CN115046239A - 一种太阳能跨季节沙子高温蓄热建筑采暖系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能跨季节沙子高温蓄热建筑采暖系统，包括槽式太阳能集热器(1)、导热系统、蓄热沙箱和换热系统；所述的导热系统，由阀门(3)、(15)、导热油泵(2)和连接管路组成；所述的蓄热沙箱布置在地下，由砖墙(4)、保温材料(6)组成；所述的换热系统，由换热器(9)、电动阀(13)、阀门(8)、(10)、(14)、温度计(11)、导热油泵(7)、水泵(12)、连接管路组成；所述导热系统和换热系统均将末端管道均匀埋置于蓄热沙箱中。在春、夏、秋季，系统工作方式主要为跨季节长期蓄热模式。在冬季，工作方式主要为短期蓄热模式、供暖模式以及防冻循环模式。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种建筑用跨季节太阳能沙子蓄热采暖系统,属于建筑与建造技术领域。
背景技术
目前中国建筑能耗约占社会总能耗的40-50％，并且预计会继续增加，其中用于采暖的部分超过25％。目前在我国北方地区，占比超过70％的燃煤仍是主力热源，由此导致的二氧化碳排放量占社会排放总量超过25％。随着人口的持续增长，空间和资源变得更加稀缺，使用可再生能源的重要性日益凸显。可再生能源中太阳能的使用前景是十分广阔的。每天每平方米有1000瓦的太阳能到达地球，地球所接受到的太阳能总量是全球所有国家所需能量的三万倍至四万倍,且取之不尽、用之不竭。其次,太阳能分布广泛,不像化石燃料存在着明显的地域分布；同时太阳能是一种环保、清洁能源,所以许多国家都正在大力开发各种应用太阳能的新技术和应用太阳能的新材料,以扩大利用太阳能的领域。一个主要的挑战是如何收集和存储太阳能。光伏发电的大规模能源生产存在不能持续性发电和效率低的不足，因此需要昂贵的存储介质。另一方面，通过太阳能集热器将太阳能转换为热能具有很高的效率，同时也可以通过光伏/热能(PV/T)集热器进行发电。因此，研究收集、存储和使用太阳能的方法是非常重要的。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为201310382180.X，发明专利名称为：一种全天候太阳能储热用热的方法及装置，本发明涉及太阳能设备技术领域。位于太阳能反射器焦点上的太阳能热交换器通过导油管与储能热交换器连通；储能热交换器通过导油管与用能热交换器连通；该系统能够收集储存太阳能用来加工食品、取暖、洗浴及烤房使用，可以节约能源，减少燃料消耗和温室气体排放，达到环保节能的效果。但该装置使用熔盐作为储热材料，成本较高、易冻结、泄漏，存储要求较高，且储热量有限，使用范围不广。中国专利申请号201210004044.2，发明专利名称为：一种用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，该技术涉及太阳能供暖领域。该系统包括集热系统和供热系统。所述集热系统包括太阳能集热器以及通过第一循环管路连通于所述太阳能集热器的水箱，所述供热系统包括通过第二循环管路连通于所述水箱的盘管式散热器、通过第三循环管路连接于所述水箱的分水器、集水器以及连接于所述分水器和所述集水器之间的地埋管换热器。该系统实现了太阳能热量的季节性蓄存，能持续有效为温室供暖，同时提高了太阳能利用效率。但该系统规模较大，难以在建筑中应用，且需要较高的自控技术实现预期的功能。可以看出，上述方案虽然能够实现太阳能的收集、储存及利用，但是存在储热材料不合理，结构复杂，动力驱动耗能高，使用场景有限等问题，本发明提出的太阳能跨季节沙子高温蓄热建筑采暖系统，利用沙子作为高温储热材料，结构简单，方便建筑中使用，只需较少的外部能量供给，能够实现太阳能的跨季节利用，提高太阳能的利用效率。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术的不足，提出一种太阳能跨季节沙子高温蓄热建筑采暖系统，将夏季的太阳能存储并在冬季释放，满足用户供暖需求，降低采暖费用。
本发明通过以下技术方案实现，本发明涉及一种太阳能跨季节沙子高温蓄热建筑采暖系统，其包括：槽式太阳能集热器(1)、导热系统、蓄热沙箱和换热系统。
