CN109751775A - 太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，包括集热系统、储热系统和释热系统，所述储热系统置于地面冻土层下方，所述集热系统，用于对所述储热系统供热，所述集热系统外设有受光面带有透明玻璃的保温结构，所述储热系统通过取热排管连接所述释热系统的释热单元。采用本发明结构设置的太阳能集热和地下储热系统，集热与取热单独运行，在冬季取暖消耗热量的同时能够进行有效集热，对保温水箱内的热量进行补充，并且提高集热端的效率，实现集热与供热的平衡，长期应用。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能储热、取热技术领域，特别是涉及一种太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统。
背景技术
现在太阳能光热转化技术已经相当成熟，依据相关资料光能转化为热能的转化率可以达到80-90%。水的热容大，有较大的储存热量的能力，一吨水加热一摄氏度大约需要1.16度电的能量，一吨水降低一度，可以把相应的热能释放出来，相当于把1.16度电能全部转化为热能。如果水温在35度到50度时，对冬季取暖有实际的意义，因此提高太阳能的利用率是节能环保的重要手段。
现有技术取暖系统的保温效果不好，汲取的能量在没有利用之前就损失掉了。夏天汲取的太阳能过多，使用不完，而冬天需要的热量较多，相对于集热系统的热量供给有相对不足。
中国发明专利201610885481.8公开了一种季节性复合储热系统，包括热源单元、储热单元和释热单元。在春、夏、秋季热源单元通过热交换器把热量储存到储热单元中，储热单元包括储热水箱和水箱外围的有地埋管于其间的土体组成的辅助储热空间。在冬季利用释热系统（循环水泵、换热盘管、供热组件）从储热空间将热量运移到供热地段释热。该系统将热水储热方式和地埋管储热方式相结合，组成两种储热方式相耦合的季节性地下复合储热系统，解决了传统季节性地下储热系统热量损失大、初投资成本高、系统效率低下等问题。该技术存在以下缺点：1、热源单元集热效果不好。由于集热系统的保温效果不佳，当储热水体增加较高温度时，即使在夏天，集热系统损失的热量较大，大大影响了集热效果。该系统冬天不集热本身就显示了这个问题，冬天的光能与夏天强度是一样的。2、由于岩土体的热学特性是阻热性能好，导热性能差，加热时当然对中心储热水体的储热是有利的，但是其加热所利用的能量来源于集热系统，同时也损失了集热功能；而且释热时的释热效率低，也不利于释热。3、集热和释热采用同一组热交换排管，造成了整个系统管理上的不便，集热和释热不能同时使用，有时甚至会造成热损影响。
因此，亟需一种能够全面提高保温效果，实现供需平衡的太阳能储热、供热系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，以解决上述现有技术存在的集热、供热不平衡的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，包括集热系统、储热系统和释热系统，所述储热系统置于地面冻土层下方，
所述集热系统，用于对所述储热系统供热，所述集热系统外设有受光面带有透明玻璃的保温结构，
所述储热系统内设取热排管连接所述释热系统的释热单元。
优选地，所述储热系统包括保温水箱，保温水箱内下方设有所述集热系统的放热排管，所述放热排管穿过保温水箱连接所述集热系统的集热单元。
优选地，所述保温水箱埋藏于地下土壤中或置于地下冻土以下的地下构筑物中。
优选地，所述储热系统内壁上设有海绵状或絮状结构。
优选地，所述储热系统上方设有空气管路通入室内；所述储热系统内设有连通空气管路的取热排管，取热排管对内部的空气进行加热。
优选地，所述储热系统外侧设有通风通道，与空气管路连通，对通风通道内的空气加热。
优选地，所述集热系统设有循环泵，所述释热系统设有循环泵。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
1、本发明提供的太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，对太阳能集热单元加装以受光面双层超白玻璃为主要特征的保温结构，减少受光量有限，大大减少了集热系统的热量损失。能够满足储热系统水温较高时的集热要求，也能够在冬天进行有效集热。另外，在集热单元背光面加装反光镜，利用阳光反射增加光能的利用率。
2、本发明提供的太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，采用集热与取热单独运行，在冬季取暖消耗热量的同时能够进行有效集热，对保温水箱内的热量进行补充，以便能更多的满足冬季长时间取暖的需要，方便管理。
3、本发明提供的太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，在保温水箱内壁设置海绵状或絮状结构，阻止保温水箱内外层的水产生对流流动，降低热量的散失，提高保温效果。
4、本发明提供的太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，还设有相应的通风结构通入室内，风道的设置通过保温水箱上部水体内，加热空气通入室内。如果将储热水箱置于地下构筑物内，可以在储热水箱外侧设置活动的保温层，利用建筑物内部的空气通道，在需要时去掉保温层为空气提供热能。
5、本发明提供的太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，所设立的三个系统分别独立，互不干扰，而且每个系统基本都可以达到准封闭的状态，这样有利于设备运行稳定，方便管理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统的结构示意图；
其中 1-1：集热单元、1-2：放热排管
2：储热水箱
