CN108151126A - 一种用于建筑供暖的热化学吸附储热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于建筑供暖的热化学吸附储热系统，包括空气流道，以及沿冷空气流向依次布置在空气流道内的冷风风机(1)和内置具有吸水和储热能力的吸附剂的吸附床(4)，在冷风风机(1)与吸附床(4)之间还布置有加湿器(2)和加热器(3)，所述的吸附床(4)的后端的空气流道上还设有布置有新风风机(5)的新风进口。与现有技术相比，本发明供暖系统清洁环保、工作效率高，具有能量储存功能，可以将低谷电力、低品位废热或太阳能储存起来，并在用户有取暖需求时释放，可有效降低建筑供暖的能量消耗，并具有加湿供热功能，可有效提高室内热舒适性，此外，该系统操作方便、安全可靠，加工成本和运行成本都较低。

Description

一种用于建筑供暖的热化学吸附储热系统
技术领域
本发明涉及建筑采暖技术领域，尤其是涉及一种用于建筑供暖的热化学吸附储热系统。
背景技术
能源的高效清洁利用直接影响到社会和环境的可持续发展，而随着经济的发展和人口的增加，居民对建筑的舒适性要求越来越高，能耗也随之增加。统计数据显示，我国建筑能耗占社会总能耗的30％左右，其中制冷采暖和生活热水的能耗占20％～30％。而北方地区的供暖能耗占据了建筑总能耗的40％左右。当前我国采用的建筑供暖方式主要利用燃料燃烧或电能来提供热量：集中供暖和分散性供热利用锅炉房及热电厂加热热媒并传输到用户端散热器来供暖；而空气源热泵、电热丝取暖器和电热油汀取暖器等利用电能来供暖。锅炉等的燃料仍以不可再生能源-煤炭为主，其燃烧会排放二氧化氮、二氧化硫等温室气体和PM2.5颗粒，给环境和人民健康造成巨大危害。空气源热泵是一种近年来关注度较高的高效供热系统，但是当室外环境低于5℃时会发生结霜现象，造成制热性能的急剧下降。而电热丝取暖器和电热油汀取暖器仅适合局部供热，效率较低且热舒适性差。总体而言，目前的冬季供暖方式仍存在能耗大、污染环境和效率低等问题，建筑供暖技术仍有很大的改进提升空间。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于建筑供暖的热化学吸附储热系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于建筑供暖的热化学吸附储热系统，包括空气流道，以及沿冷空气流向依次布置在空气流道内的冷风风机和内置具有吸水和储热能力的吸附剂的吸附床，在冷风风机与吸附床之间还布置有加湿器和加热器，所述的吸附床的后端的空气流道上还设有布置有新风风机的新风进口。
优选的，所述的热化学吸附储热系统的工作过程包括解吸工作模式和吸附工作模式，其中，
解吸工作模式下，外部新风经冷风风机送入加热器被加热至解吸温度，然后，进入吸附床与吸附剂发生解吸反应，解吸热以化学键的形式储存在吸附剂中，解吸出的水蒸气释放至吸附床的出口空气，接着与经新风风机进入的新风混合，得到降至设定温度的湿润暖风并供室内舒适性供暖；
吸附工作模式下，外部新风经冷风风机进入加湿器被加湿，然后进入吸附床与吸附剂发生吸附反应，释放的吸附热由吸附床的出口空气带出并供室内取暖。
优选的，所述的吸附床采用复数的吸附床层单元组成，所述吸附床层单元中内置所述吸附剂。
更优选的，所述的吸附床层单元采用串联、并联或串并联的方式设置。
优选的，所述的吸附剂选用多孔材料，或多孔材料与吸水性无机盐复合形成的复合吸附材料。
更优选的，所述的多孔材料选自硅胶、沸石、活性氧化铝、膨胀蛭石或活性炭等材料中的一种或几种的复合；
所述的吸水性无机盐选用氯化锂、溴化锂、氯化钙、溴化锶、氯化镁或硫酸镁等材料中的至少一种。
优选的，所述的加湿器布置在冷风风机的出口处，所述的加热器的两端分别连接所述加湿器与吸附床，其中，加湿器仅在吸附工况下工作，主要用来给入口空气加湿，加热器仅在解吸工况下工作，用来加热入口空气至吸附剂再生温度，加热所需热量可由太阳能、低谷电力或低品位废热提供，加热功率可调节。
