CN110762584A

CN110762584A - 可自控的相变蓄能地板通道新风系统

Info

Publication number: CN110762584A
Application number: CN201911099168.1A
Authority: CN
Inventors: 刘政轩; 俞准; 张国强; 陈大川; 罗嘉宁; 吕嘉俊; 邹世豪; 李郡; 秦迪; 严中俊; 祝悦湘
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2020-02-07

Abstract

为充分合理利用峰谷电价，提升室内环境的热舒适度，并克服传统相变蓄能供暖系统缺少新风和温升过慢的问题，本发明提供了一种可自控的相变蓄能地板通道新风系统，主要包括：相变蓄热模块、毛细管网系统、新型龙骨支撑、新风预热系统、排风热回收系统及自动控制系统；所述相变蓄热模块与毛细管网系统有机耦合，且由新型龙骨支架支撑；所述的新风预热风道和排风热回收风道均位于龙骨支架的下端。所述的毛细管网系统是由主供水管、主回水管及支管网组成；所述的龙骨通过螺栓与卡盘模块连接，卡盘模块之间通过凹槽拼接，两者分别与毛细管网热源、相变模块紧密耦合；所述自动控制系统与风道新风、排风系统及热源加热系统与相连接，实现了系统的自动启停。

Description

可自控的相变蓄能地板通道新风系统

所属技术领域

本发明涉及相变材料蓄热及建筑通风技术领域，具体涉及一种可自控的相变蓄能地板通道新风系统。

背景技术

近年来，随着人民生活水平的提高，对于建筑舒适度的要求也是越来越高，导致建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大。据统计，建筑能耗在我国社会总能耗中所占的比例已经超过三分之一，并且还有继续上升的趋势。尤其是晚间耗电高峰期的采暖用电，在建筑能耗中所占比重更是日益增大。

目前，相变蓄能结构与建筑的结合就是降低其能耗的一项重要技术。相变材料在的建筑节能领域的应用当前主要体现在两方面：一方面是被动式节能，充分利用自然界的冷热源，例如太阳能、地热能；一方面是主动式节能，利用主动式冷热源进行蓄能，可通过“削峰填谷”的方式，有效实现建筑的节能运行。近年来，很多研究者提出了相变蓄能与地板采暖系统相结合的系统，可有效的实现建筑节能并达到室内热舒适要求的目的，但现有的蓄能供暖地板存在充放热时间长、建造成本大和无新风系统等问题，这也决定了该技术难以实现示范性推广的目的。

现有的研究中关于相变蓄能地板申请的专利很多，如四川大学的吴玉玲等人提出了一种相变蓄热地板构造(授权号CN 208518269U)，通过相变材料与传统地板进行结合，有效的减少地板辐射供暖开启时间，达到节能、电力移峰填谷的目的。该专利存在的问题包括系统中没有考虑新风的引入，从而导致系统长期运行时室内空气质量变差。另外，蓄热层与地暖管上下布置，系统启动时地暖管的热量需要依次加热混凝土层、蓄热层、找平层和饰面层，所以必然导致系统热启动较慢的问题。专利CN204227609U把相变蓄能材料与供水管交错排列，同样存在热启动较慢和蓄能材料难以快速充能的情况。虽然专利CN105066217A、CN102677860A、CN205897302U把供热支管包裹在蓄热材料中避免了热启动较慢的问题，但系统中无新风结构，同样存在长期运行时室内空气质量下降的问题。

本发明是在现有研究的基础上进行的改造和创新，不但充分利用了相变材料的蓄、放热能力，实现系统的错峰运行，节电省钱，并且该系统利用龙骨支架新风坑道，将上述废热用于新风的预热，在吸收了户间余热的同时也解决了传统地暖分户计量的不准确性。排风热回收的设置利用排风热量对室外新风进行补充预热，降低了引入新风产生的负荷，在保持室内空气清新的前提下，进一步提升了能源利用效率。将相变材料置于相变蓄能模块之内，进行模块化的制造，降低了装修过程中的难度和费用，减少成本。采用通道新风的方式替代传统的中央空调新风系统，可保障新鲜空气的循环流通，同时有效降低了能耗。采用辐射采暖的方式，相比于传统的散热器采暖，对于室内温度的要求相对较低，更加节能，也使得室内热舒适性得到提升。

发明内容

为了更充分合理地在峰谷电价政策下利用相变材料的蓄、放热能力，进一步提升室内环境的热舒适度，同时解决采暖分户计量中户间传热导致的不准确性，并克服传统相变蓄能地暖系统缺少新风和温升过慢的问题，本发明提供了一种可自控的相变蓄能地板通道新风系统。

本发明以蓄热地板为主体，主被动通风系统接触相变蓄热材料下部，主动式毛细管网相变蓄能系统、新风预热系统镶嵌于其中，以龙骨为支撑，并且将热水热源加热系统与自动控制系统相连接。相变材料下部增设通道新风口，风机通风系统与自动控制系统相连接，自动控制系统控制风机，及热水热源系统。

