CN216924504U - 一种太阳能热站供暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种太阳能热站供暖系统，包括若干保温联箱、若干根真空集热管、换热组件、余热回收机组、用户端供暖回水管、用户端供暖出水管、膨胀补水箱、补水管路、高温直供管路和低温回收管路，真空集热管上端插入到保温联箱内，换热组件包括第一波纹管和第二波纹管，保温联箱两端均具有水平设置的安装接口，第一波纹管和第二波纹管设于保温联箱内且两端均伸出安装接口，高温直供管路包括高温直供回水管和高温直供出水管，高温直供回水管与第一波纹管的进水端连通，高温直供出水管与第一波纹管的出水端连通，利用双通道换热导流波纹管，充分吸收利用光照产生的热量，提高了太阳能系统的利用率，减少了运行费用和能耗。

Description

一种太阳能热站供暖系统

技术领域

本实用新型属于太阳能系统技术领域，涉及一种太阳能热站供暖系统。

背景技术

太阳能热站供暖系统是一种利用太阳能集热器收集太阳辐射并转化为热能供暖的技术，以液体作为传热介质，以水作为储热介质，热量经由散热部件送至室内进行供暖。太阳能热站供暖系统包括补水箱、真空集热管、换热管组件和保温联箱，真空集热管收集热量并传导到保温联箱内的储热介质上，换热管穿过保温联箱内且换热管内的水将储热介质的热量吸走，水得到加热后供人们取暖使用。

上述太阳能热站供暖系统内的高温热水供给用户取暖后，当光照不足或气温降低时，供热水的管道内水温会逐步下降，低至48℃～35℃后因水温低而停止供热。此后，整个太阳能热站供暖系统内的低温热水的热量将因未得到有效利用而白白浪费，整个太阳能热水供暖系统的热损失比较大。

同时在阴雨天气时，太阳能系统中产生的低温热量也一直没有得到重视并加以有效利用。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种太阳能热站供暖系统，采用新设计理念，利用双通道换热导流波纹管，充分吸收利用光照产生的热量(即使阴天也能工作)，得以较大幅度地提高了太阳能系统的利用率，减少了运行费用和能耗。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种太阳能热站供暖系统，包括若干保温联箱、若干根真空集热管、换热组件、余热回收机组、用户端供暖回水管、用户端供暖出水管，其特征在于，本系统还包括膨胀补水箱、补水管路、高温直供管路和低温回收管路，真空集热管上端插入到保温联箱内，换热组件包括两根水平分开安装的大口径的第一波纹管和第二波纹管，保温联箱两端均具有水平设置的安装接口，第一波纹管和第二波纹管设于保温联箱内且两端均伸出安装接口，高温直供管路包括高温直供回水管和高温直供出水管，高温直供回水管与第一波纹管的进水端连通，高温直供出水管与第一波纹管的出水端连通，低温回收管路包括均与余热回收机组相连的低温回收回水管、低温回收出水管、热交换回水管和热交换出水管，低温回收回水管与第二波纹管的进水端连通，低温回收出水管与第二波纹管的出水端连通，高温直供回水管和热交换回水管均连接在用户端供暖回水管上，高温直供出水管和热交换出水管均连接在用户端供暖出水管上，补水管路包括均与膨胀补水箱相连的补水回水管和补水出水管，补水回水管和补水出水管的一端与保温联箱的安装接口相连通。

进一步的，用户端供暖出水管上设有循环泵一，低温回收出水管上设有循环泵二。

第一波纹管和第二波纹管采用304不锈钢材料制成，采用该材料,可使波纹管具有较好的耐腐蚀性,使用寿命长，波纹管两端均穿出保温水箱且波纹管与保温联箱之间采用硅胶保温套保持密封。采用该结构,保温联箱出现破裂时，不会对波纹管的正常工作产生干涉,可确保波纹管中的水压始终正常,承压效果好、维修方便。

