一种被动式太阳能相变蓄能供暖系统的制作方法

本实用新型涉及供暖系统，尤其涉及一种被动式的储存太阳能的相变蓄能供暖系统。

背景技术：

在建筑能耗中，供暖能耗所占的比重最大。目前常见的供暖方式主要有集中供暖、分散式供暖、空调供暖等几类，这些供暖方式所使用的热量均来自于化石燃料或电能等高品位能源，在消耗了大量能源的同时，增加了碳排放量，引发了全球气候变暖、环境污染等生态问题。因此减少建筑供暖能耗以及采用可再生能源供暖对节约能源、实现可持续发展具有十分重要的意义。

太阳能作为最常见的可再生清洁能源，应用于供暖系统可减少一次能源的消耗，同时有利于保护环境。

目前，我国太阳能利用形式较为单一，尤其是在广大的农村地区，其主要用途仍旧是使用太阳能热水器提供生活热水。随着太阳能利用技术的日益完善，太阳能集热器的应用领域逐渐发展到供暖、制冷等方面。然而，由于太阳能容易受时间、天气、季节和地理位置等因素影响，具有间断性、不稳定性等特点，不能提供连续稳定的高密度能源，使得太阳能的应用发展受到很大的制约。

为了使太阳能可以连续、稳定地用于供暖系统，通常与各种蓄热技术相结合，其中相变储能技术具有较大的优势。相变储能技术是利用相变材料在相变过程中会吸收或释放相变潜热的原理，其热量相对于显热热量要大得多，具有储能密度大，储能体积小，性质稳定等优点，无论是用相变材料制备储能装置还是将相变材料用于建筑围护结构，都可以延长太阳能的使用时间，提高太阳能利用率，保证太阳能供暖系统的连续性和稳定性。

中国专利201510039865.3公布了一种太阳能相变蓄热采暖系统，太阳能集热器的出口经过风机分别与相变蓄热模块和室内相连，完成供暖/蓄热的空气再回到太阳能集热器进行加热。室内入口管上布置有辅助热源，用来保证供暖可靠性。相变蓄热模块包括两个或两个以上的相变蓄热装置，每个相变蓄热装置并联排布。该系统包括7种基本运行模式，可满足不同太阳辐射时的末端采暖需求，系统简单，经济性强。其缺陷在于利用空气作为热量的载体，输送和蓄热能力有限，存在较大热损失。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种储存太阳能的被动式相变蓄能供暖系统，以实现冬季太阳能在建筑供暖中的高效利用，减少不可再生能源的消耗，有效解决运行费用高等问题。

本实用新型的一种被动式太阳能相变蓄能供暖系统，该系统包括由太阳能集热器1构成的热源、相变储能装置3、用户末端4、水泵5，所述太阳能集热器1输入端设置第一阀门6、设置补水阀17，所述空气源热泵2输入端设置用于回水的第二阀门7，所述热源产生的热水流经水泵5后分成两路：一路流经设置于所述用户末端4入口管处的第七阀门12进入用户末端4为室内供暖，另一路经止回阀16和阀门10流入相变储能装置3进行蓄热，相变储能装置3的回水流经第三阀门8和第一止回阀13、与用户回水混合后再流回热源；所述相变储能装置3内部设有若干个圆环柱形相变模块，以同心圆形式由内向外依次交错排列，流体呈折流状流动，内侧为高熔点相变模块，外侧为低熔点相变模块；

所述相变储能装置3放热时，热水流经第六阀门11、第三止回阀15、水泵5和第七阀门12进入用户末端4供暖，回水通过第二止回阀14和第四阀门9再进入相变储能装置3进行加热。

若干所述太阳能集热器通过彼此并联，组成一个供热整体。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种被动式太阳能相变蓄能供暖系统具有以下优点：

1、以太阳能为主要采暖热源，空气源热泵作为辅助热源保证采暖效果，充分利用了可再生能源，减少了不可再生能源的消耗，解决了传统建筑的供热系统能耗高、能源浪费大的问题，节能环保，清洁高效。

2、相变储能装置主体为相变材料，相比传统的太阳能储热水箱，其储热密度大、换热效率高、热利用时间长、结构紧凑、体积小、吸热放热温度恒定、易与运行系统匹配、易于控制，采用两种温度的相变材料，提高了太阳能利用率。

