CN107940783A - 一种无动力太阳能集成热水系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无动力太阳能集成热水系统，包括无动力太阳能集贮热装置、辅助加热设备、补水配水管道和总控制系统，其中无动力太阳能集贮热装置包括太阳能集热元器件和换热水箱；辅助加热设备包括燃气炉、热水贮热罐、膨胀罐、燃气炉循环泵和回水泵；补水配水管道包括冷水补水管道和热水配水管道，所述冷水补水管道由冷水供水源接入后分为第一路冷补水管道和第二路冷水补水管道，所述第一路冷水补水管道分为第三路冷水补水管道和第四路冷水补水管道；所述热水配水管道包括第一路热水配水管道、第二路热水配水管道和第三路热水配水管道。本发明依靠冷水压力进入将冷水送入无动力太阳能集贮热装置，不需要额外的动力。

Description

一种无动力太阳能集成热水系统

技术领域

本发明涉及建筑给水设备技术领域，特别涉及一种无动力太阳能集成热水系统。

背景技术

随着社会的发展，能源紧缺、环境污染成为制约可持续发展的瓶颈，可再生能源的应用愈来愈受到重视。普通民居太阳能热水器作为相对经济、相对成熟的技术已经应用若干年，家用热水器约占太阳能光热利用的90％；随着城镇化的进展，城市住宅和公共建筑也逐渐设计安装太阳能热水系统，虽然推广应用近十年，但集中太阳能热水系统普遍存在投资高、效率低、舒适度差、运行管理困难等问题。主要缺点如下：

1、在低层住宅中，一般采用顶水闷晒紧凑式热水器，存在热效率不高、水质较差、容易结垢和水压不稳定的问题，不能满足卫生标准和热水舒适度的要求。

2、采用分体式太阳能热水系统，需要热水循环泵、贮热罐等设施，造价较高、安装困难、运行维护成本较大。

3、采用传统的集中式太阳能热水系统，需要占用热水机房、综合造价较高，运行中爆管、冻裂等事故频发，维护管理比较困难、运行成本较高。同时，由于集中式太阳能热水系统中的水管网耗热量大，综合热利用效率较低。采用循环泵动力循环不仅耗费电能，且使集热器承压运行，真空管集热器容易爆管，北方区采用平板集热器寒冷地区需要采用防冻液，综合运行成本较高。

因此，为了解决上述问题，需要能够实现预制，在施工现场直接安装的一种用于综合贮水、供水的管道式集成水箱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无动力太阳能集成热水系统，所述系统包括无动力太阳能集贮热装置、辅助加热设备、补水配水管道和总控制系统，其中

所述无动力太阳能集贮热装置包括太阳能集热元器件和换热水箱，所述换热水箱包括外箱和内箱，所述太阳能集热元器件将太阳能集贮到所述外箱内的热媒水；所述无动力太阳能集贮热装置顶部设置水位计和温度计；

所述辅助加热设备包括包括燃气炉、热水贮热罐、膨胀罐、燃气炉循环泵和回水泵；

补水配水管道包括冷水补水管道和热水配水管道，所述冷水补水管道由冷水供水源接入后分为第一路冷补水管道和第二路冷水补水管道，所述第一路冷水补水管道分为第三路冷水补水管道和第四路冷水补水管道；其中所述第三路冷水补水管道与所述外箱的一端接通，所述外箱的另一端接通第一泄水管，所述第四路冷水补水管道与所述内箱的一端接通，在所述第四路冷水补水管道上设置真空破坏器，

所述热水配水管道包括第一路热水配水管道、第二路热水配水管道和第三路热水配水管道，所述第一热水配水管道与所述内箱的另一端接通，所述第一路热水配水管道与所述第二路冷水补水管道通过三接头与所述第二路热水配水管道接通；在所述第一路热水配水管道、所述第二路冷水补水管道和第二路热水配水管道连接处安装控制阀，在所述第一路热水配水管道上设置安全阀和通气管；

所述热水贮热罐开设进水口和出水口，所述第二路热水配水管道由所述进水口接入所述热水贮热罐，所述热水贮热罐由所述出水口接通第三路热水配水管道，所述第三路热水配水管道接入用户用水器具。

