CN204460431U - 一种太阳能相变蓄热采暖系统 - Google Patents

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吴勇
徐升阳
张琴
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Abstract

本实用新型提供了一种太阳能相变蓄热采暖系统，将太阳能最大效率利用于家庭的供暖，使得太阳能这种清洁能源可以被普通家庭充分利用。其包括光热转换装置、相变蓄热模块、风机、散流器，所述光热转换装置内的流质为空气，所述光热转换装置的出口布置有阀门V1，系统的空气进口来源位于室内，所述室内的空气进口段布置有阀门V7，所述阀门V7通过进气管道连接所述光热转换装置的入口，所述光热转换装置的入口处的所述进气管道位置布置有阀门V9，所述阀门V1通过出气管路连接所述风机的进口，所述风机的出口外接两条分支管路，包括第一分支管路、第二分支管路，所述第一分支管路安装阀门V3后连接至所述相变蓄热模块的入口。

Description

一种太阳能相变蓄热采暖系统
技术领域
本实用新型涉及能源利用的技术领域，具体为一种太阳能相变蓄热采暖系统。
背景技术
矿物能源的枯竭性危机和环境的污染问题迫切需要人们去探索一种高效、清洁、可再生的能源及其利用技术。太阳能是一种可再生的清洁能源，有效利用太阳能是未来解决能源紧缺、环境污染等问题的有效手段。但到达地球表面的太阳辐射，能量密度较低，而且受地理、昼夜、季节等因素的影响，以及阴晴云雨等随机因素的制约，其辐射强度也不断发生变化，具有显著的稀薄性、间断性和不稳定性。为了保持供热或供电装置的稳定不间断运行，就需要蓄热装置把太阳能储存起来，在太阳能不足时再释放出来，从而满足生产和生活用能连续和稳定供应的需要。
伴随着太阳能设备的不断发展，需要将太阳能直接利用于家庭，将太阳能最大转换利用于家庭的供暖，使得太阳能这种清洁能源可以被普通家庭充分利用。
发明内容
针对上述问题，本实用新型提供了一种太阳能相变蓄热采暖系统，将太阳能最大效率利用于家庭的供暖，使得太阳能这种清洁能源可以被普通家庭充分利用。
一种太阳能相变蓄热采暖系统，其特征在于：其包括光热转换装置、相变蓄热模块、风机、散流器，所述光热转换装置内的流质为空气，所述光热转换装置的出口布置有阀门V1，系统的空气进口来源位于室内，所述室内的空气进口段布置有阀门V7，所述阀门V7通过进气管道连接所述光热转换装置的入口，所述光热转换装置的入口处的所述进气管道位置布置有阀门V9，所述阀门V1通过出气管路连接所述风机的进口，所述风机的出口外接两条分支管路，包括第一分支管路、第二分支管路，所述第一分支管路安装阀门V3后连接至所述相变蓄热模块的入口，所述第二分支管路安装阀门V5后连通至布置于室内的所述散流器，所述第二分支管路的靠近所述散流器的管路上布置有辅助热源，所述相变蓄热模块的出口外接两条支路，具体为第一支路、第二支路，所述第一支路安装阀门V6后连接位于所述阀门V5后端的所述第二分支管路，所述第二支路安装阀门V4后接入位于阀门V7、阀门V9之间的进气管道，其还包括导向管路，所述导向管路的一端连通至所述风机的进口位置的所述出气管路，所述导向管路的另一端连通至位于阀门V7、阀门V9之间的进气管道，所述导向管路通过进气管道连通所述第二支路，所述光热转换装置的入口处还布置有单向阀V10，所述单向阀V10朝所述光热转换装置的入口进气，所述空气进口段初始位置还布置有单向阀V8，单向阀V8朝外排气。
其进一步特征在于：
所述第二分支管路的位于辅助热源和所述散流器之间的管路上布置有过滤器、消声器，确保洁净空气吹入室内、且噪音低；
所述相变蓄热模块可以包括两个或两个以上的相变蓄热装置，每个所述相变蓄热装置的进口管路并联排布，总进口管分别连通每根所述进口管路的 入口，所述第二分支管路的末端连通所述总进口管；每个所述相变蓄热装置的出口管路并联排布，总出口管分别连通每根所述出口管路的出口，所述总出口管分别连通第一支路、第二支路；
