CN110367741A - 一种基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床 - Google Patents

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高文贞
王登甲
王莹莹
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Abstract

本发明公开了一种基于静坐‑睡眠灵活可调式太阳能热水暖床，包括床面板、床头板和围箱；所述的床头板上部中间设有凹槽，铺设有与太阳能热水器构成回路的热水盘管，床头板上部靠近床内侧设有散热孔；床头板下部为凹形结构，内设连杆结构，可调节上部床头板的角度；所述的围箱内设与太阳能热水器构成回路的热水盘管，围箱开口两侧及床尾分别设有送风口，围箱侧面对称设有两个进风口。本发明充分利用了太阳能低温热，并考虑了局部采暖时人体在不同状态下的热需求，调节灵活，使用方便，可较大限度的节约能源。

Description

一种基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床
技术领域
本发明属于建筑热环境调节、建筑采暖领域，特别涉及一种基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床。
背景技术
我国目前的供暖属于连续的粗放型全面供暖，能源消耗较多，部分还存在能源浪费的现象。然而随着能源危机的产生，供暖从粗放型到精细性的转变已成为暖通空调专业的方向之一。实际上人体睡眠、静坐等不同状态下对热环境的需求存在差异。倘若进行针对于人体实际热需求的局部空间供暖，可有效减少供暖面积，降低采暖能耗。目前火炕、火墙、电热毯等是我国北方地区冬季村镇居民取暖的重要方式之一。但是火炕、火墙具有焚烧秸秆污染严重、室内环境较差等诸多问题；电热毯长期使用会出现口干、咽痛、皮肤干燥等状况。除此之外，上述的所有采暖方式均存在安全隐患。
太阳能是清洁、安全且无污染的能源之一，如何将太阳能与人体实际热需求相结合，开发出适宜人体进行局部供暖的末端技术，是目前清洁供暖的重要问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床，利用太阳能低温热进行供暖，减小能源成本，操作简单、调节灵活，为太阳能采暖在村镇建筑中的推行提供技术支持。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床，包括床面板、床头板和围箱；
所述的床头板上部中间设有凹槽，铺设有与太阳能热水器构成回路的热水盘管，床头板上部靠近床内侧设有散热孔；床头板下部为凹形结构，内设连杆结构，能够调节床头板的角度；
所述的围箱内设与太阳能热水器构成回路的热水盘管，围箱开口两侧及床尾分别设有送风口，围箱侧面对称设有两个进风口。
进一步的，床头板上部与下部均由实木构成，通过可调角度的连接件连接；
围箱内边缘设有支板用于支撑床面板。
进一步的，床头板内热水盘管通过180°弯管连接，床头板内热水盘管之间的间距为8-10cm，床头板内热水盘管距床头板的侧板的间距为15cm。
进一步的，围箱内热水盘管分为床头部分与床尾部分，床头部分热水盘管占床体面积2/3，床尾部分热水盘管占床体面积1/3。
进一步的，围箱内热水盘管包括多根横向热水盘管与纵向热水盘管，通过90°弯管连接；围箱内热水盘管之间的间距为10-20cm，围箱内热水盘管距围箱的侧板间距为15cm，且床头部分热水盘管之间的间距大于床尾部分热水盘管之间的间距。
进一步的，围箱内热水盘管通过弧形卡槽固定；床头板内热水盘管固定在床头板内凹槽中。
进一步的，床头板侧面设有连杆机构的控制器，控制器用于调整床头板上部角度。
进一步的，床上设有可移动床桌，床两侧设有固定杆，床桌能够在固定杆上自由移动；床面板中间部位为镂空木板；床尾设有挡板。
进一步的，热水盘管的管径为16-20mm。
进一步的，围箱底层铺有厚度为20mm的聚苯乙烯绝热保温层。
本发明有益效果如下：
1、本发明能够满足人体睡眠-静坐时的热需求，当人体睡眠时，开启围箱内的两组热水盘管系统，关闭床头板内盘管系统。部分热空气从围箱上方送风口流出，经床桌导流吹向被子，部分热空气从床面板的空隙流向床体，加热床垫、褥子等物件，改善睡眠环境；当人体靠床静坐时，关闭床尾部分热水盘管系统及尾部送风口，开启床头板内及床头部分盘管系统，供热空间更加立体，为人体静坐时提供一个舒适的局部热环境；
2、本发明通过分区设置三组热水盘管系统向床体供热，使用者可根据自己的实际需求选择合适的供热区域，调控性强；
3、本发明仅利用太阳能加热的低温热水向局部周围环境供热，减少采暖能耗，节能环保；
4、本发明结构简单，安装容易，安全性高，尤其适用于医院、宿舍等地；
5、通过床头板侧面的调位按钮可改变床头板上部的角度，为人体提供良好的舒适度；
