一种太阳能蓄热采暖系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能采暖技术领域，尤其涉及一种太阳能蓄热采暖系统。

背景技术：

太阳能采暖系统是一种新型采暖系统，是指将分散的太阳能通过集热器转化为热能，使低温水吸热转换成方便使用的高温水，再通过将高温水输送到供热末端，提供采暖的系统。

目前，国际上常用的太阳能采暖系统分为短期蓄热太阳能采暖系统(Central Solar Heating Plant with Diurnal Storage，简称CSHPDS)和太阳能蓄热采暖系统(Central Solar Heating Plants with Seasonal Storage，简称CSHPSS)。由于太阳能蓄热采暖系统可以实现太阳能资源在不同季节(如夏季向冬季)的转移，降低建筑的运行能耗，且其蓄热能力可达到年需求量的40％-60％，远远超出了短期蓄热太阳能采暖系统。因此，太阳能蓄热采暖系统是极具发展潜力的采暖系统之一。

然而，目前的太阳能蓄热采暖系统，由于集热时水的升温速度慢，导致蓄热效率往往较低，影响了太阳能蓄热采暖系统的跨季蓄热及供暖能力。因此，如何提高太阳能蓄热采暖系统的蓄热效率成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决太阳能蓄热采暖系统的蓄热效率低的问题，本实用新型提供一种太阳能蓄热采暖系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种太阳能蓄热采暖系统，包括：水气换热器、集热器、高温水箱、低温水箱、蓄能区和采暖末端，其中，

所述集热器包括热空气进气口、冷空气出气口、低温进水管和高温出水管；

所述水气换热器的进气口通过第二空气管道与集热器的冷空气出气口相连通，所述水气换热器的出气口通过第一空气管道与集热器的热空气进气口相连通；所述水气换热器、第一空气管道、第二空气管道和集热器构成循环气路。

所述水气换热器的入水口与低温水箱相连通，所述水气换热器的出水口与集热器的低温进水管相连通；水气换热器、集热器、高温水箱、采暖末端、低温水箱和连通水管构成一条循环水路；水气换热器、集热器、高温水箱、蓄能区、低温水箱和连通水管构成另一条循环水路；

所述高温水箱包括入水口、第一出水口、第二出水口和第三出水口；所述低温水箱包括第一入水口、第二入水口、第三入水口和出水口；

所述高温水箱的入水口与所述集热器的高温出水管相连通；所述高温水箱的第一出水口与采暖末端的入水口相连通，所述高温水箱的第二出水口与蓄能区的入水口相连通，所述高温水箱的第三出水口通过水箱连接管与低温水箱的第三入水口相连通；

