CN206352852U - 高寒地区太阳能建筑地基蓄热供暖系统 - Google Patents

高寒地区太阳能建筑地基蓄热供暖系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种高寒地区太阳能建筑地基蓄能供暖系统，利用建筑地基储存太阳能，主要包括太阳能集热器、暖风机、蓄/放热盘管、保温地基蓄热层、土壤测温探头、温控器、膨胀水箱。供暖初期太阳能集热器提前向地基蓄热，晴天根据需要通过暖风机向室内供暖或通过蓄/放热盘管储存备用；阴雨天及夜晚地基释放蓄热向房间供暖；极端寒冷夜晚微开防冻回路阀门，防止集热管路冻裂。土壤测温探头与温控器连锁，可防止地基过度蓄热。地基通过传热能力较强的地面、基柱、墙体及楼板向房间散热，围护结构内表面温度高，热环境更舒适。本实用新型巧妙利用建筑地基蓄热性能，克服太阳能不稳定性及间歇性的缺点，解决常规能源缺乏、太阳能资源丰富的高寒地区供暖需求。

Description

高寒地区太阳能建筑地基蓄热供暖系统
技术领域
本发明涉及太阳能供暖技术领域，特别涉及高寒地区建筑地基蓄热供暖系统。
背景技术
（1）我国有广大的高海拔寒冷地区，其典型气候特征是昼夜温差大、常年气温偏低、冬季持续时间较长。长期以来，高寒地区的供暖问题已经成为政府和社会各界共同关注的重要议题，特别是在青藏高原地区开展供暖工程的建设，惠及广大少数民族同胞，对改善民生和维护民族团结十分必要。但受经济发展水平、能源运输条件和地域气候特点等因素影响，使得高寒地区的供暖问题一直没有得到较好解决。
（2）我国高寒地区大部分建筑采用局部供暖方式，主要为电炉供暖、烧木材、烧牛粪和烧煤的简单手烧炉等，存在严重的安全（火灾、烫伤）隐患。近年来虽然有大量的集中供暖示范工程在高寒地区开展，但是仍然延续北方燃煤锅炉的供暖方式，一方面供暖效果差，另外一方面消耗大量的化石燃料，同时带来了SO2、粉尘等污染物，破坏美丽的自然环境，不符合国家绿色化发展战略方向。
（3）高寒地区供暖在热源的选择上要做到因地制宜，充分利用当地资源，提高能源利用率、可靠性和经济性。对于我国西藏、青海、新疆、甘肃等高寒地区总辐射量和日照时数均为全国最高，年总辐射量5000MJ/m2以上，年日照时数在1800h以上。根据环保部2016年3月10日发布的《农村散煤燃烧污染综合治理技术指南》思想，充分考虑高寒地区电力资源匮乏，但太阳能资源丰富的优势，强烈推荐选择太阳能供暖系统。然而，对于高寒地区如何将白天大量的太阳能跨时空蓄存一直阻碍着太阳能供暖系统发展的重要原因之一，因此，本发明将蓄热盘管与建筑地基结合，充分利用建筑地基高效蓄热性能，克服太阳能不稳定性及间歇性的缺陷，具有跨时空蓄存太阳能显著优点。
（4）常见的太阳能供暖系统在高寒地区有一定数量的示范工程，对于常年气温较低的高寒地区，冬季利用太阳能供暖容易出现爆管、冻裂等问题。太阳能集热器产生的热水温度较低，如果采用传统暖气片，成本较高、暖气片数量较多、占用室内空间较大，供暖效果较差；如果采用地板辐射供暖，蓄热水箱体积较大、成本较高、散热量较多。本发明利用太阳能建筑地基蓄热，针对不同气候状况，运行不同供暖模式，满足室内舒适的居住热环境，同时保障供暖期间系统运行稳定，解决传统太阳能供暖系统在高寒地区容易出现爆管、冻管的难题。
发明内容
本发明为了弥补现有高寒地区太阳能供暖技术的不足，提供了一种蓄热能力大，结构简单，成本较低的太阳能建筑地基蓄热供暖系统，解决了传统太阳能供暖系统易爆管、冻管、跨时空蓄能难的问题。
高寒地区太阳能建筑地基蓄能供暖系统，包括太阳能集热器、暖风机、蓄/放热盘管、保温地基蓄热层、土壤测温探头、温控器、膨胀水箱、蓄热循环泵、供暖循环泵、阀门。本发明通过如下技术方案实现：
白天太阳辐射较强时，房间不需要供暖时，太阳能集热器吸收太阳辐射，加热循环水，流入蓄热盘管，向保温地基蓄热层存储热量；当房间需要供暖，一部分热水流入暖风机，向房间供暖，另一部分热水流入蓄/放热盘管，向地基蓄热。夜晚及阴雨天时，停止使用太阳能集热系统，将建筑地基蓄热热量通过供暖循环泵输向室内暖风机，向房间供暖；当室外温度过低时，微开防冻调节阀，分流部分建筑地基蓄热流入太阳能集热系统，避免冻结；建筑地基蓄热可以逐渐加热地面，形成辐射供暖，也可以通过传热能力较强的柱子、墙面、楼板向室内供暖；土壤测温探头的信号输出端与温控器的信号输入端相连，自动监测地基温度，当地基温度超过警戒设定值时，停止使用太阳能集热系统，将建筑地基蓄热流入暖风机，开启门窗释放，防止过热爆管；暖风机、太阳能集热器都可以作为调节地基蓄热量的有效手段。此系统只需太阳能单一热源即可满足高寒地区供暖需求。供暖季结束后，放掉系统循环水；待下一个供暖季开始时，通过膨胀水箱补充软化水。
