CN114234276A - 基于人体热舒适的智能调节太阳能炕 - Google Patents

基于人体热舒适的智能调节太阳能炕 Download PDF

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Abstract

本专利提供一种基于人体热舒适的智能调节太阳能炕，主要包括炕体、太阳能集热系统和热舒适性检测调温系统。所述炕体采用毛细管加热，至少划分两个温度分区，满足人体不同部位温度要求，炕体至少一个立面安装散热管向房间提供热量。所述太阳能集热系统既能为炕体提供热水，也能为用户提供生活热水，提高系统利用率。所述热舒适性检测调温系统包括炕面温度传感器组，室内空气温度传感器，墙面温度传感器组、中央处理器和控制面板，能够通过输入的温度参数计算人体睡眠状态PMV值，为太阳能炕的温度调控提供依据。本专利充分利用太阳能，采用毛细管辐射加热并根据热舒适性指标进行智能控制，具有良好的热舒适性和节能效果。

Description

基于人体热舒适的智能调节太阳能炕
技术领域
本发明涉及一种太阳能综合利用技术领域，具体涉及一种基于人体热舒适的智能调节太阳能炕。
背景技术
在中国北方的农村地区，近85％的农村家庭约1.75亿人用炕进行冬季家庭取暖。传统的炕通常燃烧秸秆、茎杆和木材等生物质燃料来保持炉灶燃烧的余热，在燃烧后逐渐释放热量，通过炕体的蓄热来加热房间。这种传统的炕俗称“火炕”。
由于农村大量的炕燃烧生物质燃料，在中国北方农村地区，每年在供暖季节期间总会出现严重的空气污染。并且传统的火炕存在以下问题：烟气泄露，污染室内环境，有时由于用煤粉煨炕，造成室内人员一氧化碳中毒；热惯性大，不能及时调温；炕面温度分布不均，甚至过热造成火灾。但是考虑到炕的巨大实用性、悠久的历史和深远的文化意义，本专利提出了一种由炕体、太阳能集热系统和热舒适性检测调温系统组成的基于人体热舒适的智能调节太阳能炕，本专利提出的太阳能炕能为中国北方农村家庭创造舒适、健康的睡眠和室内环境，为可持续节能供热系统提供替代方案。
发明内容
针对现有技术上的不足，本专利的目的是提供一种基于人体热舒适的智能调节太阳能炕。以解决传统火炕能源利用效率低；烟气泄露，污染室内环境，有时由于用煤粉煨炕，造成人员一氧化碳中毒；热惯性大，不能及时调温；炕面温度分布不均，甚至过热造成火灾等问题。本专利充分利用太阳能，采用毛细管辐射加热并根据热舒适性指标进行智能控制，具有良好的热舒适性和节能效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种基于人体热舒适的智能调节太阳能炕，包括炕体、太阳能集热系统和热舒适性检测调温系统；
所述炕体包括炕面板、支撑体和散热管，所述炕体为吊炕形式，炕面距地面一定高度，通常为60厘米，防止炕体热量传入地下和地面冷量上袭，所述炕面板包括从上至下依次包括找平层、支撑层、毛细管层、保温层、反射层和混凝土层，所述支撑体由砖块砌成置于炕面板的下方，砌块高度为40厘米，所述散热管分布在炕体至少一个立面，散热管前方具有散热管盖板通过螺栓连接在炕体上；
所述炕面板由多个模块炕面板拼接组成，每个模块炕面板可以通过电动调节阀独立调节温度且至少具有两个不同的温度分区，所述温度分区可以人体腰部、腿部等为界限进行划分；
所述太阳能集热系统包括太阳能集热器、蓄热水箱、换热器、水泵、水处理器、管道、阀门及附件；所述太阳能集热器和蓄热水箱通过管道用法兰连接，所述蓄热水箱具有电热丝，能电辅助加热，所述水泵和管道通过法兰连接，所述水处理器位于系统入口处和自来水管连接，所述换热器为板式换热器，炕面毛细管低温循环系统和太阳能集热高温系统在板式换热器中交换热量，所述水处理器能够对水进行杀菌和软化，防止管道结垢和细菌滋生，所述阀门和管道通过螺纹连接；所述管道外部缠绕自控温电伴热带，防止极端天气条件下管道结冰冻裂。
所述热舒适性检测调温系统包括炕面温度传感器组，室内空气温度传感器，墙面温度传感器组、中央处理器和控制面板，所述炕面温度传感器组为柔性传感器，其布置在每个模块
炕面板温度分区中央，所述室内空气温度传感器布置在炕体附近，离地0.8～1.6米处，所述墙面温度传感器组布置在墙体中央离地0.8～1.6米处，所述炕面温度传感器组，室内空气温度传感器，墙面温度传感器组均与中央处理器建立连接，按照情况可以选用蓝连接、WIFI连接和电连接等。
所述中央处理器具有人体睡眠专家知识库，能够根据输入的人员身高、体重、年龄、性别等生理信息，执行合适的睡眠模式和控制策略，并且对人员的温度偏好具有记忆功能，还能够根据输入的温度参数，计算人体睡眠状况的实时PMV值，并与预设值比较，通过调节进入毛细管的水温和流速来智能调节太阳能炕的温度。
