CN113007770B - 一种适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

一种适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统及其施工工艺，所述采暖供热系统具有碹窑、光伏发电装置，碹窑具有窑脸、窑顶、后墙、左右两个侧墙、数个窑孔、太阳能供热装置、火灶供热装置、保温水箱、第一至第三温度传感器、智能转换阀、总热水进水管、总回水管、散热器。火灶供热装置中的火炕体的腔体内设有第一烟道隔墙、环形第二烟道隔墙、第一至第二支撑墙、多个第一至第二支撑柱。本发明还提供了所述采暖供热系统的施工工艺。它能采暖供热，能支撑窑脸防止窑脸倾倒，利用绿色、环保的方式解决了碹窑民居冬季寒冷、干燥的问题，同时还解决了窑脸前倾破坏、窑脸面层受雨雪冲刷侵蚀的问题。具有健康无害、施工工艺简单、造价低、工期短等特点。

Description

一种适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统及其施工 工艺

技术领域

本发明涉及一种采暖供热系统，具体是一种适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统，属于生土结构技术领域，本发明还涉及所述适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统的施工工艺。

背景技术

碹窑民居历经千百年的风雨，依然矗立于黄土高原之上。碹窑主要分布于河北、山西、内蒙古三省交界地带，由于地处冀北地区，冬季气候尤为寒冷，碹窑民居的冬季取暖则成为困扰居民的主要问题。现今解决此问题的主要方法是室内火炉取暖和电暖气取暖。但这两种取暖方式均存在一定问题，火炉取暖的问题主要为以下三点：1)国家严禁燃煤政策的提出，燃煤不再市场供应；2)火炉燃煤容易引发一氧化碳中毒事件；3)火炉供热室内温度不稳定。电暖气虽可有效克服火炉取暖的不足，但耗电量巨大，一般家庭难以承受高昂的供电费用。相关专利文献：CN209960612U公开了一种光伏发储磁能采暖系统，包括发储电管理器分别与太阳能光伏板、蓄电池组、电磁炉通过电路相连；所述电磁炉通过内部具有循环液的管路形成的循环回路与所述储热部连接；所述储热部由至少一块储能保温模块组成；所述储热保温模块铺设于火炕或床表面或位于床垫内。CN109931654A公开了一种节能型太阳能采暖供热系统，它包括太阳能集热器、出水管、蓄热器、输水管、散热器、回水管、预热器、循环水箱、进水管、供水水箱和自来水供水管，所述太阳能集热器与所述蓄热器连接，所述蓄热器与所述散热器连接，所述散热器与所述预热器的管程进口连接，所述预热器的管程出口与所述循环水箱的上端进水口连接，所述循环水箱的下端出水口与所述太阳能集热器的进水口连接，所述供水水箱的出水口与所述预热器的壳程进口连接，所述预热器的壳程出口与所述循环水箱的上端进水口连接。CN103759322A公开了一种燃池-盘管-炕耦合采暖系统，该系统是以烟气和水作为传热介质，燃池内的烟气一方面通过加热燃池盖板以对流和辐射的方式向室内散热，另一方面通过加热燃池盘管内的水将热量转移到炕盘管内，对炕表面进行加热使得炕同样以对流和辐射的方式对室内空气加热，最终共同实现对室内供暖。CN102012046A公开了一种对流式采暖火炕，涉及建筑采暖设备技术领域。该火炕含有炕面板和外炕体，外炕体内设有内炕体，使内炕体与外炕体之间形成密封的空气流道，空气流道位于内炕体底部的一端设有风机，空气流道位于外炕体侧面的一端设有出风口；内炕体为一个两端开口的长方筒，在长方筒外侧和内侧表面均设有翅片，长方筒的一端与灶的烟气出口相连，另一端与炕的烟气出口相连。

以上这些技术对于如何使适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统能采暖供热，能支撑窑脸防止窑脸倾倒，从而解决碹窑民居冬季寒冷、干燥的问题，并未给出具体的指导方案。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统，它能采暖供热，能支撑窑脸防止窑脸倾倒，从而解决碹窑民居冬季寒冷、干燥的问题，同时还解决窑脸前倾破坏、窑脸面层受雨雪冲刷侵蚀的问题。

为此，本发明所要解决的另一个技术问题在于，提供一种适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统的施工工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统，具有碹窑、光伏发电装置，碹窑具有窑脸、窑顶、后墙、数个窑孔、左右两个侧墙，其技术方案在于所述的适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统还具有太阳能供热装置、火灶供热装置、保温水箱、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、智能转换阀、总热水进水管、总回水管、散热器；所述太阳能供热装置具有(多点)聚光钢化玻璃、支架、底座、(平板式)太阳能真空集热器、太阳能水箱、热水出水管、热水回水管、第一直流循环泵、太阳能热交换盘管，所述支架通过数对(可以是多对)膨胀螺丝(以及相配合的连接板或者耳板)固定在窑脸的外侧面，支架的底部与底座固定连接，当窑脸有前倾趋势时，窑脸会对支架产生水平方向的推力，由于支架的底部配有大体积的(混凝土)底座，可有效约束支架移动，从而抑制窑脸前倾，所述太阳能真空集热器的前后部位皆设置聚光钢化玻璃，一方面可汇集阳光，增强阳光对太阳能真空集热器的照射；另一方面，由于太阳能真空集热器设置于碹窑民居前侧而非屋顶，容易遭受外力破坏，聚光钢化玻璃可起到有效保护太阳能真空集热器的作用。热水出水管的一端与太阳能水箱的出水口相连接，热水出水管的另一端与太阳能热交换盘管的进水口相连接，太阳能热交换盘管的出水口与热水回水管的一端相连接，热水回水管的另一端与太阳能水箱的进水口相连接，热水出水管上安装有第一直流循环泵；聚光钢化玻璃、支架、底座、太阳能真空集热器、太阳能水箱呈分体设置，位于中间窑孔的门窗左右两侧，呈分体设置的太阳能水箱通过中间管道串联而整体形成一个太阳能水箱。

