專利名稱：一種太陽能驅(qū)動的熱管式建筑熱水及采暖裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能綜合供熱系統(tǒng)，特別是一種太陽能驅(qū)動的熱管式建筑熱水及采暖裝置。
背景技術(shù)：
資源、能源和環(huán)境問題是制約我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的三大考驗，建筑能耗，包括建造能耗、生活使用能耗、采暖空調(diào)能耗等，是我國能源消耗中的重要組成部分，約占全社會總能耗的30%，其中最主要的采暖和空調(diào)能耗占到20%。因此，建筑節(jié)能對于節(jié)約能源、降低有害物質(zhì)的排放，改善地球熱環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的作用。目前，國家對于建筑節(jié)能和節(jié)能改造技術(shù)非常重視，相繼出臺了一批節(jié)能法規(guī)、政策，用以加快建筑節(jié)能實施步伐。其中充分利用太陽能，使用綠色能源，節(jié)能減排、構(gòu)建節(jié)能建筑的重要組成部分。目前大多采用利用太陽能加熱供暖用水技術(shù)，即通過管道的鋪設(shè)，將供暖用水輸送到地暖管內(nèi)循環(huán)流動，加熱地面混凝土覆蓋層，通過地面以輻射和對流的傳熱方式向室內(nèi)供熱的供暖方式，是對房間熱微氣候進行調(diào)節(jié)的節(jié)能供暖系統(tǒng)。公告號為CN101586827A的中國專利文獻公開了一種太陽能地面供暖系統(tǒng)，包括太陽能集熱器、溫度傳感器、中央控制器、混水裝置，太陽能集熱器的兩端通過太陽能供水管、太陽能回水管分別與儲熱水箱連接，在太陽能供水管上裝有太陽能循環(huán)水泵并與儲熱水箱連接，在儲熱水箱上裝有溫度傳感器，溫度傳感器通過控制線和中央控制器連接，在輔助熱源上通過供暖主回水管和供暖主供水管和混水裝置連接，在供暖主回水管上裝有輔助熱源電動二通閥、供暖循環(huán)水泵，在中央控制器上通過控制線與輔助熱源、溫度傳感器、輔助熱源電動二通閥、儲熱水箱電動二通閥、供暖循環(huán)水泵、混水裝置、地面供暖系統(tǒng)相連。該專利中，熱水箱與太陽能集熱器連通，形成一個水循環(huán)系統(tǒng)，這樣當(dāng)集熱器與水箱的距離較大時，中間熱損失相對較大，降低了熱效率。公告號為 熱器，與太陽能集熱器連通的集熱器進水管和集熱器出水管，設(shè)在樓內(nèi)的貯熱管道，設(shè)在貯熱管道上的換熱器，以及與換熱器連通的生活熱水管和熱水使用終端，所述集熱器出水管與貯熱管道直接連通、成為貯熱管道的一部分，貯熱管道又通過設(shè)有切換閥門的連接水管與所述集熱器進水管連通；所述集熱器進水管和貯熱管道通過供暖管道與設(shè)在室內(nèi)的低溫輻射供暖分集水器連接成一循環(huán)水路；所述真空管太陽能集熱器還通過集熱器進水管和貯熱管道與市政供暖熱水管道連接成一循環(huán)水路。該專利中，集熱器主要是集中放置于屋面，貯熱管道內(nèi)水通過貯熱管道內(nèi)部的盤管換熱，這樣貯熱管道內(nèi)部嵌套有盤管，管徑較大，對建筑的面積使用率可能會產(chǎn)生一定影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種太陽能驅(qū)動的熱管式建筑熱水及采暖裝置，要解決傳統(tǒng)的太陽能綜合供熱系統(tǒng)，太陽能集熱器與水箱高效率遠(yuǎn)距離換熱的技術(shù)問題。
