CN205717496U - 一种昼夜温差取暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及取暖系统，特别涉及一种昼夜温差取暖系统。针对目前取暖系统存在的耗能高，维护成本高等缺陷，本实用新型公开了一种昼夜温差取暖系统，该取暖系统包括集热循环系统和放热循环系统，集热循环系统与放热循环系统相连接，所述集热循环系统包括：集热装置，该集热装置为设置于建筑上以吸收建筑内部或/和外部热量的装置；吸热工质储存装置，该吸热工质储存装置与集热装置通过运输管路相连接，构成吸热工质第一循环回路；所述放热循环系统包括：散热装置，该散热装置与所述吸热工质储存装置通过运输管路相连接，构成吸热工质第二循环回路。本系统白天的吸热工质吸收太阳能给室内降温，夜间再放出储存的热量给室内供暖，耗能低。

Description

一种昼夜温差取暖系统

技术领域

本实用新型涉及取暖系统，特别涉及一种昼夜温差取暖系统。

背景技术

我国昼夜温差巨大地区地域辽阔，人口约占全国的29％。新疆、甘肃、蒙古、陕北、西藏等地均属于昼夜温差巨大地区。昼夜温差主要取决于纬度、高度和海陆位置。通常纬度较高，昼夜温差较大；海拔高度高，昼夜温差大；远离海洋的大陆内部，昼夜温差较大。

以新疆地区为例，其气温日较差大，白昼气温升高快，夜里气温下降大。许多地方最大的气温日较差在20℃到25℃之间。尤其在具有干旱沙漠气候特征的吐鲁番，年平均气温日较差可达14.8℃，最大气温日较差曾达50℃。一天之内好像经历了寒暑变化，白天只穿背心仍然挥汉，夜里盖上棉被方能安眠。

新疆深居内陆，远离海洋，四周有高山阻隔，海洋气流不易到达，形成明显的温带大陆性气候。因而气温温差较大，日照时间充足，其水平表面太阳辐照度年总量为5×1000000～6.5×1000000J/(cm2·a)，年平均值为5.8×1000000J/cm2·a)，仅次于青藏高原。因此，新疆全年昼夜温差较大，并且日照充足。

我国的昼夜温差巨大地区作为中国经济发展相对较慢，较迟的地区，充分吸取中国其他地区发展的经验十分有必要，尤其应该避免采用以牺牲资源与环境为代价的发展模式。

再如西藏地区，其系统性采暖的大量应用始于2000年以后，而且随着西藏的经济发展同步增长，每年建成住房面积20万平方米以上。同时西藏经济的发展要求采暖的房屋建筑面积比例将越来越大，建筑能耗也将同步提高。

因此建筑将超越工业等其他行业成为用能主要增长点，结合昼夜温差巨大地区工用电较少的特点，建筑能耗占社会终端总能耗的比例应大于全国平均值。目前我国大部分昼夜温差大的地区属于尚未大面积污染且完全依靠外部提供化石类能源的旅游胜地，开发及应用清洁太阳能是十分必要的。

目前，节能减排已成为世界各国应对能源短缺和环境污染问题的共同选择。太阳能作为一种可再生清洁能源越来越受到人们的青睐。同时，我们发现像新疆这样的地区，太阳能资源丰富。但夏季白天过热夜间过冷，目前流行的取暖系统如果直接运用到这样的地区会浪费很多能源。

众所周知，传统的燃煤锅炉类取暖方式因污染环境已逐步被新的取暖方式所取代，单一以燃煤为热源的格局已经改变。虽然以城市热网、区域热网或较大规模的集中锅炉房为热源的集中供暖系统，仍是城市住宅供暖方式的主体，但我国的分户热计量已从试点阶段进入逐步实施的阶段。近几年来我国许多新地区采用了一些新型的取暖设施，主要有分户式家用中央空调系统、地板辐射式采暖、电热膜采暖系统、独立式燃气(或电)采暖炉，家用电锅炉、水源热泵空调系统等，这些取暖系统普遍耗能较高、维护成本较高。

