CN210921544U - 一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及开发太阳能和地热能技术领域，具体涉及一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置，包括有储热井、水塔、补水机构、第一太阳能集热器和中央控制器；储热井设置于地表下方，水塔设置于高层建筑内部，补水机构设置于高层建筑楼顶，若干第一太阳能集热器设置于高层建筑的外立面；补水机构、水塔和储热井通过水管顺序连通，水塔和第一太阳能集热器连通，水塔和补水机构均与中央控制器电连接；该蓄热装置有效利用了高层建筑外立面的空余空间，占地面积小；并且该蓄热装置安装在需要供暖的高层建筑，热能传输过程中的损耗低。

Description

一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置

技术领域

本实用新型涉及开发太阳能和地热能技术领域，具体涉及一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置。

背景技术

近年来，由于环保方面的需求，我国北方多地采暖能源都走上了煤改天然气的改造之路，但是由于时间紧、任务重、国内天然气储存量不足等问题，很多地方都出现了采暖能源严重不足、居民饱受停暖之苦的现象。为解决冬季供暖和不可再生能源紧缺的问题，迫切需要寻找成熟的新型可再生的清洁能源，这其中包括新能源的收集、储藏与利用等，是一套完整而又严谨的系统。

现在普遍流行的小型家用太阳热水器系统及其他类似的太阳能蓄热装置，是将太阳能供热进行短期蓄热。由于地球表面太阳能量密度较低，且存在季节和昼夜交替变化等特点，使太阳能供热的短期蓄热系统不可避免地存在很大的不稳定性，导致太阳能利用效率很低。

地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

如何利用地表浅层积蓄的太阳能供暖成为了如今的问题。

中国专利CN109654581A公开了一种基于承压含水层的跨季节蓄热的复合供暖系统，将跨季节蓄热采暖供热技术与地下含水层回灌储能技术相结合，应用由于地下水位下降而无法继续开采到地下水的“原含水层”作为储能装置，将原地热井改建成储热井和采热井；在非供暖季节通过太阳能等能源提供的能量加热后回灌入储热井，依靠地下含水层流速慢、热量流失小的特点进行保温储存；供暖季节再通过采热井从地下含水层中抽取储存的热水，由供热单位分别运送到各个供暖用户。

该专利公开的供暖系统及现有的所有基于太阳能的储热井系统均有相同的缺陷：

所需蓄热装置均为铺设在地面上的大范围设备，占地面积广，蓄热效果不佳，并且储热井与需要供暖的高层建筑距离也较远，热能传输的过程中损失较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置，该蓄热装置有效利用了高层建筑外立面的空余空间，占地面积小；并且该蓄热装置安装在需要供暖的高层建筑，热能传输过程中的损耗低。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

提供一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置，包括有储热井、水塔、补水机构、第一太阳能集热器和中央控制器；储热井设置于地表下方，水塔设置于高层建筑内部，补水机构设置于高层建筑楼顶，若干第一太阳能集热器设置于高层建筑的外立面；补水机构、水塔和储热井通过水管顺序连通，水塔和第一太阳能集热器连通，水塔和补水机构均与中央控制器电连接。

作为一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置的一种优选方案，补水机构包括有采水井和水泵，采水井和储热井位于同一地下含水层，采水井通过水泵和水塔连通。

作为一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置的一种优选方案，补水机构还包括有补水箱和第一电磁阀，补水箱安装在高层建筑楼顶，水泵和补水箱连通，补水箱通过第一电磁阀和水塔连通，第一电磁阀和中央控制器电连接。

作为一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置的一种优选方案，补水机构还包括有过滤器，水泵通过过滤器和补水箱连通。

作为一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置的一种优选方案，水塔包括有三通、文氏管和第二电磁阀，三通和文氏管有若干个，三通和文氏管通过第二电磁阀和储热井连通；

