一种太阳能空气与热泵制热剂复合集热器供暖系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种太阳能空气与热累制热剂复合集热器供暖系统，属于太阳能热利 用技术领域。
【背景技术】
[0002] 平板集热器主要由吸热板、透明盖板、绝热材料、外壳等几部分组成。平板集热器 工作时，太阳福射能穿过透明盖板后投射在吸热板上，被吸热板吸收并转换为热能，吸收板 热能传递给传热工质，使传热工质的溫度升高或发生相变，然后，集热器通过传热工质输出 热能。传热工质为空气时，该平板集热器就成为太阳能空气集热器;传热工质为液体时，该 平板集热器称为太阳能液体集热器;传热工质为制热剂发生相变时，该平板集热器就成为 太阳能热管集热器或太阳能热累集热器。集热器是太阳能供暖的关键部件。
[0003] 太阳能空气集热器，防冻措施简单，腐蚀问题不严重，系统没有过热汽化的危险， 微小的不严密封不会严重影响太阳能空气集热器的工作性能，经过加热的空气不需要中间 换热设备直接利用，与太阳能液体集热器相比不存在冬季的结冰问题。用太阳能空气集热 器的太阳能热风采暖系统是最舒适的，再加集热器结构简单、易于维护，太阳能空气集热器 供暖系统是有优势的。太阳能空气集热器供暖系统由太阳能空气集热器、卵石蓄热器(岩石 堆积床）、风机、辅助热源等组成。由于空气的容积比热容(：；1.26忘)要比水的容积 比热容（418了広/ / m3 .玄）小得多，使得换热需要大量的空气，但由于风压小，风机容量是 不会很大的，风机要消耗一定的电能。白天集热器加热的空气一部分直接用于采暖，另一部 分要供给卵石蓄热器，把空气携带的热能传递给卵石蓄热器，W备夜间没有太阳能时，用存 胆在卵石蓄热器的热能供给房间，由于运个过程，需要提高集热器出口空气溫度，使得集热 器效率下降，限制了太阳能空气集热器供暖系统在严寒和寒冷地区的应用。
[0004] 太阳能液体集热器，应用于采暖系统，地暖要求集热器出口液体溫度超过30°C; 散热器采暖，要求集热器出口液体溫度超过50°C。由于集热器出口液体溫度高，集热器集热 效率下降，平板液体集热器在寒冷地区的应用是困难的，一般采用真空玻璃管集热器。
[000引太阳能热管集热器，传热介质在集热器中蒸发，发生相变，吸收太阳能，蒸气不经 过压缩机压缩直接传递到冷凝器，蒸气在冷凝器中冷凝，蒸气相变为液体，蒸气热能传递给 冷凝器。集热器本质上为蒸发器，蒸发器的溫度高于冷凝器，热能从蒸发器到冷凝器的传 递，本质上是从高溫到低溫的传递。集热器作为蒸发器吸收太阳能，通过蒸气，再经冷凝器， 把热能传递给冷凝器，冷凝器吸收的热能用于供暖，由于集热器溫度高于冷凝器，在寒冷地 区平板集热器效率下降很多，使得太阳能热管平板集热器供暖系统不能应用于寒冷地区的 供暖。
[0006]太阳能热累集热器供暖系统，传热工质在集热器中相变蒸发吸收太阳能，集热器 即为热累蒸发器，该集热器也可称为集热蒸发器，冷凝器直接加热供暖水的供暖系统也可 称为直接膨胀式太阳能热累供暖系统。在太阳能热累集热器供暖系统中，将太阳能集热器 作为热累的蒸发器，W低沸点传热工质作为太阳能集热器的传热工质，热累的低沸点传热 工质称为制热剂。