所述火灶供热装置具有灶体、设于灶体内呈中空圆柱状的炉芯(隔火板)、火灶加热盘管、火灶热交换盘管、连接火灶加热盘管与火灶热交换盘管的连接管、火炕体、烟筒、排烟口，火灶加热盘管设于灶体内位于炉芯的外部并(紧密)贴合炉芯呈螺旋状设置，火灶加热盘管内、火灶热交换盘管内、连接管内装满水，炉芯(隔火板)隔火不隔热，主要避免明火直接接触火灶加热盘管，增加火灶加热盘管的安全性能及使用年限。火灶加热盘管紧密贴合炉芯的主要目的是增加热能吸收。所述火灶加热盘管与火灶热交换盘管通过连接管连接，实现火灶加热盘管与火灶热交换盘管的水循环。火灶加热盘管受热后，热水上升，沿连接管流入火灶热交换盘管，火灶热交换盘管的冷水下降，流入火灶加热盘管，由此实现火灶加热盘管与火灶热交换盘管内水体的循环加热。火炕体的挨着窑脸的一侧设置烟筒，火炕体的另一侧(远离窑脸的一侧)连接所述灶体的排烟口，所述排烟口与火炕体的腔体相通，利用排烟加热火炕体。柴火燃烧时，将烟排放至火炕体内，可实现火炕体加热，同时通过控制排烟口的排烟量和烟筒的排烟量控制火炕体的温度。

所述火炕体的腔体内设有呈纵向设置的两个第一烟道隔墙、呈纵向设置的环形第二烟道隔墙、第一支撑墙、位于第一支撑墙后面的第二支撑墙、多个第一支撑柱、位于环形第二烟道隔墙的上端面的多个第二支撑柱，第一支撑墙与火炕体的前侧内壁之间形成第一烟道，在第一烟道内设置环形第二烟道隔墙、两个第一烟道隔墙，两个第一烟道隔墙位于环形第二烟道隔墙与排烟口之间呈前后相对设置，上述保温水箱位于环形第二烟道隔墙中，多个第一支撑柱固定设于保温水箱的上端面，第一支撑墙与第二支撑墙之间形成第二烟道，第一支撑墙的左侧壁与火炕体的左侧内壁(火炕体的挨着窑脸的一侧内壁)之间具有烟气进入第二烟道的排烟第一入口，第二支撑墙与火炕体的后侧内壁之间形成第三烟道，第二支撑墙的右侧壁与火炕体的右侧内壁(火炕体的远离窑脸的一侧内壁)之间具有烟气进入第三烟道的排烟第二入口，烟筒与第三烟道的左侧相连通，火炕体的面板由第一支撑墙、第二支撑墙、多个第一支撑柱、多个第二支撑柱支撑，第一支撑墙、第二支撑墙与火炕体的面板无缝连接。环形第二烟道隔墙的高度、两个第一烟道隔墙的高度大于保温水箱的高度(二者的高度略高于保温水箱的高度)，传统火炕内部无法容纳大容量的保温水箱，或加入保温水箱后引起火炕受热不均匀，火炕结构稳定性降低。本发明通过设置高低不同的烟道隔墙使得保温水箱上部的火炕的面板(面层)依然可以均匀受热，同时增设支撑墙、支撑柱(这两种支撑体)来增强火炕体的结构稳定性。

所述光伏发电装置具有光伏板、支撑光伏板的支架体、蓄电池、光伏控制器，光伏板的输出端与光伏控制器的输入端相连接，光伏控制器与蓄电池相连接，光伏控制器通过电线与电加热器(交直流两用)相连接，电线上连接智能开关(智能开关具有开关主体、控制器)，即此电线与智能开关的开关主体相连接(电连接)，当太阳能供热装置、火灶供热装置供热温度达不到要求时，智能开关的开关主体受本身的控制器控制而导通，自动开启电加热器，实现光伏发电装置加热电加热器，进行热力供应；所述保温水箱分为相互独立的上下三层箱体即上箱体、中间箱体、下箱体，采用灶体供热的上箱体的内部设置有火灶热交换盘管，第一温度传感器的探头设于上箱体内，上箱体的下部并排连通有火灶供热第一回水管与火灶供热第一热水出水管；采用太阳能供热的中间箱体内设置太阳能热交换盘管，第二温度传感器的探头设于中间箱体内，中间箱体的下部并排连通有太阳能供热第二回水管与太阳能供热第二热水出水管；采用光伏发电装置加热的下箱体内设置电加热器，第三温度传感器的探头设于下箱体内，下箱体的下部并排连通有电热供热第三回水管与电热供热第三热水出水管；所述智能转换阀安装于火灶供热第一回水管、太阳能供热第二回水管、电热供热第三回水管与总回水管之间以及火灶供热第一热水出水管、太阳能供热第二热水出水管、电热供热第三热水出水管与总热水进水管之间，智能转换阀的转换连通方式有三种：

将火灶供热第一回水管与总回水管相连通，且将火灶供热第一热水出水管与总热水进水管相连通；或者，

将太阳能供热第二回水管与总回水管相连通，且将太阳能供热第二热水出水管与总热水进水管相连通；或者，

将电热供热第三回水管与总回水管相连通，且将电热供热第三热水出水管与总热水进水管相连通。

所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器分别与智能转换阀的控制器电相连，各传感器通过反馈保温水箱各层的温度，实现各种供热方式的转换。第一温度传感器、第二温度传感器还分别与智能开关的控制器相连接(电连接)，智能开关的结构本身为已有技术。所述总回水管与散热器的出水口相连通，所述总热水进水管与散热器的进水口相连通，总热水进水管上安装有第二直流循环泵；所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、智能转换阀、第一直流循环泵、第二直流循环泵皆(通过电线)与光伏控制器电连接(即它们皆由光伏发电装置供电)。

