CN218895450U - 一种村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及太阳能供暖领域，具体涉及一种村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置及系统。所述的地面蓄热装置自上而下依次包括地面层、水泥砂浆找平层、蓄热层、保温层以及地面夯实基层，其中，在所述蓄热层内设置有地埋热空气换热器，所述埋热空气换热器的内部设置旁通管路，与蓄热构件并行连接。优化了气流分布，解决了箱式并联结构带来的气流短路的问题，整个蓄热期间，热空气均匀进入到蓄热体内，保证了蓄热体温度分布的均匀性；同时本蓄热系统创新采用带竖向翅片的换热管道，强化了蓄热体内的换热能力。

Description

一种村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置及系统

技术领域

本申请涉及太阳能供暖领域，具体涉及一种村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置及系统。

背景技术

村镇建筑冬季采暖在村镇建筑生活用能中占据了较大比例，我国广大村镇地区存在丰富多样的可再生能源资源。我国2/3地区太阳能资源高于Ⅱ类，需要采暖的寒冷和严寒区域和太阳能资源丰富和较丰富的Ⅰ区和Ⅱ区基本重合，只有东北等部分采暖区域太阳能资源属于一般的Ⅲ区，而经济欠发达的我国西部地区的太阳能资源非常丰富，在广大采暖村镇地区利用太阳能作为采暖用能的替代能源具有得天独厚的优越条件。

以空气作为热媒的太阳能采暖系统相比之下有更多突出的优势：(1)不存在冬季冻结问题；(2)空气不会腐蚀集热器和管路；(3)少量泄漏，对系统的运行和效率不会产生较大的影响；(4)空气集热反应速度快，受日照后出热空气时间短；(5)空气集热器直接加热空气用于采暖，无需二次换热，提高了采暖效率；(6)系统的安全性能高。太阳能空气供暖技术与热水供暖系统相比，更加简单、可靠，在以村镇建筑为代表的小密度低层建筑中具有较好的应用前景。为解决直接热风供暖的舒适性问题和白天高峰时段空气过热问题，装置采用建筑地面作为蓄热体，采用旁通的技术方法，在太阳能得热量过大，空气供暖系统温度过高时，通过蓄热体蓄存热量，降低风温；同时把白天的太阳能蓄积起来用于夜晚的供热，有效降低夜晚的不可再生能源(如煤、电等)的耗能量，实现太阳能在利用时间上的转移。散热量主要通过强制对流方式进入室内。

目前对太阳能空气集热蓄热的研究主要集中在基于特朗勃墙原理的外墙蓄热，多采用相变材料，这种技术一般需要在建筑新建时介入，后期施工成本比较大，在农村应用比较困难。例如申请号为CN 104674979 B的专利，描述了一种相变蓄热轻质墙体太阳能空气供暖体系，采用的蓄热构件为相变蓄热轻质墙体，中间层为钢板制成的墙体空气通道，外表面层为轻质墙体材料，这种构造成本巨大，很难形成产业化。

对于地面蓄热体系，经查询目前的专利较少，很多是集成在系统里面，以系统为申报对象。同时，对于地面蓄热系统换热部件设置，蓄热材料的选用，保温的做法，以及蓄热取热模式等，都很少见有专利申明。因此，如果能实现一种符合现有技术水平与中小村镇居民经济水平的太阳能空气蓄热系统，将有利用推动新能源采暖在我国农村的应用，促进我国村镇单体建筑的节能减排。

实用新型内容

本申请的主要目的是解决北方村镇单体住宅太阳能空气采暖过热和降低夜间采暖能源消耗的问题，提供了一种村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置。

本申请的再一目的是提供一种村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热系统。

根据本申请的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置，所述的地面蓄热装置自上而下依次包括地面层、水泥砂浆找平层、蓄热层、保温层以及地面夯实基层，其中，在所述蓄热层内设置有热空气换热器，所述热空气换热器的内部设置旁通管路，与蓄热构件内部管路并行连接，以实现蓄热结构使用与否的切换。

根据本申请的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置，其中，所述热空气换热器为带翅片的金属风管道换热器。

