一种北方农宅热回收式太阳能辐射供暖系统

1.本发明涉及建筑供暖技术领域，特别是涉及一种北方农宅热回收式太阳能辐射供暖系统。


背景技术：

2.目前，北方地区大多采用火炕或煤锅炉散热器的取暖方式，但是存在着火炕和煤锅炉的高温烟气热量利用不充分而直接排到室外，造成大量能量浪费的现象。同时火炕的高温上表面在大多数时候没有很好地起到供暖的效果，大量的辐射热从屋顶损失造成能量的浪费。针对炕的热回收的技术很少，如节能型水暖通风炕仅针对炕以辐射方式传递给地面的热量进行利用，而在农村建筑中针对烟囱烟气热回收的技术如基于自然素材利用建筑集成生物质燃烧烟气净化热回收装置，采用火墙的方式对烟囱烟气进行热回收，回收和利用的热量较为单一，供暖效果不佳。
3.传统的太阳能空气集热器存在着受天气影响大，温度波动范围不稳定，不能够独立承担冬季供暖需求的特点。为此，现有的技术大多采用集热蓄热体的方式进行改善，如一种利用太阳能集热板供暖及蓄热墙体蓄热供暖的装置和蓄热式平板太阳能空气集热器等，但其均未考虑到回收利用炕表面辐射热和太阳能空气集热器相结合的技术，从而使得供暖效果得到进一步提高。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种北方农宅热回收式太阳能辐射供暖系统。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种北方农宅热回收式太阳能辐射供暖系统，应用于具有火炕的农宅，包括：辐射供暖部件、太阳能集空气集热器和内含远红外辐射涂料涂层的炕表面辐射热回收装置；
7.所述炕表面辐射热回收装置设置于所述火炕的上方，所述炕表面辐射热回收装置用于通过所述远红外辐射涂料涂层回收所述火炕的热辐射，并输出热空气；所述太阳能集空气集热器分别与所述辐射供暖部件和所述炕表面辐射热回收装置通过管道连接，所述太阳能空气集热器用于收集太阳能，并对空气进行加热，以输出热空气；所述辐射供暖部件设置于所述农宅中，与所述炕表面辐射热回收装置通过管道连接，所述辐射供暖部件用于根据所述炕表面辐射热回收装置输出的热空气和/或所述太阳能集空气集热器输出的热空气向所述农宅的室内进行辐射供暖。
8.优选地，还包括控制器、第一电动风闸、第二电动风闸、风机和止逆阀；
9.所述控制器分别与所述太阳能集空气集热器、第一电动风闸、所述第二电动风闸和所述止逆阀连接；所述太阳能集空气集热器的入口管路上设置有所述第一电动风阀；所述太阳能集空气集热器的出口管路上依次设置有止逆阀和第二电动阀；所述入口管路和所述出口管路汇集成主管路，所述主管路与所述炕表面辐射热回收装置的出口管路连接；所
述太阳能集空气集热器的出口管路还通过所述止逆阀与所述辐射供暖部件连接；
10.所述控制器用于采集所述太阳能集空气集热器的出口温度，并判断所述太阳能集空气集热器的出口温度是否大于第一设定值，若是，则控制所述第一电动风闸开通，所述第二电动风闸闭合，并利用所述风机将热空气送入所述炕表面辐射热回收装置进行一次升温，将升温后的气体通过所述第一电动风闸由所述太阳能空气集热器的进口送入太阳能空气集热器，以接收太阳能辐射进行二次升温，并将二次升温后的气体由所述太阳能空气集热器的出口逆止阀将热空气送入所述辐射供暖部件，以向室内进行辐射供暖；
11.若否，则获取所述炕表面辐射热回收装置的出口温度是否大于第二设定值，得到判断结果；若所述判断结果为是，则控制所述第一电动风闸闭合，所述第二电动风闸开通，并利用所述风机将热空气送入所述炕表面辐射热回收装置进行升温，并将升温后的气体经过所述第二电动风闸送入所述辐射供暖部件，以向室内进行辐射供暖；若判断结果为否，则关闭所述第一电动风闸、所述第二电动风闸、所述风机和所述止逆阀。