上述各传感器通过反馈上箱体、中间箱体、下箱体内的温度，实现各种供热方式的转换。白天做饭，使用火灶供热装置，可用灶体加热火炕体，同时通过火灶热交换盘管加热上箱体内的水，智能转换阀7将火灶供热第一回水管与总回水管相连通，且将火灶供热第一热水出水管与总热水进水管相连通，其它热水出水管、回水管截流，实现水(热水)在上箱体、火灶供热第一热水出水管、总热水进水管、散热装置、总回水管火灶供热第一回水管内循环，达到采暖效果；当夜晚上箱体内的水温度降低至限值，第一传感器将温度信息反馈给智能转换阀的控制器，智能转换阀进行转换，改变供热方式，实现中间箱体向外供热，即智能转换阀将太阳能供热第二回水管与总回水管相连通，且将太阳能供热第二热水出水管与总热水进水管相连通，其它热水出水管、回水管截流，实现水(热水)在中间箱体、太阳能供热第二热水出水管、总热水进水管、散热装置、总回水管、太阳能供热第二回水管内循环，达到采暖效果；当中间箱体内的水温度降低至限值，第二传感器将温度信息反馈给智能转换阀的控制器，智能转换阀进行转换，改变供热方式，智能开关的控制器接受第一温度传感器、第二温度传感器的温度信息，当温度信息达不到要求时(说明太阳能供热装置、火灶供热装置供热不足了)，智能开关的开关主体受智能开关本身的控制器控制而导通(自动开启)，光伏发电装置通过电加热器加热下箱体，使用电加热器向外供热，即智能转换阀将电热供热第三回水管与总回水管相连通，且将电热供热第三热水出水管与总热水进水管相连通，其它热水出水管、回水管截流，实现水(热水)在下箱体、电热供热第三热水出水管、总热水进水管、散热装置、总回水管、电热供热第三回水管内循环，达到采暖效果。其中，火灶供热装置供热为第一供热方式，太阳能供热装置供热为第二供热方式，电加热器供热为第三供热方式，一旦上箱体内水的温度高于最低限制，智能转化阀7转换为第一供热方式(火灶供热方式)。

所述的适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统的施工工艺(施工方法)包括如下工艺步骤：

步骤一，装置(设备)位置及管线路线标记：根据碹窑的房间(窑洞)格局及尺寸，对于装置安装位置、各水管、电线(连接线路)的铺设路径进行整体的规划，并在相应位置处做出适当标记；

步骤二，挖槽、钻孔、通孔、破除原有结构：对于底座、地下管线等部位按照原有标记进行地下挖槽处理，对于墙体走线部位进行刻槽处理，将连接支架与窑脸的膨胀螺丝固定处进行钻孔处理，对需要穿过窑脸的烟筒和电线进行通孔处理(去毛刺等使其表面光滑)，在火炕体内部增加保温水箱，所述火炕体的腔体内设有呈纵向设置的两个第一烟道隔墙、呈纵向设置的环形第二烟道隔墙、第一支撑墙、位于第一支撑墙后面的第二支撑墙、多个第一支撑柱、位于环形第二烟道隔墙的上端面的多个第二支撑柱；

步骤三，装置安装、原有结构搭建：将所需装置、管线等按照规划位置进行安装，按上述火炕体的结构完成火炕体的修建；

步骤四，原貌恢复：装置、管线等安装完毕后，对于挖槽、钻孔、通孔及破除结构进行恢复，地表沟槽回填整平，墙体砂浆抹面。

上述技术方案中，优选的技术方案可以是，所述的窑孔的数量为三个，所述光伏板的数量为三个，支架体的数量为三个，这三个光伏板与所述三个窑孔一一相对应并安装于窑脸的外侧、且处于窑孔B的窗口上方位置。上述保温水箱的外壁(以及保温水箱的各层之间)设有保温层。所述的适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统还具有温湿度控制装置、加湿器、室内温度敏感元件、室内湿度敏感元件，温湿度控制装置具有单片机控制器，单片机控制器的(复数)输入控制端分别与室内温度敏感元件、室内湿度敏感元件电连接，单片机控制器的(复数)输出控制端分别与加湿器、第二直流循环泵连接，温湿度控制装置、加湿器与光伏控制器电连接(即它们皆由光伏发电装置供电)。当室温(窑洞内温度)低于室温限值时，第二直流循环泵开启，加快热水循环，散热器散热更快，达到升温效果。当室内空气湿度低于限值时，加湿器工作，增加室内空气湿度。上述环形第二烟道隔墙的高度比保温水箱的高度多出8～10厘米(选用9厘米)，上述两个第一烟道隔墙的高度比保温水箱的高度多出5～7厘米(选用6厘米)。环形第二烟道隔墙在与两个第一烟道隔墙相对处具有第一尖角，环形第二烟道隔墙在与排烟第一入口相对处具有第二尖角。