高温直供管路利用用户端供暖出水管上的循环泵一产生的流动力直接循环运行；低温回收管路将第二波纹管接至余热回收机组，通过循环泵二，将太阳能系统中的低温热能提取出来，然后通过换热交换给的热交换出水管，通过循环泵一为用户端供热。

进一步的，第一波纹管、第二波纹管的口径为DN40～50，保温联箱的安装接口的口径为DN80～100。平行布置且分隔开的两路波纹管，有别于其他的单个小直径波纹管(DN15～20)，采用双路DN40～50大规格的波纹管，换热面积和流量更大，换热效果更高。平行布置且分隔开的两根波纹管，既可以串联成一路管道以提高系统中水温提升速度，又可以实行并联以加大系统流量，按照需要灵活方便地进行组合。

进一步的，平行布置且分隔开的第一波纹管、第二波纹管均位于真空集热管散热端的上部。因采用全新的固定安装形式，其位置始终处于保温联箱中上段区域且位于真空集热管的出水口上部，此处为整个保温联箱内水(介质)的高温区域，获取热量的速度更快。因波纹管非焊接安装，其余保温联箱内壁无接触，故无接触性散热的可能。这种设计相较传统的将波纹管自然置于保温联箱底部的低温区域，有了明显的区别和进步，热交换速度更快、减少了接触性散热，更科学合理。

进一步的，保温联箱内焊接固定有挂钩，第一波纹管和第二波纹管均架设在挂钩上。挂钩用于支撑波纹管，防止波纹管下凹而导致保温联箱内的水将波纹管上的热量吸回，实现防倒吸功能，因为靠近真空集热管散热端上方的水流是最容易吸收热量的，所以用挂钩支撑波纹管可以使波纹管保持在真空集热管的散热端上方。

进一步的，所述保温联箱具有隔热层，所述隔热层由内到外依次为反热辐射膜、隔热夹套、反热辐射膜、发泡层、反热辐射膜。在内胆外采用反热辐射膜进行包裹，向外再用二氧化碳内填充的气胀式隔热夹套作为二次隔热，向外再用反热辐射膜包裹住隔热夹套作为三次隔热，向外再用高密度高压发泡层作为内胆的四次隔热，向外再将反热辐射膜包裹发泡层。

进一步的，所高温直供回水管上套设有陶瓷加热圈。冬季温度低，为了防止循环管路内的水冻住，可以通过陶瓷加热圈辅助加热，防冻效果好。

进一步的，保温联箱具有多个且呈矩阵排列，相邻的保温联箱通过安装接口串联在一起。

进一步的，保温联箱的位置高度沿纵向方向逐渐升高，膨胀补水箱的下端高于最高位置的保温联箱。膨胀补水箱给保温联箱补水时不需要动力，利用地势高度，位置高的膨胀补水箱内的水自动流向位置低的保温联箱内。

进一步的，膨胀补水箱上连接有自动排气阀、自动补水管和液位计。保温联箱内的气泡可以沿着补水回水管、补水出水管流向膨胀补水箱内，通过自动排气阀排出，使得保温联箱的水压保持恒定。

进一步的，所述高温直供回水管、高温直供出水管和热交换出水管上均设有阀门。

与现有技术相比，本太阳能热站供暖系统具有以下优点：

1、夏季高温防晒保护

非采暖季，太阳能系统常处于高温状态，为解决集热器在非采暖季温度过高问题，特设有过热保护系统，通过膨胀补水箱来自动调节集热器内的水量，解决真空集热管因高温胀管问题。

2、冬季防冻

冬季温度低，为了防止循环管路内的水冻住，可以通过陶瓷加热圈辅助加热，加热后的水在供暖管路内循环流动，防冻效果好。

3、高温直供

白天，晴好天气，当太阳能集热器内的水温高于38℃时，高温直供管路通过循环泵一直接将第一波纹管及其管路中的热量送往用户端，供暖后高温直供回水管可直接流进太阳能集热系统进行再次换热。

