CN113513777A - 双热源相变蓄能地板采暖装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双热源相变蓄能地板采暖装置，包括：基础层、保温层、防水气密层、支撑层、电热膜层、蓄能装置层、屋内装饰层、和外部热源；所述基础层平铺在最下面，保温层平铺于基础层上，材质为混凝土或集装箱底部钢板，防水气密层平铺于保温层上，材质为聚氨酯，支撑层平铺于防水气密层上，电热膜层平铺于支撑层上，蓄能装置层平铺于电热膜层上，屋内装饰层平铺于蓄能装置层上；所述电热膜层和所述外部热源，分别连接蓄能装置层并向蓄能装置层传输热量。本发明解决了太阳能采暖供热时空分布不均衡、电采暖峰谷运行不经济等问题，达到“移峰填谷”，高效利用太阳能以及实现电采暖经济运行的目的。
Description
技术领域
本发明属于节能环保产业的建筑节能技术领域，涉及建筑暖通、供热、建筑材料及可再生能源利用，具体涉及一种双热源相变蓄能地板采暖装置。
背景技术
通过主动式、被动式、太阳能采暖技术是现代建筑中被广泛采用的一种采暖技术。太阳能供暖系统在有连续太阳辐射的情况下才能持续为建筑末端进行供暖，但是由于太阳辐射的不稳定性导致传统太阳能供暖系统的应用推广受到限制。虽然有些太阳能供暖系统已经应用于工程实际，但是仍有三方面的缺点有待改进，即系统的太阳能利用率偏低、系统需要蓄热部分来减少供暖温度的波动和需要增加辅助能源以满足建筑负荷的全天候供暖需求。
另一方面，随着国家大气污染治理工作的推进，电采暖以其清洁、便捷、高效、安全等特点，已成为我国北方煤改电的主要方式之一，针对电采暖用户，国家出台了许多峰谷电价等煤改电优惠政策。相变蓄能技术与电热膜地板采暖相结合的新型采暖方式，利用相变材料在相变过程中蓄、放热以实现能量存储的技术，将该技术应用于建筑采暖中，可以利用夜间低谷电，将能量蓄存在相变蓄能地板中，在白天正常电价情况下，释放夜间储存的热量用于白天室内采暖需要，既可以有效解决能量供给与需求两方在时间上的不充分匹配缺陷，达到“移峰填谷”的效果，还可以保持室内温度在一定程度上的稳定，使得室内舒适度提高，也为老百姓日常生活节约了采暖运行成本。
蓄热装置是太阳能供暖系统中的核心部件，承担着太阳能的时空转移功能，协调了太阳能和建筑热负荷在时间和数量上的不匹配。按照蓄热介质的不同，蓄热装置可分为以下类型：1)蓄热水箱：采用水作为蓄热介质，属于显热蓄热方式，是工程中应用最为广泛的一种蓄热装置。其优点是结构简单，成本低。缺点是由于水的蓄热密度较低，其体积较大，散热损失大；蓄释热温差大，在太阳辐射强烈时水可能出现汽化；蓄热过程采用开式循环，集热泵的扬程较大。2)相变蓄热水箱：采用“水+相变材料”作为蓄热介质，属于“显热+潜热”的蓄热方式，在工程中应用较少。相较于蓄热水箱，其蓄热密度有所提高，蓄热体积有所减小，蓄释热温差有所降低。但成本有所提高，结构比较复杂。蓄热过程采用开式循环，集热泵扬程较大。3)相变蓄热装置：采用相变材料作为蓄热介质，属于潜热蓄热方式，在工程中已经出现案例。其蓄热密度显著高于蓄热水箱和相变蓄热水箱，体积和散热损失都大大降低。
在普通的太阳能相变蓄热供暖装置中，相变蓄热装置独立放置不仅占用较大空间，而且当太阳能集热器供热不足转由蓄热装置对室内供暖时存在一定的传热延迟和传热不足，导致室内温度不够。
综上所述，现有的相变蓄热供暖装置中，太阳能供热不足对室内供暖时存在传热延迟和传热不足。
