专利名称：太阳能跨季节蓄热采暖系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及可再生能源的高效利用技术领域，尤其涉及一种太阳能跨季节蓄 热采暖系统。
背景技术：
随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，用于采暖空调方面的能源消耗总量 越来越大。目前，北方采暖能耗占我国建筑总能耗的25%，并有逐年增长的趋势，这将对我 国能源供应产生巨大的压力。我国传统采暖系统是由热源(如燃煤锅炉、燃气油锅炉、热化 电站等)、热网和室内供暖系统组成。在长期运行中存在如下问题一是我国采暖能耗过高； 二是高位能(如煤、燃气、油、电等)的使用不合理；三是传统供暖的热源排出大量的C02、S02 和粉尘等有害物。因此，开发新型环保可再生能源并提高采暖系统的能源利用效率成为解 决采暖节能减排问题的关键途径。太阳能是一种分布广泛、无污染的清洁能源，其热利用技术的发展最为成熟。太阳 能还是一种季节性变化与间歇性变化的能源，如利用高效的热转换技术及跨季节蓄热技术 来满足建筑的采暖需求，将较大程度的提高采暖系统太阳能利用率及经济性。因此，研制可 行高效的太阳能跨季节蓄热采暖技术与设备对于太阳能采暖技术的发展以及太阳能在建 筑领域的推广应用具有重要意义。发明内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种以太阳能作为主要能源输入，可提高太 阳能保证率，通过跨季节蓄热/放热平衡太阳能季节性的峰谷分布，以满足建筑的全天候 采暖需求的太阳能跨季节蓄热采暖系统。本实用新型涉及的太阳能跨季节蓄热采暖系统，包括太阳能集热器1、供暖末端 4，其特殊之处是还设有分层水箱2、地下蓄热区3和辅助热源5，集热器供水管12通过其 上装有的第一电磁阀10与分层水箱2高温区相连，集热器回水管13上设有第一循环水泵7 并与分层水箱2低温区相连；分层水箱2低温区通过第二循环泵6还与地下蓄能区3相连， 集热器供水管12与分层水箱2低温区设连通管20并装有第二电磁阀11 ；供暖末端供水管 16通过第三循环水泵8分别与第一电磁阀10、分层水箱2高温区和地下蓄能区3相连，所 述供暖末端回水管17直接与分层水箱2低温区相连；辅助热源供水管19通过其上设有的 第四循环水泵9与分层水箱2高温区、辅助热源的回水管18构成采暖季低谷电蓄热系统。上述的太阳能跨季节蓄热采暖系统，所述的地下蓄能区3由埋管换热器301、与埋 管换热器301两端连接的分水器14及集水器15、填充在埋管换热器301周围的蓄热材料 302构成。上述的太阳能跨季节蓄热采暖系统，所述的分层水箱2内部设有导流板201，通过 导流板201将分层水箱2分为高温区和低温区。上述的太阳能跨季节蓄热采暖系统，所述的辅助热源5为电锅炉。[0009]上述的太阳能跨季节蓄热采暖系统，所述的蓄热材料302是由体积比为4 :3 :1 651的砾石、水及相变材料构成。该太阳能跨季节蓄热采暖系统由集热系统、蓄热系统、供暖系统、辅助热源系统及 防冻循环系统组成，其核心部分为地下蓄能区和分层水箱，分层水箱的蓄热材料为水。本实 用新型根据太阳能能流密度和变化特点，从北方地区实际采暖需求情况出发，结合地下蓄 能优势，并辅助以低谷电蓄热实现全天候太阳能采暖。通过优化设计和自动工况转换，实现 太阳能的跨季节高效利用。采暖季当太阳能充足时，采用太阳能直接采暖；采暖季当太阳 能不足时，提取非采暖季储存于地下蓄能区的热量，可以提高系统太阳能利用率，并可辅助 低谷电蓄热满足采暖需求；非采暖季时将富裕太阳能热量储存于地下蓄能区，以满足太阳 能跨季节使用。