根据本申请的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置，其中，所述热空气换热器的管道采用并联分支布置，降低换热装置内的气流分布不均匀性。

根据本申请的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置，其中，所述保温层采用EPS保温板，厚度大于150mm，或者采用具有相同保温性能的其他材料。

根据本申请的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置，其中，所述蓄热层与保温层紧密接触，在所述保温层上夯实100mm素土，上面铺设带翅片的金属风管，其上所述再铺设夯实素土200mm；素土夯实，上部直接做混凝土找平层，其上铺设面砖。

根据本申请的太阳能地面蓄热系统包括太阳能空气集热器、管道式风机、末端热空气供暖设备和村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置，其中，所述太阳能空气集热器的出风口连接第一阀门，所述风机的吸入端接三通，通过第一阀门、第二阀门、第三阀门的开闭实现从所述太阳能空气集热器的出口取热空气和直接从室内取空气；

所述村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置的旁通管路通过第四阀门、第五阀门的开闭实现热空气经过地面蓄热装置或者直接对热风机供热。

根据本申请的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热系统，其中，所述的末端热空气供暖设备为带有电加热装置的箱体，风口为窄边形送风百叶。

本发明具有以下优点及突出性效果：

(1)本申请的蓄热装置的换热器：采用地下热风管道式换热器，管道式换热器采用薄壁镀锌钢管，外部水平方向焊接2个肋片，垂直方向焊接1个肋片，强化土壤侧的传热，实现更好的水平方向的传热；换热器内部为空气流道，外部与蓄热素土紧密结合，主要依靠导热的传热方式；换热器管道采用并联形式，减少了换热系统的阻力，降低了风机的功耗，同时并联管路减少了空气的流经路程，保证了地面蓄热层的温度均匀性；地下换热器设置旁通管路，通过阀门切换可以实现在不需要蓄热时空气不流经地下蓄热结构，提高系统直接供热的能力。

(2)本申请的蓄热装置的地面层采用普通的住宅地面材料，有一定的热惰性，可以将白天蓄积的热量在晚上通过对流和辐射的作用散发出来，改善室内夜晚热环境。

(3)本申请的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热系统的室内供热设备采用带电加热的热风供热箱，在遇到极端气象条件时，可以采用电加热为室内供热，并在太阳能供热能力不足时，作为辅助热源为室内供热，提高室内的供热可靠性。

(4)本申请的蓄热装置作为太阳能地面蓄热系统的辅助蓄热能源，在煤改电地区可以在夜间低谷电时段开启蓄热辅助热源；蓄热装置与太阳能直供为并联结构，采用两套独立的风机控制系统，可以单独运行，也可以协同运行。系统优先采用太阳能直供系统，室内温度不能保证时，开启蓄热系统，当直供系统不具备供热能力时，仅采用蓄热系统供热。

(5)本申请的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热系统的回收年限大约5年左右。与此同时，耗煤量的减少带动着环境的改善。通过调研得到，围护结构良好的农宅每年大概可以消耗1.5吨标煤用于供暖，如果在此基础上减少20％的耗煤量，就意味着每个供热季每一农户减少CO₂排放量1.2吨左右。因此，在今天节能减排的趋势下，该系统必将具有良好的应用前景。

(6)本申请的太阳能地面蓄热系统主要服务于北方农村或者小城镇中的单体住宅，整个太阳能蓄热系统的各部件均采用目前常用的建筑材料，蓄热部件换热器制作工艺以及太阳能蓄热系统施工工艺简单，因此其造价低廉，每平米建筑面积的造价仅在200元左右。除此之外，农户可以根据家庭经济水平选择相应的蓄热体积等相关费用，较为自由地控制初投资。对北京地区围护结构热特性良好的农宅来说，一般20m²的建筑面积，初投资4000元左右就可以完成一套该系统，并且该系统在一个供暖季可以解决20％左右的供热负荷。