三通和文氏管自上而下交替连接，三通的进水口与文氏管的出水口连通，三通的两个出水口分别与文氏管的进水口和第一太阳能集热器的进水口连通，文氏管的喉道与第一太阳能集热器的出水口连通。

作为一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置的一种优选方案，三通和文氏管的外部包裹有隔热层。

作为一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置的一种优选方案，中央控制器包括有温度控制模块、温度传感器和时控开关，温度传感器和时控开关均与温度控制模块电连接，温度传感器安装在水塔内部的底端，第二电磁阀与第一电磁阀均与时控开关电连接。

作为一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置的一种优选方案，中央控制器包括有感光控制模块和光线传感器，光线传感器与感光控制模块电连接，光线传感器安装在高层建筑楼顶，第二电磁阀和第一电磁阀均与感光控制模块电连接。

作为一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置的一种优选方案，第一太阳能集热器为平板太阳能集热器。

作为一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置的一种优选方案，还包括有第二太阳能集热器，第二太阳能集热器设置于高层建筑楼顶，补水箱和第二太阳能集热器连通。

本实用新型的有益效果：

水泵从采水井中吸取地下水并输送到补水箱中，补水箱向水塔内部补水，水塔与第一太阳能集热器连通使得水塔向第一太阳能集热器补水，第一太阳能集热器内部的水在太阳光的照射下加热，第一太阳能集热器与水塔内部的水发生热交换，从而使得水塔内部的水温逐渐升高，中央控制器监控水塔内部的温度和日照强度；

当水塔内部的水温上升到一定温度或者日落之后，中央控制器发出信号给第二电磁阀和第一电磁阀，第一电磁阀关闭同时第二电磁阀开启，三通和文氏管内的蓄水在重力的作用下向下流动到储热井内部；由于文氏管为文丘里管，在文丘里效应的作用下，文氏管的喉道产生负压，从而使得文氏管的喉道从第一太阳能集热器的出水口中吸水，第一太阳能集热器内部的蓄水被文氏管吸入到水塔中，同时水塔通过三通向第一太阳能集热器内部补水；由于三通设置在文氏管的上方，所以当水位下降到三通和文氏管之间时，第一太阳能集热器无法通过三通补水，第一太阳能集热器内部的蓄水全部通过文氏管进入到水塔内部；

待水塔内部蓄水排空后，中央控制器发出信号给第二电磁阀和第一电磁阀，第二电磁阀关闭同时第一电磁阀开启使得补水箱对水塔和第一太阳能集热器内部补充冷水。

1、该蓄热装置有效利用了高层建筑外立面的空余空间，占地面积小；

2、该蓄热装置安装在需要供暖的高层建筑，热能传输过程中的损耗低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例所述的一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置的工作原理图；

图2是本实用新型实施例所述的一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例所述的一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置的水塔局部结构剖视图；

图4是本实用新型实施例所述的一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置的中央控制器的信号传输路径图；

图中：

1、储热井；

2、水塔；2a、三通；2b、文氏管；2c、第二电磁阀；保温层；

3、补水机构；3a、采水井；3b、水泵；3c、补水箱；3d、第一电磁阀；3e、过滤器；

4、第一太阳能集热器；

5、第二太阳能集热器。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1至图4所示的一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置，包括有储热井1、水塔2、补水机构3、第一太阳能集热器4和中央控制器；储热井1设置于地表下方，水塔2设置于高层建筑内部，补水机构3设置于高层建筑楼顶，若干第一太阳能集热器4设置于高层建筑的外立面；补水机构3、水塔2和储热井1通过水管顺序连通，水塔2和第一太阳能集热器4连通，水塔2和补水机构3均与中央控制器电连接。

水塔设置于高层建筑内部的烟道内，第一太阳能集热器4内部的水在太阳光的照射下加热，第一太阳能集热器4与水塔2内部的水发生热交换，从而使得水塔2内部的水温逐渐升高，中央控制器监控水塔2内部的温度，当水塔2内部温度升温到一定程度之后，水塔2将内部的热水排放到储热井1中，从而完成蓄热，随后中央控制器发出信号给补水机构3，补水机构3对水塔2内部补充冷水。