所述低温水箱的第一入水口与采暖末端的出水口相连通，所述低温水箱的第二入水口与蓄能区的出水口相连通，所述低温水箱的出水口与水气换热器的入水口相连通。

进一步地，所述集热器还包括：集热器密封框和集热器本体，其中，

所述集热器本体嵌套于所述集热器密封框内，所述集热器密封框的内部空间与集热器本体的外部空间形成密封腔；

所述集热器本体分别与所述低温进水管和高温出水管相连通；

所述密封腔分别与所述热空气进气口和冷空气出气口相连通。

进一步地，所述集热器本体包括：联箱、全玻璃真空集热管和尾托架；

所述联箱分别与所述低温进水管和高温出水管相连通；

所述全玻璃真空集热管的一端与所述联箱相连通，所述全玻璃真空集热管的另一端固定于所述尾托架上。

进一步地，所述集热器的高温出水管与高温水箱的入水口相连通的管道上设有集热循环电动阀；

所述低温水箱与水气换热器相连通的管道上设有集热循环泵。

进一步地，所述集热的冷空气出气口与水气换热器的进气口相连通的第二空气管道上设有管式轴流风机。

进一步地，所述高温水箱的第一出水口和采暖末端相连通的管道上设有采暖循环泵。

所述高温水箱的第二出水口和蓄能区相连通的管道上设有蓄能循环泵。

进一步地，所述太阳能蓄热采暖系统，还包括辅助热源，所述辅助热源的入水口与低温水箱相连通，所述辅助热源的出水口与高温水箱相连通。

进一步地，所述低温水箱和辅助热源相连通的管道上设有辅热循环泵。

进一步地，所述太阳能蓄热采暖系统，还包括防冻支路，所述防冻支路的一端与所述集热器的高温出水口相连通，所述防冻支路的另一端与所述低温水箱相连通。

进一步地，所述防冻支路上设有防冻循环电动阀。

本实用新型的技术方案包括以下有益效果：

该太阳能蓄热采暖系统包括：水气换热器、集热器、高温水箱、低温水箱、蓄能区和采暖末端，还包括循环水路和循环气路。在循环水路中，首先，低温水经集热器的低温进水管流入集热器，经集热器加热，成为携带大量热能的高温水并从集热器的高温出水管流出；然后，携带大量热能的高温水沿水管流入高温水箱，被采暖末端利用或者被蓄能区储存后再流入低温水箱；由于高温水的热能仅被部分吸收，因此流入低温水箱的具有较高温度的水沿水管流入水气换热器；同时，在循环气路中，首先，从集热器冷空气出气口流出的冷空气在第二空气管道进一步散失热量后温度降低；随后，温度降低的冷空气流入水气换热器，与流入水气换热器的较高温度的水发生热交换，分别成为热空气和低温水；最后，热空气通过第一空气管道从集热器的热空气进气口流入集热器密封腔，低温水通过水管从集热器的低温进水管流入集热器本体，并依次循环，在降低流入集热器的水的温度的同时又提高了集热器本体的环境温度，从而提高集热器的集热效率。

集热器的集热效率提高后，集热器内水的升温速率加快，从集热器流出的水温升高，因而单位时间内流入蓄能区的高温水携带的热能增多，高温水的热能在蓄能区内以其他形式能量被储存，因此蓄能区的蓄热效率显著提高，从而提高太阳能蓄热采暖系统的跨季蓄热能力和供热能力。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对技术方案中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本实用新型实施例1示出的第一种太阳能蓄热采暖系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例2示出的第二种太阳能蓄热采暖系统的结构示意图。

图3为本实用新型实施例3示出的第三种太阳能蓄热采暖系统的结构示意图。

附图标记说明：1、水气换热器；2、集热器；3、高温水箱；4、低温水箱；5、蓄能区；6、采暖末端；7、水箱连接管；8、辅助热源；9、防冻支路；11、第一空气管道；12、第二空气管道；13、集热循环泵；14、集热循环电动阀；15、管道式轴流风机；21、热空气进气口；22、冷空气出气口；23、低温进水管；24、高温出水管；25、集热器密封框；26、集热器本体；51、蓄能循环泵；61、采暖循环泵；81、辅热循环泵；91、防冻循环电动阀。

具体实施方式

本实用新型提供的一种太阳能蓄热采暖系统，解决了太阳能采暖系统的蓄热效率低的问题。

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

图1是根据一示例性实施例示出的第一种太阳能蓄热采暖系统的结构示意图，如图1所示，该太阳能蓄热采暖系统包括水气换热器1、集热器2、高温水箱3、低温水箱4、蓄能区5和采暖末端6；所述集热器2包括热空气进气口21、冷空气出气口22、低温进水管23和高温出水管24。

所述水气换热器1的出气口通过第一空气管道11与集热器2的热空气进气口21相连通，所述水气换热器1的进气口通过第二空气管道12与集热器2的冷空气出气口22相连通；水气换热器1、第一空气管道11、第二空气管道12和集热器2构成循环气路。

所述水气换热器1的出水口与集热器2的低温进水管23相连通，所述水气换热器1的入水口与低温水箱相连通；水气换热器1、集热器2、高温水箱3、采暖末端6、低温水箱4和连通水管构成一条循环水路；水气换热器1、集热器2、高温水箱3、蓄能区5、低温水箱4和连通水管构成另一条循环水路。

