CN112212397A - 一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统，包括太阳能平板集热器和地板辐射供暖装置，太阳能平板集热器包括顶面敞口的箱体，箱体内设有集热板，在集热板上端面蛇形布置有集热管，集热管两端伸出箱体且集热管两端分别为冷水进水口和热水出水口；集热板和箱体底部之间构成蓄热腔，蓄热腔内填充有相变材料Ⅰ，箱体顶面敞口处设有玻璃盖板以将箱体顶面封闭；地板辐射供暖装置包括散热管，散热管蛇形布置且散热管两端分别为热水进水口和冷水出水口，集热管热水出水口通过热水管路与散热管热水进水口连通，散热管冷水出水口通过冷水管路与集热管冷水进水口连通。该系统能有效避免太阳能平板集热器出现冻结现象，并能延长供暖时间。

Description

一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统
技术领域
本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统。
背景技术
太阳能平板集热器凭借其承压性好、与建筑的结合性强等特点广泛应用于生活热水以及辐射供暖。利用太阳能平板集热器的室内地板辐射供暖就是利用太阳能资源对室内进行供暖的一种供暖方式，所谓地板辐射供暖简称地暖，是以温度不高于60℃的热水作为热源，在埋置于地板下的盘管系统内循环流动，加热整个地板，通过地面均匀地向室内辐射散热的一种供暖方式。
然而，在寒冷地区，由于太阳能平板集热器保温较差，冬季白天运行过后，到了夜间往往会出现冻结现象，极易对太阳能平板集热器造成严重破坏。传统的防冻方法是通过防冻液二次循环进行防冻，防冻液不仅对管道具有一定的腐蚀性，而且很难控制防冻液温度升高时的热膨胀量以及降温时填补防陈液的收缩量。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统，该供暖系统能有效避免太阳能平板集热器出现冻结现象，延长供暖时间。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统，包括太阳能平板集热器和地板辐射供暖装置，所述太阳能平板集热器固定在室外，便于利用太阳能进行集热；所述地板辐射供暖装置埋置在室内地板下；所述太阳能平板集热器包括顶面敞口的箱体，箱体内设有集热板，集热板与箱体顶面和底面平行，在集热板上端面蛇形布置有集热管，集热管两端伸出箱体，且集热管两端分别为冷水进水口和热水出水口；集热板和箱体底部之间构成蓄热腔，蓄热腔内填充有相变材料Ⅰ，箱体顶面敞口处设有玻璃盖板以将箱体顶面封闭；所述地板辐射供暖装置包括散热管，所述散热管蛇形布置且散热管两端分别为热水进水口和冷水出水口，集热管热水出水口通过热水管路与散热管热水进水口连通，散热管冷水出水口通过冷水管路与集热管冷水进水口连通。
进一步地，太阳能平板集热器倾斜设置；并在集热板和箱体底部之间设有若干隔板以将蓄热腔分成复数个小腔室，所有隔板沿太阳能平板集热器倾斜高度方向均匀分布，避免太阳能平板集热器倾斜设置时，相变材料Ⅰ堆积在蓄热腔下端。
进一步地，集热板上表面覆盖太阳能选择性吸收涂层，所述太阳能选择性吸收涂层在0.2-3μm太阳能热利用波段的吸收率大于90%，在大于3μm的中远红外波段发射率低于10%。
进一步地，箱体外表面设有保温层，用于对箱体进行保温。
进一步地，玻璃盖板内表面涂覆有低辐射膜，便于将集热板反射的部分太阳光折射回集热板表面再次被集热板吸收，提高蓄热效率。
进一步地，所述地板辐射供暖装置还包括释热腔，所述释热腔内填充有相变材料Ⅱ，所述散热管设置在释热腔内并被相变材料Ⅱ包裹。
进一步地，所述地板从下往上依次包括现浇填充层、找平层和表面装饰层；所述释热腔设置在找平层和现浇填充层之间，并在释热腔与现浇填充层之间设有绝热层和铝箔保护层，所述绝热层位于铝箔保护层的下方。
进一步地，还包括蓄水箱，所述蓄水箱的进水口和出水口分别通过管路与热水管路连通，并在进水口对应的管路上设有蓄水阀，用于控制热水管路内的热水是否进入蓄水箱，在蓄水箱内设有辅助热源，用于补充热量；并在蓄水箱出水口对应的热水管路下游端设有循环泵，便于将热水泵入地板辐射供暖装置。