3-1：第一取热排管、:3-2：第二取热排管、3-3：地暖盘管、3-4：暖气片、3-5：空气管路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，以解决现有技术存在的问题，实现高效集热，高效释热，克服冬季集热效果差，用热效率低的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例提供一种太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，如图1所示，包括集热系统、储热系统和释热系统。
本实施例中集热系统包括集热单元1-1，集热单元1-1通过管路连接放热排管1-2，实现将太阳光能转变成热能，将作为传热介质的水的温度不断提高。具体的，集热单元1-1采用普通太阳能集热设备吸收太阳光能，通过放置于储热水箱2内下部的放热排管1-2将吸收的热量传递到储热水箱2的储热水体中，其集热部分设置在建筑物迎光面及顶部，外部设有包括透光性好的双层超白玻璃（受光面）的保温结构，当然，也可采用单层超白玻璃，保温结构的其他外侧利用房屋结构联合其他维护封闭措施进行封闭保温，将集热设备完全置于一个封闭的环境中，如轻钢结构、砖混结构、钢筋混凝土结构等。集热部件接受透过超白玻璃的太阳光并将其转化成热能。上述实施例中，集热单元1-1连通放热排管1-2，此集热系统是独立封闭的，利用循环泵（水泵）为动力进行循环。当采用集热管时也可在集热管的背光面安装镜子，利用光反射提高光的利用效率。整个集热系统要做好保温结构，最大限度的减少热量损失。集热系统设有自动控制装置，控制集热系统的开闭。
储热系统包括储热水箱2，设置于冻土层以下，可以直接埋藏于地下土壤中或置于地下冻土以下的地下构筑物中，储热水箱2内部沿内壁的外层设置阻止水体流动的絮状或海绵状结构利用水的阻热性减少热量散失，比如海绵等吸水材料。储热水箱2外部主要利用土壤的阻热功能进行保温；当储热水箱2置于地下构筑物中时，可在外部设置必要的保温结构，便于管理。集热系统的放热排管1-2设置于该储热水箱2的下部，有利于储热水体吸收集热系统的热量；释热系统的第一取热排管3-1为部分空气取热结构，第二取热排管3-2用于热水取暖，均设置于该储热水箱2的上部，有利于释热系统由此吸取热量。
所述释热系统的释热单元（取暖单元）包括热水供暖和/或热气供暖，利用空气和水为介质从储热水箱2吸收热量，到供暖地释放热量，在两者之间循环。所述热水供暖即普通的利用热水通过暖气片3-4、地暖盘管3-3等设备供暖的方式，本热水供暖系统中所需水的热量通过设置于储热水箱2上部的第二取热排管3-2获得，此供热系统是独立封闭的，利用水泵为动力进行循环；热气供暖利用设置于储热水箱2上部或外侧的通风管路将空气加热，通过设置于建筑物内部的空气通道3-5（管道或通道，分进气和排气两组通道，类似于中央空调）进入室内循环取热。进气和排气通道均设有开启关闭装置，每个房间均设有进风口和出风口，同时可加装风机循环，也可采用被动循环方式。
作为另外一种空气取热方式，在储热水箱2的外侧设置通风结构连通建筑物内部的空气通道8，同样实现加热空气的效果。
需要说明的是，本案中穿过保温水箱及保温结构的管路均需采用密封处理，与保温水箱连接处的金属管路可采用焊接方式，其余结构可加装密封橡胶实现密封。
采用本发明的太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，按照被动房每年每平米能耗10—15千瓦的能耗要求，每平米的居住用房需要0.5—1立方米的50度的热水供热（不考虑热水的热量损失，也不考虑冬天的集热量。）随着使用时间的延长，地下集热的效率会越来越高，随着环境的改善，日照时间的延长，采用合理的太阳能集热结构，冬天的集热效果会越来越好。
以建筑物的基础底面积为基准，5米深的储水池储存的热量（水温50度以上），大约可以满足达到被动房保温条件的20—25米高的建筑物的冬天取暖能耗需要。每平米太阳能集热结构春夏秋三季的集热能力保守估计将5—10吨水加热到50度以上是能够做到的（普通的太阳能热水器已经可以证明）。该技术具有广阔的推广应用前景，一次投资，长期受益，减少了电能消耗，对可持续发展有重要意义。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，其特征在于：包括集热系统、储热系统和释热系统，所述储热系统置于地面冻土层下方，
所述集热系统，用于对所述储热系统供热，所述集热系统外设有受光面带有透明玻璃的保温结构，
所述储热系统内设取热排管连接所述释热系统的释热单元。
2.根据权利要求1所述的太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，其特征在于：所述储热系统包括保温水箱，保温水箱内下方设有所述集热系统的放热排管，所述放热排管穿过保温水箱连接所述集热系统的集热单元。
3.根据权利要求2所述的太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，其特征在于：所述保温水箱埋藏于地下土壤中或置于地下冻土以下的地下构筑物中。
4.根据权利要求1所述的太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，其特征在于：所述储热系统内壁上设有海绵状或絮状结构。
5.根据权利要求1-4任一所述的太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，其特征在于：所述储热系统上方设有空气管路通入室内；所述储热系统内设有连通空气管路的取热排管，取热排管对内部的空气进行加热。
6.根据权利要求1-4任一所述的太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，其特征在于：所述储热系统外侧设有通风通道，与空气管路连通，对通风通道内的空气加热。
7.根据权利要求1-4任一所述的太阳能集热、储热和释热的太阳能应用系统，其特征在于：所述集热系统设有循环泵，所述释热系统设有循环泵。
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