一種太陽能相變蓄熱及毛細管網輻射採暖裝置的製作方法
2023-07-14 04:14:46
專利名稱：一種太陽能相變蓄熱及毛細管網輻射採暖裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於暖通空調技術應用領域，涉及室內熱舒適度調節和系統節能過程，特別涉及一種太陽能蓄熱及毛細管網輻射採暖系統。
背景技術：
能源短缺和環境汙染是二十一世紀人類面臨的首要問題，在各領域大力發展節能減排技術、尋求清潔可再生能源替代日漸枯竭的傳統化石能源被認為是未來社會發展的唯一出路，也是國家中長期科學和技術發展規劃綱要中重點發展的技術方向之一。這包含了 兩層含義，一是發展傳統能源的節能技術和系統，二是尋找新能源和充分利用可再生能源。建築能耗是整個社會能耗環節的重要組成部分，而以採暖空調為代表的能耗又佔建築總能耗的50%左右。採暖設備每年不僅消耗大量的煤炭、天然氣、燃油等化石能源，而且會產生嚴重的環境汙染和碳排放集中超標問題。發展建築節能技術對減少整個社會的能源消耗並降低碳排放和緩解環境汙染壓力至關重要。發展建築節能的手段同樣從兩方面入手，一是發展減少能源的消耗(如牆體保溫、玻璃隔熱、合理建築結構等)的方法，二是使用可再生能源而減少對傳統化石能源的消耗(如太陽能利用、地源熱泵、水源熱泵、空氣源熱泵等)。我國北方地區太陽能輻射分布非常豐富。以西安為例，西安在熱工分區中處於寒冷地區的南端，最冷月平均溫度O -10°c，採暖期有四個月，採暖所消耗的能耗佔整個建築能耗的50%。供暖期間的日平均總輻射量可達5-10MJ/m2，太陽能具有重要的利用價值。然而太陽能是一種不穩定的能源，在使用中受季節、氣象、地域等因素影響較大，尤其是夜晚，無法提供充足和持續的能量供應。目前太陽能規模化熱利用的最大障礙是太陽能的獲取受制於氣候因素，且不能全天候穩定供熱。太陽能蓄熱技術利用蓄熱材料的相變蓄熱，可以有效的減小蓄積能量所需的容積，可以實現太陽能的充分和持續穩定利用，是解決這一問題的良好途徑。毛細管網輻射製冷技術已經在高檔住宅和公共建築中逐步得到了應用，並即將成為夏季供冷的重要方式和發展的方向之一，而在冬季毛細管網閒置也會帶來諸多問題並大大增加了空調系統的投資。低溫輻射採暖技術借鑑輻射供冷技術和地板採暖技術，以明敷或暗敷的塑膠材料毛細管網為輻射末端裝置，依靠毛細管網提供較大的輻射換熱面積和均勻的壁面溫度，達到無吹風感的舒適採暖效果。毛細管網的另一個顯著特點是管道中介質流速低，進出口的換熱溫差較小，一般只有2-4°C，按照我國採暖設計標準，冬季室內供暖設計溫度為18-20°C，因此，毛細管網內供暖介質的溫度可以在30-35°C之間，大大降低了對供暖介質溫度的要求，為低品位能源的利用提供了可行性。針對以上現狀，本實用新型提出太陽能蓄熱系統與毛細管網末端低溫輻射採暖系統相結合的採暖系統設計方式，一方面通過蓄熱技術對太陽能進行充分利用和儲存，有效地利用太陽能這種可再生清潔能源，實現全天候地採暖要求；另一方面，結合毛細管網低溫輻射採暖中的小換熱溫差，提高整個系統能源利用率。專利《利用太陽能的毛細管網熱泵系統》(專利申請號201010509782.3)公開了一種利用太陽能的毛細管網熱泵系統，適用於中央空調系統，該系統在冬季氣候環境惡劣時利用熱泵系統提高水的溫度(28-32°C)輸送至毛細管網系統，該系統容易受氣候的影響，熱泵機組在北方環境溫度更低的地區其效率會受到影響。專利《太陽能、熱泵與毛細管網複合熱水採暖製冷裝置》(專利申請號201010611919. 6，實用新型專利申請號201020687271.6)公開了一種太陽能、熱泵與毛細管網複合熱水採暖製冷裝置，該裝置採用儲熱水箱來儲存太陽能的能量，在水箱溫度不足時，利用水源熱泵來提升水箱的溫度，這種裝置對於太陽能的儲存屬於顯熱存儲，儲熱水箱的體積較大，會導致系統龐大，不宜有效推廣。