与已有技术相比，本发明的有益效果如下：①增加了薪柴热源利用率，传统火灶仅用于做饭或火炕加热，大量热能无法有效利用，本发明中通过火灶将火灶加热盘管、火灶热交换盘管加热，进而加热保温水箱5的上箱体内的水(储水)，实现热能储藏，进而实现供热。②低能耗。整套采暖供热系统所用能源除薪柴外，皆为自然能源，相对于电暖气供热，能耗极低，而薪柴的主要作用是做饭，其供热功能是为了增加其热能的利用效率，较小热能损失。本发明运行成本低且低能耗，与使用电暖气供热相比，使用本发明采暖供热成本降低了60％以上。③绿色、环保。由于整套采暖供热系统中主要供热能源为太阳能，通过太阳能供热装置、光伏发电装置，实现室内(碹窑窑洞内或者说是碹窑窑孔内)供热，其能源皆为自然能源，无任何有害物质释放。④温湿度自调、自控。本发明设置了温湿度控制装置、加湿器，可通过控制第二直流循环泵、加湿器的工作时间来控制室内温度、湿度，提高室内舒适程度，实现温度、湿度自行调节。⑤火炕体受热更加均匀，提高了火炕体结构的稳定性。传统火炕内部无法容纳大容量的保温水箱，或加入保温水箱后引起火炕受热不均匀，火炕结构稳定性降低。本发明通过设置高低不同的烟道隔墙使得保温水箱上部的火炕的面板(面层)依然可以均匀受热，同时增设支撑墙、支撑柱(这两种支撑体)来增强火炕体的结构稳定性。⑥加固窑脸，防止窑脸倾倒、坍塌。由于窑脸和窑身在建造时未有效连接，所以两者极易发生分离造成窑脸前倾破坏。本发明中通过将支架(太阳能支架)与窑脸固定连接，支架底部与底座固定连接，可形成一套完整的窑脸加固系统，当窑脸有前倾趋势时，会对支架产生水平方向的推力，由于底部配有大体积的(混凝土)底座，可有效约束支架移动，从而抑制窑脸前倾。⑦保护窑脸面层，防止雨雪冲刷、侵蚀。光伏发电装置的光伏板的设置，相当于在门窗上部增加了一套雨棚系统，防止雨水侵入门窗，侵蚀墙体。另外太阳能供热装置的聚光钢化玻璃也可阻挡雨雪，达到保护窑脸面层的作用。

综上所述，本发明的适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统，它能采暖供热，能支撑窑脸防止窑脸倾倒，利用绿色、环保、安全的方式解决了碹窑民居冬季寒冷、干燥的问题，同时还解决了窑脸前倾破坏、窑脸面层受雨雪冲刷侵蚀的问题。具有健康无害、施工工艺简单、造价低、工期短、节能减排、利于推广等特点。与相关的已有技术相比，本发明的造价降低了20％以上，工期缩短了20％以上。

附图说明

图1为本发明的所述加固型节能采暖供热系统的结构示意图。

图2为本发明的左视图(图1的左视图)。

图3为本发明中火炕体的结构示意图。

图4为图1中沿A-A线的剖视图。

图5为本发明中智能转换阀的工作原理图。

具体实施方式

为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。实施例1～2为本发明的所述适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统及其施工工艺。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于发明中的实施例，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。

实施例1：如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明的所述适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统具有碹窑、光伏发电装置。碹窑具有窑脸1、窑顶1′、后墙C、数个窑孔B、左右两个侧墙、太阳能供热装置15、火灶供热装置3、保温水箱5、第一温度传感器1001、第二温度传感器1002、第三温度传感器1003、智能转换阀7、总热水进水管4、总回水管4′、散热器2。散热器2为采暖散热器，可以采用钢制散热器、铝制散热器或者铜铝复合散热器。

所述太阳能供热装置15具有(多点)聚光钢化玻璃1502、支架1504、底座1505、(平板式)太阳能真空集热器1503、太阳能水箱1501、热水出水管1506a、热水回水管1506b、第一直流循环泵1507、太阳能热交换盘管1508。所述支架1504通过数对(可以是多对)膨胀螺丝16(以及相配合的连接板或者耳板)固定在窑脸1的外侧面，支架1504的底部与底座1505固定连接。当窑脸有前倾趋势时，窑脸会对支架产生水平方向的推力，由于支架的底部配有大体积的(混凝土)底座，可有效约束支架移动，从而抑制窑脸前倾。所述太阳能真空集热器1503的前后部位皆设置聚光钢化玻璃1502，一方面可汇集阳光，增强阳光对太阳能真空集热器的照射；另一方面，由于太阳能真空集热器设置于碹窑民居前侧而非屋顶，容易遭受外力破坏，聚光钢化玻璃可起到有效保护太阳能真空集热器的作用。热水出水管1506a的一端与太阳能水箱1501的出水口相连接，热水出水管1506a的另一端与太阳能热交换盘管1508的进水口相连接，太阳能热交换盘管1508的出水口与热水回水管1506b的一端相连接，热水回水管1506b的另一端与太阳能水箱1501的进水口相连接，热水出水管1506a上安装有第一直流循环泵1507。聚光钢化玻璃1502、支架1504、底座1505、太阳能真空集热器1503、太阳能水箱1501呈分体设置，位于中间窑孔的门窗左右两侧，呈分体设置的太阳能水箱1501通过中间管道串联而整体形成一个太阳能水箱。

所述火灶供热装置3具有灶体301、设于灶体内呈中空圆柱状的炉芯(隔火板)302、火灶加热盘管303、火灶热交换盘管304、连接火灶加热盘管303与火灶热交换盘管304的连接管305、火炕体306、烟筒307、排烟口308。火灶加热盘管303设于灶体301内位于炉芯302的外部并(紧密)贴合炉芯呈螺旋状设置，火灶加热盘管303内、火灶热交换盘管304内、连接管305内装满水。炉芯(隔火板)302隔火不隔热，主要避免明火直接接触火灶加热盘管303，增加火灶加热盘管303的安全性能及使用年限。火灶加热盘管303紧密贴合炉芯的主要目的是增加热能吸收。所述火灶加热盘管303与火灶热交换盘管304通过连接管305连接，实现火灶加热盘管303与火灶热交换盘管304的水循环。火灶加热盘管303受热后，热水上升，沿连接管305流入火灶热交换盘管304，火灶热交换盘管304的冷水下降，流入火灶加热盘管303，由此实现火灶加热盘管303与火灶热交换盘管304内水体的循环加热。火炕体306为长方体形，其内部具有(空)腔体。火炕体的面板为其上端面层。火炕体306的挨着窑脸1的一侧设置烟筒307，火炕体306的另一侧(远离窑脸的一侧)连接所述灶体301的排烟口308，所述排烟口308与火炕体306的腔体相通，利用排烟加热火炕体306。柴火燃烧时，将烟排放至火炕体306内，可实现火炕体306加热，同时通过控制排烟口308的排烟量和烟筒307的排烟量控制火炕体306的温度。