4、低温回收

夜间，当太阳能水温低于38℃时，高温直供上的阀门关闭，余热回收机组开始工作，将太阳能集热器内的余热回收，利用该机组能效高(COP大于等于4.0)的特点，将太阳能集热器的低温水，通过余热回收机组将水温升到45～55℃以上，通过热交换出水管将热量送到用户端，实现持续供热。

5、环境效益显著

余热回收热泵使用的电能本身就是一种清洁能源，所以设备本身不存在污染。余热回收机组采用电能驱动，与空气源热泵相比可减少15％能耗，与电供暖相比，可减少70％以上。余热回收机组的运行没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量，因此没有任何污染，并且可以建造在居民区内。

6、经济效益显著

余热回收机组不仅可以降低运行成本，而且因为使用的低温热水比环境温度高很多，可以显著提高回收机组的运行性能，降低太阳能热站供暖系统的热损失。同时余热回收机组在用电高峰时使用很少，大多在用电低谷时工作，且谷点时热回收机组工作电流、电压稳定，系统可得到充分有效利用，运行成本大大降低。

7、易安装、拆解和清洗

安装时直接将波纹管插入到保温联箱内，清洗时可以直接抽出保温联箱，方便对波纹管进行除垢或替换。

附图说明

图1是本太阳能热站供暖系统的结构示意图。

图2是保温联箱的内部结构示意图。

图中，1、保温联箱；2、真空集热管；3、第一波纹管；4、第二波纹管；5、余热回收机组；6、用户端供暖回水管；7、用户端供暖出水管；8、膨胀补水箱；9、安装接口；10、高温直供回水管；11、高温直供出水管；12、低温回收回水管；13、低温回收出水管；14、热交换回水管；15、热交换出水管；16、补水回水管；17、补水出水管；18、循环泵一；19、循环泵二；20、挂钩；21、陶瓷加热圈；22、自动排气阀；23、自动补水管；24、液位计；25、阀门。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1、图2所示，本太阳能热站供暖系统包括若干保温联箱1、若干根真空集热管2、换热组件、余热回收机组5、用户端供暖回水管6、用户端供暖出水管7，还包括膨胀补水箱8、补水管路、高温直供管路和低温回收管路，真空集热管2上端插入到保温联箱1内，换热组件包括两根水平分开安装的大口径的第一波纹管3和第二波纹管4，保温联箱1两端均具有水平设置的安装接口9，第一波纹管3和第二波纹管4设于保温联箱1内且两端均伸出安装接口9。

保温联箱1、若干根真空集热管2、换热组件共同组成太阳能集热器模组。高温直供管路包括高温直供回水管10和高温直供出水管11，高温直供回水管10与第一波纹管3的进水端连通，高温直供出水管11与第一波纹管3的出水端连通。

低温回收管路包括均与余热回收机组5相连的低温回收回水管12、低温回收出水管13、热交换回水管14和热交换出水管15，低温回收回水管12与第二波纹管4的进水端连通，低温回收出水管13与第二波纹管4的出水端连通，高温直供回水管10和热交换回水管14均连接在用户端供暖回水管6上，高温直供出水管11和热交换出水管15均连接在用户端供暖出水管7上。

补水管路包括均与膨胀补水箱8相连的补水回水管16和补水出水管17，补水回水管16和补水出水管17的一端与保温联箱1的安装接口9相连通。

用户端供暖出水管7上设有循环泵一18，低温回收出水管13上设有循环泵二19。

第一波纹管3和第二波纹管4采用304不锈钢材料制成，采用该材料,可使波纹管具有较好的耐腐蚀性,使用寿命长，波纹管两端均穿出保温水箱且波纹管与保温联箱1之间采用硅胶保温套保持密封。采用该结构,保温联箱1出现破裂时，不会对波纹管的正常工作产生干涉,可确保波纹管中的水压始终正常,承压效果好、维修方便。