12.优选地，所述炕表面辐射热回收装置包括：上盖板、第一折流板、炕表面辐射热回收装置进口、炕表面辐射热回收装置出口、螺栓、下盖板、第一壳体和多个第一折流板孔洞；
13.所述上盖板、所述第一折流板、所述第一壳体均由厚度铝合金板材组成；所述第一壳体覆盖有挤塑板；所述第一折流板包括多个折板条；各个折板条等间距设置在所述第一壳体上；每块折板条上设置两个所述第一折流板孔洞，所述螺栓用于将所述上盖板和所述下盖板固定在所述第一壳体上；所述下盖板的下表面喷涂有所述远红外辐射涂料涂层；所述炕表面辐射热回收装置进口和所述炕表面辐射热回收装置出口均设置在所述第一壳体上；所述第一壳体通过所述炕表面辐射热回收装置进口和所述炕表面辐射热回收装置出口与外界联通；热空气经由所述炕表面辐射热回收装置进口进入后，通过所述第一折流板的引导在所述壳体内与所述下盖板经过对流换热提升温度，通过所述第一折流板孔洞进行对流折返，通过多次往返对流换热后，经由所述炕表面辐射热回收装置出口输出热空气。
14.优选地，所述辐射供暖部件包括：热辐射面板、第二壳体、第二折流板孔洞、第二折流板、辐射供暖部件进口和辐射供暖部件出口；
15.所述第二壳体由铝合金板材构成；所述热辐射面板的表面为饰面层，喷涂有辐射散热降温涂料；所述第二折流板包括多个折板条；各个折板条等间距设置在所述第二壳体上；每块折板条上设置两个所述第二折流板孔洞；热空气经由所述辐射供暖部件进口进入后，通过所述第二折流板的引导在所述第二壳体内与所述热辐射面板经过对流换热，以提升所述热辐射面板的温度，并向室内进行辐射供暖；换热后的热空气通过所述第二折流板孔洞进行对流折返，通过多次往返对流换热后，经由所述辐射供暖部件出口输出换热后温度降低的热空气。
16.优选地，所述太阳能集空气集热器安装在所述农宅的屋顶或无阳光遮挡的平台上。
17.优选地，所述第一设定值为20℃。
18.优选地，所述第二设定值为15℃。
19.优选地，所述控制器为mcgs控制柜。
20.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
21.本发明提供了一种北方农宅热回收式太阳能辐射供暖系统，应用于具有火炕的农
宅，包括：辐射供暖部件、太阳能集空气集热器和内含远红外辐射涂料涂层的炕表面辐射热回收装置；所述炕表面辐射热回收装置设置于所述火炕的上方，所述炕表面辐射热回收装置用于通过所述远红外辐射涂料涂层回收所述火炕的热辐射，并输出热空气；所述太阳能集空气集热器分别与所述辐射供暖部件和所述炕表面辐射热回收装置通过管道连接，所述太阳能空气集热器用于收集太阳能，并对空气进行加热，以输出热空气；所述辐射供暖部件设置于所述农宅中，与所述炕表面辐射热回收装置通过管道连接，所述辐射供暖部件用于根据所述炕表面辐射热回收装置输出的热空气和/或所述太阳能集空气集热器输出的热空气向所述农宅的室内进行辐射供暖。本发明通过炕表面辐射热回收装置有效回收利用了炕表面的辐射热，减少了灶炕采暖系统的热损失，从而提升了供暖效果。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明提供的实施例中的系统结构示意图；
24.图2为本发明提供的实施例中的技术原理示意图；
25.图3为本发明提供的实施例中的系统控制逻辑图；