所述火炕体306的腔体内设有呈纵向设置的两个第一烟道隔墙306a、呈纵向设置的环形第二烟道隔墙306b、第一支撑墙306e、位于第一支撑墙后面的第二支撑墙306f、多个第一支撑柱306d、位于环形第二烟道隔墙306b的上端面的多个第二支撑柱306c。第一支撑墙306e与火炕体306的前侧内壁之间形成第一烟道3061，在第一烟道3061内设置环形第二烟道隔墙306b、两个第一烟道隔墙306a，两个第一烟道隔墙306a位于环形第二烟道隔墙306b与排烟口308之间呈前后相对设置，上述保温水箱5位于环形第二烟道隔墙306b中，多个第一支撑柱306d固定设于保温水箱5的上端面，第一支撑墙306e与第二支撑墙306f之间形成第二烟道3063，第一支撑墙306e的左侧壁与火炕体306的左侧内壁(火炕体的挨着窑脸的一侧内壁)之间具有烟气进入第二烟道3063的排烟第一入口3062，第二支撑墙306f与火炕体306的后侧内壁之间形成第三烟道3065，第二支撑墙306f的右侧壁与火炕体306的右侧内壁(火炕体的远离窑脸的一侧内壁)之间具有烟气进入第三烟道3065的排烟第二入口3064，烟筒307与第三烟道3065的左侧相连通，火炕体306的面板由第一支撑墙306e、第二支撑墙306f、多个第一支撑柱306d、多个第二支撑柱306c支撑，第一支撑墙、第二支撑墙与火炕体306的面板无缝连接。环形第二烟道隔墙306b的高度、两个第一烟道隔墙306a的高度大于保温水箱5的高度(二者的高度略高于保温水箱的高度)。传统火炕内部无法容纳大容量的保温水箱，或加入保温水箱后引起火炕受热不均匀，火炕结构稳定性降低。本发明通过设置高低不同的烟道隔墙使得保温水箱上部的火炕的面板(面层)依然可以均匀受热，同时增设支撑墙、支撑柱(这两种支撑体)来增强火炕体的结构稳定性。所述火炕体306以及它的腔体内的两个第一烟道隔墙306a、环形第二烟道隔墙306b、第一支撑墙306e、第二支撑墙306f、多个第一支撑柱306d、多个第二支撑柱306c构成火炕。

所述光伏发电装置14具有光伏板1401、支撑光伏板的支架体1402、蓄电池、光伏控制器。光伏板1401的输出端与光伏控制器的输入端相连接，光伏控制器与蓄电池相连接，光伏控制器通过电线9′与电加热器(交直流两用)9相连接，电线9′上连接智能开关8，该智能开关具有开关主体、控制器，即电线9′与智能开关8的开关主体相连接(电连接)。当太阳能供热装置15、火灶供热装置3供热温度达不到要求时，智能开关的开关主体受本身的控制器控制而导通，自动开启电加热器，实现光伏发电装置加热电加热器，进行热力供应。所述保温水箱5分为相互独立的上下三层箱体即上箱体501、中间箱体502、下箱体503。采用灶体供热的上箱体501的内部设置有火灶热交换盘管304，第一温度传感器1001的探头设于上箱体501内，上箱体501的下部并排连通有火灶供热第一回水管1601与火灶供热第一热水出水管1602。采用太阳能供热的中间箱体502内设置太阳能热交换盘管1508，第二温度传感器1002的探头设于中间箱体502内，中间箱体502的下部并排连通有太阳能供热第二回水管1701与太阳能供热第二热水出水管1702。采用光伏发电装置加热的下箱体503内设置电加热器9，第三温度传感器1003的探头设于下箱体503内，下箱体503的下部并排连通有电热供热第三回水管1801与电热供热第三热水出水管1802。所述智能转换阀7安装于火灶供热第一回水管1601、太阳能供热第二回水管1701、电热供热第三回水管1801与总回水管4′之间以及火灶供热第一热水出水管1602、太阳能供热第二热水出水管1702、电热供热第三热水出水管1802与总热水进水管4之间。智能转换阀7具有阀体、执行器、控制器，阀体具有壳体、左侧滑块对、右侧滑块对、固定连接左侧滑块对和右侧滑块对的中间连杆、固定连接左侧滑块对中两个滑块的左连杆(左侧连杆)、固定连接右侧滑块对中两个滑块的右连杆(右侧连杆)，执行器可以具有步进电机、相啮合的齿轮与齿条，齿轮安装于步进电机的动力输出端上，齿条与中间连杆固定连接。智能转换阀7的控制器控制步进电机转动，步进电机通过相啮合的齿轮与齿条带动左侧滑块对、右侧滑块对沿壳体滑动，由滑块封堵其中两个回水管与总回水管4′的通道以及封堵两个热水出水管与总热水进水管4的通道，并打开一个回水管与总回水管4′的通道(左连杆处于通道打开位置)以及打开一个热水出水管与总热水进水管4的通道(右连杆处于通道打开位置)。当然，执行器还可以是气动装置或者液压装置。智能转换阀7的转换连通方式有三种：