补水机构3包括有采水井3a和水泵3b，采水井3a和储热井1位于同一地下含水层，采水井3a通过水泵3b和水塔2连通。

采水井3a通过水泵3b向水塔2内部补水，水塔2通过第一太阳能集热器4蓄热后将内部的热水排放到储热井1中，储热井1和采水井3a位于同一地下含水层，等于该地下含水层内的地下水通过第一太阳能集热器4源源不断地蓄热，热水和冷水内部循环，无需外接水源。

补水机构3还包括有补水箱3c和第一电磁阀3d，补水箱3c安装在高层建筑楼顶，水泵3b和补水箱3c连通，补水箱3c通过第一电磁阀3d和水塔2连通，第一电磁阀3d和中央控制器电连接。

由于水泵3b从采水井3a中采水，距离较远，耗能较大，为了节约能源，所以设计上水泵3b的泵水效率必然会较低，这就导致当水塔2需要补水的时候，仅靠水泵3b难以快速给水塔2补水，所以补水箱3c用于蓄水，当水塔2不需要补水的时候，水泵3b向补水箱3c中补水，当水塔2需要补水的时候，中央控制器发出信号给第一电磁阀3d，第一电磁阀3d开启将补水箱3c中的蓄水排放到水塔2中从而完成补水。

补水机构3还包括有过滤器3e，水泵3b通过过滤器3e和补水箱3c连通。

水泵3b从采水井3a中采集地下水，地下水中可能会含有一些杂质，为了避免杂质影响到补水箱3c、水塔2和第一太阳能集热器4造成堵塞，所以在地下水传输至补水箱3c之前需要先通过过滤器3e过滤。

水塔2包括有三通2a、文氏管2b和第二电磁阀2c，三通2a和文氏管2b有若干个，三通2a和文氏管2b通过第二电磁阀2c和储热井1连通；

三通2a和文氏管2b自上而下交替连接，三通2a的进水口与文氏管2b的出水口连通，三通2a的两个出水口分别与文氏管2b的进水口和第一太阳能集热器4的进水口连通，文氏管2b的喉道与第一太阳能集热器4的出水口连通。

一个三通2a、一个文氏管2b和一个第一太阳能集热器4组成一个独立单元，若干独立单元自上而下串联起来形成一个水塔，水塔的入水口和补水机构3连通，水塔的出水口通过第二电磁阀2c和储热井1连通；

当水塔2内部的水温上升到一定程度或者日落之后，中央控制器发出信号给第二电磁阀2c，第二电磁阀2c开启，三通2a和文氏管2b内的蓄水在重力的作用下向下流动到储热井1内部；

由于文氏管2b为文丘里管，在文丘里效应的作用下，文氏管2b的喉道产生负压，从而使得文氏管2b的喉道从第一太阳能集热器4的出水口中吸水，第一太阳能集热器4内部的蓄水被文氏管2b吸入到水塔2中，同时水塔2通过三通2a向第一太阳能集热器4内部补水；

由于三通2a设置在文氏管2b的上方，所以当水位下降到三通2a和文氏管2b之间时，第一太阳能集热器4无法通过三通2a补水，第一太阳能集热器4内部的蓄水全部通过文氏管2b进入到水塔2内部；

从而使得当第二电磁阀2c开启时，水塔2内部的水位下降，在文丘里效应的作用下自动将第一太阳能集热器4内部的蓄水席卷到储热井1内部，无需其他动力。

三通2a和文氏管2b的外部包裹有隔热层。

为了避免水塔2内部的水温和高层建筑产生热交换导致建筑室内夏季更热，同时也为了提高该蓄热装置的蓄热效率，所以需要隔热层隔离水塔2和高层建筑之间的热交换。

中央控制器包括有温度控制模块、温度传感器和时控开关，温度传感器和时控开关均与温度控制模块电连接，温度传感器安装在水塔2内部的底端，第二电磁阀2c与第一电磁阀3d均与时控开关电连接。