附图说明

图1为本申请的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置的示意图。

图2本申请的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置的地埋热空气换热器的结构示意图；

图3为本申请的太阳能地面蓄热系统的结构示意图。

附图标记：1：地面层；2：水泥砂浆找平层；3：蓄热层；4-保温层；5：夯实地基；6：热空气换热器；7：旁通管路；8：第一阀门；9：第二阀门；10：第三阀门；11:第四阀门；12:第五阀门；13：管道式风机；14：热空气供暖设备；15：室内回风口；16：空气集热器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的工作原理、具体结构作进一步的说明。

如图1所示，本申请的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置，从上向下依次包括地面层1、水泥砂浆找平层2，蓄热层3，保温层4，地面夯实基层5。在所述蓄热层3内设置有热空气换热器6，所述热空气换热器6为带翅片的金属风管道换热器，换热器的管道采用并联分支布置，降低换热装置内的气流分布不均匀性。换热器内部设置旁通管路7，与蓄热构件并行连接，通过设置在室内的切换阀门实现太阳能直接供热和经过蓄热后再供热的工况切换。

如图2所示，所述热空气换热器6采用薄壁镀锌钢管，外部水平方向焊接2个肋片，垂直方向焊接1个肋片，强化土壤侧的传热，实现更好的水平方向的传热。

如图3所示，根据本申请的太阳能地面蓄热系统包括空气集热器16、管道式风机13、热空气供暖设备14、和村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置，其中，所述空气集热器16的出风口连接第一阀门8，所述管道式风机13的吸入端接三通，通过第一阀门8、第二阀门9、第三阀门10的开闭实现从所述太阳能空气集热器16的出口取热空气和直接从室内取空气；所述村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置的旁通管路通过第四阀门11、第五阀门12的开闭实现热空气经过地面蓄热结构或者直接对热风机供热，其中第一阀门8设置于所述集热器16的热空气出口端，第二阀门9设置于所述集热器16的冷空气进口端，第三阀门10设置于所述集热器16的旁通管路上，第四阀门11设置于房间地面蓄热体的旁通管路上，第五阀门12设置于房间蓄热体的空气进口管路上；所述的末端热空气供暖设备14为带有电加热装置的箱体，风口为窄边形送风百叶。在系统运行在非蓄热供热模式下时，热空气通过地面蓄热装置的换热器内部设置的旁通管路直接供给室内热风机。

所述太阳能地面蓄热系统的运行原理为：放置在单体建筑南向屋面的空气集热器白天吸收太阳能辐射热量，空气在集热器处被加热后通过风机产生的机械动力输送到地面蓄热装置，通过对流换热等形式将热量蓄存在地面层中；在夜晚将白天储存的热量通过辐射和对流的形式传递到室内，解决一部分夜间负荷，减少传统供暖能源(如煤、电等)提供的热量。

本申请的太阳能地面蓄热系统可以实现3种典型模式运行：(1)太阳能资源非常丰富时，太阳能空气集热器的出口温度高于35℃时，打开第一阀门8、第二阀门9、第五阀门12，关闭阀门第三阀门10、第四阀门11，室内的回风经过太阳能集热器升温，流经地下蓄热装置，通过流量调节，实现热风供暖设备的出口温度为30℃，此时太阳能能集热器提供的热不仅可以保证室内供热，而且还可以将富裕热量存储到地下；(2)太阳能资源一般丰富时，太阳能空气集热器的出口温度为25～35℃时，太阳能直供模式，打开阀门第一阀门8、第二阀门9、第四阀门11，关闭第三阀门10、第五阀门12，此时太阳能的热直接给室内供热，不经过蓄热结构；(3)蓄热结构取热状态，打开阀门第三阀门10、第五阀门12，关闭阀门第一阀门8、第二阀门9、第四阀门11，室内回风经过蓄热结构升温后，向室内供热。