所述蓄/放热盘管呈回字形埋入建筑地基，以土壤为蓄热材料，管材采用聚丁烯（PB）,PB具有较宽的耐温范围（-30℃—100℃），比其他管材的耐温性更稳定，不容易被化学物质腐蚀生锈，内壁不容易结垢，可以达到与建筑物同寿命周期。
所述保温地基蓄热层四周及底部均设置一定厚度的保温材料，保温材料为发泡混凝土或泡沫玻璃，其特点保温绝热性好，性能稳定，价格低廉，不燃烧、防啮防蛀、耐酸耐碱、无毒、无放射性、化学性能稳定、易加工而且不变形等，属于既安全可靠又经久耐用的建筑节能环保材料，可以达到与建筑同寿命周期，保温地基蓄热层在一定程度下可以阻止蓄/放热盘管向四周及底部传热，避免热量损失。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明提高了高寒地区太阳能利用效率、绿色环保、节能减排；
（2）充分利用建筑地基庞大的蓄热能力，解决了太阳能不稳定性及间歇性的缺陷，保证处于常规能源缺乏、太阳能丰富、昼夜温差较大的高寒地区供暖需求；
（3）整个建筑地基蓄热供暖系统较好解决了普通太阳能集热器在高寒地区出现爆管、冻管等问题；
（4）整个系统需要较少耗电设备，减少了电能的使用，同时也减少了电费的开支；
（5）自动化监测、结构简单、经济可行、性能稳定、控制可靠；
（6）供暖从下往上进行，建筑围护结构表面温度较高，充分符合人体生理需求，舒适度高。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明高寒地区太阳能建筑地基蓄热供暖系统原理示意图
图中：1-太阳能集热器、2-暖风机、3-蓄/放热盘管、4-保温地基蓄热层、5-地下测温探头、6-温控器、7-膨胀水箱、8-蓄热循环泵、9-供暖循环泵、阀门（10-16）。
具体实施方法
参看附图1，本发明所提供的高寒地区太阳能建筑地基蓄热供暖系统，包括了太阳能集热器（1）、暖风机（2）、蓄/放热盘管（3）、保温地基蓄热层（4）、土壤测温探头（5）、温控器（6）、膨胀水箱（7）、蓄热循环泵（8）、供暖循环泵（9）、阀门（10-16）。考虑高寒地区经济水平有限、冬季气候寒冷及持续时间较长等等限制，因地制宜提出了太阳能建筑地基蓄热供暖系统。
该系统包括3个内部循环回路：（一）集热蓄热回路由太阳能集热器（1）、蓄/放热盘管（3）、保温地基蓄热层（4）、蓄热循环泵（8）、阀门（10、11、12、13）组成。当房间无需供暖时，白天太阳辐射较强，关闭阀门（14、15、16），打开阀门（10、11、12、13），开启第一循环泵（8），太阳能集热器（1）吸收太阳辐射，加热循环水，流入埋于建筑地基的蓄/放热盘管（2），向地基蓄热。（二）放热供暖回路由蓄/放热盘管（3）、保温地基蓄热层（4）、暖风机（2）、供暖循环泵（9）、阀门（14、15）构成。较为寒冷的晴天、阴雨天及夜晚，保温地基蓄热层（4）向房间释放蓄热供暖。（三）防冻循环回路由太阳能集热器（1）、暖风机（2）、保温地基蓄热层（4）、供暖循环泵（9）、阀门（10、13、14、15）组成。微开阀门（10、13），可以分流部分热量进入集热系统管路，防止极端寒冷夜晚冻裂。
太阳能集热器（1）的面积大小由建筑的供暖负荷需求和保温地基蓄热层（4）蓄热能力优化匹配，安装方位角、倾角、间距由所在地经纬度决定。房间采用暖风机（2）作为主要的供暖手段，暖风机的规格参数根据房间供暖负荷大小匹配；同时保温地基蓄热层（4）通过传热能力较强的地面、基柱、墙体及楼板向房间散热，实现被动技术向房间供暖。蓄/放热盘管（3）呈回字型布置于保温地基蓄热层之中，管材为聚丁烯（PB），管径、管长、间距、管组数等由蓄热量、供暖需求等优化确定。保温地基蓄热层（4）的长宽厚等几何尺寸由当地气候条件、围护结构热工性能、太阳能集热器面积、建筑房间的供暖总负荷需求及动态负荷特征优化确定。保温地基蓄热层（4）四周及底部均设置一定厚度的保温绝热材料，保温材料为发泡混凝土或泡沫玻璃，防止保温地基蓄热层（4）向四周及底部传热，造成热量损失。
土壤测温探头（5）沿保温地基蓄热层（4）深度均匀排布，与温控器（6）、调节阀（10、13、14、15）构成了自动监测调控系统。当土壤测温探头（5）监测地基蓄热层温度超过警戒设定温度时，将反馈到屋内的温度控制器（4），采取关闭阀门（10、13），打开阀门（11、12、14、15），开启供暖循环泵（9），多余热量流入暖风机（2），通过开启门窗释放，调节保温地基蓄热层（4）的温度；或夜间开启集热蓄热回路，通过太阳能集热器（1）释放过量蓄热，调节保温地基蓄热层（4）的温度，防止白天集热器过热爆管。太阳能集热器（1）、暖风机（2）均可作为调节建筑地基蓄热量的有效措施。
正式供暖之前，通过膨胀水箱（7）补充系统循环水，启动集热蓄热循环回路，向保温地基蓄热层储存充足的热量。供暖季结束时，关闭阀门（11、12），打开阀门（10、13、14、15、16），放掉系统中的循环水，避免夏季太阳能集热器爆管事故发生。