将火灶供热第一回水管1601与总回水管4′相连通，且将火灶供热第一热水出水管1602与总热水进水管4相连通；或者，

将太阳能供热第二回水管1701与总回水管4′相连通，且将太阳能供热第二热水出水管1702与总热水进水管4相连通；或者，

将电热供热第三回水管1801与总回水管4′相连通，且将电热供热第三热水出水管1802与总热水进水管4相连通。

所述第一温度传感器1001、第二温度传感器1002、第三温度传感器1003分别与智能转换阀7的控制器电相连，各传感器通过反馈保温水箱5各层的温度，实现各种供热方式的转换。第一温度传感器1001、第二温度传感器1002还分别与智能开关8的控制器相连接(电连接)，智能开关8的结构本身为已有技术。所述总回水管4′与散热器2的出水口相连通，所述总热水进水管4与散热器2的进水口相连通，总热水进水管4上安装有第二直流循环泵6。

所述第一温度传感器1001、第二温度传感器1002、第三温度传感器1003、智能转换阀7、第一直流循环泵1507、第二直流循环泵6皆(通过电线)与光伏控制器电连接(即它们皆由光伏发电装置供电)。上述各传感器通过反馈上箱体501、中间箱体502、下箱体503内的温度，实现各种供热方式的转换。白天做饭，使用火灶供热装置3，可用灶体301加热火炕体306，同时通过火灶热交换盘管304加热上箱体501内的水，智能转换阀7将火灶供热第一回水管1601与总回水管4′相连通，且将火灶供热第一热水出水管1602与总热水进水管4相连通，其它热水出水管、回水管截流，实现水(热水)在上箱体、火灶供热第一热水出水管1602、总热水进水管4、散热装置2、总回水管4′、火灶供热第一回水管1601内循环，达到采暖效果。当夜晚上箱体501内的水温度降低至限值，第一传感器1001将温度信息反馈给智能转换阀7的控制器，智能转换阀7进行转换，改变供热方式，实现中间箱体502向外供热，即智能转换阀7将太阳能供热第二回水管1701与总回水管4′相连通，且将太阳能供热第二热水出水管1702与总热水进水管4相连通，其它热水出水管、回水管截流，实现水(热水)在中间箱体502、太阳能供热第二热水出水管1702、总热水进水管4、散热装置2、总回水管4′、太阳能供热第二回水管1701内循环，达到采暖效果。当中间箱体502内的水温度降低至限值，第二传感器1002将温度信息反馈给智能转换阀7的控制器，智能转换阀7进行转换，改变供热方式。智能开关8的控制器接受第一温度传感器、第二温度传感器的温度信息，当温度信息达不到要求时(说明太阳能供热装置15、火灶供热装置3供热不足了)，智能开关的开关主体受智能开关本身的控制器控制而导通(自动开启)，光伏发电装置通过电加热器加热下箱体503，使用电加热器向外供热，即智能转换阀7将电热供热第三回水管1801与总回水管4′相连通，且将电热供热第三热水出水管1802与总热水进水管4相连通，其它热水出水管、回水管截流，实现水(热水)在下箱体503、电热供热第三热水出水管1802、总热水进水管4、散热装置2、总回水管4′、电热供热第三回水管1801内循环，达到采暖效果。其中，火灶供热装置供热为第一供热方式，太阳能供热装置供热为第二供热方式，电加热器供热为第三供热方式，一旦上箱体内水的温度高于最低限制，智能转化阀7转换为第一供热方式(火灶供热方式)。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，上述窑孔B的数量为三个，所述光伏板1401的数量为三个，支架体1402的数量为三个，这三个光伏板与所述三个窑孔一一相对应并安装于窑脸1的外侧、且处于窑孔B的窗口上方位置。上述保温水箱5的外壁(以及保温水箱的各层之间)设有保温层504。所述的适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统还具有温湿度控制装置11、加湿器12、室内温度敏感元件13(可以是温度传感器或者PT型铂电阻)、室内湿度敏感元件13′(可以是湿度传感器)。温湿度控制装置11具有单片机控制器，单片机控制器的(复数)输入控制端分别与室内温度敏感元件13、室内湿度敏感元件13′电连接，单片机控制器的(复数)输出控制端分别与加湿器12、第二直流循环泵6连接，温湿度控制装置11、加湿器12与光伏控制器电连接(即它们皆由光伏发电装置供电)。当室温低于室温限值时，第二直流循环泵6开启，加快热水循环，散热装置2散热更快，达到升温效果。当室内空气湿度低于限值时，加湿器12工作，增加室内空气湿度。上述环形第二烟道隔墙306b的高度比保温水箱5的高度多出8～10厘米(选用9厘米)，上述两个第一烟道隔墙306a的高度比保温水箱5的高度多出5～7厘米(选用6厘米)，环形第二烟道隔墙306b在与两个第一烟道隔墙306a相对处具有第一尖角306b1，环形第二烟道隔墙306b在与排烟第一入口3062相对处具有第二尖角306b2，设置第一尖角306b1、第二尖角306b2使得烟道排烟更加流畅。本发明通过设置高低不同的烟道隔墙、第一尖角306b1、第二尖角306b2，使得保温水箱上部的火炕的面板(面层)依然可以均匀受热，火炕的面板温度不会忽高忽低，恒温性好，持久性好，同时增设支撑墙、支撑柱(这两种支撑体)来增强火炕体的结构稳定性，火炕的使用寿命延长了45％以上。上述聚光钢化玻璃可以是多点聚光钢化玻璃。上述支架1504、底座1505、太阳能水箱1501、支架体1402、保温水箱5、烟筒307、排烟口308、灶体301可以由钢板制成。炉芯302可以是铸铁材质。热水出水管1506a、热水回水管1506b、太阳能热交换盘管1508、火灶加热盘管303、火灶热交换盘管304、连接管305、与散热器相连接的各热水出水管以及回水管、总热水进水管4、总回水管4′可以由钢管制成。火炕体306呈长方体形，位于窑洞(窑孔)内，火炕体可以由土砖(坯)垒成(俗称搭炕)，火炕体的面板(面层，炕面)可以为水泥预制板。两个第一烟道隔墙306a、环形第二烟道隔墙306b、第一支撑墙306e、第二支撑墙306f、多个第一支撑柱306d、多个第二支撑柱306c可以由砖砌成，也可以由土砖(坯)垒成(俗称搭炕)。