所述中央处理器既能够通过通讯模块和手机建立无线连接，远程控制炕面板毛细管水循环的启停和炕面温度，也能通过控制面板手动控制。
与现有技术相比，本专利的有益效果是：
(1)本专利采用模块化的太阳能炕面板，且每个炕面板至少划分两个温度分区，每个温度分区能够通过电动调节阀独立调节温度，既能满足不同人员对炕面的温度需求，又能满足人体不同部位对温度的要求。
(2)本专利炕面板采用毛细管加热，热惯性比传统热盘管小80％～90％，能够及时调节炕面温度，供水温度低，比传统的盘管系统节能25％～35％，在夏天，毛细管系统通入凉水，可进行辐射降温，实现一个系统供热和制冷的多种用途。
(3)本专利至少有一个炕体立面布置散热管，能够在炕面散热不足，室内温度较低时，启动散热管向室内散热，提高室内温度和热舒适性。
(4)本专利的太阳能集热系统在供暖季，能够向炕体供热，在夏季和过渡季提供生活热水，充分利用太阳能，有效解决传统火炕燃烧生物质燃料，污染环境的问题，达到节能环保的效果。
(5)本专利中央处理器能够根据输入的温度参数，基于人体睡眠热舒适智能调节炕面温度，为人员提供舒适、健康的睡眠环境。
附图说明：
图1是本专利基于人体热舒适的智能调节太阳能炕结构示意图；
图2是本专利基于人体热舒适的智能调节太阳能炕系统示意图；
图3是本专利基于人体热舒适的智能调节太阳能炕正视图；
图4是本专利基于人体热舒适的智能调节太阳能炕后视图；
图5是本专利基于人体热舒适的智能调节太阳能炕炕面板剖面图；
图6是本专利基于人体热舒适的智能调节太阳能炕毛细管层平面图；
图7是本专利基于人体热舒适的智能调节太阳能炕控制流程图。
图中：
1.炕体 2.中央处理器 3.散热管盖板
4.散热孔 5.散热管 6.控制面板
7.找平层 8.毛细管层 9.室内空气温度传感器
10.支撑层 11.反射层 12.保温层
13.混凝土层 14.支撑体 15.水处理器
16.水泵 17.太阳能集热器 18.蓄热水箱
19.换热器 20.冷水供水管 21.蝶阀
22-1蝶阀I 22-2.蝶阀II 23.蝶阀
24.电热丝 25.泄水管I 26.高温供水管
27.高温回水管 28.低温回水管 29.低温供水管
30.泄水管II 31.热水供水管 32.炕面温度传感器
33.毛细管回水管 34.毛细管供水管 35.毛细管供水总管
36.电动调节阀
具体实施方式
结合附图对本专利基于人体热舒适的智能调节太阳能炕的结构加以说明并描述具体的实施方式。
如图1～4所示，为本专利基于人体热舒适的智能调节太阳能炕结构示意图、系统示意图、正视图和后视图，该装置采用的技术方案是提供一种基于人体热舒适的智能调节太阳能炕，该装置包括：包括炕体1、太阳能集热系统和热舒适性检测调温系统。
如图5所示，所述炕体1包括炕面板、支撑体14和散热管5，所述炕体1为吊炕形式，炕面距地面60厘米，所述炕面板包括从上至下依次包括找平层7、支撑层10、毛细管层8、保温层12、反射层11和混凝土层13，所述支撑体14由砖块砌成置于炕面板的下方，砌块高度为40厘米，所述支撑层10为120毫米厚泡沫水泥植物纤维复合板，所述保温层12为30毫米厚聚苯乙烯板，所述反射层11为铝箔，所述散热管5为直径20毫米的PPR铝塑管，采用热熔连接，分布在炕体1的至少一个立面，在白天室内温度低于设定值时可通入热水，提高室内温度，所述散热管5前方具有散热管盖板3通过螺栓连接在炕体1上。
所述炕面板由多个模块炕面板拼接组成，每个模块炕面板可以通过安装在毛细管供水管34的电动调节阀36独立调节水温或流量来调节炕面温度保持在31～35℃之间，且每个炕面板至少具有两个不同的温度分区，所述温度分区可以人体腰部、腿部等为界限进行划分，考虑人体热舒适因素，所述腰部以下分区可比腰部以上分区温度高1～2℃。
如图2和图6所示，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器17、蓄热水箱18、换热器19、水泵16、水处理器15、管道、阀门及附件；所述水处理器15和自来水管连接，位于系统入口处，对进入系统的水进行杀菌和软化，防止管道结垢和细菌滋生，所述水泵16和管道通过法兰连接，水泵进出口分别安装蝶阀I22-1和蝶阀II22-2，所述太阳能集热器17加热后的水通过管道连接至蓄热水箱18，所述蓄热水箱18有电热丝24，具有电辅助加热功能，蓄热水箱18上具有高温供水管26、高温回水管27、泄水管I25和热水供水管31，在夏季和过渡季所述太阳能集热器系统能够向用户提供生活热水，提高系统利用率，所述换热器19为板式换热器，炕面毛细管低温循环系统和太阳能集热高温系统在换热器19中交换热量，所述换热器19低温供水管29连接毛细管供水总管35，所述换热器19低温回水管28连接毛细管回水管33，在毛细管中形成低温循环，为炕面加热，在夏季炎热时，所述毛细管供水总管35和冷水供水管19连接，打来蝶阀21通入凉水辐射降温；所述炕体1还安装有泄水管II30，用来排除毛细管循环系统中的水和气体，所述管道外部缠绕自控温电伴热带，防止极端天气条件下管道结冰冻裂，提高系统运行保证率。