所述光热转换装置具体为平板型太阳能集热器；
若干个平板型太阳能集热器可并联组合形成一个供热整体。
采用本实用新型的后，太阳能相变蓄热采暖系统可满足不同太阳辐射时的末端采暖需求，使系统可以在以下7种基本模式下运行：光热转换装置供暖模式、光热转换装置供暖+蓄热模式、蓄热装置供暖模式、光热转换装置+辅助热源供暖模式、蓄热装置+辅助热源供暖模式、辅助热源供暖模式、光热转换装置蓄热模式，其将太阳能最大效率利用于家庭的供暖，使得太阳能这种清洁能源可以被普通家庭充分利用，且该系统利用了接单的阀门、管路结构，经济性高。
附图说明
图1是本实用新型结构示意框图；
图2是本实用新型的控制模式转换条件示意图；
图3是本实用新型的用户设定温度状态下控制模式转换条件示意图；
图中序号所对应的名称如下：
进气管道1、出气管路2、第一分支管路3、第二分支管路4、第一支路5、第二支路6、导向管路7、相变蓄热装置8、进口管路9、总进口管10、出口管路11、总出口管12。
具体实施方式
一种太阳能相变蓄热采暖系统，见图1：其包括光热转换装置、相变蓄热模块、风机、散流器，光热转换装置内的流质为空气，光热转换装置的出口布置有阀门V1，系统的空气进口来源位于室内，室内的空气进口段布置有阀门V7，阀门V7通过进气管道1连接光热转换装置的入口，光热转换装置的入口处的进气管道位置布置有阀门V9，阀门V1通过出气管路2连接风机的进口，风机的出口外接两条分支管路，包括第一分支管路3、第二分支管路4，第一分支管路3安装阀门V3后连接至相变蓄热模块的入口，第二分支管路4安装阀门V5后连通至布置于室内的散流器，第二分支管路4的靠近散流器的管路上布置有辅助热源，相变蓄热模块的出口外接两条支路，具体为第一支路5、第二支路6，第一支路5安装阀门V6后连接位于阀门V5后端的第二分支管路4，第二支路6安装阀门V4后接入位于阀门V7、阀门V9之间的进气管道1，其还包括导向管路7，导向管路7的一端连通至风机的进口位置的出气管路2，导向管路7的另一端连通至位于阀门V7、阀门V9之间的进气管道1，导向管路7通过进气管道1连通第二支路6，光热转换装置的入口处还布置有单向阀V10，单向阀V10朝光热转换装置的入口进气，空气进口段初始位置还布置有单向阀V8，单向阀V8朝外排气。
第二分支管路4的位于辅助热源和散流器之间的管路上布置有过滤器、消声器；
相变蓄热模块可以包括两个或两个以上的相变蓄热装置8，每个相变蓄热装置8的进口管路9并联排布，总进口管10分别连通每根进口管路9的入口，第二分支管路4的末端连通总进口管10；每个相变蓄热装置的出口管路11并 联排布，总出口管12分别连通每根出口管路11的出口，总出口管12分别连通第一支路5、第二支路6；
光热转换装置具体为平板型太阳能集热器；若干个平板型太阳能集热器可并联组合形成一个供热整体吸收太阳能。
采用本系统后，其基本运行模式有以下7种：
1)光热转换装置供暖模式。阀门V1、V5、V7、V9开启，风机运行，辅助热源关闭时，由光热转换装置获得的太阳辐射直接送入室内供暖；
2)光热转换装置供暖+蓄热模式。阀门V1、V3、V6、V7、V9开启，风机运行，辅助热源关闭时，由光热转换装置来的高温热空气先对相变蓄热装置蓄热，经蓄热装置冷却到一定程度后再向室内供暖；
3)蓄热装置供暖模式。开启阀门V2、V3、V6、V7，风机运行，辅助热源关闭时，可以由相变蓄热装置承担为室内供暖的任务；
4)光热转换装置+辅助热源供暖模式。开启阀门V1、V5、V7、V9，打开风机和辅助热源，光热转换装置来的空气先经辅助热源进一步加热后，再送入室内；
5)蓄热装置+辅助热源供暖模式。开启阀门V2、V3、V6、V7，风机和辅助热源运行，由蓄热装置来的空气先经辅助热源加热到送风温度，再向室内供暖；