26.图4为本发明提供的实施例中的装置整体结构示意图；
27.图5为本发明提供的实施例中的炕表面辐射热回收装置结构示意图；
28.图6为本发明提供的实施例中的辐射供暖部件结构示意图。
29.附图标记说明：
30.1-炕表面辐射热回收装置、2-辐射供暖部件、3-太阳能空气集热器、4-pvc风管、5-控制器、6-风机、7-第一电动风闸、8-第二电动风闸、9-逆止阀、10-火炕、11-太阳能空气集热器支架、12-太阳能空气集热器进口、13-太阳能空气集热器出口、14-上盖板、15-第一折流板、16-第一折流板孔洞、17-炕表面辐射热回收装置进口、18-炕表面辐射热回收装置出口，19-螺栓、20-下盖板、21-第一壳体、22-热辐射面板、23-第二壳体、24-第二折流板孔洞、25-第二折流板、26-辐射供暖部件进口、27-辐射供暖部件出口。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
32.本发明的目的是提供一种北方农宅热回收式太阳能辐射供暖系统，通过炕表面辐射热回收装置有效回收利用了炕表面的辐射热，减少了灶炕采暖系统的热损失，从而提升了供暖效果。
33.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
34.图1为本发明提供的实施例中的系统结构示意图，如图1所示，本实施例中提供了一种北方农宅热回收式太阳能辐射供暖系统，应用于具有火炕的农宅，包括：辐射供暖部件(新型辐射供暖装置)、太阳能集空气集热器和内含远红外辐射涂料涂层的炕表面辐射热回收装置；
35.所述炕表面辐射热回收装置设置于所述火炕的上方，所述炕表面辐射热回收装置用于通过所述远红外辐射涂料涂层回收所述火炕的热辐射，并输出热空气；所述太阳能集空气集热器分别与所述辐射供暖部件和所述炕表面辐射热回收装置通过管道连接，所述太阳能空气集热器用于收集太阳能，并对空气进行加热，以输出热空气；所述辐射供暖部件设置于所述农宅中，与所述炕表面辐射热回收装置通过管道连接，所述辐射供暖部件用于根据所述炕表面辐射热回收装置输出的热空气和/或所述太阳能集空气集热器输出的热空气向所述农宅的室内进行辐射供暖。
36.具体的，本实施例充分利用东北传统农宅中普遍存在的火炕高温表面的辐射热量，同时合理利用太阳的热辐射能量室外温度低，水系统容易结冻且不易维修，造价和维护成本较高，本系统内采用的主要，将炕表面热辐射能和太阳热辐射能在屋顶内通过有效的收集、传输、储存，通过安装在间墙中的辐射供暖部件向房间内辐射供暖，并能够根据温度自动切换工况。考虑到北方农村地区冬季工质为空气。同时考虑到农村住宅常常存放生物质燃料和农业生产资料，地面容易累积灰尘，如果将热风直接送入室内，容易在住宅室内形成扬尘，将增加pm2.5等颗粒物浓度，不利于农户的呼吸道健康。为此，参考电辐射热板的采暖形式，该系统在农宅室内设置了空气辐射热板作为辐射供暖部件向房间内辐射供暖。
37.优选地，还包括控制器、第一电动风闸、第二电动风闸、风机和止逆阀；
38.所述控制器分别与所述太阳能集空气集热器、第一电动风闸、所述第二电动风闸和所述止逆阀连接；所述太阳能集空气集热器的入口管路上设置有所述第一电动风阀；所述太阳能集空气集热器的出口管路上依次设置有止逆阀和第二电动阀；所述入口管路和所述出口管路汇集成主管路，所述主管路与所述炕表面辐射热回收装置的出口管路连接；所述太阳能集空气集热器的出口管路还通过所述止逆阀与所述辐射供暖部件连接；