Claims (3)

1.一种高寒地区太阳能建筑地基蓄热供暖系统，包括太阳能集热器（1）、暖风机（2）、蓄/放热盘管（3）、保温地基蓄热层（4）、土壤测温探头（5）、温控器（6）、膨胀水箱（7）、蓄热循环泵（8）、供暖循环泵（9）、阀门；太阳能集热器（1）、蓄/放热盘管（3）、保温地基蓄热层（4）、蓄热循环泵（8）及阀门连接组成集热蓄热回路；蓄/放热盘管（3）、保温地基蓄热层（4）、暖风机（2）、供暖循环泵（9）及阀门连接构成放热供暖回路；太阳能集热器（1）、暖风机（2）、保温地基蓄热层（4）、供暖循环泵（9）及阀门连接组成防冻循环回路。
2.根据权利要求1所述的一种高寒地区太阳能建筑地基蓄热供暖系统，其特征是：太阳能集热器（1）采集的热量可根据需要通过暖风机（2）向室内供暖或通过蓄/放热盘管（3）储存备用。
3.根据权利要求1所述的一种高寒地区太阳能建筑地基蓄热供暖系统，其特征是：被动供暖技术采用暖风机（2）作为主要的采暖末端，同时保温地基蓄热层（4）通过传热能力较强的地面、基柱、墙体及楼板向房间散热。
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