6)辅助热源供暖模式。阀门V2、V5、V7开启，风机和辅助热源运行时，由辅助热源全部负责室内供暖需求；
7)光热转换装置蓄热模式。阀门V1、V3、V4、V9开启，风机运行时，系统处于太阳能光热转换装置全力为相变蓄热装置蓄热状态。
其中控制模式的转换条件，见图2，监测光热转换装置的进出口温度Tin-a、Tout-a，相变蓄热装置进出口温度Tin-p、Tout-p，相变蓄热装置温度Tpcm，向室内送风温度To，送风流量V。当Tout-a>30℃时，太阳能光热转换装置已经具备独立承担供暖热负荷的能力，系统可按光热转换装置供暖模式运行；当Tout-a>35℃时，说明光热转换装置已有余力向相变蓄热装置蓄热，系统可按光热转换装置供暖+蓄热模式运行；当Tout-a>35℃但Tin-p≤Tout-p时，表明太阳辐射强度已开始逐渐减弱，系统再次在光热转换装置供暖模式下运行；当Tin-a﹤Tout-a≤30℃时，光热转换装置已经无力独立承担供暖热负荷的能力，需要切换至光热转换装置+辅助热源供暖模式；当Tout-a≤Tin-a且max(Tpcm)>35℃时，说明光热转换装置不能再提供热量，而相变蓄热装置有能力独立承担供暖热负荷，系统可按蓄热装置供暖模式运行；当Tout-p≤30℃且max(Tpcm)>25℃，相变蓄热装置已无力独立承担供暖热负荷，需要开启蓄热装置+辅助热源供暖模式；当max(Tpcm)≤25℃且Tout-a≤Tin-a时，说明光热转换装置和相变蓄热装置都不能再提供热量，系统进入辅助热源供暖模式。在供暖过程中，如果出现送风温度To>35℃的情况，可以采取混入部分新风的方法。
控制策略的分类
根据日太阳辐射量大小，可以将太阳能相变蓄热采暖系统控制策略分为3种。
1)晴天工况控制策略
当日太阳辐射量大于15MJ/(m2·day)时，属于晴天工况；本系统在此工况下，光热转换装置可以承担全部供暖热负荷(极端低温天气除外)。对应的控制策略为：在低太阳辐射时间段(清晨及傍晚)，应用相变蓄热装置或 辅助热源向末端供暖；在高太阳辐射时间段(上午、正午及下午)，在保证光热转换装置向末端供暖的同时，将多于的热量储存在相变蓄热装置内；在夜间，应用相变蓄热装置或辅助热源向室内供暖。
2)多云天气工况控制策略
当日太阳辐射量介于11～15MJ/(m2·day)之间时，属于多云天气工况。此工况下，本系统太阳能光热转换装置可以承担大部分供暖热负荷。控制策略为：在低太阳辐射时间段(清晨及傍晚)，应用相变蓄热装置或辅助热源向末端供暖；在中太阳辐射时间段(上午9点以前)，用光热转换装置和辅助热源向末端供暖；在高太阳辐射时间段(正午及下午)，在保证光热转换装置向末端供暖的同时，将多于的热量储存在相变蓄热装置内；在夜间，应用相变蓄热装置或辅助热源向室内供暖。
3)阴天工况控制策略
当日太阳辐射量低于11MJ/(m2·day)时，属于阴天辐射工况。本系统在此工况下太阳能光热转换装置可以承担小部分供暖热负荷。相应的控制策略为：在清晨及傍晚时间段，应用相变蓄热装置或辅助热源向末端供暖；在日间其他时段，应用光热转换装置和辅助热源同时向室内供暖；在夜间，用辅助热源供暖。
根据现有自动控制技术，增加室内温度为用户设定值时的控制策略，实现室内温度在一定范围内的任意设定，控制策略增加以下两个功能：
(1)室内温度为用户设定值Tset(18℃～26℃)；
(2)白天室内不需要采暖时，系统进入光热转换装置蓄热模式。
其用户设定的控制模式转换条件见图3，具体转换如下：