3、可根据实际情况切换运行模式，保证太阳能最大效率地用于家庭供暖，同时提高供暖的稳定性。

4、整体结构简单、安装方便，系统热效率高，运行费用低廉，能够稳定持续的提供采暖热源。

5、适用于一般居住建筑和公共建筑，使用范围广。

附图说明

图1为本实用新型实施例的被动式太阳能相变蓄能供暖系统示意图。

图2为本实用新型实施例的相变储能装置纵剖面示意图。

图3为本实用新型实施例的相变储能装置横剖面示意图。

附图标记：

1、太阳能集热器，2、空气源热泵，3、相变储能装置，4、用户末端，5、水泵、6、7、8、9、10、11、12、第一至第七阀门(电磁阀)，13、14、15、16、第一至第四止回阀，17、补水阀，18、混水阀，19、20、21、22、第一至第四温度传感器，23、蓄热进口/取热出口，24、箱体，25、保温层，26、高熔点相变材料，27、低熔点相变材料，28、流体流道，29、蓄热出口/取热进口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进行详细描述。

如图1-3所示，本实用新型的一种被动式太阳能相变蓄能供暖系统主要包括太阳能集热器1、空气源热泵2、相变储能装置3、用户末端4和水泵5。太阳能集热器1和空气源热泵2并联，产生的热水流经水泵5后分成两路，一路流经阀门12进入用户末端4为室内供暖，一路流经止回阀16和阀门10进入相变储能装置3，将多余的太阳能储存起来。相变储能装置3的回水流经第三阀门8和第一止回阀13、与用户回水混合后再流回热源。相变储能装置3放热时，热水流经第六阀门11、第三止回阀15、水泵5和第七阀门12进入用户末端器4供暖，回水通过第二止回阀14和第四阀门9再进入相变储能装置3进行加热。太阳能集热器1前端设置补水阀17，为系统补水。用户入口管处设置混水阀18，防止供水温度过热。太阳能集热器1出口、用户末端4入口管、相变储能装置3内部和室内分别设置第一至第四温度传感器19、20、21、22，通过测量温度实现阀门的控制。相变储能装置放热时，进出口通过单独管路接入用户。

其中：

所述太阳能集热器1为平板集热器、真空管式集热器或热管式集热器中的一种。太阳能集热器1坐北朝南设置，与水平面的夹角与所处纬度的地理位置一致，通过支架安装在屋顶。若干太阳能集热器可并联组成一个供热整体。

相变储能装置3内部设有若干个圆环柱形相变模块，占据总体积的70％～80％，以同心圆形式由内向外依次交错排列，流体呈折流状流动，内侧为高熔点相变模块26，外侧为低熔点相变模块27。高熔点相变模块26采用相变温度为50℃～55℃的相变材料制成，以三水醋酸钠为代表；低熔点相变模块27采用相变温度为40℃～45℃的相变材料制成，以十水合硫酸钠为代表。各相变模块表面设有凸点、波纹或内部添加金属肋片以增加其传热系数；相变材料中添加膨胀石墨粉来增强其导热系数。

用户末端4可以是地热盘管、风机盘管等中的一种或多种。

与太阳能集热器1连接的室外管路部分贴有电伴热带防止冻结。

本实用新型的基本运行模式如下：

(1)太阳能供暖模式：阀门6和12开启，水泵5运行，通过太阳能集热器吸收太阳辐射加热回水为用户进行供暖。

(2)太阳能供暖+蓄热模式：阀门6、8、10、12、13、16开启，水泵5运行，通过太阳能集热器加热的热水同时流入用户供暖和相变储能装置蓄热。

(3)太阳能蓄热模式：阀门6、8、10、13、16开启，水泵5运行，通过太阳能集热器加热的热水为相变储能装置蓄热。

(4)相变储能装置供暖模式：阀门9、11、12、14、15开启，水泵5运行，通过相变储能装置为用户供暖。

(5)空气源热泵供暖模式：阀门7和12开启，水泵5运行，通过空气源热泵加热回水为用户进行供暖。

本实用新型的控制策略如下：

(1)白天：

①温度传感器20测得太阳能集热器1出水温度小于35℃：若室内温度传感器22测得室温小于18℃，利用相变储能模块供暖；若温度传感器20测得供水温度小于35℃，利用空气源热泵供暖。

②温度传感器19测得太阳能集热器1出水温度大于35℃：若室内温度传感器22测得室温小于18℃，利用太阳能供暖；当室内温度大于20℃时，利用太阳能供暖并蓄热；当室内温度大于24℃时，利用太阳能蓄热。

(2)夜晚：

若室内温度传感器22测得室温小于18℃，利用相变储能模块供暖；若温度传感器20测得供水温度小于35℃，利用空气源热泵供暖；当室内温度大于24℃时停止供暖。

空气源热泵2用于在极端天气时保证室内供暖效果，一般白天太阳能充足的情况下，依靠相变储能装置3储存的太阳能即可满足一天室内热负荷，无需开启空气源热泵2。