CN110631265A - 太阳能热量收集装置及太阳能采暖系统以及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能热量收集装置，包括并排设置的若干由柔软塑料集热棒，集热棒内为空气流道腔，集热棒阳面为透明塑料层，阴面设有黑色涂层，各集热棒进风连至总进风口，各集热棒出风连接至总出风口；总进风口与通风机相连；还提供一种太阳能采暖系统，将上述太阳能热量收集装置与空气热泵结合向室内供暖风；还提供了太阳能采暖系统的使用方法，该方法有从室内吸风加热，使暖空气直接回流室内的工作模式，以及用收集装置加热的低温暖风气化制冷剂，再由制冷剂向室内较高温的循环风放热的工作模式，集热棒采用塑料薄膜制作，用时充气展开，闲时抽真空后折叠起来，便于储存及运输，所述采暖系统成本低、重量轻，易安装或拆卸，没有冻结风险。

Description

太阳能热量收集装置及太阳能采暖系统以及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种太阳利用技术，更具体的说是一种太阳能热量收集装置、一种太阳能采暖系统及其使用方法。

技术背景

现有太阳能的使用，主要是通过太阳能热水器、或者太阳能集热器来实现太阳能的利用，太阳能热水器中利用水的密度差或者水泵提供的动力，将水箱的水循环到集热器的面板，太阳光能到达面板内部，水吸收太阳能，温度升高，如此循环，将温度升高到采暖的需求或者热水的需求，也有的利用热管的方式，面板内有热管，热管里采用了制冷剂类的介质，在密度差的作用下，液体制冷剂循环到面板内的铜管中，气化，气体上升到集管中，在集管处将热量释放给冷水，将冷水温度提升。前者采用的是水或者乙二醇防冻液，后者采用的是制冷剂。都属于固定装置，笨重，成本高，难以拓展，在使用中，需要考虑防冻、损坏等问题。在实际使用中，太阳能的使用和配套的热泵机组基本上处于独立状态，不利于节能。

发明内容

本发明旨在开发太阳能利用领域，提供一种利用阳光热量为室内提供热风的方案。

具体的，本发明的提供的技术方案是：

一种太阳能热量收集装置，包括并排设置的若干由柔软塑料热压而成的集热棒，集热棒内为空气流道腔，集热棒阳面为透明塑料层，阴面设有黑色涂层，各集热棒进风连至总进风口，各集热棒出风连接至总出风口；总进风口与通风机相连。

此太阳能热量收集装置是一种形状可变的结构，其采用塑料薄膜制作，用时充气展开，闲时抽真空收拢，它可以折叠，便于储存运输。容易安装，并且容易拆卸，可以大大提高北方太阳能的利用率。由于采用空气作为介质，没有冻结风险。

作为太阳能热量收集装置的一个实施结构，所述集热棒由表面层和内部层组成，所述黑色涂层为表面层与内部层之间的夹层。集热棒充气状态时内部压强为50-100pa。

作为太阳能热量收集装置的另一实施结构，所述集热棒包括表面层和内部层，表面层与内部层套装在一起且中间设有2～5mm的空气间隔，该空气间隔充入空气构成支撑腔，支撑腔为密封空气腔室，各集热棒的支撑腔相连通，表面层上设有支撑腔气阀；内部层空腔为空气流道腔。支撑腔充气状态时内部压强为50-100pa。

本发明还提供了利用上述太阳能热量收集装置的太阳能采暖系统，包括热泵，热泵内有制冷剂，热泵包括蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀，制冷剂依次在蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀内循环，经过吸热、放热在气态与液态间反复转化，冷凝器安装于室内，蒸发器安装于室外，还包括太阳能热量收集装置，太阳能热量收集装置总进风口与室内空气、蒸发器出口分别相连，分道接口位置设有切换进风来源的阀一；太阳能热量收集装置总出风口与蒸发器入口、冷凝器入口分别相连，分道接口位置设有切换空气去向的阀二；冷凝器还与室内空气相通，入风口位置阀三。

该太阳能采暖系统成本低，约为现有普通太阳能热量收集装置的1/100，同时便于修复，容易安装，并且容易拆卸。可以根据季节和气象预报，进行安装和拆卸。可以铺设在外墙上和屋顶上，也可以用于大鹏的顶部以及一切可以利用的空地上。以空气作为介质，没有冻结风险。

