CN113669922A - 一种无液体介质的太阳能采暖系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无液体介质的太阳能采暖系统，包括集热腔体、通风设备、换热装置，所述集热腔体包括顶板、底板，所述顶板为透明材质的结构件，所述底板为深色或具有深色涂层的板材，集热腔体通过采集太阳能加热集热腔体内的气体介质，所述集热腔体还设有排气管和进气管。本发明有益效果：降低了采暖系统的安装成本，避免了冬季结冰的问题。
Description
技术领域
本发明属于太阳能供暖技术领域，尤其是涉及一种无液体介质的太阳能采暖系统。
背景技术
目前的太阳能采暖系统多以水作为传热介质，水作为传热介质有着以下弊端：第一，系统内的管路安装和选材需要考虑到密封和水压的问题，需要使用具有较耐压性能的管件，导致系统的安装成本较高，难以得到大规模的应用；第二，当系统应用于室外环境较低的环境时，水可能会发生结冰，影响系统的正常运行，为了保证系统的正常运行，需要对管路以及设备添加防冻设置，这无疑又增加了系统的运营成本，与利用清洁能源的理念相违背。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种无液体介质的太阳能采暖系统，以解决当前水介质太阳能采暖系统成本高，冬季易结冰的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明一方面提供了一种无液体介质的太阳能采暖系统，包括集热腔体、通风设备、换热装置，所述集热腔体包括顶板、底板，所述顶板为透明材质的结构件，所述底板为深色或具有深色涂层的板材，集热腔体通过采集太阳能加热集热腔体内的气体介质，所述集热腔体还设有排气管和进气管。
进一步的，所述排气管与通风设备的进风口连通，所述通风设备的出气口与换热装置的进气口连通，所述换热装置的出气口与进气管连通。
进一步的，所述顶板为中空玻璃材质结构件。
进一步的，所述深色涂层包括黑色涂层。
进一步的，所述排气管安装于集热腔体上端，所述进气管安装于集热腔体下端。
进一步的，所述顶板倾斜设置，顶板沿倾斜方向的上半部和下半部均设有窗扇。
进一步的，所述窗扇采用电动窗。
进一步的，所述排气管和进气管上均设有分流管，所述分流管上开有多个分流孔。
进一步的，所述换热装置包括地暖管路、暖气片散热器、热水器换热器。
本发明另一方面提供了一种基于上述一方面无液体介质的太阳能采暖系统的供热温度控制方法，通过控制通风设备的功率和/或集热腔体的温度调节供热温度，通过控制电动窗调整集热腔体的温度，控制电动窗的方式包括控制电动窗的打开数量及通风面积。
相对于现有技术，本发明所述的一种无液体介质的太阳能采暖系统具有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种无液体介质的太阳能采暖系统，系统中使用空气作为传热介质，结构简单便于安装，且相较于水介质的太阳能采暖系统，本系统采用空气作为传热介质，不用过度考虑密封和水压的问题，使用常规的风管及材料就可以完成安装，降低了系统的安装成本。此外，由于采用了空气作为介质，有效地防止了系统在冬季夜晚发生结冰的问题。
(2)本发明所述的一种无液体介质的太阳能采暖系统，中空玻璃的上端和下端均设有电动窗，在夏季时，不需要使用采暖系统时可以将电动窗打开，由于高、低位置差及热气流特性可自然形成气流并带走剩余热量，使屋顶温度不会长时间太高，最终趋近于当时气温。
(3)本发明所述的一种无液体介质的太阳能采暖系统，排气管和进气管上均设有分流管，所述分流管上开有多个分流孔，通过分流管及分流孔的设计可以使集热腔体内的气体流动更加均匀，可以快速地带走集热腔体内的热量，保障系统的供热能力。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的系统结构示意图；
图2为本发明实施例所述的系统原理示意图；
图3为本发明实施例所述的电动窗安装剖面结构示意图；
图4为本发明实施例所述的电动窗安装结构示意图；
图5为本发明实施例所述的分流管结构示意图；