一種太陽能驅(qū)動的熱管式建筑熱水及采暖裝置，包括太陽能集熱器，生活用保溫儲水箱以及采暖用熱交換水箱，還設(shè)有第一熱管，第二熱管，保溫上集水管和保溫下集水管；所述保溫上集水管和保溫下集水管之間通過帶有電動閥的管道連通；所述保溫上集水管與采暖用熱交換水箱之間通過第一熱管換熱；所述保溫下集水管與生活用保溫儲水箱之間通過第二熱管換熱。通過太陽能集熱器加熱保溫下集水管，因保溫上集水管和保溫下集水管之間設(shè)有管道連通，通過水的流通循環(huán)，保溫上集水管內(nèi)的水的溫度也同時上升，通過第一熱管汲取保溫上集水管中的熱量，輸送到采暖用熱交換水箱，再通過低溫地板輻射向室內(nèi)供熱；通過第二熱管汲取保溫下集水管中的熱量，輸送到生活用保溫儲水箱，加熱生活用保溫儲水箱內(nèi)的水。熱管是一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管殼內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外。由于熱管具有高效導(dǎo)熱的特性，可以將通過太陽能集熱器加熱的保溫上集水管中的熱量通過熱管快速傳遞到采暖用熱交換水箱，再通過低溫地板輻射供熱，使室內(nèi)溫度快速提升。所述生活用保溫儲水箱上設(shè)有熱水出水管、自來水進水管、排氣管和電子液位計。為了通過測試室外溫度來控制所述電動閥的開關(guān)，還設(shè)有用于采集室外溫度的溫度傳感器，該溫度傳感器用于向所述電動閥提供控制信號。為了減少冬季和夏季保溫上集水管和保溫下集水管之間水壓波動，使整個系統(tǒng)運行更穩(wěn)定，所述的保溫上集水管和保溫下集水管上分別設(shè)有緩沖罐。為了減少儲水裝置與空氣的熱交換，所述的保溫上集水管、保溫下集水管、生活用保溫儲水箱和采暖用熱交換水箱的外部分別設(shè)有保溫層。為了區(qū)分冬季與夏季系統(tǒng)，所述保溫上集水管和保溫下集水管之間通過兩條管道形成循環(huán)回路，這兩條管道上均設(shè)有所述的電動閥。所述的第一熱管包括蒸發(fā)段、冷凝段以及并聯(lián)在蒸發(fā)段、冷凝段之間的若干熱交換支路，所述蒸發(fā)段、冷凝段分別穿套在保溫上集水管和采暖用熱交換水箱上。所述的第二熱管包括蒸發(fā)段、冷凝段以及并聯(lián)在蒸發(fā)段、冷凝段之間的若干熱交換支路，所述蒸發(fā)段、冷凝段分別穿套在保溫下集水管和生活用保溫儲水箱上。所述的太陽能驅(qū)動的熱管式建筑熱水及采暖裝置有兩個工況:I)當(dāng)外界溫度彡20°C時:當(dāng)溫度傳感器測得室外空氣溫度彡20°C時，溫度傳感器電信號關(guān)閉電動閥，保溫上集水管和保溫下集水管連接關(guān)斷，太陽能集熱器吸收熱量僅使保溫下集水管水溫升高，通過第二熱管對生活用保溫儲水箱內(nèi)的生活用水進行加熱。2)當(dāng)外界溫度彡20°C時:當(dāng)溫度傳感器測得室外空氣溫度彡20°C時，溫度傳感器電信號開啟電動閥，保溫上集水管和保溫下集水管連通。太陽能集熱器吸收太陽能熱量使保溫下集水管水溫升高，保溫上集水管和保溫 下集水管通過之間的管道進行水循環(huán)，保溫上集水管溫度升高，通過第一熱管蒸發(fā)端從所處的上集水管吸收熱量，交換至采暖用熱交換水箱，通過低溫地板輻射供室內(nèi)采暖，同時通過第二熱管汲取保溫下集水管中的熱量，輸送到生活用保溫儲水箱，加熱保溫儲水箱內(nèi)的生活用水。
本發(fā)明的有益效果:通過熱管能夠?qū)⑻柲芗療崞魑仗柲墚a(chǎn)生的熱量快速傳遞到室內(nèi)，使室內(nèi)溫度快速提升；幾乎沒有熱損失的情況下可以將生活熱水箱和太陽能集熱器較遠(yuǎn)距離分離，可以將采暖換熱器與熱源較遠(yuǎn)距離分離，可以在不便于放置大水箱的地方更方便的使用熱水；系統(tǒng)的運行與室外空氣溫度的變化有效一一對應(yīng)控制，系統(tǒng)的自動化程度較高，室內(nèi)的空氣環(huán)境更為舒適。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本實施例包括太陽能集熱器6、生活用保溫儲水箱7、保溫下集水管4、第二熱管5、保溫上集水管3，采暖用熱交換水箱1、第一熱管2，地板輻射供熱盤管16、電動閥10、電動閥11、溫度傳感器15、緩沖罐8、緩沖罐9、熱水出水管12、自來水進水管13、排氣管14和電子液位計。