上述太阳能采暖系统各集热棒相互平行或交叉设置,为交叉设置时交点空气流道腔交汇。

本发明还提供了上述太阳能采暖系统的使用方法：

若收集装置进风、出风温差大，令阀一开启室内空气至收集装置通风；令阀二开启收集装置至冷凝器通风；令阀三关闭；热泵不工作，收集装置从室内吸风加热，被加热的室内风气流穿过冷凝器直接回流室内；

若收集装置进风、出风温差较小，令阀一开启蒸发器至收集装置通风；令阀二开启收集装置至蒸发器通风；令阀三打开；热泵工作，收集装置从蒸发器出口吸风加热，太阳能加热后的暖风入蒸发器加热制冷剂，而冷凝器引入室内空气，制冷剂向冷凝器放热加热室内空气；

若收集装置进风、出风温差为过小，令阀一关闭室内空气向外出风；令阀二闭冷凝器进风；令阀三打开；直接采用热泵供热，关闭通风机，太阳能采集器放气抽空使集棒呈片状，将片状集热棒卷起收拢。

此使用方法根据室内室外天气自主选择适合的方式运行，有效利用太阳能为人们生活提供便利，有效节约热泵运行带来的不可再生能源的消耗。

对本发明的进一步改进，增加蒸发器室外空气进风，蒸发器入口位置设切换室外进风或收集装置进风的阀四；当收集装置进、出风温差大，但实际出风温度不足时，阀四开启蒸发器室外空气进风；开启热泵；收集装置从室内吸风加热送入冷凝器，同时蒸发器引室外空气使制冷剂气化，气化的制冷剂经过压缩机的压缩机，进入冷凝器放热，进一步加热太阳能加热过的热风。

附图说明

图1a集热棒实例一截面图；

图1b集热棒实例一结构示意图；

图2a集热棒实例二结构示意图；

图2b为实例一集热棒截面图；

图3为采暖系统整体结构示意图；

图4为本发明阀的结构实例；

图5为直接供暖模式气流走向图；

图6为间接供暖模式气流走向图；

图7为本发明进一步改进方案结构及气流走向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明：

本发明提供的太阳能热量收集装置，主要用于收集利用太阳能的热量，它包括并排设置的若干由柔软材料热压而成的集热棒1，集热棒1内为空气流道腔，集热棒1阳面为透明塑料层，阴面设有黑色涂层14，各集热棒1进风连至总进风口2，各集热棒1出风连接至总出风口3；总进风口2与通风机4相连。

此结构中各集热棒1首首合并，尾尾合并，空气从总进风口引入，流经所有集热棒1最后从总出风口流出，形成内部宽广的空气流体通道。黑色阴面避免阳光透射过去，提高太阳热能的吸收率。

作为太阳能热量收集装置的一个实施结构，如图1a、图1b所示，所述集热棒1由表面层11和内部层12组成，处于阴面的表面层11与内部层12之间设有夹层，夹层为黑色涂层14。集热棒表面层11或内部层12可以是塑料制成。集热棒表面层11或内部层12可以是橡胶制成。所述黑色涂层14可以是同于表面层或内部层的材料表面涂刷了黑色涂料，也可以是黑色橡胶。内部层12中腔为空气流道腔13，集热棒1内采用空气作为载热流体；集热棒1充气并保持一定内部压强以作棒体支承。集热棒1充气状态时内部压强为50-100pa。

上述集热棒的进一步改进，如图2a、图2b所示，所述集热棒1包括表面层11和内部层12，表面表层11与内部层12套装在一起且它们之间设有空气间隔，该空气间隔充入空气构成支撑腔15，内部层12空腔为空气流道腔13。所述表面层11和内部层12的间隔为2～5mm，优选3mm。支撑腔15为密封空气腔室，表面层11上设有支撑腔气阀16。此结构的集热棒具有双层空气腔，支撑腔15因是密封空气腔，内部加压较大，因此也具备较高的硬度支撑空气流道。同时支撑腔15作为空气流道腔13的外部层，也具有保温功能，可以使内部层中吸收的热量保存的更久一些。

