CN106016422B - 幕墙式太阳能室内供暖系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种幕墙式太阳能室内供暖系统，包括集热单元、分层储水箱、室内供暖单元和中间水箱，本发明的优点在于系统占用功率小，制热率高，能够有效的对热水进行利用。

Description

幕墙式太阳能室内供暖系统

技术领域

本发明涉及太阳能领域。

背景技术

太阳能是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源，在热水器领域中，目前的太阳能供水系统虽然效率高，但是大都为单体结构，并集热单元占地面积大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种集热单元占用空间小，制热效率高的太阳能系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：幕墙式太阳能室内供暖系统，包括集热单元、室内供暖单元、分层储水箱和中间水箱；

所述集热单元包括子集热管道和集热玻璃，所述集热玻璃由两侧和底面密封、上端开口的双层玻璃构成，所述集热玻璃一面涂覆有吸热涂层，所述集热玻璃内竖直设有多个隔板将集热玻璃内分隔成多个互不连通的竖直流道，所述子集热管道侧壁设有长方形开口，所述集热玻璃的开口端插于长方形开口内，每个所述流道均与子集热管道连通，且流道和子集热管道内填充有用于换热的介质。

所述分层储水箱的保温水箱上设有取水接口、补水接口和回水接口，所述保温水箱内由热水分层板分隔成多层相互连通的储水空间，所述保温水箱内竖直设有镂空的水位通道，所述水位通道内设有浮球，所述浮球上固定有与取水接口连接的软管；

所述中间水箱外具有保温层，所述子集热管道两端分别通过进水管路和回水管路与中间水箱内的加热管盘连通，所述回水管路上设有循环泵，所述中间水箱通过水源管路连接水源，并通过具有补水阀的管路与分层储水箱的补水接口连接，通过具有回水泵的管路与分层储水箱的回水接口连接，所述中间水箱位于分层储水箱上方；

所述室内供暖单元设有下层隔热板和上层导热板，所述隔热板和导热板之间设有供热管道，所述供热管道的进水口经管道连接分层储水箱取水接口，所述供热管道的排水口经三通电磁阀连接分层储水箱和排水管道。

系统设有电控装置，所述电控装置包括控制器、设置在分层储水箱内的储水水位传感器和储水温度传感器、设置在中间水箱的内的中间水位传感器和中间温度传感器、设置在取水接口的取水泵、设置在进水管路上的循环阀、设置在子集热管道上的集热温度传感器、设置在水源管路的水源阀、设置在排水口处的排水温度传感器、所述三通电磁阀、回水泵和补水阀；

所述中间水位传感器、储水水位传感器、储水温度传感器、水位传感器、中间温度传感器、集热温度传感器、排水温度传感器输出信号至控制器，所述控制器输出执行信号至取水泵、循环阀、水源阀、补水阀、回水泵和三通电磁阀。

所述储水水位传感器和储水温度传感器设置在浮球上，所述用户用水端设有报警和显示装置。

所述集热单元设有多个，相邻的集热单元的子集热管道首尾相连通。位于首尾的集热单元分别与进水管路和回水管路连通。

所述集热玻璃上部设有防漏管垫，所述防漏管垫包括夹持在集热玻璃外的夹套、与子集热管道底部接触的弧形垫片，以及沿着夹套向弧形垫片内延伸的长方形堵件，所述堵件截面呈楔形结构。

所述子集热管道上部设有长方形凹槽。

所述热水分层板水平设置，且相邻热水分层板的连通口交替分布，所述保温水箱顶部设有泄压阀。

所述取水接口和补水接口位于保温水箱上部，所述回水接口位于保温水箱底部。

所述室内供暖单元隔热板和导热板之间设有支撑结构，所述供热管道固定在导热板内侧面，所述隔热板和导热板之间的间隙填充有保温材料，所述室内供暖单元安装在室内地板局部区域、床板或桌面。