图6为本发明实施例所述的风机电机安装电路示意图。
附图标记说明：
1-底板；2-顶板；3-集热腔体；4-通风设备；5-换热装置；6-排气管；7-进气管；8-分流管；9-电动窗；801-分流孔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1：
如图1、图2所示，本实施例提供了一种无液体介质的太阳能采暖系统，包括集热腔体3、通风设备4、换热装置5，集热腔体3包括顶板2、底板1，顶板2为透明材质的结构件，优选的顶板2为铝合金网格框架结构，网格内侧安装有中空玻璃，底板1为深色或具有深色涂层的板材，优选的底板1上涂有黑色涂层，集热腔体3通过采集太阳能加热集热腔体3内的气体介质，优选的采用空气作为气体介质，集热腔体3还设有排气管6和进气管7，排气管6与通风设备4的进风口连通，通风设备4的出气口通过连接管与换热装置5的进气口连通，换热装置5的出气口通过连接管与进气管7连通。
实际安装过程中，根据系统安装的地理位置，将底板1的角度建造为适合系统所在区域的冬季太阳直射角度，使屋顶能够更加更好地接受太阳照射。然后在屋顶上刷涂粗糙的黑色涂层，粗糙的黑色涂层有利于吸收太阳光照，在黑色涂层上方10-15cm处铺设铝合金网格框架，铝合金网格框架内侧安装有钢化高透光的中空玻璃，并作密封处理，使中空玻璃与底板1之间形成一个密封的集热腔体3，钢化高透光的中空玻璃起到了隔热的作用，防止了热量的流失，且具有一定的强度可以防止玻璃在冰雹天气时发生损坏，高透光性保证了太阳光的穿透，提升太阳能的利用率。在集热腔体3上端安装与集热腔体3连通的排气管6，在其下端安装与集热腔体3连通的进气管7。将排气管6连通通风设备4的进风口，将风出风口通过连接管连通换热装置5的进气口，换热装置5的出气口通过连接管与集热腔体3的进气管7连通。集热腔体3下端设有排水管，排水管上设有阀门，当集热腔体3内进水后可以打开阀门将水排出。工作原理如下，在冬季时太阳中空玻璃照射具有黑色涂层的底板1，黑色涂层吸收太阳能转换为热量传导给周围的空气。集热腔体3是一个密闭空间，集热腔体3上端设有排气管6，经过加热的热空气向集热腔体3的上端移动，在通风设备4的作用流到换热装置5内，热量通过换热装置5传导至供热区域内，起到供热的作用，经过散热的空气经由连接管和进气管7流入集热腔体3内，再次进行加热，如此循环起到了利用太阳能采暖的目的。系统中使用空气作为传热介质，结构简单便于安装，且相较于水介质的太阳能采暖系统，本系统的安装过程中不用过度考虑密封和水压的问题，使用常规的风管材料就可以完成安装，大大地降低了安装成本。此外，由于采用了空气作为介质，有效地防止了系统在冬季夜晚或者恶劣天气时系统内水发生结冰的问题，提高了系统使用的稳定性。
如图3、图4所示，铝合金网格框架倾斜设置，沿倾斜方向的上半部和下半部的部分网格内设有电动窗9，电动窗9关闭时能够密封集热腔体，优选电动窗9数量为4个，其中两个设置于上半部，两个设置于下半部。在夏季，换热装置5采用地暖管路为室内进行供暖时，不需要使用采暖系统可以将电动窗9打开，由于高、低位置差及热气流特性可自然形成气流并带走剩余热量，使屋顶温度不会长时间太高，最终趋近于当时气温，起到了降低屋顶温度，保护系统其他装置和涂层的作用。底板1下方设有保温层，保温层起到了隔热的作用，防止了热量的流失。
如图5所示，排气管6和进气管7上均设有分流管8，分流管8上开有多个分流孔801。通过分流管8及分流孔801的设计可以使集热腔体3内的气体流动能加均匀，不仅可以快速地带走集热腔体3内的热量，保障系统的供热能力。
换热装置5包括地暖管路、暖气片散热器、热水器换热器，换热装置5可以为地暖管路，应用于室内采暖而言地暖管路具有一定蓄热能力，可以把系统在白天采集到的热量储存到晚上进行缓慢释放。换热装置5可以为热水器换热器，采集太阳能并通过热水器换热器对热水器内的水进行加热。
连接管为PVC材质结构件，PVC材质结构件具有耐老化、价格低等优点，降低了系统的安装成本，延长了系统的使用寿命。
实施例2：