39.所述控制器用于采集所述太阳能集空气集热器的出口温度，并判断所述太阳能集空气集热器的出口温度是否大于第一设定值，若是，则控制所述第一电动风闸开通，所述第二电动风闸闭合，并利用所述风机将热空气送入所述炕表面辐射热回收装置进行一次升温，将升温后的气体通过所述第一电动风闸由所述太阳能空气集热器的进口送入太阳能空气集热器，以接收太阳能辐射进行二次升温，并将二次升温后的气体由所述太阳能空气集热器的出口逆止阀将热空气送入所述辐射供暖部件，以向室内进行辐射供暖；
40.若否，则获取所述炕表面辐射热回收装置的出口温度是否大于第二设定值，得到判断结果；若所述判断结果为是，则控制所述第一电动风闸闭合，所述第二电动风闸开通，并利用所述风机将热空气送入所述炕表面辐射热回收装置进行升温，并将升温后的气体经过所述第二电动风闸送入所述辐射供暖部件，以向室内进行辐射供暖；若判断结果为否，则关闭所述第一电动风闸、所述第二电动风闸、所述风机和所述止逆阀。
41.图2为本发明提供的实施例中的技术原理示意图，如图2所示，热回收式太阳能辐射供暖系统的运行主要分为内循环模式和外循环模式。二者的区别是外循环模式下，第一电动风阀(电动风阀1)开通，第二电动风阀(电动风阀2)闭合，系统内空气主要经过太阳能
空气集热器、炕表面辐射热回收装置和风机形成回路；在内循环模式下，电动风阀1闭合，电动风阀2开通，系统内空气不经过太阳能空气集热器，只通过炕表面辐射热回收装置和风机形成回路，逆止阀的设置是防止内循环模式下空气泄漏流至太阳能空气集热器。
42.针对因气温过低导致太阳能空气集热器早晨结霜的问题，需要在系统开机后以外循环模式运行一段时间。早晨农户炊事活动引起火炕的温度提升，可以通过炕表面辐射热回收装置预热系统内部空气来对太阳能空气集热器进行化霜，系统在该情况下工作的状态称为预热工况。经过现场多次运行实验，该系统在外循环模式下运行2h能够保证完全化霜。
43.太阳能空气集热器在完成预热模式后，需要根据其出口空气温度判断能否有效利用太阳辐射能，进而控制电控风闸来转变工况。
44.可选的，在日光充足的白天，太阳能空气集热器的出口温度能够迅速升高，参考农宅冬季节能规范标准的室内计算温度为14℃，考虑到管路沿程热损失和辐射板热利用效率，设定集热器出口温度达到20℃(第一设定值)则保持外循环模式，利用太阳辐射能加热空气，并通过热辐射板向室内供暖，系统在该情况下工作的状态称为晴天工况。
45.此外，在日光不充足的阴天，太阳能空气集热器的出口温度没有达到设定温度，则需要判断炕表面辐射热回收装置是否能够有效利用炕表面辐射能，参考节能规范的室内计算温度和热损失及热效率，设定炕表面辐射热回收装置出口空气温度达到15℃(第二设定值)则以内循环模式工作，利用炕表面辐射热回收装置加热空气，并通过热辐射板向室内供暖，系统在该情况下工作的状态称为阴天工况。当炕表面辐射热回收装置出口温度没有达到设定温度时，系统应该处于待机模式，等待农户进行炊事活动提高火炕表面温度进而提供炕表面辐射能，系统在该情况下工作的状态称为阴天工况。
46.最后，在日落之后，太阳能空气集热器的出口温度下降到设定温度，则判断炕表面辐射热回收装置的出口温度是否达到设定温度，如果达到则利用炕表面辐射热回收装置通过热辐射板向室内供暖，系统在该情况下工作的状态称夜晚工况。