基于幕墙式太阳能室内供暖系统的控制方法：电控装置控制方法如下：

用户供暖控制方法：

接收到供暖信号后，判断分层储水箱内水位和水温是否都达到取水预设值；

若水位或水温未都达到预设值，则不启动取水泵，并报警；

若水位和水温都达到预设值，则启动取水泵，并开启三通电磁阀，若排水温度传感器接收到的温度低于预设值温度，则三通电磁阀将水输送至排水管道，若排水温度传感器接收到的温度高于预设值温度，则三通电磁阀将水输送至分层储水箱；

若分层储水箱内水位或水温降低至取水预设值以下，则关闭取水泵、三通电磁阀并报警；在取水过程中，若用户主动取消供暖，则关闭取水泵和三通电磁阀；

分层储水箱补水方法：

满足以下全部条件时中间水箱向分层储水箱送水，条件包括：中间水箱内水温大于阈值、分层储水箱水位低于阈值；

中间水箱补水方法：

在完成一次分层储水箱补水后，若分层储水箱水温低于阈值，分层储水箱向中间水箱回水；若分层储水箱水温高于阈值，水源向中间水箱补水；

集热单元加热方法：

若子集热管道内水温低于阈值，或者分层储水箱内水位达到或超过上限值，则关闭循环泵和循环阀；

若子集热管道内水温高于阈值，且分层储水箱内水位低于上限值，则开启循环泵和循环阀。

本发明的优点在于系统占用功率小，制热率高，能够有效的对热水进行利用。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为系统管路连接示意图；

图2为分层储水箱结构示意图；

图3为集热单元结构示意图；

图4为防漏管垫结构示意图；

上述图中的标记均为：1、集热单元；2、分层储水箱；3、中间水箱；4、室内供暖单元；

11、子集热管道；12、防漏管垫；13、集热玻璃；14、弧形垫片；15、堵件；16、夹套；

21、保温水箱；22、取水接口；23、软管；24、浮球；25、水位通道；26、补水接口；27、热水分层板；28、回水接口。

具体实施方式

太阳能供水系统，包括集热单元1、分层储水箱2、室内供暖单元4和中间水箱3,下面对各个单元详细说明：

集热单元1包括子集热管道11和集热玻璃13，集热玻璃13由两片玻璃构成，两片玻璃之间具有间隙，且两侧和底面密封、上端开口，集热玻璃13一面涂覆有吸热涂层，构成了一种超薄的太阳能集热单元1，这样的结构不仅生产成本低，而且具有超薄的结构，能够作为玻璃幕墙使用，进行大面积太阳能产热。

集热玻璃13内竖直设有多个隔板将集热玻璃13内分隔成多个互不连通的竖直流道，子集热管道11侧壁设有长方形开口，集热玻璃13的开口端插于长方形开口内，这样的固定方式，稳定可靠，相邻的集热单元1之间的子集热管道11通过管接头连通，则可构成任意大小的太阳能玻璃幕墙。

每个流道均与子集热管道11连通，且流道和子集热管道11内填充有用于换热的介质，流动内的介质升温后会产生热对流，使的子集热管道11内的介质始终为温度最高的一部分，可以将其通过泵运输到需要换热的地方，通过多个单独的流道，可以提高热对流的效果。

若构成玻璃幕墙，上下相邻的集热单元1可以相互结合，即在子集热管道11上部设有长方形凹槽，位于上方的集热玻璃13底部可以卡入到位于下方的子集热管道11的长方形凹槽内，使得幕墙结构更加紧凑。