进一步地，在循环泵出口端对应的热水管路上设有调节阀，在循环泵和调节阀之间设有旁通管路，所述旁通管路一端与热水管路连通，另一端与冷水管路连通，并在旁通管路上设有旁通阀。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、太阳能平板集热器内设有低温相变材料Ⅰ，白天集热板与相变材料Ⅰ进行热交换，相变材料Ⅰ吸收热量进行蓄热，夜间释热对集热管以及集热管内的水进行加热，避免集热管出现冻结现象，同时能延长对底板辐射供暖装置的供暖时间；同时，地板辐射供暖装置内也设有相变材料Ⅱ，在白天太阳能平板集热器加热后的热水与相变材料Ⅱ进行热交换，相变材料Ⅱ蓄热，同时释热对室内进行供暖，夜间相变材料Ⅱ释热能延长室内供暖时间，并能对系统管路内的循环水进行加热，进一步避免了集热管发生冻结；总之，太阳能平板集热器内的相变材料Ⅰ和地板辐射供暖装置内的相变材料Ⅱ协同作用，不但避免集热管出现冻结现象，而且还能延长对室内供暖的时间，提高室内舒适度。
2、本发明增设蓄水箱、调节阀和旁通阀，能充分利用太阳能，将多余的热量蓄存在蓄水箱内，并与相变材料Ⅰ、相变材料Ⅱ协同延长了对室内供暖的时间，减少采用传统电能供暖，节能且环保。
附图说明
图1-本发明太阳能平板集热器的结构示意图。
图2-本发明地板辐射供暖装置的结构示意图。
图3-太阳能蓄热地板辐射供暖系统工艺流程图
其中：1-箱体；2-集热板；3-集热管；4-玻璃盖板；5-保温层；6-蓄热腔；7-隔板；8-支撑架；9-释热管；10-释热腔；11-现浇填充层；12-绝热层；13-铝箔保护层；14-找平层；15-表面装饰层；16-冷水管路；17-热水管路；18-旁通管路；19-蓄水阀；01-太阳能平板集热器；02-地板辐射供暖装置；03-循环泵；04-蓄水箱；05-辅助热源；06-调节阀；07-旁通阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参见图1、图2和图3，一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统，包括太阳能平板集热器01和地板辐射供暖装置02，所述太阳能平板集热器01通过支撑架8固定在室外，便于利用太阳能进行集热；所述地板辐射供暖装置02埋置在室内地板下；所述太阳能平板集热器01包括顶面敞口的箱体1，箱体1内设有集热板2，集热板2与箱体1顶面和底面平行，在集热板2上端面蛇形布置有集热管3，集热管3两端伸出箱体1，且集热管3两端分别为冷水进水口和热水出水口；集热板2和箱体1底部之间构成蓄热腔6，蓄热腔6内填充有相变材料Ⅰ，箱体1顶面敞口处设有玻璃盖板4以将箱体1顶面封闭；所述地板辐射供暖装置02包括散热管9，所述散热管9蛇形布置且散热管9两端分别为热水进水口和冷水出水口，集热管3热水出水口通过热水管路17与散热管9热水进水口连通，散热管9冷水出水口通过冷水管路16与集热管3冷水进水口连通。
这里的相变材料Ⅰ为低温相变材料，能在较低温度下改变物质形态并能提供潜热的物质。在高温条件下，集热板吸收太阳能加热集热管内的水，同时将多余的热量传递给相变材料Ⅰ，相变材料利用巨大的相变潜热进行蓄热；当到夜晚时，相变材料就可以释热，将热量传递给集热管，不但对集热管内的水进行加热，延长太阳能平板集热器对地板辐射供暖装置的供暖时间，而且防止太阳能平板集热器集热管内的水冻结，增强了整个系统的防冻性能，保证运行的安全性和可靠性。
玻璃盖板和箱体的连接处采用玻璃胶封死，防止雨水进入太阳能平板集热器内部，影响集热、防冻效果。玻璃盖板采用光学高透玻璃（低铁玻璃）制成，有利于增加太阳辐射的透过量。
具体实施时，太阳能平板集热器01通过支撑架8倾斜设置；并在集热板2和箱体1底部之间设有若干隔板7以将蓄热腔6分成复数个小腔室，所有隔板7沿太阳能平板集热器01倾斜高度方向均匀分布，避免太阳能平板集热器01倾斜设置时，相变材料Ⅰ堆积在蓄热腔下端。
太阳能平板集热器根据使用地区的光照条件进行适宜性安装，尽量保持与太阳直射角垂直，以提高蓄热效率。通常太阳能平板集热器的安装倾角为30~50°，保证太阳能平板集热器利用太阳能进行充分蓄热。