本发明专利的工作原理介绍如下：
以谷电作为驱动热源时，该吸附储热系统以短期储热模式运行：(1)充热阶段，系统以解吸模式运行。在冷风风机作用下，低温新风进入系统并被加热器加热至解吸温度，随后进入吸附床与吸附剂发生解吸反应，将被吸附的水蒸气释放到流动空气当中以增加空气含湿量，同时解吸热以化学键的方式储存在干燥吸附剂当中。吸附床出口的较高温度湿空气与新风风机送入的新风混合，所得到的40℃左右湿润暖风经系统出口释放到室内以供暖；(2)释热阶段，系统以释放(吸附)模式运行。在冷风风机的作用下，低温室内空气进入加湿器加湿，得到的低温高湿空气进入吸附床，与其中填充的干燥吸附剂发生吸附反应，空气中含有的水蒸气被吸附剂吸收并释放出吸附热来加热周围流经空气。系统出口的暖风用于室内供暖。
以谷电作为驱动热源时，本热化学吸附储热系统以短期储热模式运行。解吸模式在夜晚的电力低谷时段进行，吸附模式在白天的电力高峰阶段时段运行。可以实现电网的削峰填谷。
以低品位废热作为驱动热源时，本热化学吸附储热系统以短期储热模式运行。解吸模式在低品位废热供应时段进行，吸附模式在用户有供暖需求的时段运行。实现了对低品位废热的高效利用。
以太阳能作为驱动热源时，本热化学吸附储热系统以跨季节储热模式运行。解吸模式在夏季运行，吸附模式在冬季运行。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明供暖技术具有储热功能，可以将低谷电力、低品位废热或太阳能储存起来并在用户有采暖需求时实现无能耗供暖。
(2)以谷电作为驱动热源时可以实现电网的削峰填谷，缓解电网压力，并节省居民电费；以低品位废热作为驱动热源时，提供了一种将难以利用的低品位废热转化为可利用能源的有效途径，并在冬季进行零能耗供暖；以太阳能作为驱动热源时，可以解决太阳能能量供需不平衡问题，并实现冬季零能耗供暖。
(3)本发明供暖技术可以实现吸附-解吸循环工况不间歇供暖。
(4)与一般的供热设备比,本发明供暖技术具备加湿供热功能,可以大大改善建筑采暖的舒适性。
(5)本发明供暖技术的原理简单、操作方便、安全可靠，加工成本和运行成本都较低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的吸附工作模式的运行示意图；
图3为本发明的解吸工作模式的运行示意图；
图中，1-冷风风机，2-加湿器，3-加热器，4-吸附床，5-新风风机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种用于建筑供暖的热化学吸附储热系统，其结构如图1所示，包括空气流道，以及沿冷空气流向依次布置在空气流道内的冷风风机1和内置具有吸水和储热能力的吸附剂的吸附床4，在冷风风机1与吸附床4之间还布置有加湿器2和加热器3，所述的吸附床4的后端的空气流道上还设有布置有新风风机5的新风进口。
作为本发明的一种优选的实施方式，所述的吸附床4采用复数的吸附床4层单元组成，所述吸附床4层单元中内置所述吸附剂。更优选的，所述的吸附床4层单元采用串联、并联或串并联的方式设置。
作为本发明的一种优选的实施方式，所述的吸附剂选用多孔材料，或多孔材料与吸水性无机盐复合形成的复合吸附材料。
更优选的实施方式，所述的多孔材料选自硅胶、沸石、活性氧化铝、膨胀蛭石或活性炭等材料中的一种或几种的复合；
所述的吸水性无机盐选用氯化锂、溴化锂、氯化钙、溴化锶、氯化镁或硫酸镁等材料中的至少一种。
作为本发明的一种优选的实施方式，所述的加湿器2布置在冷风风机1的出口处，所述的加热器3的两端分别连接所述加湿器2与吸附床4，其中，加湿器2仅在吸附工况下工作，主要用来给入口空气加湿，加热器3仅在解吸工况下工作，用来加热入口空气至吸附剂再生温度，加热所需热量可由太阳能、低谷电力或低品位废热提供，加热功率可调节。
上述热化学吸附储热系统的工作原理介绍如下：