由于加工时，子集热管道11上需要开口，若密封不可靠则可能发生泄漏，影响使用，为了便于密封，同时也方便现场装配和后期维修，每个集热玻璃13上均设有防漏管垫12，防漏管垫12包括夹套16、弧形垫片14和堵件15，其中夹套16套在集热玻璃13外，弧形垫片14的弧度与子集热管道11外壁相同，用于与子集热管道11外壁接触，堵件15整体为长方形的橡胶件，沿着管套向弧形垫片14内延伸，堵件15截面呈楔形结构，堵件15与子集热管道11的开口过盈配合。固定时，夹套16与集热玻璃13之间填充防漏胶，堵件15堵住集热玻璃13与子集热管道11之间的间隙，避免漏水，弧形垫片14与子集热管道11之间填充防漏胶，若子集热管道11为金属管，边缘还可以再次焊接，弧形垫片14用于保证集热玻璃13和子集热管道11之间固定稳定可靠。

分层储水箱2的保温水箱21上设有取水接口22、补水接口26和回水接口28，保温水箱21外具备保温层，用于存储热水，保温水箱21内由热水分层板27分隔成多层相互连通的储水空间，热水分层板27水平设置，且相邻热水分层板27的连通口交替分布，即一个热水分层板27固定在分层储水箱2内壁一侧，则位于该热水分层板27上下的热水分层板27固定在分层储水箱2内壁的另一侧，这样能够尽可能的减少热对流，保证分层储水箱2上层水温。

保温水箱21内竖直设有镂空的水位通道25，水位通道25内设有浮球24，浮球24上固定有与取水接口22连接的软管23，这样可以通过浮球24始终采集到上层热水，保证取水热量。

此外，保温水箱21顶部设有泄压阀，避免保温水箱21内压力过大，同时，取水接口22和补水接口26位于保温水箱21上部，回水接口28位于保温水箱21底部。

中间水箱3外具有保温层，子集热管道11两端分别通过进水管路和回水管路与中间水箱3内的加热管盘连通，进水管路、回水管路和加热管盘流通换热介质，进水管路和回水管路外包裹有保温层，加热管盘盘绕在中间水箱3内，用于加热中间水箱3内的水。优选方案，可以在加热管盘上安装翅片，提高换热效率。

回水管路上设有循环泵，所述中间水箱3通过水源管路连接水源，并通过具有补水阀的管路与分层储水箱2的补水接口26连接，通过具有回水泵的管路与分层储水箱2的回水接口28连接，所述中间水箱3位于分层储水箱2上方。

为了能大面积换热，集热单元1设有多个，相邻的集热单元1的子集热管道11首尾相连通，位于首尾的集热单元1分别与进水管路和回水管路连通。

室内供暖单元4设有下层隔热板和上层导热板，导热板用于将热量散发到上方，隔热板用于防止热量向下散发到地面，避免热量浪费，隔热板和导热板之间设有支撑结构，能够使整个室内供暖单元4抗压，能够应用到任何地方，避免内部供热管道被挤压爆管。

隔热板和导热板之间设有供热管道，供热管道呈S状均与分布在室内供暖单元4内，供热管道固定在导热板内侧面，能够更好的进行热传导，供热管道的进水口经管道连接分层储水箱2取水接口22，通过分层储水箱2内的热水对室内供暖单元4进行加热，供热管道的排水口经三通电磁阀连接分层储水箱2和排水管道，排水口处设有排水温度传感器，通过排水管道可以将前期管内积存的冷水排出，不会回流至分层储水箱2，而当管内是温水或热水时，可以循环至分层储水箱2反复使用热水。为进一步提高保温和制热效果，隔热板和导热板之间的间隙填充有保温材料。

室内供暖单元4可以是安装在室内地板局部区域、床板或桌面，由于太阳能供暖的热量受阳光限制，因此室内供暖单元4难以满足室内大面积地面供暖需求，为充分利用太阳能，可以在室内地板局部区域安装室内供暖单元4，例如餐厅吃饭区域、客厅会客区域，儿童玩耍区域等等。