温度传感器和温度控制模块为松导WZP-187-3PBO不锈钢防水温度传感器和TC-05B智能温度控制器，时控开关为GRT8-B通电/断电延时继电器，无需研发，温度传感器将水塔2内部的温度实时发送给TC-05B智能温度控制器，在水塔2内部水温达到一定温度之后TC-05B智能温度控制器发出信号给时控开关，时控开关发送信号给第二电磁阀2c和第一电磁阀3d，第一电磁阀3d关闭同时第二电磁阀2c开启从而排空水塔2和第一太阳能集热器4内部的热水，同时时控开关开始倒计时，倒计时结束时水塔2内部的蓄水已经排空，时控开关再次发出信号给第二电磁阀2c和第一电磁阀3d，第二电磁阀2c关闭同时第一电磁阀3d开启从而通过补水箱3c向水塔2和第一太阳能集热器4内部补水。

中央控制器包括有感光控制模块和光线传感器，光线传感器与感光控制模块电连接，光线传感器安装在高层建筑楼顶，第二电磁阀2c和第一电磁阀3d均与感光控制模块电连接。

光线传感器和感光控制模块可以使用光控探头和KG-F路灯光控控制器，无需研发，光控探头将日照强度转化为电信号实时发送给KG-F路灯光控控制器，当日照达到一定强度时，KG-F路灯光控控制器发出信号给第二电磁阀2c和第一电磁阀3d，第二电磁阀2c关闭同时第一电磁阀3d开启从而通过补水箱3c向水塔2和第一太阳能集热器4内部补水，当日照强度低于一定程度时，KG-F路灯光控控制器发出信号给第二电磁阀2c和第一电磁阀3d，第一电磁阀3d关闭同时第二电磁阀2c开启从而排空水塔2和第一太阳能集热器4内部的热水并排出到储热井1中储存，从而使得该蓄热装置在夜晚和阴雨天气不会工作，避免积蓄的热量在夜晚和阴雨天气中流失。

第一太阳能集热器4为平板太阳能集热器。

相比较于全玻璃真空管热水器，平板集热器最适合用于承压系统，并且最有利于实现太阳能热水器与建筑结合，系统寿命长，维护费用低，大多数情况下可以提供更多的生活热水，平板集热器用于太阳能采暖系统时能较方便解决非采暖季节的系统过热问题，因此，在太阳能系统工程、分体式太阳能热水器和对太阳能与建筑一体化有要求的场所，平板集热器比全玻璃真空管集热器在系统寿命、系统维护等方面具有明显优势。

还包括有第二太阳能集热器5，第二太阳能集热器5设置于高层建筑楼顶，补水箱3c和第二太阳能集热器5连通。

高层建筑的楼顶也可以用于采集太阳能资源，第二太阳能集热器5为全玻璃真空管热水器，第二太阳能集热器5用于加热补水箱3c内部的蓄水，从而提高蓄热装置的蓄热效率。

本实用新型的工作原理：

水泵3b从采水井3a中吸取地下水并输送到补水箱3c中，补水箱3c向水塔2内部补水，水塔2与第一太阳能集热器4连通使得水塔2向第一太阳能集热器4补水，第一太阳能集热器4内部的水在太阳光的照射下加热，第一太阳能集热器4与水塔2内部的水发生热交换，从而使得水塔2内部的水温逐渐升高，中央控制器监控水塔2内部的温度和日照强度；

