CN217482912U - 一种利用毛细管太阳能集热墙的跨季节低温蓄热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种利用毛细管太阳能集热墙的跨季节低温蓄热系统，主要包括毛细管太阳能集热墙、蓄热池、热泵机组、分水器、集水器；系统利用毛细管太阳能集热墙在非采暖季为建筑供应生活热水的同时将收集的多余的太阳能热蓄存至位于地下的蓄热池中，采暖季再通过热泵将地下浅埋蓄热池中的低品位余热进一步提升品位后利用，以满足建筑冬季供暖需求。其有益效果是：利用毛细管太阳能集热墙所获得的太阳能余热的品位与地下浅埋蓄热池跨季节低温蓄热的方法所要求的能源品位，两者的能源品位一致性较好，两者结合而成的新系统在提高系统蓄热效率的同时可提高毛细管太阳能集热墙的利用效益。本发明有四种运行模式：非采暖季热水直供模式、非采暖季蓄热模式、集热墙关闭模式和采暖季间接供热模式。

Description

一种利用毛细管太阳能集热墙的跨季节低温蓄热系统

技术领域

本实用新型涉及建筑一体化的毛细管太阳能集热墙在建筑用能方面应用技术领域，具体涉及一种利用毛细管太阳能集热墙的跨季节低温蓄热系统。

背景技术

随着人类社会的快速发展，人们对室内舒适度要求的水平提高，使得建筑能耗在能源总消耗中的占比越来越高。双碳背景下，如何既保证舒适度水平又降低能源消耗，需大力发展和提高建筑可再生能源的利用水平。太阳能的热利用是建筑中常见的一种太阳能利用方式，但是一般建筑夏季对热的需求较少，冬季热的需求较多，而太阳能集热效率夏季高，冬季低，因此建筑用热需求和太阳能热供应能力季节性差异较大。

近年来，太阳能与热泵相结合的季节性蓄热系统在建筑供暖和制冷方面的应用受到广泛的关注，这是因为该系统可有效弥补可再生能源供应和建筑用能需求之间的差距，对于建筑节能有着重大意义。目前，太阳能跨季节蓄热系统多数采用和地源热泵相结合的方式，即将太阳能集热器收集到的热量通过地埋管储存到地下土壤中，但该系统的蓄热能力受地质条件的影响较大。采用地下蓄热水池跨季节蓄热不受地质条件的限制，且具有热分层明显、高热容更易于热交换的特性，但地下蓄热水池有着热损失较大的问题，而过多的绝热措施又会造成蓄热水池的成本过高。因此，若将与建筑一体化程度高，经济性好，且蓄热温度不高的毛细管太阳能集热墙，与地下蓄热水池相结合进行跨季节蓄热的方式，既可有效利用太阳能集热墙的集热能力，同时低温蓄热方式可降低地下蓄热水池的热损失。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种利用毛细管太阳能集热墙的跨季节低温蓄热系统，将毛细管太阳能集热墙收集的太阳辐射热储存在地下蓄热水池中，进一步通过热泵辅助调节热源温度满足建筑不同的用热需求，系统可有效利用毛细管太阳能集热墙的集热能力，通过跨季节蓄热的方法，实现建筑用热需求和太阳能热供应能力的优化匹配以达到建筑节能的目的，同时降低了太阳能跨季节蓄热系统的投资成本。