專利《利用毛細管網和相變蓄熱材料的室內地熱採暖結構》(專利申請號201110190676.8)公開了一種利用毛細管網和相變蓄熱材料的室內地熱採暖結構，該結構將相變蓄熱材料和毛細管網設備鋪設在用戶地板下，這種結構將相變蓄熱材料鋪設在用戶地板下所帶來的潛在危害是蓄熱材料的熱脹冷縮對用戶地板的破壞以及帶來的維修不便。專利《一種獨立新能源建築節能一體化系統》(專利申請號201120081136. I)、專利《一種節能舒適型空調系統及其工作方法》(專利申請號201110160980. 8)以及專利
《毛細管網末端水源熱泵中央空調系統》(專利申請號201010509781. 9，實用新型申請號201020564714. 2)都提出了地源熱泵或者水源熱泵系統與太陽能、毛細管網系統配合的供暖方式，這種結構方式雖然也利用了太陽能，但在夜晚時間段仍然必須開啟熱泵來補充能量，而且系統比較複雜。專利《一種新型地源熱泵毛細管頂板空調系統》(專利申請號200920350744. O)公布了一種基於溶液除溼的新型地源熱泵毛細管頂板空調系統，該系統直接利用地源熱泵為熱源，沒有使用太陽能這種清潔能源。為了有效的利用太陽能這種清潔能源，增加室內環境的熱舒適度，必須從能量的初級獲取、能量的中間儲存和能量的末端使用三個環節來解決。
實用新型內容本實用新型針對為了有效的利用太陽能這種清潔能源，從能量的初級獲取、能量的中間儲存和能量的末端使用三個環節來進行設計。並充分利用毛細管網低溫輻射供暖對熱源溫度的要求不高這種優勢，充分利用太陽能資源，實現節能和提高室內環境熱舒適度的功能。一種太陽能相變蓄熱及毛細管網輻射採暖裝置，該系統由太陽能集熱模塊I、相變蓄熱模塊II、毛細管網輻射採暖模塊III以及其他輔助設備組成。所述太陽能集熱模塊I含有太陽能集熱器I ;所述相變蓄熱模塊II含有相變蓄熱、相變放熱器2 ;所述毛細管網輻射採暖模塊III含有毛細管網低溫輻射採暖網絡7 ;所述其他輔助設備包括輔助加熱器箱6，保溫儲水箱8，循環水泵9，管路三通10、14、15，截止閥3、4、5、11、12、13等。白天太陽輻射充分條件下，系統可以進行供暖和蓄熱功能，截止閥的開關狀況為截止閥3、4、12、13開啟，截止閥11、5關閉；輔助加熱器6不開啟。具體的流程是太陽能集熱器I出口的熱水進入三通15，一路通過截止閥4進入輔助加熱器6，然後進入毛細管網低溫輻射採暖網絡7進行低溫輻射換熱後進入保溫儲水箱8，然後經過循環水泵9後進入三通10，再進入截止閥12，流入三通14後回到太陽能集熱器I中，實現白天供暖功能。另一路通過截止閥3後進入相變蓄熱、相變放熱器2中進行蓄熱，完成蓄熱後進入截止閥13流入三通14，再回到太陽能集熱器I中，實現蓄熱功能。[0011]如果白天不需要供暖，只進行蓄熱功能時，截止閥4、12關閉，其他流程和上述流程相同。夜晚供暖時，截止閥3、4、12、13關閉，截止閥11、5開啟。具體的流程為來自保溫儲水箱8的水經過循環水泵9後進入三通10，再進入截止閥11，進入相變蓄熱、相變放熱器2中進行換熱升溫，然後流過截止閥5進入輔助加熱器6中，然後進入毛細管網低溫輻射採暖網絡7進行換熱後進入保溫儲水箱8，完成夜晚的供暖功能。如果白天太陽能輻射狀況不佳，系統未能完成足夠的蓄熱時，夜晚供暖時開啟輔助加熱器6進行輔助加熱供暖。其流程與夜晚供暖的流程相同。其中，相變蓄熱、相變放熱器2採用熱水管和冷水管交錯排列的方式均布在相變蓄熱、相變放熱器2中。本實用新型利用現有成熟的太陽能熱水器技術，在現有太陽能集熱器溫度下，利用相變蓄熱技術和毛細管網的低溫輻射特性實現低品位熱源的梯級利用和能量的二次分配，提高熱量的利用效率。·以下結合附圖對本實用新型的結構原理和工作原理作進一步詳細說明圖I是本實用新型的結構原理圖。圖中1、太陽能集熱器；2、相變放熱器；3、4、5、11、12、13、截止閥；6、輔助加熱器；