系统设有电控装置，电控装置包括控制器、设置在分层储水箱2内的储水水位传感器和储水温度传感器、设置在排水口处的排水温度传感器，设置在中间水箱3的内的中间水位传感器和中间温度传感器、设置在取水接口22的取水泵、设置在进水管路上的循环阀、设置在子集热管道11上的集热温度传感器、设置在水源管路的水源阀、所述回水泵、补水阀和三通电磁阀；其中水位传感器、储水温度传感器、水位传感器、中间温度传感器、集热温度传感器输出信号至控制器，所述控制器输出执行信号至取水泵、循环阀、水源阀、补水阀、回水泵。此外，储水水位传感器和储水温度传感器设置在浮球24上，能够更加精准的采集水温和水位，用户用水端设有报警和显示装置，用于提示用户用水状况和提示，显示装置可以显示分层储水箱2内的水温和水位。

基于上述系统和系统内的电控装置，采用控制方法如下：

用户供暖控制方法：

接收到供暖信号后，判断分层储水箱2内水位和水温是否都达到取水预设值，取水预设值包括温度和水位两个参数，可根据需要设定；

若水位或水温未都达到预设值，则不启动取水泵，并报警，两个条状只要有一个不满足，则不供水，保证用户用水质量，当然可以给用于温度和水位提示，在显示室内显示装置上显示，若水位满足条件，而仅温度不够高，在用户再次确定后，可以提供低温水；

若水位和水温都达到预设值，则启动取水泵，并开启三通电磁阀，若排水温度传感器接收到的温度低于预设值温度，则三通电磁阀将水输送至排水管道，若排水温度传感器接收到的温度高于预设值温度，则三通电磁阀将水输送至分层储水箱；

在取水过程中，若用户主动取消取水，则关闭取水泵和三通电磁阀；若分层储水箱2内水位或水温降低至取水预设值以下，则关闭取水泵、三通电磁阀并报警，保证用水过程中的质量；

分层储水箱2补水方法：

满足以下全部条件时中间水箱3向分层储水箱2送水，条件包括：中间水箱3内水温大于阈值、分层储水箱2水位低于阈值；每次补水将中间水箱3内的水全部输送至分层储水箱2，即开启补水阀，并在额定时间后关闭补水阀；

中间水箱3补水方法：

在每次完成分层储水箱2补水步骤后进行，即补水阀关闭后开始判断，若分层储水箱2水温低于阈值，分层储水箱2向中间水箱3回水，即启动回水泵，这样可以在长时间不分层储水箱2内水的情况下，再次对分层储水箱2的水进行加热，避免浪费；若分层储水箱2水温高于阈值，水源向中间水箱3补水，即开启水源阀，水源阀可以是流量阀，可以控制注入中间水箱3的量；

集热单元1加热方法：

若子集热管道11内介质温度低于阈值，或者分层储水箱2内水位达到或超过上限值，则关闭循环泵和循环阀，子集热管道11内温度低于阈值时，是在夜晚时关闭子集热管道11加热通道，避免中间水箱3内的热量散发出去；分层储水箱2内水位达到或超过上限值，则表示分层储水箱2已经储存满热水，再加热水也不能注入到分层储水箱2内，若在开启循环泵则浪费电能；

若子集热管道11内温度高于阈值，且分层储水箱2内水位低于上限值，则开启循环泵和循环阀。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.幕墙式太阳能室内供暖系统的控制方法，所述幕墙式太阳能室内供暖系统包括集热单元、分层储水箱、室内供暖单元和中间水箱；

所述集热单元包括子集热管道和集热玻璃，所述集热玻璃由两侧和底面密封、上端开口的双层玻璃构成，所述集热玻璃一面涂覆有吸热涂层，所述集热玻璃内竖直设有多个隔板将集热玻璃内分隔成多个互不连通的竖直流道，所述子集热管道侧壁设有长方形开口，所述集热玻璃的开口端插于长方形开口内，每个所述流道均与子集热管道连通，且流道和子集热管道内填充有用于换热的介质;

所述分层储水箱的保温水箱上设有取水接口、补水接口和回水接口，所述保温水箱内由热水分层板分隔成多层相互连通的储水空间，所述保温水箱内竖直设有镂空的水位通道，所述水位通道内设有浮球，所述浮球上固定有与取水接口连接的软管；