本实施例是基于上述实施例1中无液体介质的太阳能采暖系统的供热温度控制方法，如图6所示，优选的，本发明的顶板上可设置四个电动窗，打开电动窗9可以使集热腔体3与外部空气连通，供热区域和集热腔体3内均设有温度传感器，温度传感器与控制器电连接，电动窗9通过驱动器与控制器电连接，通风设备4为离心风机，离心风机通过变频器与控制器电连接。通过控制通风设备4的功率和/或集热腔体3的温度调节供热温度，通过控制电动窗9调整集热腔体3的温度，控制电动窗9的方式包括控制电动窗9的打开数量及打开角度。分为一下几种情况：
第一种情况，当供热温度没有达到系统设置温度时，且集热腔体3的温度已经超过温度上限值时，优选的设定值上限为90℃，控制器通过变频器控制离心风机增加转速，加速系统内的空气流动增加换热速率，进而提升供热温度。
第二种情况，当供热温度达到系统设置温度时，且集热腔体3的温度已经超过温度上限值时，优选的设定值上限为80℃，通过控制电动窗9调整集热腔体3的温度，进而控制供热温度。具体控制方式如下：当集热腔体3内的温度高于110℃时，开启四个电动窗9；当集热腔体3内的温度高于100℃且低于110℃时，开启三个电动窗9；当集热腔体3内的温度高于90℃且低于100℃时，开启两个电动窗9；当集热腔体3内的温度高于80℃且低于90℃时，开启一个电动窗9。通过调整电动窗9的和开合数量，外部空气可以通过通风口进入集热腔体3内部进行散热，可以对集热腔体3内的温度进行控制，进而起到控制供热温度的作用。
第三种情况，当集热腔体3内温度低于温度下限值时，优选的设定值下限为26℃，无论供热温度是否达到系统设置温度，控制器控制离心风机停止工作，此时系统的集热能力不足，关闭通风设备4可以降低系统的运行成本。
上述控制器采用但不限于现有的PLC控制器，上述通风设备4采用但不限于现有的离心风机，PLC控制器、离心风机、温度传感器、变频器、电动窗9均为现有技术这里不再赘述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无液体介质的太阳能采暖系统，其特征在于：包括集热腔体(3)、通风设备(4)、换热装置(5)，所述集热腔体(3)包括顶板(2)、底板(1)，所述顶板(2)为透明材质的结构件，所述底板(1)为深色或具有深色涂层的板材，集热腔体(3)通过采集太阳能加热集热腔体(3)内的气体介质，所述集热腔体(3)还设有排气管(6)和进气管(7)。
2.根据权利要求1所述的一种无液体介质的太阳能采暖系统，其特征在于：所述排气管(6)与通风设备(4)的进风口连通，所述通风设备(4)的出气口与换热装置(5)的进气口连通，所述换热装置(5)的出气口与进气管(7)连通。
3.根据权利要求1所述的一种无液体介质的太阳能采暖系统，其特征在于：所述顶板(2)为中空玻璃材质结构件。
4.根据权利要求1所述的一种无液体介质的太阳能采暖系统，其特征在于：所述深色涂层包括黑色涂层。
5.根据权利要求1所述的一种无液体介质的太阳能采暖系统，其特征在于：所述排气管(6)安装于集热腔体(3)上端，所述进气管(7)安装于集热腔体(3)下端。
6.根据权利要求1所述的一种无液体介质的太阳能采暖系统，其特征在于：所述顶板(2)倾斜设置，顶板(2)沿倾斜方向的上半部和下半部均设有窗扇。
7.根据权利要求6所述的一种无液体介质的太阳能采暖系统，其特征在于：所述窗扇采用电动窗(9)。
8.根据权利要求1所述的一种无液体介质的太阳能采暖系统，其特征在于：所述排气管(6)和进气管(7)上均设有分流管(8)，所述分流管(8)上开有多个分流孔(801)。
9.根据权利要求1所述的一种无液体介质的太阳能采暖系统，其特征在于：所述换热装置(5)包括地暖管路、暖气片散热器、热水器换热器。
10.一种基于权利要求1-9任一所述的无液体介质的太阳能采暖系统的供热温度控制方法，其特征在于：通过控制通风设备(4)的功率和/或集热腔体(3)的温度控制供热温度；
控制集热腔体(3)内部温度的方法为：通过控制电动窗(9)的打开数量及通风面积，实现集热腔体内部问题的调节。
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