高温直供管路利用用户端供暖出水管7上的循环泵一18产生的流动力直接循环运行；低温回收管路将第二波纹管4接至余热回收机组5，通过循环泵二19，将太阳能系统中的低温热能提取出来，然后通过换热交换给的热交换出水管15，通过循环泵一18为用户端供热。

第一波纹管3、第二波纹管4的口径为DN40～50，保温联箱1的安装接口9的口径为DN80～100。平行布置且分隔开的两路波纹管，有别于其他的单个小直径波纹管(DN15～20)，采用双路DN40～50大规格的波纹管，换热面积和流量更大，换热效果更高。平行布置且分隔开的两根波纹管，既可以串联成一路管道以提高系统中水温提升速度，又可以实行并联以加大系统流量，按照需要灵活方便地进行组合。

平行布置且分隔开的第一波纹管3、第二波纹管4均位于真空集热管2散热端的上部。因采用全新的固定安装形式，其位置始终处于保温联箱1中上段区域且位于真空集热管2的出水口上部，此处为整个保温联箱1内水(介质)的高温区域，获取热量的速度更快。因波纹管非焊接安装，其余保温联箱1内壁无接触，故无接触性散热的可能。这种设计相较传统的将波纹管自然置于保温联箱1底部的低温区域，有了明显的区别和进步，热交换速度更快、减少了接触性散热，更科学合理。

保温联箱1内焊接固定有挂钩20，第一波纹管3和第二波纹管4均架设在挂钩20上。挂钩20用于支撑波纹管，防止波纹管下凹而导致保温联箱1内的水将波纹管上的热量吸回，实现防倒吸功能，因为靠近真空集热管2散热端上方的水流是最容易吸收热量的，所以用挂钩20支撑波纹管可以使波纹管保持在真空集热管2的散热端上方。

所述保温联箱1具有隔热层，所述隔热层由内到外依次为反热辐射膜、隔热夹套、反热辐射膜、发泡层、反热辐射膜。在内胆外采用反热辐射膜进行包裹，向外再用二氧化碳内填充的气胀式隔热夹套作为二次隔热，向外再用反热辐射膜包裹住隔热夹套作为三次隔热，向外再用高密度高压发泡层作为内胆的四次隔热，向外再将反热辐射膜包裹发泡层。

所高温直供回水管10上套设有陶瓷加热圈21。冬季温度低，为了防止循环管路内的水冻住，可以通过陶瓷加热圈21辅助加热，防冻效果好。

保温联箱1具有多个且呈矩阵排列，相邻的保温联箱1通过安装接口9串联在一起。

保温联箱1的位置高度沿纵向方向逐渐升高，膨胀补水箱8的下端高于最高位置的保温联箱1。膨胀补水箱8给保温联箱1补水时不需要动力，利用地势高度，位置高的膨胀补水箱8内的水自动流向位置低的保温联箱1内。

膨胀补水箱8上连接有自动排气阀22、自动补水管23和液位计24。保温联箱1内的气泡可以沿着补水回水管16、补水出水管17流向膨胀补水箱8内，通过自动排气阀22排出，使得保温联箱1的水压保持恒定。当液位计24检测到膨胀补水箱8内的水位低于预设值时，启动自动补水管23向膨胀补水箱8内补充自来水，使保温联箱1内的水保持恒压。

所述高温直供回水管10、高温直供出水管11和热交换出水管15上均设有阀门25。

晴好天气时，采用高温直供管路进行供暖，启动循环泵一18，打开高温直供回水管10和高温直供出水管11上的阀门25，关闭循环泵二19和热交换出水管15上的阀门25。真空集热管2吸收太阳能，将热量传递到保温联箱1内的水中，第一波纹管3内高于38℃的热水经由高温直供出水管11、用户端供暖出水管7送出，最终进入到用户端供暖，供暖后的冷回水则由用户端供暖回水管6、高温直供回水管10流回到第一波纹管3内重新集热。产生高温热水后不需要经过大型储热水箱储存，而是通过高温直供管路直接给用户端供暖使用，减少设备投入及热损耗。