所述中间水箱外具有保温层，所述子集热管道两端分别通过进水管路和回水管路与中间水箱内的加热管盘连通，所述回水管路上设有循环泵，所述中间水箱通过水源管路连接水源，并通过具有补水阀的管路与分层储水箱的补水接口连接，通过具有回水泵的管路与分层储水箱的回水接口连接，所述中间水箱位于分层储水箱上方；

所述室内供暖单元设有下层隔热板和上层导热板，所述隔热板和导热板之间设有供热管道，所述供热管道的进水口经管道连接分层储水箱取水接口，所述供热管道的排水口经三通电磁阀连接分层储水箱和排水管道;

基于所述幕墙式太阳能室内供暖系统的控制方法，电控装置控制方法如下：

用户供暖控制方法：

接收到供暖信号后，判断分层储水箱内水位和水温是否都达到取水预设值；

若水位或水温未都达到预设值，则不启动取水泵，并报警；

若水位和水温都达到预设值，则启动取水泵，并开启三通电磁阀，若排水温度传感器接收到的温度低于预设值温度，则三通电磁阀将水输送至排水管道，若排水温度传感器接收到的温度高于预设值温度，则三通电磁阀将水输送至分层储水箱；

若分层储水箱内水位或水温降低至取水预设值以下，则关闭取水泵、三通电磁阀并报警；在取水过程中，若用户主动取消供暖，则关闭取水泵和三通电磁阀；

分层储水箱补水方法：

满足以下全部条件时中间水箱向分层储水箱送水，条件包括：中间水箱内水温大于阈值、分层储水箱水位低于阈值；

中间水箱补水方法：

在完成一次分层储水箱补水后，若分层储水箱水温低于阈值，分层储水箱向中间水箱回水；若分层储水箱水温高于阈值，水源向中间水箱补水；

集热单元加热方法：

若子集热管道内水温低于阈值，或者分层储水箱内水位达到或超过上限值，则关闭循环泵和循环阀；

若子集热管道内水温高于阈值，且分层储水箱内水位低于上限值，则开启循环泵和循环阀。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：系统设有电控装置，所述电控装置包括控制器、设置在分层储水箱内的储水水位传感器和储水温度传感器、设置在中间水箱的内的中间水位传感器和中间温度传感器、设置在取水接口的取水泵、设置在进水管路上的循环阀、设置在子集热管道上的集热温度传感器、设置在水源管路的水源阀、设置在排水口处的排水温度传感器、所述三通电磁阀、回水泵和补水阀；

所述中间水位传感器、储水水位传感器、储水温度传感器、中间温度传感器、集热温度传感器、排水温度传感器输出信号至控制器，所述控制器输出执行信号至取水泵、循环阀、水源阀、补水阀、回水泵和三通电磁阀。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述储水水位传感器和储水温度传感器设置在浮球上，用户用水端设有报警和显示装置。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述集热单元设有多个，相邻的集热单元的子集热管道首尾相连通，位于首尾的集热单元分别与进水管路和回水管路连通。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述集热玻璃上部设有防漏管垫，所述防漏管垫包括夹持在集热玻璃外的夹套、与子集热管道底部接触的弧形垫片，以及沿着夹套向弧形垫片内延伸的长方形堵件，所述堵件截面呈楔形结构。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述子集热管道上部设有长方形凹槽。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述热水分层板水平设置，且相邻热水分层板的连通口交替分布，所述保温水箱顶部设有泄压阀。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述取水接口和补水接口位于保温水箱上部，所述回水接口位于保温水箱底部。

9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述室内供暖单元隔热板和导热板之间设有支撑结构，所述供热管道固定在导热板内侧面，所述隔热板和导热板之间的间隙填充有保温材料，所述室内供暖单元安装在室内地板局部区域、床板或桌面。