CN106885293A - 一种主被动复合的太阳能炕采暖系统 - Google Patents

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赵东升
庾汉成
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    • F24D2220/006—Parts of a building integrally forming part of heating systems, e.g. a wall as a heat storing mass

Abstract

本发明涉及一种主被动复合的太阳能采暖系统。包括主动式太阳能炕系统和被动式太阳能空气集热系统；主动式太阳能炕系统包括真空管太阳能集热器、蓄热水箱、供热循环水泵和炕体；炕体内布设有回型水管管路，与蓄热水箱连通；炕体位于采暖房间内；被动式太阳能空气集热系统包括采暖房间和被动集热器；被动集热器安装在采暖房间的向阳墙体上，各层为玻璃盖板、吸热板、风道和保温背板，风道的上风口和下风口贯通向阳墙体，与室内连通。本发明主要应用于北方农村村镇建筑，可满足冬季室内的供暖需求，较传统火炕采暖在减少燃料消耗的同时减少了对环境的污染。

Description

一种主被动复合的太阳能炕采暖系统
技术领域
本发明属于建筑节能技术领域，具体涉及建筑采暖技术和太阳能光热利用。
技术背景
北方地区冬季农村普遍使用火炕采暖。传统火炕利用燃烧燃料的烟气对炕体进行加热，通过炕体的蓄散热能力对室内进行加热，既具有良好的采暖性能，又提高的燃料能源的利用率。然而传统火炕仍存在能源利用率低、燃烧烟气污染大、炕面温度不均匀，运行时段受限等问题。
太阳能采暖系统是指利用太阳能作为热源，利用太阳能集热器将太阳能转化为热能直接供给房间或储存起来以便需要时供暖的采暖系统。太阳能相对传统能源，可再生、无污染，是良好的替代能源。被动式太阳能采暖系统受到使用时间的限制，在夜间无法工作；具有储存功能的主动采暖系统效率则较低，维持房间供暖需要较大的集热面积。
发明内容
为了克服现有火炕采暖温度分布不均，室内采暖效果不理想的问题，减少燃料燃烧和有害烟气的排放，本发明结合太阳能采暖和传统火炕的优势，提出一种主被动复合的太阳能采暖系统。
一种主被动复合的太阳能采暖系统包括主动式太阳能炕系统和被动式太阳能空气集热系统；
所述主动式太阳能炕系统包括真空管太阳能集热器1、蓄热水箱2、供热循环水泵7和炕体8；所述炕体8位于采暖房间20内；炕体8内上部均布设有炕内水管19，炕内水管19的两端分别连通着蓄热水箱2的供热进水管5和供热回水管6；蓄热水箱2、供热进水管5、供热回水管7、炕内水管19和供热循环水泵7构成一个循环回路；
所述被动式太阳能空气集热系统包括采暖房间20和被动集热器9。被动集热器9为敞口的扁箱结构，扁箱的箱底为玻璃盖板12，扁箱内安装有平行于玻璃盖板12的吸热板13，扁箱的箱顶为保温背板21；被动集热器9通过保温背板21安装在采暖房间20的向阳墙体上；吸热板13和保湿背板21之间形成风道14。风道14的一端连通着上风口10，另一端连通着下风口11；上风口10和下风口11设于与被动集热器9对应的向阳墙体上，且贯通向阳墙体。
进一步限定的技术方案如下：
所述真空管太阳能集热器1的年平均集热效率应不低于50%。
所述蓄热水箱2内设有辅助热源3，所述辅助热源3为电加热辅助热源。
所述炕内水管19呈回字形均布，且用铁丝网格和草泥固定。
所述炕体8的下部为支撑体15，支撑体15上依次设有保温层16、水管层17和找平层18，所述炕内水管19设于水管层17内。
所述吸热板13为具有选择性吸收涂层的吸热板，太阳光吸收率应高于0.9、发射率低于0.25。
所述被动集热器9的集热面积不小于2m2，所述风道14的厚度（即吸热板与背板之间的距离）不小于4cm。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.本发明通过结合现有的传统火炕和太阳能采暖的优势，提出了一种新型的太阳能炕采暖系统，结合并优化了被动采暖系统，使整体的复合采暖系统更加节能环保，效率更高；
2.本发明利用对炕体内水管管路的优化设计，使采暖系统克服了传统火炕温度分布不均匀和污染的问题。
3.本发明利用了主被动采暖结合的优势互补，使复合系统的采暖，既能在白天工作，满足居民日间活动的舒适性，又能在夜间提供舒适的炕面温度，满足居民休息睡眠的舒适性。
4.本发明通过改善运行环境和系统结构提高了太阳能利用效率，使得整体系统的集热面积较小，综合安装以及运行的成本很低，投资回收期短，具有良好的经济效益。
经测试，对18m2的房间进行供暖时，采取的空气集热器集热面积4 m2，主动太阳能炕系统集热面积4 m2，炕表面为长2.1m宽1.8m的情况下，室内空气温度可以达到18℃，全年常规能源替代量为1.51吨标准煤，年节约费用2456.17元，静态投资回收期约为5年。
综上所述，本发明通过综合利用太阳能准备采暖和传统火炕的优势，可以满足房屋采暖的日间需求和夜间需求，安装简单，使用方便，无需燃料，节能环保。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为被动采暖集热器结构图。
图3为炕体结构示意图。
图4为太阳能炕加热层内双回型热水盘管布置示意图。
上述图中序号：真空管太阳能集热器1、蓄热水箱2、辅助热源3、控制阀门4、供热进水管5、供热回水管6、供热循环水泵7、炕体8、被动集热器9、上风口10、下风口11、玻璃盖板12、吸热板13、风道14、炕体支撑层15、炕体保温层16、炕体水管层17、炕体找平层18、炕内水管19、采暖房间20、保温背板21。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
实施例
本实施例采暖房间20的面积为18m2。
参见图1，一种主被动复合的太阳能采暖系统包括主动式太阳能炕系统和被动式太阳能空气集热系统。
主动式太阳能炕系统包括真空管太阳能集热器1、蓄热水箱2、供热循环水泵7和炕体8。真空管太阳能集热器1的年平均集热效率应不低于50%。真空管太阳能集热器1和蓄热水箱2安装房顶，真空管太阳能集热器1的集热面积应不小于4m2；蓄热水箱2的容积应不小于250L，保温应良好，应有电加热辅助热源3以备阴雨天气使用。
参见图3，炕体的面积为4m2（1.8m*2.1m）左右。炕体8的下部为支撑体15，支撑体15上依次设有保温层16、水管层17和找平层18，炕内水管19安装于水管层17内；参见图4，炕内水管19呈回字形均布，且用铁丝网格和草泥固定。炕内水管19的两端分别连通着蓄热水箱2的供热进水管5和供热回水管6。蓄热水箱2、供热进水管5、供热回水管6、炕内水管19和供热循环水泵7构成一个循环回路，供热循环水泵7应安装于室内。供热进水管5、供热回水管6上分别安装着控制阀门4，供热进水管5、供热回水管6的室外部分应有保温材料包裹。
被动式太阳能空气集热系统包括采暖房间20和被动集热器9。参见图2，被动集热器9为敞口的扁箱结构，扁箱的箱底为玻璃盖板12，扁箱内安装有平行于玻璃盖板12的吸热板13，扁箱的箱顶为保温背板21；被动集热器9通过保湿背板21安装在采暖房间20的向阳墙体上；吸热板13和保温背板21之间形成风道14。风道14的一端连通着上风口10，另一端连通着下风口11；上风口10和下风口11开设于与被动集热器9对应的向阳墙体上，且贯通向阳墙体。上风口10和下风口11的大小均为10cm*40cm左右，白天风道14开启，风道14内的空气由吸热板吸收的太阳能转化为热能进行加热，由浮升力的作用循环进入室内，起到房间采暖的效果。夜晚为了防止室内的热量经由风道14流失，应用隔热堵头（隔热材料制成，与风口一致）将上风口10和下风口11堵住。被动式太阳能空气集热系统的运行应使房间平均温度较不采暖的房间高5℃以上。
被动集热器9的集热面积为4m2（由2m高、1m宽的两块吸热板13组成）。玻璃盖板12与吸热板13之间的空气层起到隔热作用，厚度在1厘米左右；吸热板13应为具有选择性吸收涂层的吸热板，太阳光吸收率应高于0.9，发射率低于0.25；吸热板13和保温背板21之间的空气流道14的厚度（即吸热板与背板之间的距离）应不小于4cm。
在天气较好，阳光充足的情况下，水箱集热温度应不低于50℃，供热循环水泵7运行时炕面最高温度应达到30℃，且维持几个小时。
对于采暖房间20，其外表面应覆盖有保温材料，以减少房间的热损失。