太阳能集热器吸收太阳福射能并转换成热能，传递到集热蒸发器内制热 剂，使制热剂蒸发，太阳能集热器输出蒸气，送到压缩机进气口，蒸气经压缩机压缩成为高 溫高压气体并从压缩机排气口输出，然后，高溫高压蒸气传递到冷凝器，冷凝为高压制热剂 液体，并把蒸气热能传递给冷凝器，冷凝器吸收的热能再用于供暖，冷凝器出来的高压制热 剂液体，经干燥过滤，再经节流阀(膨胀阀），成为低压制热剂液体，回送到太阳能集热器，形 成循环。热能从太阳能集热器低溫热源传递到冷凝器成为高溫热能W便供暖利用。由于集 热器溫度降低，因此可W提高集热器的效率，但是，太阳能热累集热器供暖系统中的压缩机 要消耗大量电能。
[0007] 平板液体集热器的吸热板和玻璃盖板之间无法抽真空，当吸热板吸收太阳能溫度 上升，吸热板与大气溫差增大时，吸热板和玻璃之间的空气形成对流加大，热损增加，液体 集热器效率下降，在北方地区冬季，气溫较低，其热损耗是真空玻璃管集热器的3~5倍，使 得平板液体集热器无法用于严寒和寒冷地区供暖。
[0008] 由于太阳能具有间歇性、不稳定性，即使在太阳能资源较好的地区，也存在着冬季 白天6~8小时太阳能集热时间与建筑24小时恒溫供暖需求的匹配问题，因此，太阳能供暖 系统必须设置储热设备。太阳能空气集热器供暖系统的储热设备可W是岩石堆积床，太阳 能液体集热器供暖系统和太阳能热累供暖系统的储热设备，可W采用储热水箱。阴雪天气 没有太阳能福射能，满足不了建筑物恒溫供暖的要求，必须设置辅助热源解决运一问题。太 阳能供暖系统的辅助热源可采用生物质能、燃气、电力、燃油、燃煤锅炉。太阳能提供给建筑 物的供暖总热量的百分比，称为太阳能保证率。太阳能保证率大于50%，建筑物供暖热量中， 太阳能提供的热量大于辅助热源提供的热量，供暖W太阳能为主。太阳能保证率小于50%， 太阳能提供给建筑物供暖的热量要小于辅助热源提供的热量，供暖W辅助热源为主，太阳 能为辅，严格意义讲，此种供暖系统应称为太阳能辅助供暖系统。截止2008年4月调研数据 的《北京地区太阳能供暖工程现状调研报告》指出：整个采暖季太阳能供暖的平均保证率在 20~40%。有专家指出，实际太阳能保证率应该在20~30%。运是不太理想的太阳能保证率， 项目住户对太阳能供暖的设计也表示不太满意，到目前，太阳能供暖的诸多技术问题还有 待解决。因此，为太阳能供暖的广泛应用，对太阳能供暖的研究，W提高太阳能集热器和供 暖保证率是必要的。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种将太阳能空气集热器与太阳能热累集热器融合在一起、 能够解决寒冷地区供暖问题的太阳能空气与热累制热剂复合集热器供暖系统。
[0010] 本发明的技术方案如下： 本发明包括空气供暖系统和热累供暖系统两个部分，组成部件包括外壳、透明盖板、吸 热板、保溫层、压缩机、蓄热水箱、冷凝器、控制器，透明盖板设置在外壳顶部，保溫层设置在 外壳内的底部，吸热板设置在外壳内的中间位置，吸热板与透明盖板、保溫层之间均保持有 间隔，其特征是:在吸热板上W紧密结合的方式附着有承压管，承压管的一个端口通过管路 连接压缩机的入口、压缩机的出口连接冷凝器，冷凝器通过节流阀连接承压管的另一个端 口，承压管、压缩机、冷凝器、节流阀构成热累供暖系统，在热累供暖系统的管路中密封填充 有制热剂，冷凝器置于蓄热水箱中，蓄热水箱上设有与散热器连接的管道，且管道上设有循 环水累，在外壳上设有空气流入管和空气流出管，在空气流出管上设有风机，在外壳中，吸 