实用新型内容

本实用新型针对目前取暖方式、取暖系统，提供一种区别于上述现已广泛使用的取暖方式，高效价廉、节能环保的昼夜温差取暖系统。

本实用新型采用的技术方案是，一种昼夜温差取暖系统，该取暖系统包括集热循环系统和放热循环系统，集热循环系统与放热循环系统相连接，所述集热循环系统包括：集热装置，该集热装置为设置于建筑上以吸收建筑内部或/和外部热量的装置；吸热工质储存装置，该吸热工质储存装置与集热装置通过运输管路相连接，构成吸热工质第一循环回路；所述放热循环系统包括：散热装置，该散热装置与所述吸热工质储存装置通过运输管路相连接，构成吸热工质第二循环回路；所述吸热工质储存装置的吸热工质输入端和吸热工质输出端皆设置三通阀和对吸热工质提供动力的泵机，使该三通阀的三个端口分别与第一循环回路、第二循环回路和泵机连接，所述泵机与吸热工质储存装置连通。

为了充分利用白昼太阳能辐射所产生的能量，本实用新型采用了这样的一种“存热”的方式，即使用吸热工质在白天吸收外界充足的热量，并将热量保存起来，在夜间再通过吸热工质将热量放出。

这里的三通阀，是为了使第一循环回路与第二循环回路不能同时运作。

这里的吸热工质可选用乙二醇与水的混合溶液，乙二醇和水2：3混合，其吸热传热性质优良，并且冰点可降至-25℃。吸热工质采用的是40％乙二醇混合水溶液，冰点可低至-25℃，加上系统的防冻设计，吸热工质几乎不可能冻住。乙二醇与水市面上也较为常见，方便购买使用。

这里的运输管路可以为PE管。这两种管道的寿命都很长，加上泵机和三通阀便于拆卸替换，系统使用时间能够到达很久。

进一步的是，所述集热装置包括：集热屋顶，该集热屋顶由迂回排布的吸热管道组成；集热墙，该集热墙包括透光壁，所述透光壁设置于建筑外侧，该透光壁与建筑外侧墙壁形成使吸热工质流过的吸热腔体；所述集热屋顶与所述集热墙通过运输管路连接。

白天，新疆、西藏地区一般日照充足，太阳辐射较强烈，温度较高。这时置于建筑外侧的吸热工质流过的吸热腔体，其中流过的吸热工质吸收房屋周围的热量从而对房屋周围起到了降温隔热效果，同时使吸热工质温度升高。吸热工质放热冷却后流入吸热工质储存装置贮存，白天继续进行循环。这里的透光壁可以选用钢化玻璃，钢化玻璃拥有较好的强度，抗风压性，寒暑性，冲击性等，适合本昼夜温差取暖系统系统。这里的吸热管道优选的裸露的设置在建筑外。

集热屋顶中的吸热管道可以采用太阳能真空管，但考虑经济、成本因素，针对经济欠发达地区，该吸热管道可以优选加热材料处理后的铜管。

进一步的是，所述集热屋顶和集热墙与所述吸热工质储存装置并联连接。

将集热屋顶和集热墙与所述吸热工质储存装置并联连接，可以防止一旦系统发生故障或问题，维修也将变的较为方便。如果将所述集热屋顶和集热墙串联连接的话，其中两者之间的温度差会使集热循环系统散失部分热量，造成浪费。

进一步的是，所述的集热墙设置于建筑的南面。

考虑到我国国土面积主要是在北半球，所以将集热墙设置于建筑的南面。其他方位的墙体虽有阳光照射，但相比于南面墙体被照射的阳光极少，考虑经济因素不加透光壁，也就是其他方位的墙体可不设集热墙。

进一步的是，所述散热装置包括：第一散热装置，该第一散热装置由迂回排布的散热管道组成并设置于建筑地下并靠近地面；第二散热装置，该第二散热装置设置于建筑墙内；所述第一散热装置与第二散热装置通过运输管路连接。