6、床上设有移动床桌，一方面可放置物品，另一方面对热空气起导流作用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床结构示意图；
图2为本发明基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床睡眠模式下气流走向示意图；
图3为本发明基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床静坐模式下气流走向示意图；
图4为本发明基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床剖面图；
图5为本发明基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床围箱内部结构示意图；
图6为本发明基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床床头板外观示意图；
图7为本发明基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床床头板内部结构示意图；
其中：1床面板、2床头板、3围箱、4进风口、5送风口、6热水盘管、7挡板、8床桌、9散热孔、10支板、11固定杆、12连杆机构、13保温层、14弧形卡槽、15控制器、16连接件。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
请参照图1所示，一种基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床，包括床面板1、床头板2和围箱3；
所述的床头板2上部中间设有凹槽，铺设有与太阳能热水器构成回路的热水盘管6，床头板2上部靠近床内侧设有散热孔；床头板2下部为凹形结构，内设连杆结构12，能够调节床头板2的角度；
所述的围箱3内设与太阳能热水器构成回路的热水盘管6，围箱3开口两侧及床尾分别设有送风口5，围箱3侧面对称设有两个进风口4。
进一步的，床头板2上部与下部均由实木构成，通过可调角度的连接件16连接；
围箱3内边缘设有支板10用于支撑床面板1。
进一步的，床头板2内热水盘管6通过180°弯管连接，床头板2内热水盘管6之间的间距为8-10cm，床头板2内热水盘管6距床头板侧板的间距为15cm。
进一步的，围箱3内热水盘管6分为床头部分与床尾部分，床头部分热水盘管6占床体面积2/3，床尾部分热水盘管6占床体面积1/3。
进一步的，围箱3内热水盘管6包括多根横向热水盘管与纵向热水盘管，通过90°弯管连接；围箱3内热水盘管6之间的间距为10-20cm，围箱内热水盘管6距侧板间距为15cm，且床头部分热水盘管之间的间距大于床尾部分热水盘管之间的间距。
进一步的，围箱3内热水盘管6通过弧形卡槽14固定；床头板2内热水盘管6固定在床头板2内凹槽中。
进一步的，床头板1侧面设有连杆机构12的控制器15，控制器15用于调整床头板1上部角度。
进一步的，床上设有可移动床桌8，床两侧设有固定杆11，床桌8能够在固定杆11上自由移动；床面板1中间部位为镂空木板；床尾设有挡板。
进一步的，热水盘管6的管径为16-20mm。
进一步的，围箱3底层铺有厚度为20mm的聚苯乙烯绝热保温层13。
请参照图1，床的结构主要包括床头板2、围箱3以及床面板1。床头板2分为两部分：上部整体空间为实木，中间设有凹槽，铺设一排与太阳能热水器构成回路的热水盘管6，每根热水盘管6间距为8-10cm，热水盘管6距侧板间距为15cm，管与管之间通过180°弯管连接；下部为凹形木质结构，内部设有连杆机构12，用于调节上部床头板2的角度。床头板2上部靠近床内一侧设有散热孔9，上下两部分通过可调角度的连接件16连接。当人倚靠床头板2时，通过调节床头板2侧面的调位按钮可改变床头板2上部的角度，为人体提供良好的舒适度。围箱3内部设有两组热水盘管6系统，两侧对称设有两个进风口4，冷空气经过进风口4流入围箱3与热水盘管6对流换热后经围箱3上表面送风口5流出，部分热空气流过床面板1中间的空隙加热床垫及被褥等物件，为人体提供一个舒适的睡眠环境。围箱3两侧上方设有固定杆11，床桌8可在上自由移动。
请参照图2和图3，床头板2上设有散热孔9。围箱3开口两侧设有两个送风口5，床尾侧设有一个送风口5。床体两侧对称设有两个进风口4。冷空气经过床体两侧进风口4流入围箱3与热水盘管6对流换热后，通过床面板1空隙加热床垫被褥等物，部分热空气通过送风口5流向被面。床上设有可移动的床桌8，一方面可放置物品，另一方面对热空气起导流作用。
请参照图4，床头板2侧面设有连杆机构12的控制器15，使用者可通过调节控制器15调整床头板2上部角度。围箱3内设有热水盘管6，底部铺有一层聚苯乙烯保温层13，沿长度方向两侧对称设有两个进风口4，室内的冷空气经进风口4流入围箱3与热水盘管6对流换热后，经送风口5流出。床尾设有挡板7，当人睡眠时，床桌8与挡板7形成导流装置，使热空气吹向被子。