热板周围的间隙形成外壳内的空气通道，外壳、透明盖板、吸热板、空气流入管、空气流出 管、风机构成空气供暖系统;控制器上设有房间溫度设定控制键，风机、压缩机、节流阀、循 环水累的控制线路与控制器联接，控制器采集集热器空气溫度、房间气溫、蓄热水箱水溫、 热累制热剂低压蒸气溫度、热累制热剂低压蒸气压力的信号，风机由控制器根据集热器空 气溫度、房间气溫和房间溫度设定值通过计算进行控制;循环水累由控制器根据房间气溫、 房间溫度设定值、蓄热水箱水溫，W及空气供暖系统状况通过计算进行控制;压缩机由控制 器根据热累供暖系统的供暖量进行控制;节流阀由控制器根据热累制热剂低压蒸气的过热 度进行控制。
[0011] 本发明用同一个平板集热器，让其中的吸热板吸收太阳福射能，转换为热能，该热 能分别传递给空气和热累制热剂二种不同的传热工质，空气和热累制热剂在平板集热器中 各自走自己的通道，不相融合。空气的通道为吸热板的外部，主要通道有两个:一个是吸热 板与下部保溫隔热层之间的空间；另一个为吸热板与上部玻璃盖板之间的空间，压力约为 大气压。热累制热剂的通道为承压管内部，承压管附着在吸热板上良好结合，W降低吸热板 与承压管之间的热阻，热累制热剂的压力与其溫度相关，压力与溫度关系为热累制热剂饱 和溫度特性和过热溫度特性。经吸热板加热的空气直接供给房间供暖，由于没有加热卵石 蓄热器的溫升，吸热板溫度可W降低到18°c，提高了平板集热器的效率。热累制热剂在平板 集热器中的工作溫度控制在20~30°C的范围，使得该平板空气集热器能够在北方寒冷和严 寒地区供暖应用。本发明的平板集热器是太阳能空气集热器与太阳能热累制热剂集热器的 复合，空气和热累制热剂二种不同的传热工质共同用一个平板集热器，也就是共用一个玻 璃盖板、一个吸热板、一个保溫隔热层和一个外壳，形成一个太阳能空气与热累制热剂复合 集热器。
[0012] 采用太阳能空气与热累制热剂复合集热器(下简称集热器)的供暖系统，集热器中 的吸热板吸收的太阳福射能转换为热能，一部分传递给空气，另一部分传递给热累制热剂。 在集热器中太阳福射能传递给空气的热能，空气溫度升高，通过风机，直接供给建筑物采 暖，把空气的热能传递给建筑物，空气溫度下降，溫度下降的空气再回到集热器，形成空气 传热工质的循环。在集热器中太阳福射能传递给热累制热剂的部分，使热累制热剂蒸发，热 累制热剂在集热器中发生相变，从集热器出来的热累制热剂蒸气经压缩机压缩，变为高压 高溫蒸气，然后送到冷凝器，冷凝器置于蓄热水箱中，冷凝器中的热累制热剂蒸气与蓄热水 箱中的水进行热交换，把热能传递给水，热累制热剂蒸气在冷凝器中凝结为液体，发生相 变，相变热能传递给储热水箱中的水，水吸收热能后，水溫升高。蓄热水箱的热水经循环水 累送给地板福射供暖盘管或采暖散热器，热能传递到房间，回水回到蓄热水箱，形成水循 环。
[0013] 太阳能空气与热累制热剂复合集热器供暖系统的控制系统是关键部件之一，控制 系统要控制集热器吸热板热能分配给空气供暖和热累供暖的量，控制室内溫度恒定，控制 整个供暖系统的溫度、压力、流量在额定范围之内。
[0014] 集热器吸热板热能分配给空气供暖和热累供暖量的控制，按照消耗电能最小原则 和传热路径最短原则。相同供暖量，空气供暖风机消耗的电能远小于热累供暖消耗的电能， 运可W从下面几个方面论证:首先，空气供