本申请的蓄热装置及系统具有以下优点：

(1)本申请的蓄热装置的换热器：采用地下热风管道式换热器，管道式换热器采用薄壁镀锌钢管，外部水平方向焊接2个肋片，垂直方向焊接1个肋片，强化土壤侧的传热，实现更好的水平方向的传热；换热器内部为空气流道，外部与蓄热素土紧密结合，主要依靠导热的传热方式；换热器管道采用并联形式，减少了换热系统的阻力，降低了风机的功耗，同时并联管路减少了空气的流经路程，保证了地面蓄热层的温度均匀性；地下换热器设置旁通管路，通过阀门切换可以实现在不需要蓄热时空气不流经地下蓄热结构，提高系统直接供热的能力。

(2)本申请的蓄热装置的地面层采用普通的住宅地面材料，有一定的热惰性，可以将白天蓄积的热量在晚上通过对流和辐射的作用散发出来，改善室内夜晚热环境。

(3)本申请的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热系统的室内供热设备采用带电加热的热风供热箱，在遇到极端气象条件时，可以采用电加热为室内供热，并在太阳能供热能力不足时，作为辅助热源为室内供热，提高室内的供热可靠性。

(4)本申请的蓄热装置作为太阳能地面蓄热系统的辅助蓄热能源，在煤改电地区可以在夜间低谷电时段开启蓄热辅助热源；蓄热系统与太阳能直供为并联结构，采用两套独立的风机控制系统，可以单独运行，也可以协同运行。系统优先采用太阳能直供系统，室内温度不能保证时，开启蓄热系统，当直供系统不具备供热能力时，仅采用蓄热系统供热。

(5)本申请的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热系统的回收年限大约5年左右。与此同时，耗煤量的减少带动着环境的改善。通过调研得到，围护结构良好的农宅每年大概可以消耗1.5吨标煤用于供暖，如果在此基础上减少20％的耗煤量，就意味着每个供热季每一农户减少CO₂排放量1.2吨左右。因此，在今天节能减排的趋势下，该系统必将具有良好的应用前景。

(6)本申请的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热系统主要服务于北方农村或者小城镇中的单体住宅，整个太阳能蓄热系统的各部件均采用目前常用的建筑材料，蓄热部件换热器制作工艺以及太阳能蓄热系统施工工艺简单，因此其造价低廉，每平米建筑面积的造价仅在200元左右。除此之外，农户可以根据家庭经济水平选择相应的蓄热体积等相关费用，较为自由地控制初投资。对北京地区围护结构热特性良好的农宅来说，一般20m²的建筑面积，初投资4000元左右就可以完成一套该系统，并且该系统在一个供暖季可以解决20％左右的供热负荷。

以上实施例仅用于解释本申请的技术方案，不限定本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置，其特征在于，所述的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置自上而下依次包括地面层、水泥砂浆找平层、蓄热层、保温层以及地面夯实基层，其中，在所述蓄热层内设置有热空气换热器，所述热空气换热器的内部设置旁通管路，与蓄热构件内部管路并行连接。

2.根据权利要求1所述的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置，其特征在于，所述热空气换热器为带翅片的金属风管道换热器。

3.根据权利要求1所述的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置，其特征在所述热空气换热器的管道采用并联分支布置。

4.根据权利要求1所述的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置，其特征在所述保温层采用厚度大于150mm的EPS保温板。

5.根据权利要求1所述的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置，其特征在所述蓄热层与保温层紧密接触，在所述保温层上夯实100mm素土，上面铺设热空气换热器，在所述热空气换热器上再铺设夯实素土200mm。

6.一种村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热系统，其特征在于，所述系统包括太阳能空气集热器、管道式风机、热空气供暖设备和村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置，其中，所述太阳能空气集热器的出风口连接第一阀门，所述管道式风机的吸入端接三通，通过第一阀门、第二阀门、第三阀门的开闭实现从所述太阳能空气集热器的出口取热空气和直接从室内取空气；

所述的村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置自上而下依次包括地面层、水泥砂浆找平层、蓄热层、保温层以及地面夯实基层，其中，在所述蓄热层内设置有热空气换热器，所述热空气换热器的内部设置旁通管路，与蓄热构件内部管路并行连接；

所述村镇住宅太阳能空气供暖用地面蓄热装置的旁通管路通过第四阀门、第五阀门的开闭实现热空气经过地面蓄热装置或者直接对热风机供热。

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