阵为地暖系统中的用电装置提供电力，太阳能集热器与电加热器互补为地暖系统提供热源。
(4)采用控制器实现自动控制，无需人为操作。
(5)采用太阳能作为能源，将太阳能光热与光伏相结合应用于地暖，具有高效节能、成本低廉、绿色环保，符合国家提倡的可再生绿色能源发展理念，是地暖发展的新趋势，也是新能源在建筑方面节能利用的新创举。
(6)结构简单，使用方便，具有优良的热稳定性，适应性强，不仅适合城市建筑物而且适合农村建筑物。
附图说明
图1是本发明地暖系统总结构框图；
图2是双向蛇形导热管截面示意图；
图3是U型槽截面示意图；
图4是本发明地暖系统测试结果。
图中，1-太阳能集热器，2-导水管，3-储热水箱，4-给水箱，5-补热水箱， 6-地暖系统，7-自动循环系统，81-第一压力阀，82-第二压力阀，9-太阳能电池方阵，10-放电控制器，11-蓄电池组，121-第一温度感应器，122-第二温度感应器，131-第一控制器，132-第二控制器，14-电加热器，15-循环泵，16-导线，17-双向蛇形导热管，18-地板层，19-导热层，20-保温层，21-热源层，22-进水管，23-出水管。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案做进一步说明。
见图1，由太阳能集热器(1)产生的热水经导水管(2)存储于储热水箱(3)，储热水箱(3)中热水经导水管(2)连续不断地流至补热水箱(5) 并存储，补热水箱(5)容量小于储热水箱(3)，便于快速加热。设于补热水箱(5)内第一温度感应器(121)实时感应补热水箱(5)水温，并将采集水温信息发送至第一控制器(131)，当补热水箱(5)水温未达到地暖系统(6)要求水温时，第一控制器(131)控制电加热器(14)给补热水箱(5) 中水进行自动加热，直至补热水箱(5)水温达到地暖系统(6)要求水温，地暖系统(6)要求水温根据室内环境人为设定。
当补热水箱(5)中水温达到地暖系统(6)要求水温时，第一控制器(131) 控制补热水箱(5)向地暖系统(6)的双向蛇形导热管(17)自动供给热水，从而实现对室内的供热，第一控制器(131)通过控制补热水箱阀门的开与关，来实现热水的自动供给。地暖系统(6)中经散热而冷却的热水从双向蛇形导热管(17)出水口流至自动循环系统(7)，自动循环系统(7)为设有第二温度感应器(122)、第二控制器(132)和循环泵(15)的容器。第二温度感应器(122)实时感应自动循环系统(7)中水温，并将水温信息传递给第二控制器(132)。
当水温达到预设水温阈值时，第二控制器(132)控制循环泵(15)工作。循环泵(15)产生的水压顶开第一压力阀(81)，实现给太阳能集热器 (1)补水，这样有利于节约用水，实现二次利用。当自动循环系统(7)中水量不足以供太阳能集热器(1)补水时，由给水箱(4)内水顶开第二压力阀(82)自动实现太阳能集热器(1)的补水。给水箱(4)和自动循环系统 (7)互补为太阳能集热器(1)提供水源。储热水箱(3)和给水箱(4)为整体式水箱，采用隔热材料将该整体式水箱隔成储热水箱(3)和给水箱(4)。给水箱(4)和自动循环系统(7)均通过导水管(2)与太阳能集热器(1) 相连。
系统中，温度感应器、控制器、电加热器、循环泵均需电力支持，而所需电力由太阳电池方阵(9)提供，太阳电池方阵(9)产生的电经充放电控制器(10)存储至蓄电池组(11)，蓄电池组(11)用来给温度感应器、控制器、电加热器、循环泵提供电力。
本发明地暖系统中(6)内嵌双向蛇形导热管(17)，见图2,双向蛇形导热管为双层管道，内管为进水管(22)，外管为出水管(23)。热水在双向蛇形导热管内流动过程中，内管内流体可以给外管内流体进行二次加热，这样有利于水温的互补，从而又一次改善室内温度的均匀性。另外，双向蛇形导热管的进水口处同时又是出水口，这样避免进水口与出水口处存在温度差，导致一边热一边冷的温度不均匀现象的产生。本发明中采用U型槽固定双向蛇形导热管，见图3，U型槽是地暖系统的隔热层，其可减少整个地暖系统的热损。U型槽内从下往上依次为第一保温层、热源层、第二保温层、导热层、地板层，双向蛇形导热管(17)安装于热源层。