本实用新型以太阳能作为主要能源输入，通过跨季节蓄热/放热平衡太阳 能季节性的峰谷分布，以满足建筑的全天候采暖需求，与现有技术相比还具有以下有益效 果(1)通过该系统可以用太阳能替代传统化石燃料为房间采暖提供热源，对环境保 护具有积极作用；(2)通过太阳能跨季节使用，可以最大限度的提高太阳能利用率(可达到70%以 上)，达到节能减排的目的；(3)蓄热效率高、换热性能好、运行维护简单，应用前景良好。
图1为该太阳能跨季节蓄热采暖系统的示意图；图2为图1中A-A剖面图。图中1-太阳能集热器；2-分层水箱；3-地下蓄能区；301-埋管换热器；302-蓄 热材料；4-供暖末端；5-辅助热源；6-第二循环水泵；7-第一循环水泵；8-第三循环水泵； 9-第四循环水泵；10-第一电磁阀；11-第二电磁阀；12-集热器供水管；13-集热器回水管； 14-分水器；15-集水器；16-供暖末端供水管；17-供暖末端回水管；18-辅助热源回水管； 19-辅助热源供水管；20-连通管。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。如图所示，该太阳能跨季节蓄热采暖系统包括太阳能集热器1、分层水箱2、地下 蓄热区3、供暖末端4和辅助热源5，所述的分层水箱2内部设有导流板201将分层水箱2 分为高温区和低温区。所述的辅助热源5采用电锅炉，地下蓄能区3由埋管换热器301、连 接在埋管换热器301两端的分水器14及集水器15、填充在埋管换热器301周围的蓄热材 料302，蓄热材料302可由体积比为5 4 1 (也可为4 3 :1或6 :5:1)的砾石、水及相变材 料构成，即砾石、水及相变材料的体积比为4 :3 :1 6 :5:1，所述的相变材料可选用石蜡、 硬脂酸等。实际上蓄热材料的组合及相变材料的选择不受本实施例限制，只要保证相变温 度为75 85°C即可。本实施例中相变材料的相变温度为80°C (也可为75°C或85°C)。集 热器供水管12通过其上装有的第一电磁阀10与分层水箱2高温区相连，集热器回水管13 上设有第一循环水泵7并与分层水箱2的低温区相连；分层水箱2低温区通过第二循环泵6还与地下蓄能区3的分水器14相连，集热器供水管12与分层水箱2低温区设连通管20 并装有第二电磁阀11 ；供暖末端供水管16通过第三循环水泵8分别与第一电磁阀10、分层 水箱2高温区和地下蓄能区3的集水器15相连，所述的供暖末端回水管17直接与分层水 箱2低温区相连；辅助热源供水管19与第四循环水泵9、分层水箱2高温区、辅助热源回水 管18构成采暖季低谷电蓄热系统。该系统中，太阳能集热器1的主要作用是收集太阳能的热量并加热流过其中的 水；分层水箱2的作用是储存集热量及辅助能源蓄热量并调节供回水温度；地下蓄能区3 的作用是储存太阳能集热器收集的富裕热量，并在采暖季太阳辐射不佳的情况下实现跨季 节利用；供暖末端4的作用是向房间提供热量；辅助热源5的作用是低谷电蓄热以满足全 天候房间采暖需求；为提高系统利用效率和太阳能保证率，通过电磁阀10 11和循环水泵 6 9的开启和关闭来实现不同热水循环。本系统的工作流程如下1、采暖季直接采暖运行。当太阳能集热器1进出口温差彡5°C且分层水箱2高温 区水温彡40°C时，第一电磁阀10、第一循环水泵7和第三循环水泵8开启。热水由太阳能 集热器1产生，经第一电磁阀10、第三循环水泵8、供暖末端4、分层水箱2的低温区、第一循 环水泵7后返回太阳能集热器1，完成一个采暖循环。