47.图3为本发明提供的实施例中的系统控制逻辑图，如图3所示，其中预热工况和晴天工况都是在外循环模式下运行，阴天工况和夜晚工况都是在内循环模式下运行。为方便农户使用该系统，可以设置自动开机、预热结束和关机时间，节省运行费用并避免夜间运行噪音影响农户睡眠。同时考虑到工况的多样性，控制逻辑图中涉及到的设定温度都可以通过控制面板进行设置。在设置好时间和设定温度后，该系统能够通过控制柜和传感器自动变换工况稳定运行，无需农户进行额外操作，根据逻辑图编写的mcgs(控制器)后台运行策略脚本。
48.图4为本发明提供的实施例中的装置整体结构示意图，如图4所示，本实施例中的系统装置主要包括炕表面辐射热回收装置1、辐射供暖部件2、太阳能空气集热器3、pvc风管4(连接管路)、控制器5、风机6、第一电动风闸7、第二电动风闸8、逆止阀9、火炕10、太阳能空气集热器支架11、太阳能空气集热器进口12、太阳能空气集热器出口13。
49.下面介绍不同循环模式下的工作情况：
50.(1)在外循环模式下，风机6开始工作，第一电动风闸7连通，第二电动风闸8闭合，此时热空气经过pvc风管4送入炕表面辐射热回收装置1提升温度，然后通过pvc风管4和第一电动风闸7由太阳能空气集热器进口12送入太阳能空气集热器3接收太阳能辐射提升温度，并由太阳能空气集热器出口13经只能由室外向室内的逆止阀9将热空气送入辐射供暖
部件2，向室内进行辐射供暖。
51.(2)在内循环模式下，风机6开始工作，第一电动风闸7闭合，第二电动风闸8连通，此时热空气经过pvc风管4送入炕表面辐射热回收装置1提升温度，然后通过pvc风管4和第二电动风闸8直接将热空气送入辐射供暖部件2，向室内进行辐射供暖。由于闭合的第一电动风闸7和逆止阀9的存在，热空气不会流向太阳能空气集热器3。
52.优选地，所述炕表面辐射热回收装置包括：上盖板、第一折流板、炕表面辐射热回收装置进口、炕表面辐射热回收装置出口、螺栓、下盖板、第一壳体和多个第一折流板孔洞；
53.所述上盖板、所述第一折流板、所述第一壳体均由厚度铝合金板材组成；所述第一壳体覆盖有挤塑板；所述第一折流板包括多个折板条；各个折板条等间距设置在所述第一壳体上；每块折板条上设置两个所述第一折流板孔洞，所述螺栓用于将所述上盖板和所述下盖板固定在所述第一壳体上；所述下盖板的下表面喷涂有所述远红外辐射涂料涂层；所述炕表面辐射热回收装置进口和所述炕表面辐射热回收装置出口均设置在所述第一壳体上；所述第一壳体通过所述炕表面辐射热回收装置进口和所述炕表面辐射热回收装置出口与外界联通；热空气经由所述炕表面辐射热回收装置进口进入后，通过所述第一折流板的引导在所述壳体内与所述下盖板经过对流换热提升温度，通过所述第一折流板孔洞进行对流折返，通过多次往返对流换热后，经由所述炕表面辐射热回收装置出口输出热空气。
54.图5为本发明提供的实施例中的炕表面辐射热回收装置结构示意图，如图5所示，所述炕表面辐射热回收装置1通过两个贯穿房间的角钢固定在吊顶上，正对于火炕10的正上方，炕表面辐射热回收装置1包括上盖板14、第一折流板15、第一折流板孔洞16、炕表面辐射热回收装置进口17、炕表面辐射热回收装置出口18，螺栓19、下盖板20、第一壳体21组成。所述上盖板14、第一折流板15、第一壳体21都是由厚度5mm的铝合金板材组成，并在第一壳体21周围覆盖20mmxps挤塑板进行保温，总体尺寸为1800mm*4400mm，装置高度为150mm，第一折流板15的折板条的间隔为450mm，第一折流板孔洞16尺寸为100*100mm，每块折板条上设置两个第一折流板孔洞16，螺栓19为m20的固定件，将上盖板14和下盖板20固定在第一壳体21上，并用发泡材料填补缝隙。下盖板20的下表面，也就是正对火炕的表面喷涂5mm厚度志盛zs-1061耐高温远红外辐射涂料涂层，用于吸收炕辐射。热空气经由炕表面辐射热回收装置进口17进入装置后，通过第一折流板15的引导在壳体内与下盖板20经过对流换热提升温度，通过第一折流板孔洞16进行对流折返，通过两次往返对流换热后，经由炕表面辐射热回收装置出口18输出热空气。