阴雨天气时，只要有光照，太阳能集热器中仍然会产生大量的低温热水。此时采用低温回收管路进行供暖，启动循环泵一18和循环泵二19，关闭高温直供回水管10和高温直供出水管11上的阀门25，打开热交换出水管15上的阀门25。真空集热管2吸收太阳能，将热量传递到保温联箱1内的水中，第二波纹管4在吸收热量后可得到10℃～38℃的低温水，低温水经由低温回收出水管13送入余热回收机组5，散热后的低温水从低温回收回水管12重新进入第二波纹管4进行集热。通过余热回收机组5将低温水的水温升到45℃～55℃以上，可维持供热，升温后的热水经由热交换出水管15、用户端供暖出水管7送出，最终进入到用户端供暖，供暖后的冷回水则由用户端供暖回水管6、热交换回水管14进入余热回收机组5重新加热。利用余热回收机组5能效高(COP大于等于4.0)的特点，将太阳能集热器的低温水，通过余热回收机组5仍然可以启动工作，给用户提供高温热水。

以550个太阳能集热器模组为例，该太阳能热站供暖系统中每个保温联箱1容水量为200L,整个供暖系统的水容量即为110吨左右。供暖系统中15℃～35℃范围内可回收的热量为2200000大卡，即2558kwh，使用2台100P余热回收机组5，余热回收机组5消耗的能量为595kwh，每天节约能量1963kwh，如果电费按0.5元计算，每年可节约电费36.82万元。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种太阳能热站供暖系统，包括若干保温联箱、若干根真空集热管、换热组件、余热回收机组、用户端供暖回水管、用户端供暖出水管，其特征在于，本系统还包括膨胀补水箱、补水管路、高温直供管路和低温回收管路，真空集热管上端插入到保温联箱内，换热组件包括两根水平分开安装的大口径的第一波纹管和第二波纹管，保温联箱两端均具有水平设置的安装接口，第一波纹管和第二波纹管设于保温联箱内且两端均伸出安装接口，高温直供管路包括高温直供回水管和高温直供出水管，高温直供回水管与第一波纹管的进水端连通，高温直供出水管与第一波纹管的出水端连通，低温回收管路包括均与余热回收机组相连的低温回收回水管、低温回收出水管、热交换回水管和热交换出水管，低温回收回水管与第二波纹管的进水端连通，低温回收出水管与第二波纹管的出水端连通，高温直供回水管和热交换回水管均连接在用户端供暖回水管上，高温直供出水管和热交换出水管均连接在用户端供暖出水管上，补水管路包括均与膨胀补水箱相连的补水回水管和补水出水管，补水回水管和补水出水管的一端与保温联箱的安装接口相连通。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能热站供暖系统，其特征在于，用户端供暖出水管上设有循环泵一，低温回收出水管上设有循环泵二。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能热站供暖系统，其特征在于，第一波纹管、第二波纹管的口径为DN40～50，保温联箱的安装接口的口径为DN80～100。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能热站供暖系统，其特征在于，平行布置且分隔开的第一波纹管、第二波纹管均位于真空集热管散热端的上部。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能热站供暖系统，其特征在于，保温联箱内焊接固定有挂钩，第一波纹管和第二波纹管均架设在挂钩上。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能热站供暖系统，其特征在于，所高温直供回水管上套设有陶瓷加热圈。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能热站供暖系统，其特征在于，保温联箱具有多个且呈矩阵排列，相邻的保温联箱通过安装接口串联在一起。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能热站供暖系统，其特征在于，保温联箱的位置高度沿纵向方向逐渐升高，膨胀补水箱的下端高于最高位置的保温联箱。

9.根据权利要求1所述的一种太阳能热站供暖系统，其特征在于，膨胀补水箱上连接有自动排气阀、自动补水管和液位计。

10.根据权利要求1所述的一种太阳能热站供暖系统，其特征在于，所述高温直供回水管、高温直供出水管和热交换出水管上均设有阀门。

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