CN107965834A - 一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统 - Google Patents

一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统，太阳能集热装置的出水端通过连接管道与第一相变蓄热单元的进水端相连，外换热器的出水端通连接管道与第二相变蓄热单元的进水端相连，且两连接管道上均安装有第一电磁阀，第一相变蓄热单元以及第二相变蓄热单元的出水端均通过管路与承压水箱的进水端相连，且该管路上设有第二电磁阀，承压水箱通过输水管路与接触式采暖终端的进水端相连，接触式采暖终端的出水端通过水净化装置连接有供水箱，且触式采暖终端的进水端安装有第三电磁阀。本发明提高了热量的利用效率，能耗低，且可以根据需要选择不同的工作模式，更具人性化。

Description

一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统
技术领域
本发明涉及能源供热技术领域，特别是指一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统。
背景技术
随着能源的日益短缺以及环境污染情况的加剧，节能、环保成已为我国经济发展新的支柱产业。目前，建筑总能耗占全国总能耗的19.74％，特别是采暖能耗，占建筑能耗的32.5％。但我国北方地区设有采暖的建筑还主要集中在城市，广大农村地区的土坯民居一般采用燃烧秸秆等生物燃料搭建火炕的方式作为取暖设施，而大量新建的乡村民居和很多乡镇民居室内只能采用烧煤取暖，甚至没有采暖设施，冬季室内环境恶劣。
太阳能是一种清洁、环保的可再生能源，有效利用太阳能不仅可以缓解能源紧缺，而且还可以减少因燃用化石燃料等常规能源引起的环境污染。我国北方地区太阳能辐射分布非常丰富，但是由于冬季太阳能能源密度低，以及太阳能本身的间歇性和不稳定性，且受昼夜、季节以及多云阴雨天气等随机因素的影响，因此限制了太阳能技术在采暖方面的利用。
太阳能蓄热技术利用蓄热材料的相变蓄热，可以有效的减小蓄积能量所需的容积，可以实现太阳能的充分和持续稳定利用，是解决这一问题的良好途径。
借鉴“火炕”、“电热毯”的取暖原理，将热水直接通入人体接触的家居用品中，如床垫、脚垫、座垫和靠垫之中，依靠均匀的表面温度实现热的传导、辐射，获得舒适的局部取暖效果。接触式采暖的显著特点是人体接触的家居用品要求温度低，内部介质流速低，进出口的换热温差较小，一般只有2～4℃，因此供暖介质的温度可以在30～35℃之间，大大降低了供暖介质的温度要求，为低品位能源的利用提供了可行性。此外，接触式采暖装置提供的采暖区域是人长期停留的地方，因此供暖区域小，因此消耗的能源小，为冬季低品质能源的应用提供了便利。
而地源热泵是从土壤中获取热能的热泵，与其它形式的热泵相比，地源热泵的结构大部分处于地下，占用地上空间小，稳定性高。但是，由于土壤中热量的变化幅度小，如果长期处于放热和吸热的不平衡状态，会破坏土壤的热平衡，导致地源热泵效率的大幅度下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统，其将太阳能和地源热泵两种高效热换方式结合在一起作为稳定的热源供应，然后利用相变蓄热技术以及接触式采暖装置的特性实现低品位能源的梯级利用和能量的二次分配，提高热量的利用效率，能耗低，且可以根据需要选择不同的工作模式，更具人性化。