保溫上集水管3和保溫下集水管4之間通過兩條管道形成循環(huán)回路，這兩條管道分別設(shè)有電動閥10和電動閥11。當(dāng)兩個電動閥打開時，通過太陽能集熱器6加熱保溫下集水管4，因保溫上集水管3和保溫下集水管4之間設(shè)有管道連通，太陽能集熱器6為太陽能真空管或太陽能平板集熱器，可以將太陽能轉(zhuǎn)化成熱能，加熱保溫下集水管4中的水，使水溫升高，密度減小，熱水向上運動，而比重大的保溫上集水管3內(nèi)的冷水下降，水流循環(huán)，使保溫上集水管3內(nèi)水溫同時升高。當(dāng)兩個電動閥關(guān)閉時，保溫上集水管3和保溫下集水管4之間水流沒有進行循環(huán)流動，太陽能集熱器6僅加熱保溫下集水管4中的水。保溫上集水管3與采暖用熱交換水箱I之間通過第一熱管2換熱，第一熱管2汲取保溫上集水管3中的熱量，輸送到采暖用熱交換水箱1，再通過低溫地析輻射向室內(nèi)的地板輻射供熱盤管16供熱。保溫下集水管4與生活用保溫儲水箱7之間通過第二熱管5換熱，通過第二熱管5汲取保溫下集水管4中的熱量，輸送到生活用保溫儲水箱7，加熱生活用保溫儲水箱7內(nèi)的水。熱管是一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管殼內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外。由于熱管的快速導(dǎo)熱的特性，可以將通過太陽能集熱器加熱的保溫上集水管3中的熱量通過熱管快速傳遞到采暖用熱交換水箱1，使室內(nèi)溫度快速提升。熱管內(nèi)充注的工質(zhì)可以選用無水乙醇、甲醇、蒸餾水、乙二醇或者丙酮。保溫上集水管3和保溫下集水管4分別設(shè)有緩沖罐8和緩沖罐9，構(gòu)成系統(tǒng)穩(wěn)壓模塊，其作用是緩沖系統(tǒng)的壓力波動，使系統(tǒng)工作更平穩(wěn)。為了通過測試室外溫度來控制所述電動閥的開關(guān)，還設(shè)有用于采集室外溫度的溫度傳感器15，該溫度傳感器15用于向電動閥提供控制信號，溫度傳感器15與電動閥10和電動閥11構(gòu)成溫度自動控制系統(tǒng)，用于檢測室外溫度，通過溫度傳感器控制保溫上集水管3與保溫下集水管4的連通還是隔斷，起到切換工況的作用。排氣管14與電子液位計更便于生活用保溫儲水箱7的使用，其中排氣管14使生活用保溫儲水箱7箱內(nèi)與箱外壓力平衡，電子液位計使用戶可以隨時查看水箱內(nèi)水位高低。第一熱管2包括蒸發(fā)段、冷凝段以及并聯(lián)在蒸發(fā)段、冷凝段之間的若干熱交換支路，蒸發(fā)段、冷凝段分別穿套在保溫上集水管和采暖用熱交換水箱I上。第二熱管5包括蒸發(fā)段、冷凝段以及并聯(lián)在蒸發(fā)段、冷凝段之間的若干熱交換支路，蒸發(fā)段、冷凝段分別穿套在保溫下集水管4和生活用保溫儲水箱I上。太陽能驅(qū)動的熱管式建筑熱水及采暖裝置有兩個工況:1)當(dāng)外界溫度≤20°C時:當(dāng)溫度傳感器15測得室外空氣溫度彡20°C時，溫度傳感器15發(fā)出電信號，控制關(guān)閉兩個電動閥，阻斷保溫上集水管3和保溫下集水管4之間的連通，太陽能集熱器6吸收熱量僅使保溫下集水管水溫4升高，通過第二熱管5對生活用保溫儲水箱7內(nèi)的生活用水進行加熱。2)當(dāng)外界溫度≤20°C時:當(dāng)溫度傳感器15測得室外空氣溫度彡20°C時，溫度傳感器15發(fā)出電信號，控制打開兩個電動閥，保溫上集水管3和保溫下集水管4連通。太陽能集熱器6吸收太陽能熱量使保溫下集水管4水溫升高，保溫上集水管3和保溫下集水管4通過之間的管道進行水循環(huán)，保溫上集水管3溫度升高，第一熱管2蒸發(fā)端從所處的保溫上集水管3吸收熱量，交換至采暖用熱交換水箱I。同時通過第二熱管5汲取保溫下集水管4中的熱量，輸送到 生活用保溫儲水箱7，加熱生活用保溫儲水箱7內(nèi)的生活用水。節(jié)能效果分析:以杭州地區(qū)為例:設(shè)某住戶居住面積(采暖面積)100m2，常住人數(shù)為3人，太陽能系統(tǒng)主要提供地板福射米暖和生活熱水。杭州的日照屬中國二類地區(qū)，全年365天中，晴天占70%，陰雨天氣為30%，太陽能保證率設(shè)計為55%，太陽輻照量為4068.653MJ / (m2.a)，年日照小時數(shù)1819.9h?？紤]冬季采取要求，將太陽能集熱器6安裝傾角設(shè)為48°，此時冬季得熱量最多，且集熱器表面所獲太陽輻射量在全年都較穩(wěn)定，符合實際使用特點。