进一步地，所述的相变蓄能模块的设计，作为相变蓄能材料的盛放载体，是整个系统中热量积蓄和释放的枢纽，所述的相变蓄能模块采用铝合金材料作为壳体，所述壳体的边缘处设置定位凸块与定位凹槽，保证了模块的紧密贴合；所述的模块的上表面设置有半圆形槽道，槽道尺寸略大于毛细管网管径；所述的蓄能模块内部设置有翅片，增强其内部相变材料的热传导性能；模块化的标准结构，也减小了生产的成本，降低施工难度。

进一步地，所述模块中的相变材料为石蜡，所述的石蜡中加入石墨烯，质量比为1：0.12，该数据为反复试验后获得的最佳性能比，加入到容器之前把二者反复搅拌，直至粘稠状，从而避免沉降问题发生；所述的石墨烯，可降低辐射导热的迟滞性，在一定程度上解决了辐射供暖温升过慢的问题。

进一步地，所述的毛细管网系统主供水管和主回水管，选用强度高且耐久性良好的PC管，连接处软管的设计既减少了局部水头损失，又防止由于热胀冷缩而导致的水管破裂；所述的毛细管网与蓄能模块半圆形槽道相结合，毛细管网另一面紧贴面层地板，该结构可以使地板温度快速达到设计要求。

进一步地，所述的新型龙骨支撑由高强度的高密度聚丙烯制成，将龙骨均匀排布于新风通道中，对相变蓄能模块起支撑作用；所述的龙骨通过定位孔和螺栓与上层相变蓄能模块的四角紧密固定。

进一步地，所述的新风预热通道连通为一个整体，新风进入通道后由于截面积增大风速变慢而充分吸收热量，实现了对地暖系统废热的充分利用；所述的新风预热系统可避免直接开窗通风所导致的额外冷负荷，更好的维持了室内的热环境舒适度；另一方面，也避免了上下楼层之间的热量传递，提高了采暖分户计量的准确性和公平性。

进一步地，所述的排风热回收系统利用排风风机为动力将室内排风导入直径为40mm-60mm的金属管，所述的金属管采用环绕式嵌入坑道之中，弯头处以软管相连，管外加微小翅片；排风通过金属管与新风换热后，经排风管出口排出，排风热回收可提高了热量的利用率。

进一步地，所述的自动控制系统可通过室内温度传感器监测即时的室内温度，当达到系统设定的阈值时将自动调节供热管网水温及流量，从而满足不同的室内热环境需求。

附图说明

图1示出了相变蓄能的主被动通风与辐射换热地板系统剖面侧视图；

图2示出了房间内的地暖管路布局平面图；

图3示出了相变蓄能模块结构图；

图4示出了相变蓄能模块剖面图；

图5示出了龙骨支架结构图；

图6示出了龙骨支架俯视图；

图7示出了通风坑道结构图；

图8示出了排风管道侧视图；

图9为系统的自动控制流程图；

其中：1-墙体；2-新风风机；3-自动调节百叶；4-新风出口；5-墙内空腔；6-聚酯隔热层；7-相变蓄能填料；8-龙骨支架；9-通风坑道；10-毛细热水管网；11-面层地板；12-楼板；13-相变蓄能模块；14-排风风机；15-室内排风口；16-新风入口；17-回水主管18-集水器；19-回水支管；19-供水管路；20-供水支管；21-分水器；22-供水主管；23-定位凸块；24-定位凹槽；25-金属容器；26-定位螺栓；27-底座螺栓；28-支撑面；29-底座；30-排风管道；31-排风管出口；32-换热翅片管；33-室内排风口滤网；34-毛细管网凹槽；35-翅片。

具体实施方式

下面结合图对本发明进行详细说明。

一种可自控的相变蓄能地板与通道新风系统，包括相变蓄热地板、毛细管网热水系统、龙骨为支撑坑道新风预热系统、排风热回收系统。其特征在于：所述相变蓄能地板主要包括相变蓄能模块13、面层地板11、聚酯隔热层6；所述坑道新风预热系统主要包括龙骨支架8、通风坑道9；所述毛细管网系统主要由供水支管20、分水器21、回水只管19和集水器18组成。

所述相变蓄能模块13以金属容器为支撑结构，所述金属容器的尺寸为260mm×260mm×20mm，导热性能良好；所述的金属容器23四角设有定位孔，与龙骨支架8的定位柱紧密契合；所述的金属容器23四面设有定位凸块23和定位凹槽24，用于模块化拼接；所述的模块上表面设置有半圆形槽道34，模块的内部均匀设置有翅片35，所述翅片的间距为50mm。