55.优选地，所述辐射供暖部件包括：热辐射面板、第二壳体、第二折流板孔洞、第二折流板、辐射供暖部件进口和辐射供暖部件出口；
56.所述第二壳体由铝合金板材构成；所述热辐射面板的表面为饰面层，喷涂有辐射散热降温涂料；所述第二折流板包括多个折板条；各个折板条等间距设置在所述第二壳体上；每块折板条上设置两个所述第二折流板孔洞；热空气经由所述辐射供暖部件进口进入后，通过所述第二折流板的引导在所述第二壳体内与所述热辐射面板经过对流换热，以提升所述热辐射面板的温度，并向室内进行辐射供暖；换热后的热空气通过所述第二折流板孔洞进行对流折返，通过多次往返对流换热后，经由所述辐射供暖部件出口输出换热后温度降低的热空气。
57.图6为本发明提供的实施例中的辐射供暖部件结构示意图，如图6所示，所述辐射
供暖部件2通过角钢焊接在间墙上，也可以立于火炕上并进行固定，主要包括热辐射面板22、第二壳体23、第二折流板孔洞24、第二折流板25、辐射供暖部件进口26、辐射供暖部件出口27。所述第二壳体23采用厚度5mm的铝合金板材，总体尺寸为1800mm*2400mm，装置厚度为150mm。热辐射面板22表面为饰面层，喷涂5mmzs-411辐射散热降温涂料，强化辐射散热的效果。第二折流板25的折板条间隔为450mm，第二折流板孔洞24尺寸为100*100mm，每块折板条上设置两个第二折流板孔洞24。热空气经由辐射供暖部件进口26进入装置后，通过第二折流板25的引导在壳体内与热辐射面板22经过对流换热提升热辐射面板22的温度，向室内进行辐射供暖。换热后的热空气通过第二折流板孔洞24进行对流折返，通过两次往返对流换热后，经由辐射供暖部件出口27输出换热后温度降低的热空气。
58.优选地，所述太阳能集空气集热器安装在所述农宅的屋顶或无阳光遮挡的平台上。
59.所述太阳能空气集热器3采用日出东方大流量空气集热器，尺寸为2500*1200*150mm，通过太阳能空气集热器支架11安装在屋顶或无阳光遮挡的平台上。所述风机6采用ydl-77风机，所述第一电动风闸和第二电动风闸采用广州立浪阀门制造有限公式生产的承插式110电动pvc蝶阀，逆止阀9采用广州立浪阀门制造有限公式生产的承插式110pvc逆止阀。
60.本发明的有益效果如下：
61.(1)本发明通过炕表面辐射热回收装置有效回收利用了炕表面的辐射热，减少了东北灶炕采暖系统的热损失；
62.(2)太阳能空气集热器有效利用太阳辐射能，通过智能控制风闸完成内外循环模式的转换，与热回收装置的热空气合流，有效地稳定了太阳能供暖的效果；
63.(3)本发明可以根据具有灶炕采暖系统的既有农宅进行改造，适用面广，系统简单可靠，可以有效稳定地为农宅进行供暖，将有效改善北方农宅室内环境的舒适性和节能性；
64.(4)本发明充分应对利用阴天利用炕表面辐射热和晴天利用太阳辐射热的不同工况，并通过mcgs控制柜对各装置进出口温度进行监测，自动控制工况的转换，提高了供暖的自动化程度。
65.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
66.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。