该太阳能热量收集装置具备充气状态和抽真空状态两种使用状态，要使用本收集装置储存太阳能时向集热棒充气，空气流道通入空气鼓起来，支撑腔充满后关闭气阀,支撑腔内部压强应控制在50～100Pa达到支撑功能。集热棒充入空气后具有一定高度。

当不需要本收集装置时，将装置内部空气全部抽走，收集装置则变成平面状态，此时可以将装置卷起，甚至拆除另做保存。

作为太阳能热量收集装置的另一种实施例：收集装置的各气流通道设计为交叉状，支撑为柱状，同样设一个总进风口2，一个总出风口3。

本发明还提供了利用上述太阳能热量收集装置的太阳能采暖系统，该采暖系统将上述太阳能热量收集装置与空气热泵相结合，考虑各种天气状态，为室内提供热风。

本太阳能采暖系统应用于秋冬季节，温度在20℃以下的天气。其具体结构如图3-7所示：一种太阳能采暖系统，包括热泵，热泵内有制冷剂，热泵包括蒸发器5、压缩机、冷凝器6、膨胀阀。蒸发器5与压缩机相连，压缩机与冷却器相连，冷却器6再通过膨胀阀与蒸发器5相连，制冷剂依次在蒸发器、压缩机、冷凝器6、膨胀阀内循环，蒸发器5通入高温流体将制冷剂加热气化，然后制冷剂入压缩机成高温高压气体，然后进入冷凝器6，制冷剂向通入冷凝器6的低温流体放热，放热后制冷剂由气体转化为液体，最后经膨胀阀泄压变成低温低压液体回流到蒸发器5。制冷剂在气态与液态间反复转化，完成吸收热介质热量、向低温介质热量放热，冷凝器安装于室内，蒸发器安装于室外，还包括上述太阳能热量收集装置，收集装置总进风口2与室内空气、蒸发器5出口分别相连，分道接口位置设有切换进风来源的阀一7；收集装置总出风口3与蒸发器5入口、冷凝器6入口分别相连，分道接口位置设有切换空气去向的阀二8；冷凝器6还与室内空气相通，入风口位置阀三9。

本发明的太阳能采暖系统有直接供暖和间接供暖两种工作模式，两种模式根据收集装置总出风管口出风温度情况选择。两种模式通过控制阀一7、阀二8、阀三9切换相应的通风走向以及对通风机、热泵的控制来实现。

间接供暖模式：当收集装置进、出风温差较小，例如在10℃以下，且出风具备一定温度，控制阀一7开启蒸发器5至收集装置通风；阀二8开启收集装置至蒸发器5通风；阀三9打开，热泵工作，收集装置从蒸发器5出口吸风加热，太阳能加热后的暖风入蒸发器5加热制冷剂，而冷凝器6引入室内空气，制冷剂由气态转为液态过程中向室内空气释放热量，被加热的室内空气回流室内。

实施例：在秋冬季因风较多，在同样太阳光照下室内温度高于室外，例如：室内温度8℃，室外气温-2℃。使用本采暖系统，经检测判断出收集装置进、出口温差小于10℃，出口温度大于3℃，则开启热泵，收集装置抽取蒸发器出风进行太阳能加热，出口暖风入蒸发器将制冷剂气化。同时，冷凝器引入室内空气，在热泵中，制冷剂释放热量，流过冷凝器的空气得到升温回流室内。

直接供暖模式：当阳光充足，使用本采暖系统，经检测判断收集装置进、出风温差大于10℃，且出风温度在20℃以上时，阀一7开启室内空气至收集装置通风；阀二8开启收集装置至冷凝器6通风；阀三9关闭，收集装置的通风机4通过管道引入室内风进行加热，被加热的空气直接穿过冷凝器6进入室内，此过程中热泵为停机状态。

例如：当室外太阳能充足的时候，室内因少光照温度低。测得太阳能集热装置出风温度为25℃，室内温度11℃，因热泵不工作，太阳能收集装置直接抽取室内空气进行太阳能架热，暖风直接穿过冷凝器6回流室内。