发明内容
本发明提供一种双热源相变蓄能地板采暖装置，以解决现有的相变蓄热供暖装置中，太阳能供热不足对室内供暖时存在传热延迟和传热不足的问题。
为此，本发明提出一种双热源相变蓄能地板采暖装置，包括：基础层1、保温层2、防水气密层3、支撑层4、电热膜层5、蓄能装置层6、屋内装饰层7、和外部热源13；
所述基础层1平铺在最下面，保温层2平铺于基础层1上，防水气密层3平铺于保温层2上，支撑层4平铺于防水气密层3上，电热膜层5平铺于支撑层4上，蓄能装置层6平铺于电热膜层5上，屋内装饰层7平铺于蓄能装置层6上；
所述电热膜层5和所述外部热源13，分别连接蓄能装置层6并向蓄能装置层6传输热量。
进一步地，所述蓄能装置层6为金属壳体结构，内置封装相变蓄热体8和水暖系统，相变蓄热体8和水暖系统互相进行热交换。
进一步地，电热膜层5在谷电时段加热，蓄能装置层6吸收电热膜层5传来的热量，向室内释放至设定温度，富裕热量储存在相变蓄热体8中，峰电时段蓄能装置层6放热以维持室温。
进一步地，所述外部热源13用于给热水加热，蓄热时，热水给蓄能装置层6供热至设定温度，富裕热量通过相变蓄积在蓄能装置层6中；当太阳能热水热量低于设定温度，热水系统停止工作，由相变蓄热体8释放热量满足房间供热需求。
进一步地，所述水暖系统为翅片式盘管换热器9。翅片式盘管换热器9包括：翅片盘管9、加热翅片管10、分水连管11和集水连管12。
进一步地，所述蓄能装置层6中加热翅片管在分水连管11两边交错排列，分水连管在蓄能装置层6中依次排开，两端贯通连接在集水连管12上，一边的集水连管用于供水，另一边的集水连管用于回水，热水在水管中循环流动。
进一步地，所述防水气密层3由1.5mm-2.5mm厚防水涂料和0.5mm厚气密膜组成。
进一步地，所述保温层2采用100-150mm聚氨酯保温层。
进一步地，所述支撑层4采用水泥纤维板。
进一步地，所述电热膜层5采用石墨烯电热膜采暖。
当外部热源为太阳能热水系统时，本发明装置的应用，可根据蓄能层的设置容量，调节房间供热满足需求，太阳能供热不足对室内供暖时存在传热延迟和传热不足时，可以利用电热膜层进行加热，实现快速的传热和热能补充，而且当采用电热膜采暖时，本发明装置的使用，可根据蓄能层的设置容量，调节电力负荷集中在低谷段，所以本发明可以实现两种加热热源情况下的供热及热负荷需求的平衡作用。当外部热源为太阳能热水系统时，实现节能50％-80％，当采用电热膜采暖时，节约采暖电费30％-50％。
附图说明
图1为本发明的双热源相变蓄能地板采暖装置的纵剖面结构示意图；
图2为本发明的蓄能装置层的结构示意图。
附图标号说明：
1、基础层；2、保温层；3、防水气密层；4、支撑层；5、电热膜层；6、蓄能装置层；7、屋内装饰层；8、相变蓄热体；9、翅片式盘管换热器；10、加热翅片管；11、分水连管；12、集水连管；13、外部热源；14、钢檩条；17、蓄能装置层支撑筋。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。
如图1所示，本发明提供一种双热源相变蓄能地板采暖装置，包括：基础层1、保温层2、防水气密层3、支撑层4、电热膜层5、蓄能装置层6、屋内装饰层7、和外部热源13；
所述基础层1平铺在最下面，保温层2平铺于基础层1上，防水气密层3平铺于保温层2上，支撑层4平铺于防水气密层3上，电热膜层5平铺于支撑层4上，蓄能装置层6平铺于电热膜层5上，屋内装饰层7平铺于蓄能装置层6上；