第一散热装置，在这里是以整个地面为热量输出端，通过地板下的散热管道将热量均匀加热、辐射到整个地面，第一散热装置利用地面自身的蓄热和热量向上辐射的规律由下至上进行传导，来达到取暖的目的。

所述第二散热装置可以是散热片，这里的散热片优选的可以设置在建筑的墙内。吸热工质被集热屋顶与集热墙加热，吸热工质经过两者后被吸热工质储存装置收集起来。到了夜间，这些储存的吸热工质通过第一散热装置和散热片的形式将热量散发到建筑室内，达到取暖的功能。设置散热片是为了让吸热工质的热量越多越快地传送到建筑室内。

进一步的是，所述第一散热装置和第二散热装置与所述吸热工质储存装置并联连接。

将第一散热装置和第二散热装置与所述吸热工质储存装置并联连接，不仅可以带来维修方便的益处，还能使散热更加均匀。

进一步的是，所述吸热工质储存装置上设置有辅助热泵。

这里的辅助热泵用于吸热工质的加热。辅助热泵的存在，是考虑到昼夜温差巨大地区天气并不可能都是大晴天，而且也会有仅靠太阳能加热不能让工质升温到所需温度的情况。于是这两种情况下，只能用热泵给工质加热，来保证夜间的正常取暖。

进一步的是，所述集热装置设置于建筑侧面或/和顶面，所述吸热工质储存装置设置于建筑底面下方。

将吸热工质储存装置设置于建筑底面下方，不仅可以带来安全的益处，还节约的占地空间，使本昼夜温差取暖系统结构更加紧凑，减小本昼夜温差取暖系的占用空间。

进一步的是，所述第一循环回路上设置当该第一循环回路温度高于T1时开启和低于T2时关闭的第一感温电磁阀；所述第二循环回路上设置当该二循环回路温度高于t时关闭的第二感温电磁阀；所述第一感温电磁阀与第二感温电磁阀皆与泵机连接；建筑室内设置温度传感器，该温度传感器与所述第二感温电磁阀和泵机连接。

白昼时，集热装置内存有吸热工质。所述第一感温电磁阀处于关闭状态，防吸热工质倒流，泵机不运作。随着太阳光的照射，集热装置内吸热工质温度达到T1时(这里的温度可自行按具体情况设定，一般设置在45℃到55℃之间)，第一感温电磁阀开启，泵机运作使吸热工质储存装置里面吸热工质抽出，将原先在集热装置中达到T1的吸热工质顶入吸热工质储存装置。当集热装置内吸热工质温度低于T2时(一般可定为40℃到45℃之间)，第一感温电磁阀关闭防倒流，泵机停机，如此运行，不断将达到T1的工质顶入吸热工质储存装置，从而达到白昼“存热”的效果。夜间，当散热装置低于t1时(一般低于10-14℃就开始让人感到不舒服)建筑室内的温度传感器将信息传递给泵机，泵机开始运作，放热循环系统开启，第二循环回路开始运作。散热装置温度随着吸热工质循环越来越高，会到达一个开始让人感觉热的温度t(一般可设为40-45℃)，到了这个温度后，就不需要吸热工质继续给建筑室内提供热量了。这时泵机停机，节省电能。第二感温电磁阀关闭，防止散热装置内吸热工质回流。当散热装置再次降低到t1以下，泵机再开启，循环继续。

这样不仅可以，将本昼夜温差取暖系统实现自动化，还实现了冬季低温时泵机自动循环和自限温伴热带自动激动的双防冻设计，防止本昼夜温差取暖系统冻坏。

进一步的是，所述T1为45-55℃，T2为40-45℃；所述t1为10-14℃，t2为40-45℃。

人一般处于在10℃以下的温度时就会感到不适，所以将t1设为10-14℃。将所述T1设为45-55℃，T2设为40-45℃和t2设为40-45℃，申请人实践后，以上温度范围比较合适，使人不会感觉太热或太冷。