下面根据实例对太阳能采暖系统的控制方式具体说明，本实例中具体规定了各模式运行的条件，但以下具体控制描述中所记载的温度值仅为本实例提供的温度条件，并不代表此采暖系统必须设定以这种温度值作为控制界线，因此本实例不能成为本方法的限制。

一种太阳能采暖系统的使用方法：

若收集装置进风、出风温差在10℃以上，且出风温度为25℃以上，令阀一7开启室内空气至收集装置通风；令阀二8开启收集装置至冷凝器6通风；令阀三9关闭；热泵不工作，太阳能收集装置从室内吸风加热，被加热的室内风气流穿过冷凝器6直接回流室内。

若收集装置进风、出风温差在10℃以下，令阀一7开启蒸发器至收集装置通风；令阀二8开启收集装置至蒸发器通风；令阀三9打开；热泵工作，收集装置从蒸发器5出口吸风加热，太阳能加热后的暖风入蒸发器5加热制冷剂，而冷凝器6引入室内空气，制冷剂向冷凝器6放热加热室内空气。

若收集装置进风、出风温差在3℃以下，令阀一7关闭室内空气向外出风；令阀二8闭冷凝器进风；令阀三9打开；直接采用热泵供热，关闭通风机4，太阳能采集器放气抽空使集棒呈片状，将片状集热棒1卷起收拢。

当室内温度满足需要时，供暖随时结束。

作为本发明的改进，本发明在直接供暖模式下进一步设计有增强工作方式。具有改进包括：

A.结构方面：所述蒸发器5入口还与室外空气相通，蒸发器5入口位置设阀四10，阀四10用于切换室外进风或收集装置进风，阀四10当阀二8处于开启收集装置至冷凝器6通风时允许开启。

B.控制方面：当收集装置进、出风温差满足10℃以上的条件，但出风温度不足25℃时，阀四10开启蒸发器5室外空气进风；开启热泵；收集装置从室内吸风加热送入冷凝器6，同时蒸发器5引室外空气使制冷剂气化，气化的制冷剂经过压缩机的压缩机，进入冷凝器6放热，进一步加热太阳能加热过的热风。

本发明提供的太阳能采暖系统根据太阳能的热量，选择太阳能直接加热模式和太阳能间接加热模式，可以提高舒适度。在太阳能充足的场合，选用直接加热模式，可以免热泵机组开启，节约电费。在太阳能不充足的情况下，选择间接加热模式，可以保证室内温度。

更进一步地，本采暖系统还可以用于热水，即向冷凝器6中加入低温水。收集装置加热暖风引入蒸发器5加热制冷剂，让制冷剂蒸发，之后进入压缩机，压缩机压缩制冷剂蒸汽，形成高温高压制冷剂，在冷凝器中，将热量释放给低温水，使水的温度提升。采用了该采暖系统用于制取热水的时候，根据太阳能的升温效果，选择太阳能与否，这个控制可以适用于夜晚场合。

热泵一般有环境温度传感器，还有室内温度传感器，通过这些感应器件的监测实现热泵启\停控制。本太阳能采暖系统配置控制器在热泵控制器基础上进行改造，根据需要在室内、收集装置入风口、收集装置出风中以及其他位置设计温度感应器，并在控制器中设置判断逻辑，设置对各个风阀的控制规则，使采暖系统实现自动切换风路，自主选择运行模式。用于判断运行方式的出风温度条件随着采暖系统中设定的需要的温度而做调整。

采暖系统的机体设有开关机按钮，开机后机组进行初始化，根据环境温度，判断热泵的能力。系统优先进入直接供热模式，通风机开启，循环3分钟后，控制系统检测收集装置的总进风口和总出风口的温差，根据监测结果选择相应的模式运行。当收集装置进、出风温差高于10℃且出风温度高于25℃时，选择直接供热模式；当温差高于10℃，且出风温度低于20℃时，增加热泵的运行，进一步提升室内空气温度，当室内温度高于设定值时，关闭热泵；当收集装置进、出风的温差低于10℃时并高于3℃时，采用间接采暖方式；当进出风的温差低于3℃时，关闭太阳能采集器，直接让热泵供热。