所述电热膜层5和所述外部热源13，分别连接蓄能装置层6并向蓄能装置层6传输热量，实现双热源供热，避免单热源供热不足以及传热延迟的问题。
进一步地，所述蓄能装置层6为金属壳体结构，内置封装相变蓄热体8和水暖系统，相变蓄热体8和水暖系统互相进行热交换。水暖系统可以实现稳定传热，换热。
进一步地，电热膜层5在谷电时段加热，蓄能装置层6吸收电热膜层5传来的热量，向室内释放至设定温度，富裕热量储存在相变蓄热体8中，峰电时段蓄能装置层6放热以维持室温。这样，可根据蓄能层的设置容量，调节电力负荷集中在低谷段，节约采暖电费30％-50％。
进一步地，所述外部热源13用于给热水加热，蓄热时，热水给蓄能装置层6供热至设定温度，富裕热量通过相变蓄积在蓄能装置层6中；当太阳能热水热量低于设定温度，热水系统停止工作，由相变蓄热体8释放热量满足房间供热需求。这样，可根据蓄能层的设置容量，调节房间供热满足需求，实现节能50％-80％。
进一步地，所述水暖系统为翅片式盘管换热器9。如图2所示，翅片式盘管换热器9包括：加热翅片管10、分水连管11和集水连管12。相变蓄热体8为自封装有机相变材料，形状为球体或无规则颗粒形状，由有机相变材料和自支撑材料复合制成。
相变蓄热体8分散堆满或镶嵌在翅片式盘管换热器9中的各管路之外，以实现和翅片式盘管换热器9的充分换热。蓄能装置层6内设置有蓄能装置层支撑筋17，以实现蓄能装置层6的稳固。
进一步地，所述蓄能装置层6中加热翅片管在分水连管11两边交错排列，分水连管在蓄能装置层6中依次排开，两端贯通连接在集水连管12上，一边的集水连管用于供水，另一边的集水连管用于回水，热水在水管中循环流动。
进一步地，所述防水气密层3由1.5mm-2.5mm厚JS防水涂料和0.5mm厚气密膜组成，以实现较好的防水和气密的效果。
进一步地，所述保温层2采用100-150mm聚氨酯保温层，保温效果好。所述保温层2内竖立有钢檩条14作为支撑受力，其由一根直杆和一个直角杆组成，直杆底端立在保温层2底部，顶端装有直角杆，以实现稳定支撑。
进一步地，所述支撑层4采用水泥纤维板，支撑牢固。
进一步地，所述电热膜层5采用石墨烯电热膜采暖，电热转化率高，能耗低。
进一步地，屋内装饰层7为屋内装饰地板。所述基础层1可以为集装箱底部钢板，可以应用于集装式模块房。如果是用于普通建筑，基础层1可以是混凝土基础层。
进一步地，双热源相变蓄能地板采暖装置为双热源相变蓄能地板。该装置，即双热源相变蓄能地板，供热热源采用两种形式：1)底部电热膜加热；2)40-45℃外部来源热水。
采用电热膜加热时，可在谷电时间段开启运行，蓄能装置层蓄热材料充分吸收热量，发生相变，室内达到设定温度后，电热膜加热系统停止加热，蓄能地板中蓄热材料持续放热维持室温在设定值；在峰电时段时，优先蓄能地板蓄热材料放热维持室温，低于设定温度时，重启电热膜加热系统。
采用热水加热时，外部热源可以是太阳能热水系统。蓄热时，热水通过翅片式金属换热器给相变蓄热材料供热，供热负荷高于房间需热量时，蓄热材料发生相变，富裕热量通过相变蓄积在蓄能装置中；当太阳能热水热量不足时(低于设定温度)，热水系统停止工作，由蓄热材料释放热量满足房间供热需求，仍不能满足房间供热需求，可开启太阳能电热补热加热后重启太阳能热水系统。
本发明可采用电热膜及太阳能热水采暖两种形式作为热源，具有平衡供热负荷时空特性的良好作用；
本发明采用球形相变蓄能材料作为相变蓄能主体，材料本身为自封装相变蓄能材料，保证了在相变过程中不发生泄漏；