实施例2：如图1、图2、图3、图4、图5所示，所述的适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统的施工工艺(施工方法)包括如下工艺步骤：步骤一，装置(设备)位置及管线路线标记：根据碹窑的房间(窑洞)格局及尺寸，对于装置安装位置、各水管、电线(连接线路)9′的铺设路径进行整体的规划，并在相应位置处做出适当标记；

步骤二，挖槽、钻孔、通孔、破除原有结构：对于底座1505、地下管线等部位按照原有标记进行地下挖槽处理，对于墙体走线部位进行刻槽处理，将连接支架1504与窑脸1的膨胀螺丝16固定处进行钻孔处理，对需要穿过窑脸1的烟筒307和电线9′进行通孔处理(去毛刺等使其表面光滑)，在火炕体306内部增加保温水箱5，所述火炕体306的腔体内设有呈纵向设置的两个第一烟道隔墙306a、呈纵向设置的环形第二烟道隔墙306b、第一支撑墙306e、位于第一支撑墙后面的第二支撑墙306f、多个第一支撑柱306d、位于环形第二烟道隔墙306b的上端面的多个第二支撑柱306c；

步骤三，装置安装、原有结构搭建：将所需装置、管线等按照规划位置进行安装，按上述火炕体306的结构完成火炕体的修建；

步骤四，原貌恢复：装置、管线等安装完毕后，对于挖槽、钻孔、通孔及破除结构进行恢复，地表沟槽回填整平，墙体砂浆抹面。

综上所述，本发明的以上各实施例能采暖供热，能支撑窑脸防止窑脸倾倒，利用绿色、环保、安全的方式解决了碹窑民居冬季寒冷、干燥的问题，同时还解决了窑脸前倾破坏、窑脸面层受雨雪冲刷侵蚀的问题。具有健康无害、施工工艺简单、造价低、工期短、节能减排、利于推广等特点。与相关的已有技术相比，本发明的造价降低了20％以上，工期缩短了20％以上。

Claims (6)

1.一种适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统，具有碹窑、光伏发电装置，碹窑具有窑脸(1)、窑顶(1′)、后墙C、数个窑孔B，其特征在于所述的适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统还具有太阳能供热装置(15)、火灶供热装置(3)、保温水箱(5)、第一温度传感器(1001)、第二温度传感器(1002)、第三温度传感器(1003)、智能转换阀(7)、总热水进水管(4)、总回水管(4′)、散热器(2)；

所述太阳能供热装置(15)具有聚光钢化玻璃(1502)、支架(1504)、底座(1505)、太阳能真空集热器(1503)、太阳能水箱(1501)、热水出水管(1506a)、热水回水管(1506b)、第一直流循环泵(1507)、太阳能热交换盘管(1508)，所述支架(1504)通过数对膨胀螺丝(16)固定在窑脸(1)的外侧面，支架(1504)的底部与底座(1505)固定连接，所述太阳能真空集热器(1503)的前后部位皆设置聚光钢化玻璃(1502)，热水出水管(1506a)的一端与太阳能水箱(1501)的出水口相连接，热水出水管(1506a)的另一端与太阳能热交换盘管(1508)的进水口相连接，太阳能热交换盘管(1508)的出水口与热水回水管(1506b)的一端相连接，热水回水管(1506b)的另一端与太阳能水箱(1501)的进水口相连接，热水出水管(1506a)上安装有第一直流循环泵(1507)；

所述火灶供热装置(3)具有灶体(301)、设于灶体内呈中空圆柱状的炉芯(302)、火灶加热盘管(303)、火灶热交换盘管(304)、连接火灶加热盘管(303)与火灶热交换盘管(304)的连接管(305)、火炕体(306)、烟筒(307)、排烟口(308)，火灶加热盘管(303)设于灶体(301)内位于炉芯(302)的外部并贴合炉芯呈螺旋状设置，火灶加热盘管(303)内、火灶热交换盘管(304)内、连接管(305)内装满水，火炕体(306)的挨着窑脸(1)的一侧设置烟筒(307)，火炕体(306)的另一侧连接所述灶体(301)的排烟口(308)，所述排烟口(308)与火炕体(306)的腔体相通；

所述火炕体(306)的腔体内设有呈纵向设置的两个第一烟道隔墙(306a)、呈纵向设置的环形第二烟道隔墙(306b)、第一支撑墙(306e)、位于第一支撑墙后面的第二支撑墙(306f)、多个第一支撑柱(306d)、位于环形第二烟道隔墙(306b)的上端面的多个第二支撑柱(306c)，第一支撑墙(306e)与火炕体(306)的前侧内壁之间形成第一烟道(3061)，在第一烟道(3061)内设置环形第二烟道隔墙(306b)、两个第一烟道隔墙(306a)，两个第一烟道隔墙(306a)位于环形第二烟道隔墙(306b)与排烟口(308)之间呈前后相对设置，上述保温水箱(5)位于环形第二烟道隔墙(306b)中，多个第一支撑柱(306d)固定设于保温水箱(5)的上端面，第一支撑墙(306e)与第二支撑墙(306f)之间形成第二烟道(3063)，第一支撑墙(306e)的左侧壁与火炕体(306)的左侧内壁之间具有烟气进入第二烟道(3063)的排烟第一入口(3062)，第二支撑墙(306f)与火炕体(306)的后侧内壁之间形成第三烟道(3065)，第二支撑墙(306f)的右侧壁与火炕体(306)的右侧内壁之间具有烟气进入第三烟道(3065)的排烟第二入口(3064)，烟筒(307)与第三烟道(3065)的左侧相连通，火炕体(306)的面板由第一支撑墙(306e)、第二支撑墙(306f)、多个第一支撑柱(306d)、多个第二支撑柱(306c)支撑，环形第二烟道隔墙(306b)的高度、两个第一烟道隔墙(306a)的高度大于保温水箱(5)的高度；