所述的导热系统，由阀门(3)、(15)、导热油泵(2)和连接管路组成；所述的蓄热沙箱布置在地下，其结构由砖墙(4)、保温材料(6)组成；所述的换热系统，由换热器(9)、电动阀(13)、阀门(8)、(10)、(14)、温度计(11)、导热油泵(7)、水泵(12)、连接管路组成；所述导热系统和换热系统均将末端管道均匀埋置于蓄热沙箱中。
所述的槽式太阳能集热器(1)为一种聚光式太阳能集热器，主要由集热子系统、导热油子系统、能量交换子系统组成，通过聚焦、反射和吸收等过程实现光能到热能的转化，使循环工质达到一定温度；所述换热器(9)为板式换热器，由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器，各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换；所述的绝热保温层(6)为挤塑隔热保温板。
本发明中，在夏季，槽式太阳能集热器(1)利用槽式抛物面聚光反射器聚集得到的高热流密度太阳能加热导热油，导热油在阀门(3)、(15)和导热油泵(2)的调节下，在导热系统循环管路中循环流动，将热量传递给蓄热沙箱内的沙子(5)进行蓄热，所述蓄热沙箱用保温材料(6)进行隔热处理。
在冬季，换热系统左循环管路与所述的沙子(5)进行热交换，此时管路中的导热油在阀门(8)、(14)和导热油泵(7)的调节下，在换热系统左循环管路与板式换热器(9)之间循环流动，而换热系统右循环管路与用户能源供给侧相连，右循环管路中的水在阀门(10)、电动阀(13)、温度计(11)和水泵(12)的调节下，与板式换热器(9)进行热交换，将热水输送到用户侧，将夏季的太阳能存储并在冬季释放，满足用户供暖需求。
本发明具有以下优点：
1.本发明使用沙子作为高温蓄热材料，廉价，成本低，可在1000摄氏度的高温下使用，而熔盐的使用温度仅在600摄氏度，温度越高就可以蓄热更多的热量。同时克服了熔盐材料存在的易渗漏、冻结等缺点。
2.本发明涉及的一种太阳能跨季节沙子高温蓄热建筑采暖系统，结构简单，性价比高，只需较低的外部驱动能量即可运行，节能，使用前景广阔。
3.在冬季，将蓄热沙箱所蓄的热量用于加热供暖侧生活热水，将热水输送之用户供暖侧，使夏季收集、储存的太阳能在冬季释放，满足用户供暖需求，降低采暖费用。
4.该发明中的蓄热沙箱放置于地下，不占用建筑面积，方便用户使用，同时使用高温蓄热材料沙子，进一步减小了储热装置的大小，易于推广。
5.本发明涉及的一种太阳能跨季节沙子高温蓄热建筑采暖系统，实现太阳能的跨季节收集与利用，解决了太阳能热水供暖系统在夜间和无日照期间的能量采集问题，同时缓解了太阳能供热水温不稳定的缺陷，提高了太阳能的利用效率。
附图说明
图1为本发明的系统结构原理图。
1、槽式太阳能集热器 2、导热油泵 3、阀门
4、砖墙 5、沙子 6、绝热保温层
7、导热油泵 8、阀门 9、板式换热器
10、阀门 11、温度计 12、水泵
13、电动阀 14、阀门 15、阀门
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。
如图1所示，本发明包括：槽式太阳能集热器(1)、导热系统、蓄热沙箱和换热系统。蓄热沙箱布置在地下，导热系统和系统均将末端管道均匀埋置于蓄热沙箱中。
其工作原理为：在春、夏、秋季，用户侧不需供暖，系统工作方式主要为跨季节长期蓄热模式。通过图1所示的槽式太阳能集热器(1)将导热油加热至400℃，通过阀门(3)、(15)的开启和导热油泵(2)的运行，以及导热油在导热系统循环管路中的循环流动，利用槽式太阳能集热器(1)收集的热量将蓄热沙箱里的沙子加热，即将热量传递给蓄热沙箱内的沙子(5)进行蓄热。蓄热沙箱由砖墙(4)搭建，再用保温材料(6)在砖墙(4)外部进行隔热处理。