优选地，所述第三路热水配水管道通过恒温混水阀与冷水补水管道的冷水混合后接入用户用水器具。

优选地，总控制系统通过电线连接水位计、温度计、真空破坏器、安全阀、控制阀和恒温混水阀。

优选地，所述第四路冷水补水管道设置补水阀，控制向所述内箱的补水。

优选地，总控制系统通过电线连接水位计、温度计、真空破坏器、补水阀、安全阀和控制阀。

优选地，所述燃气炉设有燃气管道和烟囱，所述燃气炉用于对所述热水贮热罐加热。

优选地，所述第一路冷水补水管道上设置电伴热防冻系统。

优选地，所述换热水箱顶部设置外箱通气管。

优选地，所述第一路冷水补水管道上第二泄水管。

优选地，所述内箱为由不锈钢或铜制成的换热盘管。

本发明提供的一种无动力太阳能集成热水系统，实现了太阳能集热、换热、贮热的集成化，太阳能热利用效率显著提高；太阳能集热不需要动力循环，大幅度节省运行能耗；实现了冷水连续、闭式转化为热水，保证了卫生安全、满足了冷热水压力平衡等多方面的技术要求。

本发明将太阳能预热与辅助加热设备集成一体，实现生活热水的生产制备与配送，实现生活冷热水同源、压力平衡、闭式状态等技术特点。无动力太阳能集贮热装置依靠自然循环和热传导，不需要额外提供动力。

本发明提供的一种无动力太阳能集成热水系统，工程设计简单，不需要太阳能集热循环泵和集中水箱，大幅度减小热水机房、降低维护运行费用。适用于民用建筑的分户和集中热水系统，也适合工业、农业低温热水供应的场所。

本发明的无动力太阳能集贮热装置、辅助加热设备、补水配水管道和总控制系统，从冷水补水到热水配水作为整体，布置灵活、节地节材、能源独立、管理方便、设备紧凑、减少能耗、适配负荷、提高能效、模块生产、安装简洁、安全稳定、经济可靠。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出了本发明一种无动力太阳能集成热水系统的整体示意图；

图2示出了本发明换热水箱的侧面示意图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例，相关技术术语应当是本领域技术人员所熟知的。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤，除非另有说明。下面通过具体的实施例对本发明的内容进行说明，如图1所示本发明一种无动力太阳能集成热水系统的整体示意图，图2所示本发明换热水箱的侧面示意图。实施例中一种无动力太阳能集成热水系统，包括无动力太阳能集贮热装置10、辅助加热设备20、补水配水管道和总控制系统60，其中无动力太阳能集贮热装置10包括太阳能集热元器件101和换热水箱102，换热水箱包括外箱103和内箱104。太阳能集热元器件101将太阳能集贮到外箱103内的热媒水中。无动力太阳能集贮热装置10顶部设置水位计1021和温度计1022，用于监测外箱103和内箱104中的水位和温度。换热水箱102顶部设置外箱通气管1023，用于对外箱103内的热媒水进行通气。本实施例中，优选地内箱104为由不锈钢或铜制成的换热盘管，以达到良好的传热、导热、换热性能。本实施例中示例性的给出单一的无动力太阳能集贮热装置10，在一些实施例中无动力太阳能集贮热装置10可以并列多个。

辅助加热设备20包括包括燃气炉201、热水贮热罐202、膨胀罐203、燃气炉循环泵204和回水泵205。

补水配水管道包括冷水补水管道30和热水配水管道，冷水补水管道30由冷水供水源接入后分为第一路冷补水管道301和第二路冷水补水管道302，第一路冷水补水管道301分为第三路冷水补水管道3011和第四路冷水补水管道3012。本发明冷水补水管道30由冷水供水源提供补水压力，第一路冷水补水管道301上设置电伴热防冻系统70。

第三路冷水补水管道3011与外箱103的一端接通，外箱103的另一端接通第一泄水管1024，第四路冷水补水管道3012与内箱104的一端接通，在第四路冷水补水管道3012上设置真空破坏器3014和补水阀3013。补水阀3012控制向内箱104的补水。在第一路冷水补水管道301上第二泄水管3015。

热水配水管道包括第一路热水配水管道401、第二路热水配水管道402和第三路热水配水管道403，第一热水配水管道401与内箱104的另一端接通，第一路热水配水管道401与第二路冷水补水管道302通过三接头与第二路热水配水管道402接通。在第一路热水配水管道401、第二路冷水补水管道302和第二路热水配水管道402连接处安装控制阀303，在第一路热水配水管道401上设置安全阀4011和通气管4012。

热水贮热罐202开设进水口和出水口，第二路热水配水管道402由进水口接入热水贮热罐202，热水贮热罐由出水口接通第三路热水配水管道403，第三路热水配水管道403接入用户用水器具50。具体地，第三路热水配水管道403通过恒温混水阀304与冷水补水管道30的冷水混合后接入用户用水器具，以调节接入用户用水器具的温度。燃气炉201设有燃气管道206和烟囱2011，燃气炉201用于对热水贮热罐202加热。