本实用新型的有益效果：

利用昼夜温差大的特点，白天用吸热工质吸收太阳能同时给室内降温，夜间再放出储存的热量给室内供暖，本系统能源主要来自太阳能，工质较易获得，对比锅炉类采暖无任何污染排放，耗能低，市场应用前景广阔。

附图说明

图1为一种昼夜温差取暖系统的结构示意图；

图2为一种昼夜温差取暖系统的仰视示意图；

图3为一种昼夜温差取暖系统的系统连接示意图；

图4为采用trnsys软件对实施例中一种昼夜温差取暖系统的系统模拟的吸热工质储存装置温度变化图，横坐标为时间(单位为小时)，纵坐标为温度(单位为摄氏度)；

图5为采用trnsys软件对实施例中一种昼夜温差取暖系统的系统模拟的建筑室内温度变化图，横坐标为时间(单位为小时)，纵坐标为温度(单位为摄氏度)。

具体实施方式

下面将结合附图描述实施例对本实用新型做具体阐述。

如图1-3，一种昼夜温差取暖系统，该取暖系统包括集热循环系统和放热循环系统，集热循环系统与放热循环系统相连接，所述集热循环系统包括：集热装置1，该集热装置1为设置于建筑8上以吸收建筑8内部或/和外部热量的装置；吸热工质储存装置2，该吸热工质储存装置2与集热装置1通过运输管路4相连接，以构成吸热工质第一循环回路；所述放热循环系统包括：散热装置3，该散热装置3与所述吸热工质储存装置2通过运输管路4相连接，以构成吸热工质第二循环回路；所述吸热工质储存装置2的吸热工质输入端和吸热工质输出端皆设置三通阀5和对吸热工质提供动力的泵机6，使该三通阀5的三个端口分别与第一循环回路、第二循环回路和泵机6连接，所述泵机6与吸热工质储存装置2连通。这里的运输管路4皆为PE管。

这里的吸热工质可选用乙二醇与水的混合溶液，乙二醇和水2：3混合，其吸热传热性质优良，并且冰点可降至-25℃。吸热工质采用的是40％乙二醇混合水溶液，冰点可低至-25℃，加上系统的防冻设计，吸热工质几乎不可能冻住。乙二醇与水市面上也较为常见，方便购买使用。

所述集热装置1包括：集热屋顶101，该集热屋顶101由迂回排布的吸热管道组成；集热墙102，该集热墙102包括透光壁1021，所述透光壁1021设置于建筑8外侧，该透光壁1021与建筑8外侧墙壁形成使吸热工质流过的吸热腔体。所述集热屋顶101与所述集热墙102通过运输管路4连接。所述集热屋顶101和集热墙102与所述吸热工质储存装置2并联连接。

白天，新疆、西藏地区一般日照充足，太阳辐射较强烈，温度较高。这时置于建筑8外侧的吸热工质流过的吸热腔体，其中流过的吸热工质吸收房屋周围的热量从而对房屋周围起到了降温隔热效果，同时使吸热工质温度升高。吸热工质放热冷却后流入吸热工质储存装置贮存，白天继续进行循环。考虑到白天水可能吸热量不够，可以通过热泵进行人工加热以达到所需水温给夜间供暖。这里的透光壁1021可以选用钢化玻璃，钢化玻璃拥有较好的强度，抗风压性，寒暑性，冲击性等，适合本昼夜温差取暖系统系统。这里的吸热管道优选的裸露的设置在建筑8外。

将集热屋顶101和集热墙102与所述吸热工质储存装置2并联连接，可以防止一旦系统发生故障或问题，维修也将变的较为方便。如果将所述集热屋顶101和集热墙102串联连接的话，其中两者之间的温度差会使集热循环系统散失部分热量，造成浪费。