7、採暖網絡；8、保溫儲水箱；9、循環水泵；10、14、15三通。
具體實施方式
參照
圖1，本實用新型的原理為白天太陽輻射充分條件下，系統可以進行供暖和蓄熱功能，截止閥的開關狀況為截止閥3、4、12、13開啟，截止閥11、5關閉；輔助加熱器6不開啟。具體的流程是太陽能集熱器I出口的熱水進入三通15，一路通過截止閥4進入輔助加熱器6，然後進入毛細管網低溫輻射採暖網絡7進行低溫輻射換熱後進入保溫儲水箱8，然後經過循環水泵9後進入三通10，再進入截止閥12，流入三通14後回到太陽能集熱器I中，實現白天供暖功能。另一路通過截止閥3後進入相變蓄熱、相變放熱器2中進行蓄熱，完成蓄熱後進入截止閥13流入三通14，再回到太陽能集熱器I中，實現蓄熱功能。如果白天不需要供暖，只進行蓄熱功能時，截止閥4、12關閉，其他流程和上述流程相同。夜晚供暖時，截止閥3、4、12、13關閉，截止閥11、5開啟。具體的流程為來自保溫儲水箱8的水經過循環水泵9後進入三通10，再進入截止閥11，進入相變蓄熱、相變放熱器2中進行換熱升溫，然後流過截止閥5進入輔助加熱器6中，然後進入毛細管網低溫輻射採暖網絡7進行換熱後進入保溫儲水箱8，完成夜晚的供暖功能。如果白天太陽能輻射狀況不佳，系統未能完成足夠的蓄熱時，夜晚供暖時開啟輔助加熱器6進行輔助加熱供暖。其流程與夜晚供暖的流程相同。其中，相變蓄熱、相變放熱器2採用熱水管和冷水管交錯排列的方式均布在相變蓄熱、相變放熱器2中，目的是為了提高換熱效率。[0025] 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案範圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。
權利要求1.一種太陽能相變蓄熱及毛細管網輻射採暖裝置，其特徵在於該裝置由太陽能集熱模塊(I)、相變蓄熱模塊(II)、毛細管網輻射採暖模塊(III)以及其他輔助設備組成；所述太陽能集熱模塊(I)含有太陽能集熱器(I);所述相變蓄熱模塊(II)含有相變蓄熱、相變放熱器(2);所述毛細管網輻射採暖模塊(III)含有毛細管網低溫輻射採暖網絡(7);所述其他輔助設備包括輔助加熱器箱(6)，保溫儲水箱(8)，循環水泵(9)，管路三通(10)、(14)、(15)，截止閥(3)、(4)、(5)、(11)、(12)、(13)。
2.根據權利要求I所述的一種太陽能相變蓄熱及毛細管網輻射採暖裝置，其特徵在於相變蓄熱、相變放熱器(2)採用熱水管和冷水管交錯排列的方式均布在相變蓄熱、相變放熱器(2)中。
專利摘要本實用新型屬於暖通空調技術應用領域，涉及室內熱舒適度調節和系統節能過程，特別涉及一種太陽能蓄熱及毛細管網輻射採暖裝置，該系統由太陽能集熱模塊(I)、相變蓄熱模塊(II)、毛細管網輻射採暖模塊(III)以及其他輔助設備組成；所述太陽能集熱模塊(I)含有太陽能集熱器(1)；所述相變蓄熱模塊(II)含有相變蓄熱、相變放熱器(2)；所述毛細管網輻射採暖模塊(III)含有毛細管網低溫輻射採暖網絡(7)；所述其他輔助設備包括輔助加熱器箱(6)，保溫儲水箱(8)，循環水泵(9)，管路三通(10)、(14)、(15)，截止閥(3)、(4)、(5)、(11)、(12)、(13)等；它充分利用太陽能資源，實現節能和提高室內環境熱舒適度的功能。
文檔編號F24D11/00GK202485071SQ20122002791
公開日2012年10月10日 申請日期2012年1月21日 優先權日2012年1月21日
發明者馮詩愚, 周敏, 孟祥兆, 季偉, 李雲, 王贊社, 羅昔聯, 薛潔, 趙民, 顧兆林 申請人:中國建筑西北設計研究院有限公司