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统，包括太阳能集热装置、外换热器、内换热器、第一相变蓄热单元、第二相变蓄热单元、承压水箱、浅层地埋管和深层地埋管，所述太阳能集热装置的出水端通过连接管道与第一相变蓄热单元的进水端相连，所述外换热器的出水端通连接管道与第二相变蓄热单元的进水端相连，且两连接管道上均安装有第一电磁阀，所述第一相变蓄热单元以及第二相变蓄热单元的出水端均通过管路与承压水箱的进水端相连，且该管路上设有第二电磁阀，所述承压水箱通过输水管路与接触式采暖终端的进水端相连，接触式采暖终端的出水端通过水净化装置连接有供水箱，且触式采暖终端的进水端安装有第三电磁阀，接触式采暖终端的出水端安装有第四电磁阀，所述浅层地埋管水平铺设在土壤中，所述深层地埋管竖直铺设在土壤中，所述内换热器和外换热器通过冷媒盘管相连，所述外换热器内设置有换热水槽，冷媒盘管设置在换热水槽内，换热水槽的出水端连接至浅层地埋管，浅层地埋管通过换向阀分别连接至深层地埋管和旁路管，深层地埋管和旁路管连接至换热水槽的回水端，所述深层地埋管内部设置有冷却盘管，冷却盘管上分别连接有冷却水循环管路和冷却空气循环管路，还包括控制器、设于太阳能集热器内的第一温度传感器、设于内换热器和外换热器内的第二温度传感器、设于承压水箱内的第三温度传感器和加热盘管以及设置在接触式采暖终端内的第四温度传感器，所述控制器的输入端与第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器相连，输出端与第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、换向阀、太阳能集热装置、内换热器、外换热器、冷媒盘管、冷却水循环管路、冷却空气循环管路和加热盘管相连。
优选地，所述第一相变蓄热单元、第二相变蓄热单元内均设有蓄热管和取热管，蓄热管和取热管采用交错排列的方式均布在第一相变蓄热单元、第二相变蓄热单元内。
优选地，还包括设置在太阳能集热器内的第一液位传感器、设有内换热器和外换热器内的第二液位传感器、设于承压水箱内的第三液位传感器、以及设置在接触式采暖终端内的第四液位传感器，第一液位传感器、第二液位传感器、第三液位传感器、第四液位传感器均与所述控制器的输入端相连。
优选地，所述太阳能集热器通过进水管路与所述供水箱相连。
优选地，所述换热水槽上设置有补水罐。
优选地，所述第一相变蓄热单元、第二相变蓄热单元、承压水箱上均设有排气安全阀。
优选地，所述太阳能集热装置采用平板式集热器，用于提供30-35℃的低温热水，该平板式集热器上表面包裹有防爆膜，该防爆膜包括基底和设于基底上的变色层，变色层由硫化物纳米层和氧化物纳米层交错排列而成。
优选地，所述浅层地埋管的埋设深度为3-5米，深层地埋管的最底部深度为70-80米。
本发明具有以下有益效果：
其将太阳能和地源热泵两种高效热换方式结合在一起作为稳定的热源供应，然后利用相变蓄热技术以及接触式采暖装置的特性实现低品位能源的梯级利用和能量的二次分配，提高热量的利用效率，能耗低，且可以根据需要选择不同的工作模式，比如将地源热泵作为冷源供应装置，从而实现接触式供冷，更具人性化。
附图说明
图1为本发明实施例一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统，包括太阳能集热装置1、外换热器3、内换热器2、第一相变蓄热单元4、第二相变蓄热单元14、承压水箱5、浅层地埋管7和深层地埋管12，所述太阳能集热装置1的出水端通过连接管道与第一相变蓄热单元4的进水端相连，所述外换热器2的出水端通连接管道与第二相变蓄热单元14的进水端相连，且两连接管道上均安装有第一电磁阀，所述第一相变蓄热单元4以及第二相变蓄热单元14的出水端均通过管路与承压水箱5的进水端相连，且该管路上设有第二电磁阀，所述承压水箱5通过输水管路13与接触式采暖终端的进水端相连，接触式采暖终端的出水端通过水净化装置连接有供水箱，且触式采暖终端的进水端安装有第三电磁阀，接触式采暖终端的出水端安装有第四电磁阀，所述浅层地埋管7水平铺设在土壤中，所述深层地埋管12竖直铺设在土壤中，所述内换热器2和外换热器3通过冷媒盘管15相连，所述外换热器3内设置有换热水槽，冷媒盘管15设置在换热水槽内，换热水槽的出水端连接至浅层地埋管7，浅层地埋管7通过换向阀8分别连接至深层地埋管12和旁路管16，深层地埋管12和旁路管16连接至换热水槽的回水端，所述深