本采暖系统可以每10分钟进行一次检测，通过检测结果判断当前工作模式是否适合，若不适合则转换运行模式。

本发明的有益效果，该装置可以通过抽真空，把体积缩小，卷起来，有利于储存。使用时，只需要打气，就可以把装置撑起，形成气流通道。本发明太阳能热量收集装置采用塑料材料制作，相对于现有太阳能，其重量约为常规玻璃加热管太阳能的1/100，相当于常规集热器的1/200，重量轻、成本低。本太阳能热量收集装置由于采用了柔软的材料，可以铺到地面、屋顶、棚顶。仅需要固定，避免风吹即可，安装方便、安装位置自由，尤其适用于北方农村、矿区等地。

Claims (10)

1.一种太阳能热量收集装置，其特征是：包括并排设置的若干由柔软塑料热压而成的集热棒，集热棒内为空气流道腔，集热棒阳面为透明塑料层，阴面设有黑色涂层，各集热棒进风连至总进风口，各集热棒出风连接至总出风口；总进风口与通风机相连。

2.如权利要求1所述太阳能热量收集装置，其特征是：所述集热棒包括表面层和内部层，表面层与内部层套装在一起且中间设有2～5mm的空气间隔，该空气间隔充入空气构成支撑腔，支撑腔为密封空气腔室，各集热棒的支撑腔相连通，表面层上设有支撑腔气阀；内部层空腔为空气流道腔。

3.如权利要求2所述太阳能热量收集装置，其特征是：支撑腔充气状态时内部压强为50-100pa。

4.如权利要求1所述太阳能热量收集装置，其特征是：所述集热棒由表面层和内部层组成，所述黑色涂层为表面层与内部层之间的夹层。

5.如权利要求4所述太阳能热量收集装置，其特征是：所述集热棒充气状态时内部压强为50-100pa。

6.一种太阳能采暖系统，包括热泵，热泵内有制冷剂，热泵包括蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀，制冷剂依次在蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀内循环，经过吸热、放热在气态与液态间反复转化，冷凝器安装于室内，蒸发器安装于室外，其特征是：还包括权利要求1所述太阳能热量收集装置，太阳能热量收集装置总进风口与室内空气、蒸发器出口分别相连，分道接口位置设有切换进风来源的阀一；太阳能热量收集装置总出风口与蒸发器入口、冷凝器入口分别相连，分道接口位置设有切换空气去向的阀二；冷凝器还与室内空气相通，入风口位置阀三。

7.如权利要求6所述太阳能采暖系统，其特征是：各集热棒相互平行或交叉设置,为交叉设置时交点空气流道腔交汇。

8.如权利要求7所述太阳能采暖系统，其特征是：所述冷凝器出风可连接至水加热装置，用于加热水。

9.如权利要求6所述太阳能采暖系统的使用方法：

若太阳能热量收集装置进风、出风温差大，令阀一开启室内空气至太阳能热量收集装置通风；令阀二开启收集装置至冷凝器通风；令阀三关闭；热泵不工作，太阳能热量收集装置从室内吸风加热，被加热的室内风气流穿过冷凝器直接回流室内；

若太阳能热量收集装置进风、出风温差较小，令阀一开启蒸发器至太阳能热量收集装置通风；令阀二开启太阳能热量收集装置至蒸发器通风；令阀三打开；热泵工作，太阳能热量收集装置从蒸发器出口吸风加热，太阳能加热后的暖风入蒸发器加热制冷剂，而冷凝器引入室内空气，制冷剂向冷凝器放热加热室内空气；

若太阳能热量收集装置进风、出风温差为过小，令阀一关闭室内空气向外出风；令阀二闭冷凝器进风；令阀三打开；直接采用热泵供热，关闭通风机，太阳能热量收集装置放气抽空使集棒呈片状，将片状集热棒卷起收拢。

10.如权利要求9所述太阳能采暖系统的使用方法，其特征是：增加蒸发器室外空气进风，蒸发器入口位置设切换室外进风或太阳能热量收集装置进风的阀四；当太阳能热量收集装置进、出风温差大，但实际出风温度不足时，阀四开启蒸发器室外空气进风；开启热泵；太阳能热量收集装置从室内吸风加热送入冷凝器，同时蒸发器引室外空气使制冷剂气化，气化的制冷剂经过压缩机的压缩机，进入冷凝器放热，进一步加热太阳能加热过的热风。

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