所述的集热墙102设置于建筑8的南面，这样可以尽可能多的吸收太阳能。因为在北半球地区，相比于建筑8的其他墙面，阳光更多的照射于南面墙。

所述散热装置3包括：第一散热装置301，该第一散热装置301由迂回排布的散热管道组成并设置于建筑8地下并靠近地面；第二散热装置302，该第二散热装置302设置于建筑8墙内。所述第一散热装置301与第二散热装置302通过运输管路4连接。所述第一散热装置301和第二散热装置302与所述吸热工质储存装置2并联连接。

所述集热装置1设置于建筑8侧面或/和顶面，所述吸热工质储存装置2设置于建筑8底面下方。将吸热工质储存装置2设置于建筑8底面下方，不仅可以带来安全的益处，还节约的占地空间，使本昼夜温差取暖系统结构更加紧凑，减小本昼夜温差取暖系的占用空间。

所述第一循环回路上设置当该第一循环回路温度高于T1时开启和低于T2时关闭的第一感温电磁阀7a；所述第二循环回路上设置当该二循环回路温度低于t1开启和高于t2时关闭的第二感温电磁阀7b；所述第一感温电磁阀7a与第二感温电磁阀7b皆与泵机6连接。本实施例的第一感温电磁阀7a为常闭电磁阀，第二感温电磁阀7b为常开电磁阀。

所述T1为45-55℃，T2为40-45℃；所述t1为10-14℃，t2为40-45℃。

白昼时，集热墙102与集热屋顶101内的吸热管道内存有吸热工质。所述第一感温电磁阀7a处于关闭状态，防吸热工质倒流，泵机6不运作。随着太阳光的照射，集热墙102与集热屋顶101内的吸热管道内吸热工质温度达到45℃时，第一感温电磁阀7a开启，泵机6运作使吸热工质储存装置2里面吸热工质抽出，将原先在集热墙102与集热屋顶101内的吸热管道中达到45℃的吸热工质顶入吸热工质储存装置2，因为三通阀5的作用，使第一循环回路开始运作。集热墙102与集热屋顶101内吸热工质温度低于40℃时，第一感温电磁阀7a关闭防倒流，泵机6停机，如此运行，不断将达到45℃的工质顶入吸热工质储存装置2，从而达到白昼“存热”的效果。夜间，当第一散热装置301中的散热管道与第二散热装置302(或散热片)低于10℃时，泵机6开始运作，这时第二感温电磁阀7b处于常开状态，放热循环系统开启，因为三通阀5的作用，第二循环回路开始运作。第一散热装置301中的散热管道与第二散热装置302温度随着吸热工质循环越来越高，到达40℃后，就不需要吸热工质继续给建筑8室内提供热量了。这时泵机6停机，节省电能。第二感温电磁阀7b关闭，防止散热装置内吸热工质回流。当第一散热装置301中的散热管道与第二散热装置302再次降低到10℃以下，泵机6再开启，第二循环回路继续运作。所述吸热工质储存装置2上设置有辅助热泵9，当不能依靠太阳能提升在散热装置3中的吸热工质温度时，可以通过辅助热泵9加热。

申请人采用trnsys(Transient System SimulationProgram，即瞬时系统模拟程序)软件对本实施例所述的昼夜温差取暖系统进行模拟，设置时长：模拟开始时间：744小时；模拟结束时间：2208小时；一个仿真时间间隔：0.25小时。

如图4、5，模拟结果，得出的吸热工质储存装置温度变化图与建筑室内温度变化图，本昼夜温差取暖系统可行，达到预期效果。

以例子中房屋面积计算一个采暖季约4个月需要2.5吨标煤，转换成电量约为6250kwh。本昼夜温差取暖系统中泵机6每天约运行18小时，泵机6功率约为0.5kw，一个采暖季用电1080kwh。大大节约了煤炭消耗量，减少排放。

本系统适用的地区经济发展较之发达地区落后，对于成本较高的其他取暖系统难以接受。本系统能源主要来自太阳能，工质较易获得，初次投入较高但是运行成本极低，结构不复杂，维护方便，长期考虑价格相对低廉。而且这些地区的人口分散，房屋多为层数较少的平屋，可使用该系统的房屋较多，市场前景良好。