为解决以上技术问题，本实用新型包括如下技术方案：

一种利用毛细管太阳能集热墙的跨季节低温蓄热系统，包括：毛细管太阳能集热墙(1)、蓄热池(2)、热泵机组(3)、分水器(4)、集水器(5)、蓄热介质(202)、集热换热器(204)、取热换热器(205)、蒸发器(303)、冷凝器(305)、集热墙进水管(105)、集热墙出水管(106)、集热进口管路(102)、第一分水进口管路(104)、集热出口管路(201)、取热出口管路(203)、取热进口管路(302)、第二分水进口管路(304)、第一集水出口管路(501)、第二集水出口管路(503)、第一阀门(102a)、第二阀门(104a)、集热墙出口水温感应器(106a)、集热换热器出口水温感应器(201a)、分水器水温感应器(401)，其中毛细管太阳能集热墙(1)由墙体(11)、绝热层(12)、集热层(13)、透光盖板(131)、空气夹层(132)、吸热涂层(133)、毛细管网(134)组成；集热墙出水管(106)上设置有集热墙出口水温感应器(106a)，集热进口管路(102)上设置有第一阀门(102a)，第一分水进口管路(104)上设置有第二阀门(104a)，集热出口管路(201)上设置有集热换热器出口水温感应器(201a)，分水器(4)上设置有分水器水温感应器(401)；集热墙进水管(105)、集热墙出水管(106)分别与毛细管太阳能集热墙(1)内毛细管网(134)连通，集热墙出水管(106)通过集热进口管路(102)与集热换热器(204)连通，通过第一分水进口管路(104)与分水器(4)连通，集热换热器(204)通过集热出口管路(201)与集热墙进水管(105)连通，取热换热器(205)通过取热出口管路(203)与热泵机组(3)内蒸发器(303)连通，蒸发器(303)再通过取热进口管路(302)与取热换热器(205)连通形成环路，冷凝器(305)通过第二分水进口管路(304)与分水器(4)连通，集水器(5)通过第一集水出口管路(501)与集热墙进水管(105)连通，通过第二集水出口管路(503)与冷凝器(305)连通。

基于上述技术措施，本实用新型具有如下特点及有益效果：一种利用毛细管太阳能集热墙的跨季节低温蓄热系统，毛细管太阳能集热墙是一种与建筑高度一体化的太阳能热利用方式，其施工方便、价格低廉，适用于建筑，尤其高层建筑外墙的大面积利用；与传统的易于和建筑一体化的平板太阳能集热器相比，毛细管太阳能集热墙集热温度不高，可有效避免夏季因集热温度过高增大围护结构向室内的传热量；在跨季节蓄热系统中，蓄热温度越高，系统热损失越大，对保温要求越高，所以不过高的蓄热温度有利于提高系统蓄热效率，毛细管太阳能集热墙集热温度不过高的特点适合跨季节低温蓄热，这种低温蓄热系统既可提高毛细管太阳能集热墙的全年利用程度，也可提高系统蓄热效率。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图。

图2是本实用新型的毛细管太阳能集热墙结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

如附图所示，本实用新型的一种利用毛细管太阳能集热墙的跨季节低温蓄热系统，包括：毛细管太阳能集热墙1、蓄热池2、热泵机组3、分水器4、集水器5、蓄热介质202、集热换热器204、取热换热器205、蒸发器303、冷凝器305、集热墙进水管105、集热墙出水管106、集热进口管路102、第一分水进口管路104、集热出口管路201、取热出口管路203、取热进口管路302、第二分水进口管路304、第一集水出口管路501、第二集水出口管路503、第一阀门102a、第二阀门104a、集热墙出口水温感应器106a、集热换热器出口水温感应器201a、分水器水温感应器401，其中毛细管太阳能集热墙1由墙体11、绝热层12、集热层13、透光盖板131、空气夹层132、吸热涂层133、毛细管网134组成；集热墙出水管106上设置有集热墙出口水温感应器106a，集热进口管路102上设置有第一阀门102a，第一分水进口管路 104上设置有第二阀门104a，集热出口管路201上设置有集热换热器204出口水温感应器201a，分水器4上设置有分水器水温感应器401；集热墙进水管105、集热墙出水管106分别与毛细管太阳能集热墙1内毛细管网134连通，集热墙出水管106通过集热进口管路102与集热换热器204连通，通过第一分水进口管路104与分水器4连通，集热换热器204通过集热出口管路201与集热墙进水管105连通，取热换热器205通过取热出口管路203与热泵机组3内蒸发器303连通，蒸发器303再通过取热进口管路302与取热换热器205连通形成环路，冷凝器305通过第二分水进口管路304与分水器4连通，集水器5通过第一集水出口管路501 与集热墙进水管105连通，通过第二集水出口管路503与冷凝器305连通。

本实用新型的工作原理：

如附图所示，本实用新型的一种利用毛细管太阳能集热墙的跨季节低温蓄热系统具有如下四种运行方式：

运行方式一：非采暖季热水直供模式。在非采暖季节，太阳辐射较强，当分水器水温感应器401实测值低于分水器4水温设定值时，系统第二阀门104a开启，第一阀门102a关闭，毛细管太阳能集热墙1吸收太阳能辐射热后毛细管网134内水温升高，温差的驱动下，集水器5内冷水通过第一集水出口管路501和集热墙进水管105流入毛细管太阳能集热墙1，墙内热水则通过集热墙出水管106和第一分水进口管路104流入分水器4，实现毛细管太阳能集热墙1直接供热。