该系统的工作过程包括两个阶段：(1)充热(解吸)阶段，系统以解吸模式运行，其运行过程如图3所示。在冷风风机1作用下，低温新风进入系统并被加热器3加热至解吸温度，随后进入吸附床4与吸附剂发生解吸反应，将被吸附的水蒸气释放到流动空气当中以增加空气含湿量，同时解吸热以化学键的方式储存在干燥吸附剂当中。吸附床4出口的较高温度湿空气与新风风机5送入的新风混合，所得到的40℃左右湿润暖风经系统出口释放到室内以供暖；
(2)释热(吸附)阶段，此阶段运行过程如图2所示，系统以释放(吸附)模式运行。在冷风风机1的作用下，低温室内空气进入加湿器2加湿，得到的低温高湿空气进入吸附床4，与其中填充的干燥吸附剂发生吸附反应，空气中含有的水蒸气被吸附剂吸收并释放出吸附热来加热周围流经空气。系统出口的暖风用于室内供暖。
以谷电作为驱动热源时，本热化学吸附储热系统以短期储热模式运行。解吸模式在夜晚的电力低谷时段进行，吸附模式在白天的电力高峰阶段时段运行。可以实现电网的削峰填谷。
以低品位废热作为驱动热源时，本热化学吸附储热系统以短期储热模式运行。解吸模式在低品位废热供应时段进行，吸附模式在用户有供暖需求的时段运行。实现了对低品位废热的高效利用。
以太阳能作为驱动热源时，本热化学吸附储热系统以跨季节储热模式运行。解吸模式在夏季运行，吸附模式在冬季运行。
本发明在工作时，由于解吸工作模式中输入的低谷电力、低品位废热或太阳能是通过化学键储存在吸附剂当中，隔绝干燥吸附剂与湿空气的接触就可实现能量的无损储存。即解吸工作模式运行完成后，可以对系统的进、出口进行密封，直至用户再次有供暖需求时再解除密封并进入吸附工作模式，实现了灵活按需供热。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于建筑供暖的热化学吸附储热系统，其特征在于，包括空气流道，以及沿冷空气流向依次布置在空气流道内的冷风风机(1)和内置具有吸水和储热能力的吸附剂的吸附床(4)，在冷风风机(1)与吸附床(4)之间还布置有加湿器(2)和加热器(3)，所述的吸附床(4)的后端的空气流道上还设有布置有新风风机(5)的新风进口。
2.根据权利要求1所述的一种用于建筑供暖的热化学吸附储热系统，其特征在于，所述的热化学吸附储热系统的工作过程包括解吸工作模式和吸附工作模式，其中，
解吸工作模式下，外部新风经冷风风机(1)送入加热器(3)被加热至解吸温度，然后，进入吸附床(4)与吸附剂发生解吸反应，解吸热以化学键的形式储存在吸附剂中，解吸出的水蒸气释放至吸附床(4)的出口空气，接着与经新风风机(5)进入的新风混合，得到降至设定温度的湿润暖风并供室内舒适性供暖；
吸附工作模式下，外部新风经冷风风机(1)进入加湿器(2)被加湿，然后进入吸附床(4)与吸附剂发生吸附反应，释放的吸附热由吸附床(4)的出口空气带出并供室内取暖。
3.根据权利要求1所述的一种用于建筑供暖的热化学吸附储热系统，其特征在于，所述的吸附床(4)采用复数的吸附床(4)层单元组成，所述吸附床(4)层单元中内置所述吸附剂。
4.根据权利要求3所述的一种用于建筑供暖的热化学吸附储热系统，其特征在于，所述的吸附床(4)层单元采用串联、并联或串并联的方式设置。
5.根据权利要求1所述的一种用于建筑供暖的热化学吸附储热系统，其特征在于，所述的吸附剂选用多孔材料，或多孔材料与吸水性无机盐复合形成的复合吸附材料。
6.根据权利要求5所述的一种用于建筑供暖的热化学吸附储热系统，其特征在于，所述的多孔材料选自硅胶、沸石、活性氧化铝、膨胀蛭石或活性炭中的一种或几种的复合；
所述的吸水性无机盐选用氯化锂、溴化锂、氯化钙、溴化锶、氯化镁或硫酸镁中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种用于建筑供暖的热化学吸附储热系统，其特征在于，所述的加湿器(2)布置在冷风风机(1)的出口处，所述的加热器(3)的两端分别连接所述加湿器(2)与吸附床(4)。
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