Claims (7)

1.一种主被动复合的太阳能采暖系统，其特征在于：包括主动式太阳能炕系统和被动式太阳能空气集热系统；
所述主动式太阳能炕系统包括真空管太阳能集热器、蓄热水箱、供热循环水泵和炕体；所述炕体位于采暖房间内；炕体内上部均布设有炕内水管，炕内水管的两端分别连通着蓄热水箱的供热进水管和供热回水管；蓄热水箱、供热进水管、供热回水管、炕内水管和供热循环水泵构成一个循环回路；
所述被动式太阳能空气集热系统包括采暖房间和被动集热器；所述被动集热器为扁箱结构，所述扁箱的箱底为玻璃盖板，扁箱内设有平行于玻璃盖板的吸热板，扁箱的箱顶为保温背板；被动集热器通过保温背板安装在采暖房间的向阳墙体上；吸热板和保湿背板之间形成风道，所述风道的一端连通着上风口，另一端连通着下风口；所述上风口和下风口设于与被动集热器对应的向阳墙体上，且贯通向阳墙体。
2.根据权利要求1所述的一种主被动复合的太阳能采暖系统，其特征在于：所述真空管太阳能集热器的年平均集热效率应不低于50%。
3.根据权利要求1所述的一种主被动复合的太阳能采暖系统，其特征在于：所述蓄热水箱内设有辅助热源，所述辅助热源为电加热辅助热源。
4.根据权利要求1所述的一种主被动复合的太阳能采暖系统，其特征在于：所述炕内水管呈回字形均布，且用铁丝网格和草泥固定。
5.根据权利要求1所述的一种主被动复合的太阳能采暖系统，其特征在于：所述炕体的下部为支撑体，支撑体上依次设有保温层、水管层和找平层，所述炕内水管设于水管层内。
6.根据权利要求1所述的一种主被动复合的太阳能采暖系统，其特征在于：所述吸热板为具有选择性吸收涂层的吸热板，太阳光吸收率应高于0.9、发射率低于0.25。
7.根据权利要求1所述的一种主被动复合的太阳能采暖系统，其特征在于：所述被动集热器的集热面积不小于2m2，所述风道的厚度不小于4cm。
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