本发明包括太阳能光热系统和太阳能光伏系统，太阳能光热系统中，有光照情况下，由太阳能集热器(1)吸收光能并将光能装换成热能，经导水管 (2)与补热水箱(5)为地暖系统提供热源。补热水箱(5)中安装温第一度感应器(121)，第一度感应器(121)感应储热水箱(3)流出热水温度，并将水温信息传递至第一控制器(131)，第一控制器(131)根据水温信息控制电加热器(14)自动实现加热。
太阳能光伏系统中，有光照情况下，由太阳电池方阵(9)吸收光能并将光能装换成电能，经充放电控制器(10)为蓄电池组(11)充电，而蓄电池组(11)为整个系统用电装置提供电力。本具体实施中，蓄电池组(11) 采用免维护或少维护的铅酸蓄电池，用来存储太阳电池方阵(9)产生电力，以保证夜间和阴雨天的供电正常。充放电控制器(10)控制蓄电池组(11) 的冲、放电，防止蓄电池组(11)过分放电和过分充电，从而延长蓄电池使用寿命。
自动循环系统中，第二温度感应器(122)感应从双向蛇形导热管(17) 中流出热水水温，并将水温信息传递第二控制器(132)，第二控制器(132) 根据水温信息控制循环泵(15)实现自动提水，当需要向太阳能集热器(1) 给水时，循环泵(15)工作，在大气压力作用下顶开第一压力阀(81)，从而实现水的自动供给与自动循环。
图4是本发明地暖系统的测试结果图，该图横坐标表示时间，纵坐标表示温度，分别表示水温、环境温度和地暖温度。水温为进入地暖系统的入水口温度，地暖温度为建筑内中部温度，这些温度均通过温度探头测定。从该图可以看出，随着环境温度和水温的改变，地暖温度基本恒定于19℃附近，说明本发明地暖系统温度稳定性较好。

Claims (5)

1.太阳能热电联供地暖系统，包括太阳能集热器、储热水箱、地暖系统和太阳能光伏系统，其特征在于：还包括给水箱、补热水箱和自动循环系统；
太阳能集热器出口、储热水箱、补热水箱、地暖系统、自动循环系统通过导水管依次连通，自动循环系统出口和给水箱通过导水管连接太阳能集热器入口，连接自动循环系统出口和太阳能集热器入口的导水管上设有第一压力阀，连接给水箱和太阳能集热器入口的导水管上设有第二压力阀；其中：
补热水箱内设第一温度感应器、第一控制器和电加热器，第一温度传感器和电加热器均连接第一控制器；
地暖系统包括双向蛇形导热管，双向蛇形导热管为双层管道，内管为进水管，外管为出水管，出水口和进水口在双向蛇形导热管同端；
自动循环系统包括第二温度感感应器、第二控制器和循环泵，第二温度感应器和循环泵均连接第二控制器；
太阳能光伏系统用来给第一温度感应器、第二温度感感应器、第一控制器、第二控制器、电加热器和循环泵提供电力。
2.如权利要求1所述的太阳能热电联供地暖系统，其特征在于：
所述的储热水箱和所述的给水箱为整体式水箱，采用隔热材料将整体式水箱隔成储热水箱和给水箱。
3.如权利要求1所述的太阳能热电联供地暖系统，其特征在于：
所述的地暖系统依次包括第一保温层、热源层、第二保温层、导热层、地板层，双向蛇形导热管安装于热源层。
4.如权利要求1所述的太阳能热电联供地暖系统，其特征在于：
所述的太阳能光伏系统包括通过导线依次相连的太阳电池方阵、充放电控制器、蓄电池组。
5.权利要求1所述的太阳能热电联供地暖系统的供热方法，其特征在于，包括：
第一温度传感器实时监测补热水箱中水温，当水温未达到第一预设温度时，电加热器
进行加热；当水温达到第一预设温度时，补热水箱向地暖系统提供热水；
第二温度传感器实时监测自动循环系统内水温，当水温达到第二预设温度时，循环泵将自动循环系统内水补充给太阳能集热器；当自动循环系统内水量不足以供应太阳能集热器时，由给水箱继续向太阳能集热器补水。
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