层地埋管12内部设置有冷却盘管，冷却盘管上分别连接有冷却水循环管路9和冷却空气循环管路10，还包括控制器、设于太阳能集热器1内的第一温度传感器、设于内换热器和外换热器内的第二温度传感器、设于承压水箱5内的第三温度传感器和加热盘管以及设置在接触式采暖终端内的第四温度传感器，所述控制器的输入端与第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器相连，输出端与第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、换向阀8、太阳能集热装置1、内换热器2、外换热器3、冷媒盘管15、冷却水循环管路 9、冷却空气循环管路10和加热盘管相连，所述控制器为PLC控制器，内设有 PID编程模块，可根据需要进行控制系统的编程设计。
所述第一相变蓄热单元4、第二相变蓄热单元14内均设有蓄热管和取热管，蓄热管和取热管采用交错排列的方式均布在第一相变蓄热单元4、第二相变蓄热单元14内。还包括设置在太阳能集热器1内的第一液位传感器、设有内换热器和外换热器内的第二液位传感器、设于承压水箱5内的第三液位传感器、以及设置在接触式采暖终端内的第四液位传感器，第一液位传感器、第二液位传感器、第三液位传感器、第四液位传感器均与所述控制器的输入端相连。所述太阳能集热器1通过进水管路6与所述供水箱相连。所述换热水槽上设置有补水罐。所述第一相变蓄热单元4、第二相变蓄热单元14、承压水箱5上均设有排气安全阀。所述太阳能集热装置1采用平板式集热器，用于提供30-35℃的低温热水，该平板式集热器上表面包裹有防爆膜，该防爆膜包括基底和设于基底上的变色层，变色层由硫化物纳米层和氧化物纳米层交错排列而成。所述浅层地埋管7的埋设深度为3-5米，深层地埋管的最底部深度为70-80米。所述冷却盘管的最底部的内径小于冷却盘管两端的内径，且冷却盘管的最底部设有紊流块。
本具体实施通过太阳能以及地源热泵集热，蓄热，实现供暖的热源供应，出口的热水经集热循环泵送入对应的相变蓄热单元，实现蓄热，相变蓄热单元通过采暖循环泵将存贮的热量送出；通过设置浅层地埋管和深层地埋管，使用换向阀来选择浅层地埋管单独工作或浅层地埋管和深层地埋管联合工作。由于浅层地埋管靠近地表，热传递较快，可以长期工作而不会破坏热平衡，但是浅层地埋管蕴含的热量有限，当需要增加功率时，仅靠浅层地埋管是无法满足需求的。当然，可以通过增加浅层地埋管面积的方式增加功率，但是这种方式的资金投入过大，无实际使用意义。通过浅层地埋管和深层地埋管的联合工作，可以实现最高性价比地增加功率。当深层地埋管暂时不工作的时间里，通过冷却空气循环管路向套管内充入冷却空气，对深层土壤中积累的热量进行平衡。这种方式比起使用冷却水的方式能耗低，长期使用也不会带来沉重的能耗负担，但是效率较低。为了弥补这个缺点，本发明同时设计了冷却水循环管路，在需要高效率散热的情况下，开启冷却水循环管路。冷媒盘管设置在换热水槽内，可以充分利用冷媒盘管的换热面积进行换热。换热用水随着使用会出现正常的消耗，补水罐可以依靠水的自重自动平衡装置内换热用水的存量。冷却盘管的最底部的内径小于冷却盘管两端的内径，可以加大冷却盘管底部的流速，紊流块可以使水流形成局部的紊流状态，起到将沉淀冲刷出去的作用，减少杂质沉积；
本具体实施具有四种工作模块，分别为太阳能集热装置单独供热工作模式、地源热泵单独供热工作模式、太阳能集热装置和地源热泵同时供热工作模式、地源热泵供冷工作模式，可根据需要通过控制器进行选择，更具人性化。