该系统可应用于广大西部地区，顺应西部开发政策，应用前景良好。可根据用户个人感受自动调节取暖温度。

Claims (10)

1.一种昼夜温差取暖系统，其特征在于：该取暖系统包括集热循环系统和放热循环系统，集热循环系统与放热循环系统相连接，所述集热循环系统包括：

集热装置(1)，该集热装置(1)为设置于建筑(8)上以吸收建筑(8)内部或/和外部热量的装置；

吸热工质储存装置(2)，该吸热工质储存装置(2)的吸热工质输入端和吸热工质输出端与集热装置(1)通过运输管路(4)相连接，构成吸热工质的第一循环回路；

所述放热循环系统包括：

散热装置(3)，该散热装置(3)与所述吸热工质储存装置(2)的吸热工质输入端和吸热工质输出端通过运输管路(4)相连接，构成吸热工质的第二循环回路；

所述吸热工质储存装置(2)的吸热工质输入端和吸热工质输出端皆设置三通阀(5)和对吸热工质提供动力的泵机(6)，使该三通阀(5)的三个端口分别与第一循环回路、第二循环回路和泵机(6)连接，所述泵机(6)与吸热工质储存装置(2)连通。

2.根据权利要求1所述的一种昼夜温差取暖系统，其特征在于：所述集热装置(1)包括：集热屋顶(101)，该集热屋顶(101)由迂回排布的吸热管道组成；集热墙(102)，该集热墙(102)包括透光壁(1021)，所述透光壁(1021)设置于建筑(8)外侧，该透光壁(1021)与建筑(8)外侧墙壁形成使吸热工质流过的吸热腔体；所述集热屋顶(101)与所述集热墙(102)通过运输管路(4)连接。

3.根据权利要求2所述的一种昼夜温差取暖系统，其特征在于：所述集热屋顶(101)和集热墙(102)与所述吸热工质储存装置(2)并联连接。

4.根据权利要求2所述的一种昼夜温差取暖系统，其特征在于：所述的集热墙(102)设置于建筑(8)的南面。

5.根据权利要求1所述的一种昼夜温差取暖系统，其特征在于：所述散热装置(3)包括：第一散热装置(301)，该第一散热装置(301)由迂回排布的散热管道组成并设置于建筑(8)地下并靠近地面；第二散热装置(302)，该第二散热装置(302)设置于建筑(8)墙内；所述第一散热装置(301)与第二散热装置(302)通过运输管路(4)连接。

6.根据权利要求5所述的一种昼夜温差取暖系统，其特征在于：所述第一散热装置(301)和第二散热装置(302)与所述吸热工质储存装置(2)并联连接。

7.根据权利要求1所述的一种昼夜温差取暖系统，其特征在于：所述吸热工质储存装置(2)上设置有辅助热泵(9)。

8.根据权利要求1所述的一种昼夜温差取暖系统，其特征在于：所述集热装置(1)设置于建筑(8)侧面或/和顶面，所述吸热工质储存装置(2)设置于建筑(8)底面下方。

9.根据权利要求1所述的一种昼夜温差取暖系统，其特征在于：所述第一循环回路上设置当该第一循环回路温度高于T1时开启和低于T2时关闭的第一感温电磁阀(7a)；所述第二循环回路上设置当该第二循环回路温度低于t1开启和高于t2时关闭的第二感温电磁阀(7b)；所述第一感温电磁阀(7a)与第二感温电磁阀(7b)皆与泵机(6)连接；所述第一感温电磁阀(7a)为常闭电磁阀，所述第二感温电磁阀(7b)为常开电磁阀。

10.根据权利要求9所述的一种昼夜温差取暖系统，其特征在于：所述T1为45-55℃，T2为40-45℃；所述t1为10-14℃，t2为40-45℃。