系统运行过程中，需要对以下参数进行实时监控：光热转换装置的进出口温度Tin-a、Tout-a，相变蓄热装置进出口温度Tin-p、Tout-p，相变蓄热装置温度Tpcm，向室内送风温度To，送风流量V。当没有室内采暖需求时，如果光热转换装置出口温度Tout-a高于相变材料温度max(Tpcm)，系统进入光热转换装置蓄热模式，否则，系统没有蓄热能力，停机；需要向室内供暖时，若Tout-a>Tset+8时，太阳能光热转换装置已经具备独立承担供暖热负荷的能力，系统可按光热转换装置供暖模式运行；当Tout-a>35℃时，说明光热转换装置已有余力向相变蓄热装置蓄热，系统可按光热转换装置供暖+蓄热模式运行；当Tout-a>35℃但Tin-p≤Tout-p时，表明太阳辐射强度已开始逐渐减弱，系统再次在光热转换装置供暖模式下运行；当Tin-a＜Tout-a≤Tset+8℃时，光热转换装置已经无力独立承担供暖热负荷的能力，需要切换至光热转换装置+辅助热源供暖模式；当Tout-a≤Tin-a且 max(Tpcm)>35℃时，说明光热转换装置不能再提供热量，而相变蓄热装置有能力独立承担供暖热负荷，系统可按蓄热装置供暖模式运行；当Tset+3＜max(Tpcm)≤35时，相变蓄热装置已无力独立承担供暖热负荷，需要开启蓄热装置+辅助热源供暖模式；当max(Tpcm)≤Tset+3℃且Tout-a≤Tin-a时，说明光热转换装置和相变蓄热装置都不能再提供热量，系统进入辅助热源供暖模式。在供暖过程中，如果出现送风温度To>35℃的情况，可以采取混入部分新风的方法来降低送风温度，防止室内温度大范围波动。
以上对本实用新型的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本实用新型创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型创造的实施范围。凡依本实用新型创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种太阳能相变蓄热采暖系统，其特征在于：其包括光热转换装置、相变蓄热模块、风机、散流器，所述光热转换装置内的流质为空气，所述光热转换装置的出口布置有阀门V1，系统的空气进口来源位于室内，所述室内的空气进口段布置有阀门V7，所述阀门V7通过进气管道连接所述光热转换装置的入口，所述光热转换装置的入口处的所述进气管道位置布置有阀门V9，所述阀门V1通过出气管路连接所述风机的进口，所述风机的出口外接两条分支管路，包括第一分支管路、第二分支管路，所述第一分支管路安装阀门V3后连接至所述相变蓄热模块的入口，所述第二分支管路安装阀门V5后连通至布置于室内的所述散流器，所述第二分支管路的靠近所述散流器的管路上布置有辅助热源，所述相变蓄热模块的出口外接两条支路，具体为第一支路、第二支路，所述第一支路安装阀门V6后连接位于所述阀门V5后端的所述第二分支管路，所述第二支路安装阀门V4后接入位于阀门V7、阀门V9之间的进气管道，其还包括导向管路，所述导向管路的一端连通至所述风机的进口位置的所述出气管路，所述导向管路的另一端连通至位于阀门V7、阀门V9之间的进气管道，所述导向管路通过进气管道连通所述第二支路，所述光热转换装置的入口处还布置有单向阀V10，所述单向阀V10朝所述光热转换装置的入口进气，所述空气进口段初始位置还布置有单向阀V8，单向阀V8朝外排气。
2.如权利要求1所述的一种太阳能相变蓄热采暖系统，其特征在于：所述第二分支管路的位于辅助热源和所述散流器之间的管路上布置有过滤器、消声器。
3.如权利要求1所述的一种太阳能相变蓄热采暖系统，其特征在于：所述相变蓄热模块可以包括两个或两个以上的相变蓄热装置，每个所述相变蓄热装置的进口管路并联排布，总进口管分别连通每根所述进口管路的入口，所述第二分支管路的末端连通所述总进口管；每个所述相变蓄热装置的出口管路并联排布，总出口管分别连通每根所述出口管路的出口，所述总出口管分别连通第一支路、第二支路。
4.如权利要求1所述的一种太阳能相变蓄热采暖系统，其特征在于：所述光热转换装置具体为平板型太阳能集热器。
5.如权利要求4所述的一种太阳能相变蓄热采暖系统，其特征在于：若干个平板型太阳能集热器可并联组合形成一个供热整体。
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