CN104848451B - 一种室内太阳能相变调温系统 - Google Patents

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Abstract

本发明一种室内太阳能相变调温系统，其特征在于：该调温系统主要由液体容器（1）、液压泵（3）、二位三通换向阀（5）、单向阀（8）、太阳能加热器（10）、供料阀（12）、回流阀（16）、调温管道（14）、回流管道（11），调温液体（18）和管道（2,4,6,7,9,13,15,17）组成，其特征在于：调温液体（18）主要由水和相变温度为20‑25℃的相变材料组成，其中，相变材料含量为20‑50wt%、相变材料晶控剂含量为1‑5 wt%，当相变材料为相变微胶囊时可以不加相变材料晶控剂。本发明直接采用含有相变材料的调温液体作为储能载体和调温介质，简化了调温过程、缩短了蓄能时间，提高了调温效率。

Description

一种室内太阳能相变调温系统
技术领域
本发明涉及太阳能调温技术领域，具体涉及一种新型室内太阳能相变调温系统，以及利用该室内太阳能相变调温系统调节室温的方法。
背景技术
能源作为社会发展的推进剂，在经济生活中占有重要地位。我国每年社会总能耗的1/5都消耗在建筑上，而调温能耗又在建筑能耗中占据较大比例。当前，我国主要通过空调和通暖气两种方式来进行室内调温。两种调温方式在制冷和采暖时分别需要消耗电能和化石能源——煤炭，而电能对煤炭的依赖性非常大，所以这两种调温方式归根结底都需要燃烧煤炭资源。但是，由于煤炭在产电产暖的同时会放出大量灰尘等环境污染物以及煤炭资源的不可再生性，人们开始有意识地减少煤炭的使用量。
近年来，相变调温和地热调温技术在建筑调温领域逐渐兴起，两种调温技术都属于节能型调温技术。节能调温技术的广泛使用可以减少建筑的调温能耗，减轻环境负担以及资源使用量。但是，相变板材具有储能低、导热性差等缺点，地热调温对居住环境要求较高，两种节能技术还不是很完善。
专利CN203464510U介绍了一种利用水作为储能介质的家用太阳能循环调温系统，但在调温区间内，水的储能密度较低，这决定了系统需要较大的空间来蓄水。专利CN101737879A介绍了一种利用地热能调温的室内调温系统，该系统利用风扇将地下室中的热量带到室内进行调温，但是无法应用于大部分没有单独地下室的城市房屋。专利CN202993535U介绍了一种室内调温装置，利用吹风机等设备有效扩大了火炉的调温空间，但是这种装置使用限制较多，难以在住宅中推广开来。专利CN203385118U介绍了一种绿色能源驱动的调温系统，利用制热罐和制冷罐中的相变材料储存的太阳能和地热能给热量载体介质水调温，水又用作循环介质给室内调温，流动介质是水而不是相变材料；在蓄能过程中，太阳能或地热能需要先由介质水吸收，水又然后传递给相变材料，相变材料蓄能以后又传递给水，这会延长蓄能时间和效率；此外，该调温过程需要利用地热能，安装使用调温系统的房屋需要有足够的地下空间，无法应用于居民小区等住宅，适应性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以根据实际需要利用太阳能对住宅区室内温度进行调节的节能型调温系统。为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种室内太阳能相变调温系统，其特征在于：该调温系统主要由液体容器1、液压泵3、二位三通换向阀5、单向阀8、太阳能加热器10、供料阀12、回流阀16、调温管道14、回流管道11，调温液体18和管道2,4,6,7,9,13,15,17组成，其特征在于：调温液体18主要由水和相变温度为20-25℃的相变材料组成，其中，相变材料含量为20-50wt%、相变材料晶控剂含量为1-5wt%，当相变材料为相变微胶囊时可以不加相变材料晶控剂。
其中，相变材料为无机水合盐、石蜡、脂肪酸中的一种或多种。
其中，调温系统装配时，液压泵3的入口端通过管道2与液体容器1中的调温液体18相连、出口端通过管道4与二位三通换向阀5的入口相连，二位三通换向阀5的一个出口通过管道6与太阳能加热器10相连、另一个出口通过管道7与单向阀8和供料阀12相连，太阳能加热器10还通过管道11直接与液体容器1相连，调温管道14通过管道13,15分别与供料阀12和回流阀16相连，回流阀16通过管道17和液体容器1相连；其中，液体容器1放置在室内阴凉的地方或地下室，太阳能加热器10固定在屋顶等能接受日照时间较长的地点，调温管道14可以安置在室内地板下或墙壁上等靠近调温区域的位置，单向阀8安装在太阳能加热器10的室内出口处，供料阀12、回流阀16和二位三通换向阀5安装在室内。
其中，所述的液体容器1外设有夹套冷却装置，冷却介质为水，以提高调温液体18在液体容器1内的吸放热效率。