所述高温水箱3包括入水口、第一出水口、第二出水口和第三出水口；所述低温水箱4包括第一入水口、第二入水口、第三入水口和出水口；

所述高温水箱3的入水口与所述集热器2的高温出水管24相连通，所述高温水箱3的第一出水口与采暖末端6的入水口相连通，所述高温水箱3的第二出水口与蓄能区5的入水口相连通，所述高温水箱3的第三出水口通过水箱连接管7与低温水箱4的第三入水口相连通；

所述低温水箱4的第一入水口与采暖末端6的出水口相连通，所述低温水箱4的第二入水口与蓄能区5的出水口相连通，所述低温水箱4的出水口与水气换热器1的入水口相连通。

在循环水路中，首先，低温水经集热器2的低温进水管23流入集热器2，经集热器2加热，成为携带大量热能的高温水从集热器2的高温出水管24流出；其次，从集热器2流出的高温水沿水管流入高温水箱3，高温水箱3中的高温水在采暖循环泵61的作用下从高温水箱3的第一出水口流入采暖末端6提供供暖，或者高温水箱3中的高温水在蓄能循环泵51的作用下从高温水箱3的第二出水口流入蓄能区5，将高温水所携带的热能转化为其他形式的能储存，以实现跨季节供暖或备用供暖，尤其是在非采暖季，如夏季天晴时，通过该过程蓄能区5将存蓄大量的能量；由于高温水的热能仅被部分利用，流入低温水箱4的水仍然保持较高的温度，因此流入低温水箱4的水在采暖循环泵13的作用下流入水气换热器1。

与此同时，在循环气路中，首先，在管道式轴流风机15的作用下，冷空气从集热器2的冷空气出气口22流出，在第二空气管道12进一步散失热量后温度降低；随后，冷空气流入水气换热器1，与流入水气换热器1的高温水发生热交换，分别成为热空气和低温水；最后，热空气通过第一空气管道11从集热器2的热空气进气口21流入集热器密封腔，低温水通过水管从集热器2的低温进水管23流入集热器本体26，并依次循环，降低了流入集热器2的水的温度，同时提高了集热器本体26的环境温度。

根据集热效率方程，集热器2的集热效率随流入集热器本体26水的温度的降低而升高，随集热器本体26的环境温度的升高而升高，当循环水和循环气在水气换热器1发生热交换后，不仅降低了进入集热器本体26的水的温度，而且提高了集热器本体26的环境温度，因此，提高了集热器2的集热效率。

集热器2的集热效率提高后，集热器2内水的升温速率加快，从集热器2流出的水温升高，因而单位时间内流入蓄能区5的高温水所携带的热能增多，高温水的热能在蓄能区5内以其他形式能量被储存，因此蓄能区5的蓄热效率显著提高。

通过上述工作过程可知，本实用新型所提供的太阳能蓄热采暖系统，通过水气换热提高集热器2的集热效率，以快速产生高温水，并将集热器2通过高温水箱3与蓄能区5相连通，使得单位时间内流入蓄能区5内的高温水的热能提高，从而提高蓄能区5的蓄能效率，进而达到提高太阳能蓄热采暖系统的跨季蓄热能力和供热能力的目的。

优选地，所述集热器2还包括：集热器密封框25和集热器本体26，其中，所述集热器本体26嵌套于所述集热器密封框25内，所述集热器密封框25的内部空间与集热器本体26的外部空间形成密封腔；所述集热器本体26分别与低温进水管23和高温出水管24相连通，构成集热器2内部循环水通道；所述密封腔分别与热空气进气口21和冷空气出气口22相连通，构成集热器2内部循环气通道。集热器密封腔具有较大的空间，使得进入集热器2的热空气能够充分停留，提高集热器本体26的环境温度，从而提高集热器2的集热效率。