总控制系统60通过电线连接水位计1021、温度计1022、真空破坏器3014、安全阀4011、补水阀3013、控制阀303和恒温混水阀304。

本发明生活用水通过无动力太阳能集贮热装置10的内箱104进行热传导、热交换，被预加热成生活热水，承压运行，集贮热装置热传导、热交换的能力可满足设计流量瞬时热量交换，最大化利用太阳能对被加热水进行预热。本发明外箱103为开式结构，热媒水最高温度100℃，因此无动力太阳能集贮热装置10不需要额外的防过热措施。被预加热生活热水的温度可能超过规范规定的60℃，因此本发明设置优质太阳能专用恒温混水阀304，确保生活热水温度的温控安全性。

本发明将无动力太阳能集贮热装置10和辅助加热设备20耦合为一体，并将无动力太阳能集贮热装置10和辅助加热设备20空间分开，进行独立设置，避免了免同一空间内不同热源的互相干扰，影响太阳能集热器的效率。本发明实现冷水、热水采用同一动力源，最大化实现冷热水压力平衡，可保证热水舒适度。冷水经过无动力太阳能集贮热装置10可控制压力损失小于1米，恒温混水阀304根据流量大小并联使用，控制压力损失小于1米，系统热水侧控制压力损失小于3米。

本发明可实现无动力太阳能集贮热装置10和辅助加热设备20的配件在工厂集成预制，减小现场安装难度和安装误差，提高系统可靠性。工厂内预制集成可大幅度减小设备之间连接管道，紧凑设备和管道，大幅度减小机房面积。

本发明具体的一个使用实例为某学校学生宿舍工程案例，屋面布置无动力太阳能集贮热装置10，辅助加热设备20安装于锅炉房。运行期间进行数据测试，测试数据表明本发明无动力太阳能集成热水系统在北京寒冷冬季也能良好运转。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种无动力太阳能集成热水系统，其特征在于，所述系统包括无动力太阳能集贮热装置、辅助加热设备、补水配水管道和总控制系统，其中

所述无动力太阳能集贮热装置包括太阳能集热元器件和换热水箱，所述换热水箱包括外箱和内箱，所述太阳能集热元器件将太阳能集贮到所述外箱内的热媒水；所述无动力太阳能集贮热装置顶部设置水位计和温度计；

所述辅助加热设备包括包括燃气炉、热水贮热罐、膨胀罐、燃气炉循环泵和回水泵；

补水配水管道包括冷水补水管道和热水配水管道，所述冷水补水管道由冷水供水源接入后分为第一路冷补水管道和第二路冷水补水管道，所述第一路冷水补水管道分为第三路冷水补水管道和第四路冷水补水管道；其中所述第三路冷水补水管道与所述外箱的一端接通，所述外箱的另一端接通第一泄水管，所述第四路冷水补水管道与所述内箱的一端接通，在所述第四路冷水补水管道上设置真空破坏器，

所述热水配水管道包括第一路热水配水管道、第二路热水配水管道和第三路热水配水管道，所述第一热水配水管道与所述内箱的另一端接通，所述第一路热水配水管道与所述第二路冷水补水管道通过三接头与所述第二路热水配水管道接通；在所述第一路热水配水管道、所述第二路冷水补水管道和第二路热水配水管道连接处安装控制阀，在所述第一路热水配水管道上设置安全阀和通气管；

所述热水贮热罐开设进水口和出水口，所述第二路热水配水管道由所述进水口接入所述热水贮热罐，所述热水贮热罐由所述出水口接通第三路热水配水管道，所述第三路热水配水管道接入用户用水器具。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第三路热水配水管道通过恒温混水阀与冷水补水管道的冷水混合后接入用户用水器具。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，总控制系统通过电线连接水位计、温度计、真空破坏器、安全阀、控制阀和恒温混水阀。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第四路冷水补水管道设置补水阀，控制向所述内箱的补水。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，总控制系统通过电线连接水位计、温度计、真空破坏器、补水阀、安全阀和控制阀。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃气炉设有燃气管道和烟囱，所述燃气炉用于对所述热水贮热罐加热。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一路冷水补水管道上设置电伴热防冻系统。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热水箱顶部设置外箱通气管。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一路冷水补水管道上第二泄水管。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内箱为由不锈钢或铜制成的换热盘管。