当太阳能集热器1进出口温差< 5°C 且分层水箱2高温区水温> 40°C时，第三循环水泵8开启，分层水箱2的高温区直接给供暖 末端4供暖。2、采暖季间接采暖运行。当太阳能集热器1进出口温差彡5°C且分层水箱2高温 区水温< 40°C时，第二循环水泵6、第三循环水泵8开启。供暖末端4回水经第二循环水泵 6、由地下蓄能区3加热后经第三循环水泵8进入供暖末端4，完成一个采暖循环。3、采暖季低谷电蓄热。当分层水箱2的高低温区温差彡5°C时，第四循环水泵9开 启。辅助热源5给分层水箱2高温区内的热水加热。4、采暖季防冻循环。第二电磁阀11和第一循环水泵7开启。分层水箱2低温区 的水经第一循环水泵7、太阳能集热器1、第二电磁阀11后流回分层水箱2，完成一个防冻循 环。5、非采暖季蓄热循环。第一电磁阀10、第一循环水泵7和第二循环水泵6开启。 热水由太阳能集热器1产生，分别流经第一电磁阀10后、分层水箱2、第一循环水泵7后流 回太阳能集热器1，将分层水箱2中的水加热向；第二循环水泵6从分层水箱2的低温区抽 水，经地下蓄能区3后蓄能材料302放热，使水被加热流回分层水箱2的高温区。
权利要求1.一种太阳能跨季节蓄热采暖系统，包括太阳能集热器(1)、供暖末端(4)，其特征是 还设有分层水箱(2)、地下蓄热区(3)和辅助热源(5)，集热器供水管(12)通过其上装有的 第一电磁阀(10)与分层水箱(2)高温区相连，集热器回水管(13)上设有第一循环水泵(7) 并与分层水箱(2)低温区相连；分层水箱(2)低温区通过第二循环泵(6)还与地下蓄能区 (3)相连，集热器供水管(12)与分层水箱(2)低温区设连通管(20)并装有第二电磁阀(11); 供暖末端供水管(16)通过第三循环水泵(8)分别与第一电磁阀(10)、分层水箱(2)高温区 和地下蓄能区(3)相连，供暖末端回水管(17)直接与分层水箱(2)低温区相连；辅助热源供 水管(19)通过其上设有的第四循环水泵(9)与分层水箱(2)高温区、辅助热源回水管(18) 构成采暖季低谷电蓄热系统。
2.根据权利要求1所述的太阳能跨季节蓄热采暖系统，其特征是所述的地下蓄能区 (3 )由埋管换热器(301 )、连接在埋管换热器(301)两端的分水器(14 )及集水器(15 )、填充 在埋管换热器(301)周围的蓄热材料(302 )组成。
3.根据权利要求1所述的太阳能跨季节蓄热采暖系统，其特征是所述的分层水箱(2) 内部设有导流板(201)，通过导流板(201)将分层水箱(2)分为高温区和低温区。
4.根据权利要求1所述的太阳能跨季节蓄热采暖系统，其特征是所述的辅助热源(5) 为电锅炉。
专利摘要一种太阳能跨季节蓄热采暖系统，包括太阳能集热器、供暖末端、分层水箱、地下蓄热区和辅助热源，集热器供水管通过第一电磁阀与分层水箱高温区相连，集热器回水管上设有第一循环水泵并与分层水箱低温区相连；分层水箱低温区通过第二循环泵与地下蓄能区相连，集热器供水管与分层水箱低温区设连通管并装有第二电磁阀；供暖末端供水管通过第三循环水泵与第一电磁阀、分层水箱高温区和地下蓄能区相连，供暖末端回水管与分层水箱低温区相连；辅助热源供水管通过第四循环水泵与分层水箱高温区、辅助热源回水管构成采暖季低谷电蓄热系统。本实用新型以太阳能作为主要能源输入，通过跨季节蓄热/放热平衡太阳能季节性的峰谷分布，以满足建筑的全天候采暖需求。
文档编号F24D11/00GK201836970SQ20102050424
公开日2011年5月18日 申请日期2010年8月25日 优先权日2010年8月25日
发明者姜国伟, 安亚利, 李深田, 赵薇, 邢鹏 申请人:锦州森博特新能源技术有限公司