所述光伏发电装置(14)具有光伏板(1401)、支撑光伏板的支架体(1402)、蓄电池、光伏控制器，光伏板(1401)的输出端与光伏控制器的输入端相连接，光伏控制器与蓄电池相连接，光伏控制器通过电线(9′)与电加热器(9)相连接，电线(9′)与智能开关(8)的开关主体相连接；

所述保温水箱(5)分为相互独立的上下三层箱体即上箱体(501)、中间箱体(502)、下箱体(503)，采用灶体供热的上箱体(501)的内部设置有火灶热交换盘管(304)，第一温度传感器(1001)的探头设于上箱体(501)内，上箱体(501)的下部并排连通有火灶供热第一回水管(1601)与火灶供热第一热水出水管(1602)；采用太阳能供热的中间箱体(502)内设置太阳能热交换盘管(1508)，第二温度传感器(1002)的探头设于中间箱体(502)内，中间箱体(502)的下部并排连通有太阳能供热第二回水管(1701)与太阳能供热第二热水出水管(1702)；采用光伏发电装置加热的下箱体(503)内设置电加热器(9)，第三温度传感器(1003)的探头设于下箱体(503)内，下箱体(503)的下部并排连通有电热供热第三回水管(1801)与电热供热第三热水出水管(1802)；

所述智能转换阀(7)安装于火灶供热第一回水管(1601)、太阳能供热第二回水管(1701)、电热供热第三回水管(1801)与总回水管(4′)之间以及火灶供热第一热水出水管(1602)、太阳能供热第二热水出水管(1702)、电热供热第三热水出水管(1802)与总热水进水管(4)之间，智能转换阀(7)的转换连通方式有三种：

将火灶供热第一回水管(1601)与总回水管(4′)相连通，且将火灶供热第一热水出水管(1602)与总热水进水管(4)相连通；或者，

将太阳能供热第二回水管(1701)与总回水管(4′)相连通，且将太阳能供热第二热水出水管(1702)与总热水进水管(4)相连通；或者，

将电热供热第三回水管(1801)与总回水管(4′)相连通，且将电热供热第三热水出水管(1802)与总热水进水管(4)相连通；

所述第一温度传感器(1001)、第二温度传感器(1002)、第三温度传感器(1003)分别与智能转换阀(7)的控制器相连接，第一温度传感器(1001)、第二温度传感器(1002)还分别与智能开关(8)的控制器相连接；

所述总回水管(4′)与散热器(2)的出水口相连通，所述总热水进水管(4)与散热器(2)的进水口相连通，总热水进水管(4)上安装有第二直流循环泵(6)；

所述第一温度传感器(1001)、第二温度传感器(1002)、第三温度传感器(1003)、智能转换阀(7)、第一直流循环泵(1507)、第二直流循环泵(6)皆与光伏控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统，其特征在于上述窑孔B的数量为三个，所述光伏板(1401)的数量为三个，支架体(1402)的数量为三个，这三个光伏板与所述三个窑孔一一相对应并安装于窑脸(1)的外侧、且处于窑孔B的窗口上方位置。

3.根据权利要求1所述的适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统，其特征在于上述保温水箱(5)的外壁上设有保温层(504)。

4.根据权利要求1所述的适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统，其特征在于它还具有温湿度控制装置(11)、加湿器(12)、室内温度敏感元件(13)、室内湿度敏感元件(13′)，温湿度控制装置(11)具有单片机控制器，单片机控制器的输入控制端分别与室内温度敏感元件(13)、室内湿度敏感元件(13′)电连接，单片机控制器的输出控制端分别与加湿器(12)、第二直流循环泵(6)连接，温湿度控制装置(11)、加湿器(12)与光伏控制器电连接。

5.根据权利要求1所述的适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统，其特征在于上述环形第二烟道隔墙(306b)的高度比保温水箱(5)的高度多出9厘米，上述两个第一烟道隔墙(306a)的高度比保温水箱(5)的高度多出6厘米；环形第二烟道隔墙(306b)在与两个第一烟道隔墙(306a)相对处具有第一尖角(306b1)，环形第二烟道隔墙(306b)在与排烟第一入口(3062)相对处具有第二尖角(306b2)。

6.一种权利要求1所述的适用于碹窑民居的加固型节能采暖供热系统的施工工艺，其特征在于它包括如下工艺步骤：

步骤一，装置位置及管线路线标记：根据碹窑的房间格局及尺寸，对于装置安装位置、各水管、电线(9′)的铺设路径进行整体的规划，并在相应位置处做出适当标记；

步骤二，挖槽、钻孔、通孔、破除原有结构：对于底座(1505)、地下管线部位按照原有标记进行地下挖槽处理，对于墙体走线部位进行刻槽处理，将连接支架(1504)与窑脸(1)的膨胀螺丝(16)固定处进行钻孔处理，对需要穿过窑脸(1)的烟筒(307)和电线(9′)进行通孔处理，在火炕体(306)内部增加保温水箱(5)，所述火炕体(306)的腔体内设有呈纵向设置的两个第一烟道隔墙(306a)、呈纵向设置的环形第二烟道隔墙(306b)、第一支撑墙(306e)、位于第一支撑墙后面的第二支撑墙(306f)、多个第一支撑柱(306d)、位于环形第二烟道隔墙(306b)的上端面的多个第二支撑柱(306c)；

步骤三，装置安装、原有结构搭建：将所需装置、管线等按照规划位置进行安装，按上述火炕体(306)的结构完成火炕体的修建；

步骤四，原貌恢复：装置、管线等安装完毕后，对于挖槽、钻孔、通孔及破除结构进行恢复，地表沟槽回填整平，墙体砂浆抹面。

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