采用热水采暖系统作为热源时，在相变蓄能装置内部设置有翅片式盘管换热器，提高了换热效率，保证了蓄能装置的换热均匀性。
在任何热源形式下，新型相变蓄能地板采暖装置通过蓄能装置层蓄能材料的相变提供热量的存储及释放，达到平衡热源及房间热负荷需求的目标。
本发明将相变蓄能材料应用于地板辐射采暖系统中，将蓄热技术与建筑地板采暖技术相结合，解决了太阳能采暖供热时空分布不均衡、电采暖峰谷运行不经济等问题，达到“移峰填谷”，高效利用太阳能以及实现电采暖经济运行的目的。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种双热源相变蓄能地板采暖装置，其特征在于，包括：基础层(1)、保温层(2)、防水气密层(3)、支撑层(4)、电热膜层(5)、蓄能装置层(6)、屋内装饰层(7)、和外部热源(13)；
所述基础层(1)平铺在最下面，材质为混凝土或集装箱底部钢板；
保温层(2)平铺于基础层(1)上，材质为聚氨酯；
防水气密层(3)平铺于保温层(2)上，支撑层(4)平铺于防水气密层(3)上，电热膜层(5)平铺于支撑层(4)上，蓄能装置层(6)平铺于电热膜层(5)上，屋内装饰层(7)平铺于蓄能装置层(6)上；
所述电热膜层(5)和所述外部热源(13)，分别连接蓄能装置层(6)并向蓄能装置层(6)传输热量。
2.如权利要求1所述双热源相变蓄能地板采暖装置，其特征在于，所述蓄能装置层(6)为金属壳体结构，内置封装相变蓄热体(8)和水暖系统，相变蓄热体(8)和水暖系统互相进行热交换。
3.如权利要求1所述双热源相变蓄能地板采暖装置，其特征在于，电热膜层(5)在谷电时段加热，蓄能装置层(6)吸收电热膜层(5)传来的热量，向室内释放至设定温度，富裕热量储存在相变蓄热体(8)中，峰电时段蓄能装置层(6)放热以维持室温。
4.如权利要求1所述双热源相变蓄能地板采暖装置，其特征在于，所述外部热源(13)用于给热水加热，蓄热时，热水给蓄能装置层(6)供热至设定温度，富裕热量通过相变蓄积在蓄能装置层(6)中；当太阳能热水热量低于设定温度，热水系统停止工作，由相变蓄热体(8)释放热量满足房间供热需求。
5.如权利要求1所述双热源相变蓄能地板采暖装置，其特征在于，所述水暖系统为：设置在所述蓄能装置层(6)内的翅片式盘管换热器(9)。
6.如权利要求1所述双热源相变蓄能地板采暖装置，其特征在于，所述外部热源(13)为太阳能集热器。
7.如权利要求1所述双热源相变蓄能地板采暖装置，其特征在于，所述防水气密层(3)由1.5mm-2.5mm厚防水涂料和0.5mm厚气密膜组成。
8.如权利要求1所述双热源相变蓄能地板采暖装置，其特征在于，所述保温层(2)采用100-150mm聚氨酯保温层。
9.如权利要求1所述双热源相变蓄能地板采暖装置，其特征在于，所述支撑层(4)采用水泥纤维板。
10.如权利要求1所述双热源相变蓄能地板采暖装置，其特征在于，所述电热膜层(5)采用石墨烯电热膜采暖。
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2021
- 2021-06-09 CN CN202110643042.7A patent/CN113513777A/zh active Pending
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