其中，为避免放热调温时调温液体18的热量损失，太阳能加热器10和调温管道14之间的连接管路需要在管外覆盖保温材料。
其中，调温管道14采用导热性好的材料如金属制备。
其中，所述调温系统可以选用设置好的PLC控制系统或单片机来控制阀门的通断以及泵的启停。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
（1）本发明直接采用含有相变材料的调温液体作为储能载体和调温介质，简化了调温过程、缩短了蓄能时间，提高了调温效率；
（2）与传统的利用地热能的调温系统相比，本发明所用的含有相变材料的调温液体，储能密度大，高效，并能有效减小调温系统的体积和占地面积，并能适用于无地热能的城市家庭应用，应用范围广；
（3）本发明的室内太阳能相变调温系统，冬天利用太阳能加热器，夏天利用循环水来调节相变材料的相态变化，使相变材料蓄能和吸放热，大大提高了使用效果和使用效率。
附图说明：
图1为本发明中新型室内太阳能-相变调温系统的结构示意图；
图2为本发明的升温控制工艺图；
图3为本发明的降温控制工艺图；
其中，1-液体容器；3-液压泵；5-二位三通换向阀；8-单向阀；10-太阳能加热器；11-回流管道；12-供料阀；16-回流阀；14-调温管道； 18-调温液体；2,4,6,7,9,13,15,17-管道。
具体实施方式：
实施例1：
在高层住宅中，该调温系统主要由液体容器1，液压泵3，二位三通换向阀5，单向阀8，太阳能加热器10，供料阀12和回流阀16，调温管道14，回流管道11，调温液体18，管道2,4,6,7,9,13,15,17组成。系统装配时，液压泵3的入口端通过管道2与液体容器1中的调温液体18相连、出口端通过管道4与二位三通换向阀5的入口相连，二位三通换向阀5的一个出口通过管道6与太阳能加热器10相连、另一个出口通过管道7与单向阀8和供料阀12相连，太阳能加热器10还通过管道11直接与液体容器1相连，调温管道14通过管道13,15分别与供料阀12和回流阀16相连，回流阀16通过管道17和液体容器1相连。
液体容器1可以放置在室内阴凉处，太阳能加热器10固定在屋顶等能接受日照时间较长的地点，调温管道14安置在室内地板下，单向阀8安装在太阳能加热器10的室内出口处，供料阀12、回流阀16和二位三通换向阀5安装在室内。其中，加热器用住宅内常见的太阳能热水器来代替，液压泵选用小型号电动液压泵，调温管道7用高导热金属管来制备。
此外，液体容器1中的调温液体18是水和相变微胶囊的混合物，相变微胶囊相变温度为25℃，添加量为40wt%；在连接太阳能加热器10和调温管道14的管路外侧覆盖泡沫保温材料以避免调温液体18的热量损失。
冬天或者室内低于20°C时，二位三通换向阀5左打开，管道4、6连通，液压泵3启动并将容器1中的调温液体18输送到屋外的太阳能加热器10里吸热蓄能，当调温液体18过量并通过回流管道11流回液体容器1时，液压泵3关闭，60分钟后调温液体18蓄能完毕，供料阀12打开，回流阀16关闭，太阳能加热器10中的调温液体18在重力的作用下流回调温管道14进行放热调温，60分钟后，放热完毕，回流阀16打开并将调温液体18放出到液体容器1，10分钟后，关闭供料阀12和回流阀16，然后循环以上步骤进行吸放热调温。
夏天或室温高温度于25°C时，二位三通换向阀5右打开，管道4、7连通，供料阀12打开，回流阀16关闭，液压泵3启动，10分钟后调温管道14充满调温液体18，液压泵3停止，供料阀12关闭，调温液体18在调温管道14内发生相变吸热，1小时后，吸热完毕，回流阀16打开并将调温液体18放出到液体容器1，并在液体容器1发生相变放热，10分钟后，关闭回流阀16，然后循环以上步骤进行吸放热调温。
系统吸热降温时，向液体容器1外的夹套冷却装置中通冷却水，提高调温液体18在液体容器1内的吸放热过程。
在调温时，用设置好的PLC控制系统来控制阀门的通断以及泵的启停。
实施例2：
在低层住宅中，系统的组成和装配关系同实施例1。其中，由于低层住宅属于庭院式住宅，可以将液体容器1放置在地下室里，借用地热能加快系统的调温速度。
此外，液体容器1中的调温液体18是水、相变石蜡和相变材料晶控剂的混合物。其中，包括含量为40wt%的相变温度为20℃的石蜡，含量为3wt%的相变材料晶控剂。在管道外侧覆盖泡沫保温材料以减小调温过程中的热量损失。
在系统对室内调温时，各个部件的通断启停同实施例1，并通过设置好的PLC来控制。
实施例3：
在小区住宅中，系统的组成和装配关系同实施例1。其中，调温管道14安置在室内墙面后。
此外，液体容器1中的调温液体18是水、脂肪酸和相变材料晶控剂的混合物。其中，相变材料晶控剂的含量为3wt%，脂肪酸选择相变温度为22℃的月桂酸且添加量为50wt%。
在系统对室内调温时，各个部件的通断启停同实施例1，并通过设置好的PLC来控制。