所述蓄能模块13内采用38℃石蜡作为相变材料，所述的石蜡中加入5％-10％的石墨烯，加入到容器之前把二者搅拌成粘稠状。

所述龙骨支架8通过底座螺栓27固定于地面上，通过定位螺栓26与蓄能模块进行固定。

所述面层地板11主要为木地板，导热性能良好，所述的地板与相变蓄能模块13之间铺设有毛细管网10，通过热交换以辐射和对流的形式向室内供热。

所述通风坑道9以龙骨支架8作为支撑，高度为60-80mm，架构于楼板12上；新风从入口16进入坑道，在坑道中吸收毛细管网10向下传导的余热后，输送至室内新风口4，最后由排风口15经过滤网33从室内排出。其中排风管道30为金属材质，在坑道入风口处与换热翅片管32连接，新风与排风通过翅片管32换热，最后由室外排风口31排出，实现排风热量的回收利用。其中排风口15设置于远离新风口4的墙角地面，优化了室内气流组织；排风阀位于排风管道尾部，防止室外冷空气回流。

其具体实施例如下：

将住宅内供暖需求划分为工作日及周末工况。

工作日供暖时段集中在早晨6:30-8:00和下班后的18:00-23:00。5:30-6:30开启热泵为加热档，其功率大于室内热负荷，由热水管网为相变材料蓄热，同时对室内环境进行预热，其具体为热水由毛细管网系统的主供水管分布到分水器21，再依次由供水支管22、回水支管19流至集水器18。6:30-8:00关闭热泵，由相变材料向室内放热，承担供暖负荷。针对18:00-23:00的供暖需求，需在15:00-18:00期间开启热泵为加热档为相变材料蓄热。18:00-23:00时间段内关闭热水管网系统，由相变材料向室内放热，承担供暖负荷。在供暖时段，即6:30-8:00及18:00-23:00，若相变材料充分放出相变潜热后温度降低，使室内供热不足，室温降低至16℃以下时，则再度自动开启热水管网系统至保温档，供水温度降低，使相变材料温度低于其熔点，热水管网只承担房间内的热负荷。

周末供暖时段取为8:00-23:00。考虑到供暖时间较为集中，在23:00-7:00这一谷电时间段开启热泵为加热档，由热水管网为相变材料蓄热。上午时段则关闭热泵，由相变材料向室内传热，承担供暖负荷，但同样需由温度传感器监控室内温度，若室内空气温度低于16℃，则再度自动开启热水管网系统至保温档。下午15:00-18:00自动开启热泵为加热档，为相变材料蓄热。18:00-23:00时间段内关闭热水管网系统，通过温度传感器监控室内温度，若室温降低至16℃以下，则自动开启热水管网系统调节至保温档。上述自动控制系统在维持室内舒适热环境的基础上，通过相变蓄热与放热的合理衔接实现了系统的错峰运行，以节省大量电费。

Claims

1.本发明提供了一种可自控的相变蓄能地板与通道新风系统，主要包括相变蓄热模块、毛细管网系统、新型龙骨支撑、新风预热系统、排风热回收系统及自动控制系统，所述相变蓄热模块与毛细管网系统有机耦合，且由新型龙骨支架支撑；所述的新风预热系统和排风热回收系统的风道均位于龙骨支撑的下端，所述风道新风、排风系统及热源加热系统与自动控制系统相连接；所述的自动控制系统包括循环热水温度控制系统、室内新风量控制系统，循环热水温度控制系统由室内温度传感器、循环热水温度传感器与热泵启动控制器组成，室内新风量控制系统由多档手动开关、风口风速传感器、电动风阀及风机控制系统组成。

2.根据权利要求1所述的可自控的相变蓄能地板与通道新风系统，其特征在于：所述模块的四周均设置有凹槽与卡盘，模块之间通过凹槽与卡盘有效连接；所述的模块上表面设置半圆形槽道，槽道半径略大于常规毛细管网管径，所述的模块内部均匀设置有等宽度的翅片。

3.根据权利要求2所述的相变蓄能模块，其特征在于：所述模块中的相变材料为石蜡，所述的石蜡中加入石墨烯，质量比为1：0.12，加入到容器之前把二者反复搅拌，直至粘稠状，从而避免沉降问题发生。

4.根据权利要求1所述的可自控的相变蓄能地板与通道新风系统，其特征在于：所述的热水管网系统是由主供水管、主回水管及支管网组成；所述的毛细管网主供水管、主回水管及支管网均采用PC管，弯头处以软管相连，所述管网在管外加微小翅片。

5.根据权利要求1所述的可自控的相变蓄能地板与通道新风系统，其特征在于：所述的龙骨支撑均匀排布于新风预热通道内，与上层的相变蓄能模块通过螺栓及定位孔相固定；所述的新风预热通道由龙骨支架结构所支撑，一端为风道进风口，相邻两侧分别设有出风口，进风口外侧设置中效过滤器。

6.根据权利要求1所述的可自控的相变蓄能地板与通道新风系统，所述排风热回收系统中的金属管道环绕镶嵌于坑道之中，所述排风换热管道的管外添加适量翅片。