请参照图5，围箱3内设有两部分的热水盘管6：床头部分的热水盘管6约占床体面积2/3(人体靠床静坐时身体对应的位置)，床尾部分约占床体面积1/3(平躺时膝盖及以下部位对应位置区域)；每部分的热水盘管6都与太阳能热水器构成回路，包括多根横向热水盘管6与纵向热水盘管6，热水盘管6间通过90°弯管连接，形成“螺旋迂回式”的盘管形式。所述热水盘管6距侧板间距为15cm，热水盘管6之间的间距为10-20cm，床头部分横向热水盘管6之间的间距大于床尾部分横向热水盘管6之间的间距。围箱3底部铺设保温层13，可减少热量损失。
请参照图6和图7，床头板2分为两部分：上部整体空间主要为实木，中间设有凹槽，铺设一排与太阳能热水器构成回路的热水盘管6，每根热水盘管6间距为8-10cm，热水盘管6距侧板间距为15cm，管与管之间通过180°弯管连接；下部为凹形木质结构，内部设有连杆结构，用于调节床头板2上部的角度。床头板2的上下两部分通过可调角度的连接件16连接。当人靠床静坐时，可开启床头板2内及围箱3床头部分的热水盘管6系统，关闭床尾处的热水盘管6系统及送风口5，通过调节调位按钮，牵动床头板2下部连杆机构12运转，调节床头板2角度，为人体提供一个舒适的环境。当人睡眠时，关闭床头板2内的热水盘管6系统，开启围箱3内所有的热水盘管6系统和送风口5。
以下通过举例对本发明做进一步的说明：
供暖耗热量包括围护结构的耗热量及门窗缝隙渗入冷空气的耗热量。围护结构的基本耗热量按下式计算：
Qj＝AjKj(tn-tw)a (1-1)
式中Qj——j部分围护结构的基本耗热量，W；
Aj——j部分围护结构的表面积，m2；
Kj——j部分围护结构的传热系数，W/(m2·℃)；
tn——冬季室内计算温度，℃；
tw——供暖室外计算温度，℃；
a——围护结构的温差修正系数。
门窗缝隙渗入冷空气的耗热量按下式计算：
Qi＝0.278Lρcp(tn-tw) (1-2)
式中Qi——加热门窗缝隙渗入的冷空气耗热量，W；
L——渗透冷空气量，m3/h；
ρ——供暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3；
cp——空气定压比热，cp＝1kJ/(kg·℃)。
单位面积散热量按下式计算：
qx＝Q/F (1-3)
式中qx——单位面积所需散热量，W/m2；
Q——供暖区散热量，W；
F——敷设热水盘管的面积，m2。
热水盘管平均水温计算公式：
tp＝(tg+th)/2 (1-4)
式中tp——加热管平均水温，℃；
tg，th——设计供回水温度，℃。
床的传热系数按下式计算：
K＝qx/(tp-tb) (1-5)
式中K——床板传热系数，W/(m2·℃)；
tb——床面温度，℃。
热水盘管平均间距计算公式：
式中：A——热水盘管间距，m；
B——热水盘管上部覆盖层材料的厚度，m；
λ——热水盘管上部覆盖层材料的导热系数，W/(m2·℃)。
以西安市为例，供暖室外计算温度为-3.2℃，室内计算温度为18℃。设房间尺寸为3.5m×3.2m×3m，外窗尺寸2m×1.5m，传热系数为2.5W/(m2·℃)，外墙传热系数为1.5W/(m2·℃)，面积3.5m×3m-2m×1.5m＝7.5m2(假设有一面墙与外界相连)。
床体的木材使用松木板，导热系数为0.11W/(m·K)，密度ρ为377kg/m3，比热容c为1930J/(kg·K)，床面板厚度为20mm，床头板内热水盘管距外表面20mm。床垫采用30mm的海绵垫，导热系数为0.04W/(m·K)。与太阳能热源相连接的盘管使用的是交联聚乙烯管PEX，热膨胀系数为0.20mm/(m·K)，密度ρ为940kg/m3，导热系数K为0.46W/(m·K)。
设三组热水盘管的供回水温度如下：
表1热水盘管的供回水温度
名称 床头板 上半部 下半部
供水温度(℃) 40 40 40
回水温度(℃) 38 34 36
根据表1可以得到各散热盘管内热水平均温度：床头板内热水盘管平均水温39℃；床体上半部热水盘管平均水温37℃；床体下半部热水盘管平均水温38℃。
根据式(1-1)和(1-2)计算可得围护结构基本耗热量为487W，冷风渗透耗热量为103W，总耗热量为590W。
根据《暖通空调设计指南》，低温辐射供暖时，需在总耗热量上乘以0.9-0.95的修正系数。局部区域辐射供暖时，需再乘以一个计算系数(在本示例条件下，该计算系数取值为0.3)。由此可计算暖床局部供暖热负荷为590×0.9×0.3＝159W。因此，床体上半部分热负荷为106W，下半部分热负荷为53W。
根据《暖通空调设计指南》，在低温辐射供暖中，加热盘管中流速应不低于0.5m/s。因此，在本例中，假定流速为0.6m/s，选用DN20*2.0的PEX管。在水温为37℃和38℃时，查表得动力粘度、导热系数、普朗特数等各物性参数值。通过计算得到37℃和38℃水温条件下，管内对流换热系数分别为2790W/(m2·℃)和2826W/(m2·℃)。