因当太阳能平板集热器倾斜设置后，蓄热腔也呈倾斜状态，所以在蓄热腔内设置多个隔板将蓄热腔分隔成若干小腔室，这样蓄热腔内的相变材料Ⅰ也被分成复数份封存在对应的小腔室内，避免相变材料Ⅰ在蓄热和释热过程中发生相变在蓄热腔下端堆积，影响蓄热和释热。
另外，太阳能平板集热器倾斜设置后，为提高换热效率，太阳能平板集热器的冷水进水口位于太阳能平板集热器下端，热水出水口位于太阳能平板集热器上端。
具体实施时，集热板3上表面覆盖太阳能选择性吸收涂层，所述太阳能选择性吸收涂层在0.2-3μm太阳能热利用波段的吸收率大于90%，在大于3μm的中远红外波段发射率低于10%。
这样，可进一步提高对太阳能的利用率，提高集热效率。
具体实施时，箱体1外表面设有保温层5，用于对箱体进行保温。
保温层是在箱体底部和四侧壁的外表面包裹的一层保温棉，为保证保温效果，可以适当的加厚保温层厚度。
具体实施时，玻璃盖板4内表面涂覆有低辐射膜，便于将集热板3反射的部分太阳光折射回集热板3表面再次被集热板3吸收，提高蓄热效率。
因太阳光照射到集热板表面不能全部被吸收，还会有部分被反射出来，这样在玻璃盖板内表面涂辐射膜就能把这部分的辐射再折回到集热板表面，再次被利用，有利于提高蓄热效率。
具体实施时，所述地板辐射供暖装置02还包括释热腔10，所述释热腔10内填充有相变材料Ⅱ，所述散热管9设置在释热腔10内并被相变材料Ⅱ包裹。
白天，太阳能平板集热器集热管加热后的热水进入地板辐射供暖装置，热量传递给相变材料Ⅱ进行蓄热的同时一部分热量传递给室内，对室内进行供暖；夜间相变材料Ⅱ持续放热，维持室内温度稳定，减少房间供暖系统开启时间，并且还会对散热管进行加热，当散热管内的水进入太阳能平板集热器，对太阳能平板集热器进行加热，进一步防止太阳能平板集热器出现冻结。
具体实施时，如图2所示，所述地板从下往上依次包括现浇填充层11、找平层14和表面装饰层15；所述释热腔10设置在找平层14和现浇填充层11之间，并在释热腔10与现浇填充层11之间设有绝热层12和铝箔保护层13，所述绝热层12位于铝箔保护层13的下方。
具体实施时，如图3所示，还包括蓄水箱04，所述蓄水箱04的进水口和出水口分别通过管路与热水管路17连通，并在进水口对应的管路上设有蓄水阀19，用于控制热水管路内的热水是否进入蓄水箱，在蓄水箱04内设有辅助热源05，用于补充热量；并在蓄水箱04出水口对应的热水管路17下游端设有循环泵03，便于将热水泵入地板辐射供暖装置02。
这样，光照充足的情况下，蓄水阀关闭，太阳能平板集热器加热后的热水经热水管路17通过循环泵进入地板辐射供暖装置对室内进行供暖。当光照不足的情况下，蓄水阀开启，辅助热源可以对进入蓄水箱内的水进行加热，然后进入地板辐射供暖装置内对室内供暖。这里的辅助热源可以是电加热片等一切能加热蓄水箱内水的加热源。
具体实施时，在循环泵03出口端对应的热水管路17上设有调节阀06，在循环泵03和调节阀06之间设有旁通管路18，所述旁通管路18一端与热水管路17连通，另一端与冷水管路16连通，并在旁通管路上设有旁通阀07。
这样，在强辐射、高温环境下，当室内温度满足舒适度要求后，关闭调节阀，开启旁通阀和调节阀，让多余的热水储存在蓄水箱中备用，蓄水箱内的水温以及相变材料Ⅰ随着太阳能平板集热器蓄热，蓄存更多的热量。当室内温度降低时，关闭旁通阀，开启调节阀，蓄水箱内的热水进入地板辐射供暖装置，需要注意的是，当感觉到室内温度降低时，则表示地板辐射供暖装置内的相变材料Ⅱ释热也不能满足室内温度要求，所以关闭旁通阀，开启调节阀，如在白天，利用太阳能平台集热器的集热板蓄热和蓄水箱蓄存的热量对相变材料Ⅱ进行加热，使得相变材料Ⅱ蓄热，同时对室内进行供暖；如在夜晚，则利用相变材料Ⅰ和蓄水箱蓄存的热量对相变材料Ⅱ进行加热，使得相变材料Ⅱ蓄热，同时对室内进行供暖，当相变材料Ⅰ和相变材料Ⅱ蓄热全部释放结束后，可开启辅助热源继续提供热量。
热水管路、冷水管路以及旁通管路等暴露在室外部分采用保温棉进行包裹，增强保温效果，防止热量流失。
以下是本发明的两种运行工况：
