CN106016423A - 高效太阳能室内供暖系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种高效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

高效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：高效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；

所述集热单元的真空管竖直固定在集热板上，所述真空管为两端密封的中空直管，且真空管内部填充有用于换热的介质，所述真空管上端设有置于子集热管道内的换热头；

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。

所述换热头呈球状，且直径大于真空管管径。

所述换热头上设有突刺或延伸出散热片。

所述集热板中部为平整的真空管固定区域，两侧为波浪状的吸热区域。

所述真空管靠近换热头位置设有防漏管垫，所述防漏管垫包括固定在真空管上的管套，与子集热管道底部接触的弧形垫片，以及沿着管套向弧形垫片内延伸的圆形堵件，所述堵件截面呈楔形结构。

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。

基于高效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；

图5为集热板吸的热区域结构示意图；

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、换热头；14、真空管；15、集热板；16、弧形垫片；17、堵件；18、管套；

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

高效太阳能室内供暖系统，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、防漏管垫12、换热头13、真空管14、集热板15，真空管14为两端密封的中空直管，真空管14内部填充有用于换热的介质，真空管14焊接在集热板15上，并充分接触，这样集热板15吸收的太阳能热量会传递到真空管14上，真空管14内的介质会升温同时产生热对流，将高温介质传递至真空管14顶端。

真空管14顶端为换热头13,换热头13与真空管14连通，换热头13置于子集热管道11内，这样可以利用真空管14内的热介质将子集热管道11内的水升温，换热头13的呈球状，且直径大于真空管14管径，能够提高换热效果，为进一步提高换热效果，换热头13上设有突刺或延伸出散热片，能够增加换热面积，加快换热头13加热管道内水的效率。

为提高集热板15的集热率，集热板15中部为平整的真空管14固定区域，两侧为波浪状的吸热区域。波浪状的域吸热区域能够增大吸热面积，同时也能够竖直放逐集热单元1，降低集热单元1的占地面积，甚至可以大面积的挂置在墙面，提高实用性，同时也能使真空管14竖直设置，提高换热管内的热对流速度。集热板15通常密封在保护玻璃内。

由于生产时需要将换热头13放置到子集热管道11内，因此必须要在子集热管道11上开口，通常为圆形开口，将换热头13放置到子集热管道11内后需要进行管道密封，在使用过程中若子集热管道11开口部位密封不可靠，或者运输过程中发生轻微碰撞，都可能造成子集热管道11漏水，为避免漏水，以及降低物流运输风险，真空管14靠近换热头13位置设有防漏管垫12。防漏管垫12包括管套18、堵件17和堵件17，其中管套18用于套在真空管14上，弧形垫片16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17整体为圆形的橡胶件，沿着管套18向弧形垫片16内延伸，堵件17截面呈楔形结构，堵件17与子集热管道11的开口过盈配合。固定时，管套18与真空管14之间填充防漏胶，边缘焊接在真空管14上，堵件17堵住真空管14与子集热管道11之间的间隙，避免漏水，弧形垫片16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16用于保证真空管14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，用于中转加热水，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连通，回水管路上设有循环泵，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，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内水温低于阈值，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内水温低于阈值时，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内水温高于阈值，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 (10)

1.高效太阳能室内供暖系统，其特征在于：包括集热单元、分层储水箱、室内供暖单元和中间水箱；

所述集热单元的真空管竖直固定在集热板上，所述真空管为两端密封的中空直管，且真空管内部填充有用于换热的介质，所述真空管上端设有置于子集热管道内的换热头；

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。

2.根据权利要求1所述的高效太阳能室内供暖系统，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。

3.根据权利要求2所述的高效太阳能室内供暖系统，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，所述用户用水端设有报警和显示装置。

4.根据权利要求3所述的高效太阳能室内供暖系统，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；所述换热头呈球状，且直径大于真空管管径。

5.根据权利要求4所述的高效太阳能室内供暖系统，其特征在于：所述换热头上设有突刺或延伸出散热片。

6.根据权利要求5所述的高效太阳能室内供暖系统，其特征在于：所述集热板中部为平整的真空管固定区域，两侧为波浪状的吸热区域。

7.根据权利要求6所述的高效太阳能室内供暖系统，其特征在于：所述真空管靠近换热头位置设有防漏管垫，所述防漏管垫包括固定在真空管上的管套，与子集热管道底部接触的弧形垫片，以及沿着管套向弧形垫片内延伸的圆形堵件，所述堵件截面呈楔形结构。

8.根据权利要求7所述的高效太阳能室内供暖系统，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；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8所述的高效太阳能室内供暖系统，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。

10.基于权利要求2所述高效太阳能室内供暖系统的控制方法，其特征在于，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。