一般采暖条件下，空气和管道外表面间对流传热系数为10W/(m2·℃)。根据上述条件，可以计算出热水盘管的单位管长散热量：фl上＝13.14W/m，фl下＝14.38W/m。由此可得：上半部热水盘管管长为8.07m，热水盘管间距为15cm；下半部热水盘管管长为3.68m，热水盘管间距为10cm。
根据《暖通空调设计指南》：在室内温度为18℃、空气流速为0.5m/s的条件下，局部工作地点供暖时所需的辐射强度为29.1W/m2。
假定床头板的温度为26℃，根据公式(1-5)可以计算出床头板传热系数为2.24W/(m2·℃)。根据公式(1-6)计算出床头板内的盘管间距为8cm。
根据以上计算，汇总结果见下表：
表2暖床各项参数
参数 床头板 床面板上半部 床面板下半部
供水温度(℃) 40 40 40
平均水温(℃) 39 37 38
管径 DN20 DN20 DN20
管间距(cm) 8 15 10
不同的管径、管间距以及供水温度都会对该太阳能热水暖床的供热性能产生影响。根据以上计算结果，在设定条件下本发明的暖床能够利用低温水满足人体睡眠热需求，为人体提供一个舒适的睡眠环境；当人体靠床静坐时，围箱内上半部热水盘管利用低温热水供热，床头板内的热水盘管同样供热，供热空间更加立体，满足人体在局部供暖时的热需求，可为人体提供一个舒适的热环境。
综上所述，本发明所述的太阳能热水暖床能够满足人体在睡眠以及静坐状态的热需求，调控灵活，减少了空间浪费。该暖床对城镇以及农村建筑普遍适用，利用太阳能低温热水采暖，满足人体热需求的同时，又节省了能源，大大提高了人们的生活水平。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床，其特征在于，包括床面板、床头板和围箱；
所述的床头板上部中间设有凹槽，铺设有与太阳能热水器构成回路的热水盘管，床头板上部靠近床内侧设有散热孔；床头板下部为凹形结构，内设连杆结构，能够调节床头板的角度；
所述的围箱内设与太阳能热水器构成回路的热水盘管，围箱开口两侧及床尾分别设有送风口，围箱侧面对称设有两个进风口。
2.如权利要求1所述的基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床，其特征在于，床头板上部与下部均由实木构成，通过可调角度的连接件连接；
围箱内边缘设有支板用于支撑床面板。
3.如权利要求1所述的基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床，其特征在于，床头板内热水盘管通过180°弯管连接，床头板内热水盘管之间的间距为8-10cm，床头板内热水盘管距床头板的侧板的间距为15cm。
4.如权利要求1所述的基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床，其特征在于，围箱内热水盘管分为床头部分与床尾部分，床头部分热水盘管占床体面积2/3，床尾部分热水盘管占床体面积1/3。
5.如权利要求1所述的基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床，其特征在于，围箱内热水盘管包括多根横向热水盘管与纵向热水盘管，通过90°弯管连接；围箱内热水盘管之间的间距为10-20cm，围箱内热水盘管距围箱的侧板间距为15cm，且床头部分热水盘管之间的间距大于床尾部分热水盘管之间的间距。
6.如权利要求1所述的基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床，其特征在于，围箱内热水盘管通过弧形卡槽固定；床头板内热水盘管固定在床头板内凹槽中。
7.如权利要求1所述的基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床，其特征在于，床头板侧面设有连杆机构的控制器，控制器用于调整床头板上部角度。
8.如权利要求1所述的基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床，其特征在于，床上设有可移动床桌，床两侧设有固定杆，床桌能够在固定杆上自由移动；床面板中间部位为镂空木板；床尾设有挡板。
9.如权利要求1所述的基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床，其特征在于，热水盘管的管径为16-20mm。
10.如权利要求1所述的基于静坐-睡眠灵活可调式太阳能热水暖床，其特征在于，围箱底层铺有厚度为20mm的聚苯乙烯绝热保温层。
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