夏季(外界溫度≤200C )測算:假設(shè)該戶在安裝太陽能集熱系統(tǒng)前，夏季采用電熱水器提供洗浴用水。根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》，用水量按每人次淋浴熱水量40L考慮，取杭州地區(qū)常年冷水供水平均水溫10°c，淋浴熱水溫度40°C考慮，平均每人每次淋浴耗能:Q1=40LX (40°C -10°C ) X (4.19X103J/kg.V )=5028000J按每度電能熱功當(dāng)量3617000J/kWh計算，考慮熱水器加熱效率0.9，每人次淋浴用電量:ffl=5028000/(3617000X 0.90)=1.544kffh按每人每月淋浴25次、每戶3人，該戶住宅夏季洗浴用電:Wtl=3 人 X 25 次 X 3 月 X 1.544kffh/ 人.次=347.4kWh。若改為太陽能熱水系統(tǒng)，則熱水部分無耗電Wt2=0kWh。則整個夏季實際節(jié)電:
Δ Wl=fftl-fft2=347.4kffh按杭州市日照情況設(shè)計，太陽能集熱面積計算如下:F=L.C.ΔΤ/Η.η.K1.K2式中:H:太陽輻射量，杭州市為4068.653MJ/ (m2.a)；F:太陽能熱水器集熱面積；n:熱水器日平均效率，一般為0.5 ；Kl:容積系數(shù)，取1.0 ;K2:系統(tǒng)熱損系數(shù)，取0.8 ;L:產(chǎn)水量(三口之家按300L/d計算)；C:工質(zhì)比熱容，4.19KJ/kg.V ；Δ T:冷熱水溫差，按夏天淋浴用水量最大時計算，熱水40 V，冷水25 °C，溫差15。。。根據(jù)以上計算，該戶需太陽能集熱器面積約為Ac=3m2。冬季(外界溫度彡20°C時)測算:以室內(nèi)散熱為地板輻射采暖系統(tǒng)來說，它的供水溫度一般<60°C，系統(tǒng)供回水溫差不宜超過10°C，而對于太陽能地板輻射采暖系統(tǒng)而言，供水溫度應(yīng)選35_50°C，且系統(tǒng)的工作壓力應(yīng)< 0.8MPa(DBJ/T01-49-2000.低溫?zé)崴匕遢椛涔┡瘧?yīng)用技術(shù)規(guī)程.北京:電子出版社，2000)。這里假設(shè)系統(tǒng)設(shè)計供回水溫度分別為40°C、30°C，供回水溫差為10°C?？紤]到杭州氣候條件、住房墻體結(jié)構(gòu)及太陽輻射等，估算冬季室內(nèi)采暖熱負(fù)荷為50ff/m2,則該住戶的室內(nèi)熱負(fù)荷:P2=50X100=5kff假設(shè)該戶在安裝太陽能集熱輻射供暖前，冬季采用熱泵空調(diào)維持室溫。假定該住戶采用一級能效(能效比3.4)的空調(diào)產(chǎn)品，每天空調(diào)使用10小時，則空調(diào)耗電量最少為:W3=5X 10/(1+3.4)=11.36kffh/d冬季采暖耗電量為:Wt3=ll.36X90/1000=1022.7kffh熱水循環(huán)流量為: G2=5/ (4.19 X 10) =0.12kg/s ^ 0.12L/s若改為太陽能 輻射供暖，假定完全滿足供暖要求，此時系統(tǒng)耗電為集熱水泵耗電及供暖水泵耗電之和:設(shè)住戶太陽能集熱水箱設(shè)在屋頂，則估算熱水回路總阻力損失為12m，則熱水水泵實際耗功:P3=0.12X12X1X9.81=14.1ff集熱水泵耗功依然是4.71kW，根據(jù)實際情況，每天運行10小時，則冬季太陽能系統(tǒng)總耗功:Wt4= (4.71+14.1) X 10X90/1000=16.9kffh整個供暖季實際節(jié)電:
Δ W2=fft3-fft4=344kffh=1005.8kWh。綜上所述，本發(fā)明可以收集太陽能熱量傳至室內(nèi)，降低冬季室內(nèi)熱負(fù)荷的同時可以提供生活熱水，減少供應(yīng)熱水和采暖所需消耗的能源；通過熱管能夠?qū)⑻柲芗療崞魑仗柲墚a(chǎn)生的熱量快速傳遞到室內(nèi)，使室內(nèi)溫度快速提升；系統(tǒng)的運行與室外空氣溫度的變化有效一一對應(yīng) 控制，系統(tǒng)的自動化程度較高，室內(nèi)的空氣環(huán)境更為舒適。