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统，其特征在于，包括太阳能集热装置(1)、外换热器(3)、内换热器(2)、第一相变蓄热单元(4)、第二相变蓄热单元(14)、承压水箱(5)、浅层地埋管(7)和深层地埋管(12)，所述太阳能集热装置(1)的出水端通过连接管道与第一相变蓄热单元(4)的进水端相连，所述外换热器(2)的出水端通连接管道与第二相变蓄热单元(14)的进水端相连，且两连接管道上均安装有第一电磁阀，所述第一相变蓄热单元(4)以及第二相变蓄热单元(14)的出水端均通过管路与承压水箱(5)的进水端相连，且该管路上设有第二电磁阀，所述承压水箱(5)通过输水管路(13)与接触式采暖终端的进水端相连，接触式采暖终端的出水端通过水净化装置连接有供水箱，且触式采暖终端的进水端安装有第三电磁阀，接触式采暖终端的出水端安装有第四电磁阀，所述浅层地埋管(7)水平铺设在土壤中，所述深层地埋管(12)竖直铺设在土壤中，所述内换热器(2)和外换热器(3)通过冷媒盘管(15)相连，所述外换热器(3)内设置有换热水槽，冷媒盘管(15)设置在换热水槽内，换热水槽的出水端连接至浅层地埋管(7)，浅层地埋管(7)通过换向阀(8)分别连接至深层地埋管(12)和旁路管(16)，深层地埋管(12)和旁路管(16)连接至换热水槽的回水端，所述深层地埋管(12)内部设置有冷却盘管，冷却盘管上分别连接有冷却水循环管路(9)和冷却空气循环管路(10)，还包括控制器、设于太阳能集热器(1)内的第一温度传感器、设于内换热器和外换热器内的第二温度传感器、设于承压水箱(5)内的第三温度传感器和加热盘管以及设置在接触式采暖终端内的第四温度传感器，所述控制器的输入端与第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器相连，输出端与第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、换向阀(8)、太阳能集热装置(1)、内换热器(2)、外换热器(3)、冷媒盘管(15)、冷却水循环管路(9)、冷却空气循环管路(10)和加热盘管相连。
2.如权利要求1所述的一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统，其特征在于，所述第一相变蓄热单元(4)、第二相变蓄热单元(14)内均设有蓄热管和取热管，蓄热管和取热管采用交错排列的方式均布在第一相变蓄热单元(4)、第二相变蓄热单元(14)内。
3.如权利要求1所述的一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统，其特征在于，还包括设置在太阳能集热器(1)内的第一液位传感器、设有内换热器和外换热器内的第二液位传感器、设于承压水箱(5)内的第三液位传感器、以及设置在接触式采暖终端内的第四液位传感器，第一液位传感器、第二液位传感器、第三液位传感器、第四液位传感器均与所述控制器的输入端相连。
4.如权利要求1所述的一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统，其特征在于，所述太阳能集热器(1)通过进水管路(6)与所述供水箱相连。
5.如权利要求1所述的一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统，其特征在于，所述换热水槽上设置有补水罐。
6.如权利要求1所述的一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统，其特征在于，所述第一相变蓄热单元(4)、第二相变蓄热单元(14)、承压水箱(5)上均设有排气安全阀。
7.如权利要求1所述的一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统，其特征在于，所述太阳能集热装置(1)采用平板式集热器，用于提供30-35℃的低温热水，该平板式集热器上表面包裹有防爆膜，该防爆膜包括基底和设于基底上的变色层，变色层由硫化物纳米层和氧化物纳米层交错排列而成。
8.如权利要求1所述的一种太阳能相变蓄能接触式采暖系统，其特征在于，所述浅层地埋管(7)的埋设深度为3-5米，深层地埋管的最底部深度为70-80米。
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