所述热舒适性检测调温系统包括炕面温度传感器组32，室内空气温度传感器9，墙面温度传感器组、中央处理器2和控制面板6，所述炕面温度传感器组32为柔性传感器，布置在炕面板温度分区中央，所述室内空气温度传感器9布置在炕体1附近，离地0.8～1.6米处，
所述墙面温度传感器组布置在墙体中央离地0.8～1.6米处，所述炕面温度传感器组32，室内空气温度传感器9，墙面温度传感器组均与中央处理器2建立连接，按照情况可以选用蓝连接、WIFI连接和电连接等。
所述中央处理器2具有人体睡眠专家知识库，能够根据输入的人员的身高、体重、年龄、性别等生理信息，执行合适的睡眠模式和控制策略，并且对人员的温度偏好具有记忆功能，还能够根据输入的温度参数，计算人体睡眠状况实时的PMV值，并与预设值比较，通过智能调节进入炕面板毛细管的热水温度或流速来调节炕体1的温度。
所述中央处理器2能够通过通讯模块和手机建立无线连接，可远程控制炕面板毛细管水循环的启停和炕面温度，也可通过控制面板6手动操控。
本专利的具体功能是这样实现的：如图7所示，中央处理器2能够根据人体睡眠专家知识库给人提供合适的睡眠模式，由温度传感器组分别监测炕面温度和室内空气温度，得到操作温度，再由操作温度计算出人体睡眠状态的PMV值，以人体睡眠状态的PMV值为调节依据，通过控制流速或温度来调节进入毛细管的低温热水温度，达到实时控制调节炕面温度，实现人体睡眠热舒适的目的。
以上所述，仅是本专利的较佳实施例，并非对本专利作任何限制，凡是根据本专利技术实质对以上实施例所作任何的简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本专利技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.基于人体热舒适的智能调节太阳能炕，其特征是：包括炕体(1)、太阳能集热系统和热舒适性检测调温系统；
所述炕体(1)包括炕面板、支撑体(14)和散热管(5)，所述炕面板从上至下依次包括找平层(7)、支撑层(10)、毛细管层(8)、保温层(12)、反射层(11)和混凝土层(13)，所述支撑体(14)由砖块砌成置于炕面板的下方，所述散热管(5)分布在炕体(1)至少一个立面；
所述太阳能集热系统包括太阳能集热器(17)、蓄热水箱(18)、换热器(19)、水泵(16)、水处理器(15)、管道、阀门及附件；所述太阳能集热器(17)和蓄热水箱(18)通过管道法兰连接，所述蓄热水箱(18)具有电热丝(24)能辅助加热，所述水泵(16)和管道通过法兰连接，所述水处理器(15)位于系统入口，和自来水管连接；
所述热舒适性检测调温系统包括炕面温度传感器组(32)，室内空气温度传感器(9)，墙面温度传感器组、中央处理器(2)和控制面板(6)，所述炕面温度传感器组(32)，室内空气温度传感器(9)，墙面温度传感器组均与中央处理器(2)建立连接。
2.如权利要求1所述的基于人体热舒适的智能调节太阳能炕，其特征在于所述炕面板由多个模块炕面板拼接组成，每个模块炕面板可以独立调节温度且至少具有两个不同的温度分区。
3.如权利要求1所述的基于人体热舒适的智能调节太阳能炕，其特征在于所述炕体(1)为吊炕，距离地面一定高度。
4.如权利要求1所述的基于人体热舒适的智能调节太阳能炕，其特征在于所述炕面温度传感器组(32)为柔性传感器，布置在模块炕面板温度分区中央，所述室内空气温度传感器(9)布置在炕体(1)附近，离地0.8～1.6米处，所述墙面温度传感器组布置在墙体中央离地0.8～1.6米处。
5.如权利要求1所述的基于人体热舒适的智能调节太阳能炕，其特征在于所述中央处理器(2)具有人体睡眠专家知识库，能够根据输入的人员生理信息，执行合适的睡眠模式和控制策略，并且具有记忆功能，还能够根据输入的温度参数，计算人体睡眠状况的实时PMV值，并与预设值比较，智能调节太阳能炕的温度。
6.如权利要求1所述的基于人体热舒适的智能调节太阳能炕，其特征在于所述中央处理器(2)能够通过通讯模块和手机建立无线连接，可远程控制也可通过控制面板(6)手动控制。
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