运行方式二：非采暖季蓄热模式。在非采暖季节，太阳辐射较强，而此时建筑热负荷较小，系统在满足建筑用热需求的同时可切换成蓄热模式，当分水器水温感应器401实测值高于分水器4水温设定值，第二阀门104a关闭，第一阀门102a开启，毛细管太阳能集热墙1内热水通过集热墙出水管106和集热进口管路102流入集热换热器204，与蓄热池2内的蓄热介质202换热后水温降低，低温的冷水再通过集热出口管路201和集热墙进水管105回到毛细管太阳能集热墙1中，实现毛细管太阳能集热墙1向蓄热池2蓄热的蓄热循环。

运行方式三：集热墙关闭模式。在任意季节，无太阳辐射时，为防止系统内热量流失，当集热墙出口水温感应器106a实测值低于集热换热器出口水温感应器201a实测值时，第二阀门104a和第一阀门102a均关闭，实现毛细管太阳能集热墙1停止运行。

运行方式四：采暖季间接供热模式。在采暖季节，太阳辐射较弱，当分水器水温感应器 401实测值低于分水器4水温设定值时，开启热泵机组3，通过取热出口管路203、取热进口管路302和取热换热器205构成的循环管路将非采暖季节蓄存在蓄热池2中的热能传递到蒸发器303，经过热泵机组3提升其热能品位后由连接在冷凝器305上的第二分水进口管路304 流入分水器4，实现间接供热。

此外，本实用新型系统集热换热器204和取热换热器205都采用沉浸式换热器，其中集热换热器204布置在蓄热池2顶部，取热换热器205布置在蓄热池2底部，利用了蓄热池2内蓄热介质202热分层的原理；蓄热池2中的蓄热介质202采用水，也可根据实际应用情况采用其他液体介质。

Claims (2)

1.一种利用毛细管太阳能集热墙的跨季节低温蓄热系统，其特征在于：系统包括毛细管太阳能集热墙(1)、蓄热池(2)、热泵机组(3)、分水器(4)、集水器(5)、蓄热介质(202)、集热换热器(204)、取热换热器(205)、蒸发器(303)、冷凝器(305)、集热墙进水管(105)、集热墙出水管(106)、集热进口管路(102)、第一分水进口管路(104)、集热出口管路(201)、取热出口管路(203)、取热进口管路(302)、第二分水进口管路(304)、第一集水出口管路(501)、第二集水出口管路(503)、第一阀门(102a)、第二阀门(104a)、集热墙出口水温感应器(106a)、集热换热器出口水温感应器(201a)、分水器水温感应器(401)，其中毛细管太阳能集热墙(1)由墙体(11)、绝热层(12)、集热层(13)、透光盖板(131)、空气夹层(132)、吸热涂层(133)、毛细管网(134)组成；集热墙出水管(106)上设置有集热墙出口水温感应器(106a)，集热进口管路(102)上设置有第一阀门(102a)，第一分水进口管路(104)上设置有第二阀门(104a)，集热出口管路(201)上设置有集热换热器出口水温感应器(201a)，分水器(4)上设置有分水器水温感应器(401)；集热墙进水管(105)、集热墙出水管(106)分别与毛细管太阳能集热墙(1)内毛细管网(134)连通，集热墙出水管(106)通过集热进口管路(102)与集热换热器(204)连通，通过第一分水进口管路(104)与分水器(4)连通，集热换热器(204)通过集热出口管路(201)与集热墙进水管(105)连通，取热换热器(205)通过取热出口管路(203)与热泵机组(3)内蒸发器(303)连通，蒸发器(303)再通过取热进口管路(302)与取热换热器(205)连通形成环路，冷凝器(305)通过第二分水进口管路(304)与分水器(4)连通，集水器(5)通过第一集水出口管路(501)与集热墙进水管(105)连通，通过第二集水出口管路(503)与冷凝器(305)连通。

2.根据权利要求1所述的利用毛细管太阳能集热墙的跨季节低温蓄热系统，其特征在于：所述集热换热器(204)和取热换热器(205)均为沉浸式换热器。

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