优选地，所述集热器本体26包括：联箱、全玻璃真空集热管和尾托架；所述联箱分别与低温进水管23和高温出水管24相连通；所述全玻璃真空集热管的一端与所述联箱相连通，所述全玻璃真空集热管的另一端固定于所述尾托架上。

优选地，所述低温水箱4和水气换热器1连通的管道上设有集热循环泵13，在集热循环泵13的带动作用下，使得水在整个集热-蓄能过程当中得以循环往复。

优选地，所述集热器2的高温出水管24和高温水箱3入水口相连通的管道上设有集热循环电动阀14，当不需要集热器2向高温水箱3提供高温水时，可以关闭该集热循环电动阀14。

优选地，所述集热器2冷空气出气口22和水气换热器1进气口相连通的第二空气管道12上设有管道式轴流风机15。管道式轴流风机15能够加快空气的循环流动速度，使得冷空气加速进入到水气换热器1中，与水气换热器1中的高温水进行热交换，同时也加快热交换后的空气流入集热器2的速度。由于冷空气的流动速度慢，因此，管道式轴流风机15的优选设置位置为第二气管道12上。

优选地，所述高温水箱3的第一出水口和采暖末端6相连通的管道上设有采暖循环泵61。采暖循环泵61能提高水经过采暖末端6的流速，从而加快了供暖的效率，尤其是跨季节供暖的效率。

优选地，所述高温水箱3的第二出水口和蓄能区5相连通的管道上设有蓄能循环泵51。蓄能循环泵51能提高水经过蓄能区的流速，从而加快向蓄能区的热能传输，提高蓄热效率。

实施例2：

图2是根据一示例性实施例示出的第二种太阳能蓄热采暖系统的结构示意图。在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，该太阳能蓄热采暖系统还包括辅助热源8；所述辅助热源8的入水口与低温水箱4相连通，所述辅助热源8的出水口与高温水箱3的入水口相连通。

优选地，所述辅助热源8与低温水箱4相连通的管道上设有辅热循环泵81。

通过设置辅助热源8，能够在蓄能区5热量耗尽以及集热器2不能正常工作等情况下，提供辅助加热和供暖，有效降低了供暖中断的问题，其具体的循环过程如下：

关闭集热循环电动阀14，切断集热器2内水向高温水箱3的流通路径；关闭集热循环泵13，切断低温水箱4内水向水气换热器2的流通路径；开启辅热循环泵81，将低温水箱4内的低温水输送到辅助热源8中加热，加热后的高温水流入高温水箱3中；开启采暖循环泵61，将高温水箱3中的高温水输送至采暖末端6中，达到采暖的效果；供暖后水温降低，低温水进入低温水箱4中，完成一个辅热采暖—供暖循环，并依此循环，达到持续辅助供暖的目的。

实施例3：

图3是根据一示例性实施例示出的第三种太阳能蓄热采暖系统的结构示意图。在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，该太阳能蓄热采暖系统还包括防冻支路9；所述防冻支路9的一端连通在集热器2高温出水管24和集热循环电动阀14之间，所述防冻支路9的另一端与低温水箱4相连通。

在关闭集热器2和高温水箱3之间的集热循环电动阀14后，集热器2中的高温水从高温出水管24流出经由防冻支路9直接流入低温水箱4，此时低温水箱4中储存的水温度较高，开启低温水箱4与水气换热器1之间的集热循环泵13后，低温水箱4的水被输送回集热器2中，由于水具有一定的温度与流速，能够防止集热器2被冷冻，实现集热器2水的防冻循环。

优选地，所述防冻支路9上设有防冻循环电动阀91，该防冻循环电动阀91能够在太阳能蓄热采暖系统工作时，防止其他器件中的水灌入到防冻支路9，该防冻循环电动阀91优选设置于靠近所述低温水箱4的位置。

需要说明的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上本实用新型的实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所实用新型的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。