白天工况：在光照充足的情况下，阳光照射集热板上，集热板通过导热传递热量并加热集热管内的水，热水经过循环泵供给到室内地板辐射供暖装置，首先与相变材料Ⅱ进行换热，相变材料Ⅱ在蓄热的同时为室内供暖，维持室内的热舒适。当室内温度满足设定要求时可关闭调节阀，开启旁通阀，将热水储存到蓄水箱备用；当室内温度降低后，关闭旁通阀，打开调节阀，蓄水箱内的热水以及太阳能平板集热器集热管内的热水进入地板辐射供暖装置，对室内进行供暖，同时蓄存热量。
夜间工况：在夜间没有太阳辐射的情况下，相变材料Ⅱ发生相变，同时放出相变热量，在一定时间内维持室内温度稳定，同时可以关闭旁通阀，开启调节阀利用蓄水箱内储存的热水维持系统正常运行；当相变材料Ⅰ和相变材料Ⅱ蓄热全部释放结束后，室内温度仍不能满足人体舒适度要求时，再打开辅助热源进行供暖。
最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统，包括太阳能平板集热器和地板辐射供暖装置，所述太阳能平板集热器固定在室外，便于利用太阳能进行集热；所述地板辐射供暖装置埋置在室内地板下；其特征在于，所述太阳能平板集热器包括顶面敞口的箱体，箱体内设有集热板，集热板与箱体顶面和底面平行，在集热板上端面蛇形布置有集热管，集热管两端伸出箱体，且集热管两端分别为冷水进水口和热水出水口；集热板和箱体底部之间构成蓄热腔，蓄热腔内填充有相变材料Ⅰ，箱体顶面敞口处设有玻璃盖板以将箱体顶面封闭；所述地板辐射供暖装置包括散热管，所述散热管蛇形布置且散热管两端分别为热水进水口和冷水出水口，集热管热水出水口通过热水管路与散热管热水进水口连通，散热管冷水出水口通过冷水管路与集热管冷水进水口连通。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统，其特征在于，太阳能平板集热器倾斜设置；并在集热板和箱体底部之间设有若干隔板以将蓄热腔分成复数个小腔室，所有隔板沿太阳能平板集热器倾斜高度方向均匀分布，避免太阳能平板集热器倾斜设置时，相变材料Ⅰ堆积在蓄热腔下端。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统，其特征在于，集热板上表面覆盖太阳能选择性吸收涂层，所述太阳能选择性吸收涂层在0.2-3μm太阳能热利用波段的吸收率大于90%，在大于3μm的中远红外波段发射率低于10%。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统，其特征在于，箱体外表面设有保温层，用于对箱体进行保温。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统，其特征在于，玻璃盖板内表面涂覆有低辐射膜，便于将集热板反射的部分太阳光折射回集热板表面再次被集热板吸收，提高蓄热效率。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统，其特征在于，所述地板辐射供暖装置还包括释热腔，所述释热腔内填充有相变材料Ⅱ，所述散热管设置在释热腔内并被相变材料Ⅱ包裹。
7.根据权利要求6所述的一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统，其特征在于，所述地板从下往上依次包括现浇填充层、找平层和表面装饰层；所述释热腔设置在找平层和现浇填充层之间，并在释热腔与现浇填充层之间设有绝热层和铝箔保护层，所述绝热层位于铝箔保护层的下方。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统，其特征在于，还包括蓄水箱，所述蓄水箱的进水口和出水口分别通过管路与热水管路连通，并在进水口对应的管路上设有蓄水阀，用于控制热水管路内的热水是否进入蓄水箱，在蓄水箱内设有辅助热源，用于补充热量；并在蓄水箱出水口对应的热水管路下游端设有循环泵，便于将热水泵入地板辐射供暖装置。
9.根据权利要求8所述的一种太阳能蓄热地板辐射供暖系统，其特征在于，在循环泵出口端对应的热水管路上设有调节阀，在循环泵和调节阀之间设有旁通管路，所述旁通管路一端与热水管路连通，另一端与冷水管路连通，并在旁通管路上设有旁通阀。
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