Claims (7)

1.一种室内太阳能相变调温系统，其特征在于：该调温系统主要由液体容器（1）、液压泵（3）、二位三通换向阀（5）、单向阀（8）、太阳能加热器（10）、供料阀（12）、回流阀（16）、调温管道（14）、回流管道（11），调温液体（18）和管道（2,4,6,7,9,13,15,17）组成，调温液体（18）主要由水和相变温度为20-25℃的相变材料组成，其中，相变材料含量为50wt%、相变材料晶控剂含量为3 wt%；调温系统装配时，液压泵（3）的入口端通过管道（2）与液体容器（1）中的调温液体（18）相连、出口端通过管道（4）与二位三通换向阀（5）的入口相连，二位三通换向阀（5）的一个出口通过管道（6）与太阳能加热器（10）相连、另一个出口通过管道（7）与单向阀（8）和供料阀（12）相连，太阳能加热器（10）还通过回流管道（11）直接与液体容器（1）相连，调温管道（14）通过管道（13,15）分别与供料阀（12）和回流阀（16）相连，回流阀（16）通过管道（17）和液体容器（1）相连；其中，液体容器（1）放置在室内阴凉的地方，太阳能加热器（10）固定在能接受日照时间较长的地点，调温管道（14）安置在靠近调温区域的位置，单向阀（8）安装在太阳能加热器（10）的室内出口处，供料阀（12）、回流阀（16）和二位三通换向阀（5）安装在室内。
2.根据权利要求1所述的室内太阳能相变调温系统，其特征在于：相变材料为无机水合盐、石蜡、脂肪酸中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的室内太阳能相变调温系统，其特征在于：所述的液体容器（1）外设有夹套冷却装置，冷却介质为水，以提高调温液体（18）在液体容器（1）内的吸放热效率。
4.根据权利要求3所述的室内太阳能相变调温系统，其特征在于：为避免放热调温时调温液体（18）的热量损失，太阳能加热器（10）和调温管道（14）之间的连接管路需要在管外覆盖保温材料。
5.根据权利要求3所述的室内太阳能相变调温系统，其特征在于：调温管道（14）采用导热性好的材料制备。
6.根据权利要求3所述的室内太阳能相变调温系统，其特征在于：调温管道（14）采用金属制备。
7.根据权利要求3所述的室内太阳能相变调温系统，其特征在于：所述调温系统选用设置好的PLC控制系统或单片机来控制阀门的通断以及泵的启停。
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