權(quán)利要求
1.一種太陽能驅(qū)動的熱管式建筑熱水及采暖裝置，包括太陽能集熱器(6)，生活用保溫儲水箱(7)以及采暖用熱交換水箱(1)，其特征在于，還設(shè)有第一熱管(2)，第二熱管(5)，保溫上集水管(3)和保溫下集水管(4)； 所述保溫上集水管(3 )和保溫下集水管(4 )之間通過帶有電動閥(10、11)的管道連通； 所述保溫上集水管(3 )與采暖用熱交換水箱(I)之間通過第一熱管(2 )換熱； 所述保溫下集水管(4 )與生活用保溫儲水箱(7 )之間通過第二熱管(5 )換熱。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能驅(qū)動的熱管式建筑熱水及采暖裝置，其特征在于，所述生活用保溫儲水箱(7)上設(shè)有熱水出水管(12)、自來水進水管(13)、排氣管(14)和電子液位計。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能驅(qū)動的熱管式建筑熱水及采暖裝置，其特征在于，還設(shè)有用于采集室外溫度的溫度傳感器(15)，該溫度傳感器(15 )用于向所述電動閥(IO、11)提供控制信號。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽能驅(qū)動的熱管式建筑熱水及采暖裝置，其特征在于，所述的保溫上集水管(3)和保溫下集水管(4)上分別設(shè)有緩沖罐(8、9)。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽能驅(qū)動的熱管式建筑熱水及采暖裝置，其特征在于，所述的采暖用熱交換水箱(I)、保溫上集水管(3)、保溫下集水管(4)和生活用保溫儲水箱(7)的外部分別設(shè)有保溫層。
6.如權(quán)利要求1所述的太陽能驅(qū)動的熱管式建筑熱水及采暖裝置，其特征在于，所述保溫上集水管(3)和保溫下集水管(4)之間通過兩條管道形成循環(huán)回路，這兩條管道上均設(shè)有所述的電動閥。
7.如權(quán)利要求1所述的太陽能驅(qū)動的熱管式建筑熱水及采暖裝置，其特征在于，所述的第一熱管(2)包括蒸發(fā)段、冷凝段以及并聯(lián)在蒸發(fā)段、冷凝段之間的若干熱交換支路，所述蒸發(fā)段、冷凝段分別穿套在保溫上集水管(3)和采暖用熱交換水箱(I)上。
8.如權(quán)利要求1所述的太陽能驅(qū)動的熱管式建筑熱水及采暖裝置，其特征在于，所述的第二熱管(5)包括蒸發(fā)段、冷凝段以及并聯(lián)在蒸發(fā)段、冷凝段之間的若干熱交換支路，所述蒸發(fā)段、冷凝段分別穿套在保溫下集水管(4)和生活用保溫儲水箱(7)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能驅(qū)動的熱管式建筑熱水及采暖裝置，包括太陽能集熱器，保溫儲水箱以及采暖用熱交換水箱，還設(shè)有第一熱管，第二熱管，保溫上集水管和保溫下集水管；所述保溫上集水管和保溫下集水管之間通過若干帶有電動閥的管道連通；所述保溫上集水管與采暖用熱交換水箱之間通過第一熱管換熱；所述保溫下集水管與保溫儲水箱之間通過第二熱管換熱。本發(fā)明通過熱管能夠?qū)⑻柲芗療崞魑仗柲墚a(chǎn)生的熱量快速傳遞到室內(nèi)，使室內(nèi)溫度快速提升；將生活熱水箱和集熱器分離，可以在不便于放置大水箱的地方更方便的使用熱水；系統(tǒng)的運行與室外空氣溫度的變化有效一一對應(yīng)控制，系統(tǒng)的自動化程度較高，室內(nèi)的空氣環(huán)境更為舒適。
文檔編號F24J2/30GK103234232SQ20131015613
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者喬曉剛, 郭衛(wèi)琳, 方民, 張玲 申請人:浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院