当水塔2内部的水温上升到一定温度或者日落之后，中央控制器发出信号给第二电磁阀2c和第一电磁阀3d，第一电磁阀3d关闭同时第二电磁阀2c开启，三通2a和文氏管2b内的蓄水在重力的作用下向下流动到储热井1内部；由于文氏管2b为文丘里管，在文丘里效应的作用下，文氏管2b的喉道产生负压，从而使得文氏管2b的喉道从第一太阳能集热器4的出水口中吸水，第一太阳能集热器4内部的蓄水被文氏管2b吸入到水塔2中，同时水塔2通过三通2a向第一太阳能集热器4内部补水；由于三通2a设置在文氏管2b的上方，所以当水位下降到三通2a和文氏管2b之间时，第一太阳能集热器4无法通过三通2a补水，第一太阳能集热器4内部的蓄水全部通过文氏管2b进入到水塔2内部；

待水塔2内部蓄水排空后，中央控制器发出信号给第二电磁阀2c和第一电磁阀3d，第二电磁阀2c关闭同时第一电磁阀3d开启使得补水箱3c对水塔2和第一太阳能集热器4内部补充冷水。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本实用新型做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本实用新型的精神，都应在本实用新型的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

Claims (10)

1.一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置，其特征在于，包括有储热井（1）、水塔（2）、补水机构（3）、第一太阳能集热器（4）和中央控制器；储热井（1）设置于地表下方，水塔（2）设置于高层建筑内部，补水机构（3）设置于高层建筑楼顶，若干第一太阳能集热器（4）设置于高层建筑的外立面；补水机构（3）、水塔（2）和储热井（1）通过水管顺序连通，水塔（2）和第一太阳能集热器（4）连通，水塔（2）和补水机构（3）均与中央控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置，其特征在于，补水机构（3）包括有采水井（3a）和水泵（3b），采水井（3a）和储热井（1）位于同一地下含水层，采水井（3a）通过水泵（3b）和水塔（2）连通。

3.根据权利要求2所述的一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置，其特征在于，补水机构（3）还包括有补水箱（3c）和第一电磁阀（3d），补水箱（3c）安装在高层建筑楼顶，水泵（3b）和补水箱（3c）连通，补水箱（3c）通过第一电磁阀（3d）和水塔（2）连通，第一电磁阀（3d）和中央控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置，其特征在于，补水机构（3）还包括有过滤器（3e），水泵（3b）通过过滤器（3e）和补水箱（3c）连通。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置，其特征在于，水塔（2）包括有三通（2a）、文氏管（2b）和第二电磁阀（2c），三通（2a）和文氏管（2b）有若干个，三通（2a）和文氏管（2b）通过第二电磁阀（2c）和储热井（1）连通；

三通（2a）和文氏管（2b）自上而下交替连接，三通（2a）的进水口与文氏管（2b）的出水口连通，三通（2a）的两个出水口分别与文氏管（2b）的进水口和第一太阳能集热器（4）的进水口连通，文氏管（2b）的喉道与第一太阳能集热器（4）的出水口连通。

6.根据权利要求5所述的一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置，其特征在于，三通（2a）和文氏管（2b）的外部包裹有隔热层。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置，其特征在于，中央控制器包括有温度控制模块、温度传感器和时控开关，温度传感器和时控开关均与温度控制模块电连接，温度传感器安装在水塔（2）内部的底端，第二电磁阀（2c）与第一电磁阀（3d）均与时控开关电连接。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置，其特征在于，中央控制器包括有感光控制模块和光线传感器，光线传感器与感光控制模块电连接，光线传感器安装在高层建筑楼顶，第二电磁阀（2c）和第一电磁阀（3d）均与感光控制模块电连接。

9.根据权利要求1所述的一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置，其特征在于，第一太阳能集热器（4）为平板太阳能集热器。

10.根据权利要求3所述的一种太阳能结合储热井跨季节蓄热装置，其特征在于，还包括有第二太阳能集热器（5），第二太阳能集热器（5）设置于高层建筑楼顶，补水箱（3c）和第二太阳能集热器（5）连通。

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