在冬季，工作方式主要为短期蓄热模式、供暖模式以及防冻循环模式。其中，短期蓄热模式如上所述，将槽式太阳能集热器(1)所收集的热量储存于蓄热沙箱中。供暖模式利用短期蓄热即蓄热沙箱的热量供暖。通过如图1所示的阀门(8)、(14)的开启和导热油泵(7)的运行，以及导热油在换热系统左循环管路与板式换热器(9)之间循环流动，使换热系统左循环管路与蓄热沙箱里的沙子(5)进行热交换，同时换热系统右循环管路与用户能源供给侧相连，右循环管路中的水经温度计(11)测量低于一定设定值时，通过阀门(10)、电动阀(13)的开启和水泵(12)的运行，流过板式换热器(9)，与板式换热器(9)进行热交换，水温提升到一定设定值时将热水输送到用户侧，将夏季的太阳能存储并在冬季释放，满足用户供暖需求。防冻循环模式是指在冬季为了防止由于天气寒冷而导致放置于室外的导热系统管路因温度过低而冻结，通过开启包括槽式太阳能集热器(1)、阀门(3)、(15)和导热油泵(2)的导热系统管路而使导热油循环流动于导热系统管路中防止管路冻结。
Claims (5)
1.一种建筑用跨季节太阳能沙子蓄热采暖系统，其特征在于，其包括槽式太阳能集热器(1)、导热系统、蓄热沙箱和换热系统组成；所述的导热系统，由阀门(3)、(15)、导热油泵(2)和连接管路组成；所述的蓄热沙箱布置在地下，其结构由砖墙(4)、保温材料(6)组成；所述的换热系统，由换热器(9)、电动阀(13)、阀门(8)、(10)、(14)、温度计(11)、导热油泵(7)、水泵(12)、连接管路组成；所述导热系统和换热系统均将末端管道均匀埋置于蓄热沙箱中。
2.根据权利要求1所述的一种建筑用跨季节太阳能沙子蓄热采暖系统，在夏季，槽式太阳能集热器(1)利用槽式抛物面聚光反射器聚集得到的高热流密度太阳能加热导热油，导热油在阀门(3)、(15)和导热油泵(2)的调节下，在导热系统循环管路中循环流动，将热量传递给蓄热沙箱内的沙子(5)进行蓄热，所述蓄热沙箱用保温材料(6)进行隔热处理；在冬季，换热系统左循环管路与所述的沙子(5)进行热交换，此时管路中的导热油在阀门(8)、(14)和导热油泵(7)的调节下，在换热系统左循环管路与板式换热器(9)之间循环流动，而换热系统右循环管路与用户能源供给侧相连，右循环管路中的水在阀门(10)、电动阀(13)、温度计(11)和水泵(12)的调节下，与板式换热器(9)进行热交换，将热水输送到用户侧，将夏季的太阳能存储并在冬季释放，满足用户供暖需求。
3.根据权利要求1所述的槽式太阳能集热器(1)为一种聚光式太阳能集热器，主要由集热子系统、导热油子系统、能量交换子系统组成，通过聚焦、反射和吸收等过程实现光能到热能的转化，使循环工质达到一定温度；所述换热器(9)为板式换热器，由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器，各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换；所述的绝热保温层(6)为挤塑隔热保温板。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季节沙子高温蓄热建筑采暖系统的导热系统，其特征是，槽式太阳能集热器(1)利用槽式抛物面聚光反射器聚集得到高热流密度的太阳辐射能来加热循环工质导热油，可将所述的导热油加热到400℃，导热油在阀门(3)、(15)和导热油泵(2)的调节下，在导热系统循环管路循环流动，将热量传递给蓄热沙箱内的沙子(5)，达到夏季将收集的太阳能存储起来的目的。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能跨季节沙子高温蓄热建筑采暖系统的换热系统，其特征是，板式换热器(9)是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器，换热系统左循环管路与沙子(5)进行热交换，管路中的导热油在阀门(8)、(14)和导热油泵(7)的调节下，在换热系统左循环管路与板式换热器(9)之间循环流动，换热系统右循环管路与用户能源供给侧相连，所述右循环管路中的水在阀门(10)、电动阀(13)、温度计(11)与水泵(12)的调节下，与所述板式换热器(9)左循环管路中的导热油进行热交换，待所述右循环管路中的水经温度计(11)测量温度满足供暖要求后，将热水输送之用户供暖侧，将夏季的太阳能存储并在冬季释放，满足用户供暖需求，降低采暖费用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220913 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |