專利名稱：基于太陽能空氣集熱器的建筑供熱采暖系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種太陽能技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種基于太陽能空氣集熱器
的建筑供熱采暖系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
伴隨著我國經(jīng)濟近年來的巨大發(fā)展，能源的消耗問題越來越凸顯出來。當(dāng)前，我 國建筑總耗能約占社會終端能耗的20%左右，北方城鎮(zhèn)建筑采暖能耗占全國建筑總能耗的 36%，為建筑能源消耗的最大組成部分。為解決建筑采暖所需要的大量能源，可采取開源節(jié) 流的方針， 一方面針對我國建筑采暖中存在的一些問題，如建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫不良，供熱系 統(tǒng)效率不高等做出相應(yīng)的完善和改進；另一方面必須尋找可以代替目前常規(guī)能源的可再生 能源，太陽能作為一種清潔、無污染的能源受到了人們的廣泛關(guān)注。 太陽能供熱采暖系統(tǒng)即將太陽能轉(zhuǎn)化成熱能，供給建筑物冬季采暖和全年其他用 熱的系統(tǒng)。在我國，當(dāng)前的太陽能供熱采暖尚處于起步階段，雖然有了一些示范工程，但總 體技術(shù)水平不高，與發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距。"十一五"期間，我國的太陽能供熱采暖技 術(shù)將會有較快發(fā)展。 經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開文獻(xiàn)號CN2744991A，記載了一種"太陽 能采暖系統(tǒng)"，該技術(shù)包括太陽能集熱管、水箱、水箱上的進排水孔和呼吸孔，進排水孔上連 接的管路，系統(tǒng)使用水循環(huán)集熱。但是，使用水循環(huán)有諸多不足之處，如冬季存在水需要排 空的問題，稍不注意系統(tǒng)即會癱瘓；水系統(tǒng)同時還需要考慮對管道等部件的腐蝕作用；在 使用熱水采暖時，室內(nèi)必須加裝一套合適的換熱設(shè)備，如散熱器或是地埋盤管，這樣就會顯 著增加系統(tǒng)的造價。而所有這些不足之處均可以通過使用空氣循環(huán)集熱來避免。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于太陽能空氣集熱器的建筑供 熱采暖系統(tǒng)，在有效解決原有系統(tǒng)存在問題的同時，降低太陽能采暖的系統(tǒng)投資和運行成 本。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括太陽能集熱系統(tǒng)、熱能傳輸機 構(gòu)、蓄熱系統(tǒng)以及自動控制系統(tǒng)，其中太陽能集熱系統(tǒng)分別與熱能傳輸機構(gòu)相連接以傳輸 加熱空氣，熱能傳輸機構(gòu)與蓄熱系統(tǒng)相連接以傳輸熱能，自動控制系統(tǒng)分別與集熱系統(tǒng)、熱 能傳輸系統(tǒng)以及蓄熱系統(tǒng)相連接以輸出控制指令。 所述的太陽能集熱系統(tǒng)包括太陽能空氣集熱器和集熱風(fēng)機，其中若干個太陽 能空氣集熱器以并聯(lián)方式設(shè)置于建筑物采光面上，集熱風(fēng)機通過風(fēng)管分別與若干個太陽能 空氣集熱器相連接，太陽能空氣集熱器的輸出端分別通過風(fēng)管與熱能傳輸機構(gòu)相連接。
所述的蓄熱系統(tǒng)包括蓄熱介質(zhì)、通風(fēng)主地籠和通風(fēng)支地籠，其中通風(fēng)主地籠和 通風(fēng)支地籠均埋設(shè)在蓄熱介質(zhì)下部并相互連通，通風(fēng)主地籠與熱能傳輸機構(gòu)相連接，加熱 蓄熱介質(zhì)置于通風(fēng)主地籠內(nèi)，熱能經(jīng)熱能傳輸機構(gòu)送至通風(fēng)主地籠內(nèi)部，再均勻分布至各個通風(fēng)支地籠，空氣經(jīng)通風(fēng)支地籠后均勻流出對蓄熱介質(zhì)進行加熱。
所述的加熱蓄熱介質(zhì)為卵石。 所述的太陽能空氣集熱系統(tǒng)上設(shè)有輔助熱源供熱系統(tǒng)，該輔助熱源供熱系統(tǒng)為常 規(guī)取暖裝置。 所述的太陽能空氣集熱系統(tǒng)上設(shè)有熱水系統(tǒng)，該熱水系統(tǒng)包括氣水換熱器及水 循環(huán)裝置，其中氣水換熱器與水循環(huán)裝置相連通并同時與太陽能空氣集熱系統(tǒng)相接觸。
所述的自動控制系統(tǒng)包括自動控制箱、各分布與集熱系統(tǒng)和蓄熱系統(tǒng)中的溫度 傳感器以及風(fēng)機、水泵等自動控制信號輸出部件。
本發(fā)明可實現(xiàn)以下六種不同工況
( — )蓄熱工況 在建筑物內(nèi)部不需要供暖的情況下，通過加熱空氣向蓄熱床輸送熱量，以儲存熱
量以供將來的使用需求。
( 二 )直接向建筑物供暖工況 在建筑物有采暖需求，而蓄熱床中并無能量儲存時，此時通過太陽能空氣集熱器 加熱空氣并直接送入建筑物供暖，不經(jīng)過蓄熱床。
(三)經(jīng)由蓄熱床向建筑物供暖 建筑物有采暖需求，并且蓄熱床中有一定的能量儲存，此時通過太陽能空氣集熱
器被加熱的空氣進入蓄熱床，加熱蓄熱床的同時給建筑物供暖。(四)非采暖季防潮、除霉工況 蓄熱床中的蓄熱介質(zhì)在非采暖中長期處于不使用狀態(tài)，極易滋生霉菌，因此通過 太陽能空氣集熱器加熱空氣送入蓄熱床中，對蓄熱床實現(xiàn)干燥、除霉。使用之后的空氣直接 排放至大氣，不進入建筑物。
(五)輔助熱源供暖工況 在太陽能不足并且蓄熱床中無熱量可用時，啟動輔助熱源系統(tǒng)直接向建筑物供
暖，滿足建筑物供暖需求。(六)熱水制備工況 通過設(shè)置在集熱送風(fēng)管中的氣水換熱器來實現(xiàn)熱水制備功能，以滿足建筑物全年 的熱水需求。 本發(fā)明能夠充分利用太陽能，降低系統(tǒng)的能源消耗，配合輔助熱源的使用保證了 建筑物的供熱采暖。合理的使用蓄熱層地籠系統(tǒng)，保證了蓄熱的均勻性；六種工作模式之間 可以互相切換，保證了本供熱采暖系統(tǒng)對不同外部環(huán)境的適應(yīng)性，該系統(tǒng)可滿足用戶采暖 季的供暖負(fù)荷和全年的熱水負(fù)荷。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行 實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施
4例。 如圖1所示，本實施例包括太陽能集熱系統(tǒng)1、熱能傳輸機構(gòu)2、蓄熱系統(tǒng)3、熱水 系統(tǒng)ll以及自動控制系統(tǒng)4，其中太陽能集熱系統(tǒng)1分別與熱能傳輸機構(gòu)2相連接以傳 輸加熱空氣，熱能傳輸機構(gòu)2與蓄熱系統(tǒng)3相連接以傳輸熱能，自動控制系統(tǒng)4分別與集熱 系統(tǒng)1、熱能傳輸系統(tǒng)2、蓄熱系統(tǒng)3相連接以輸出控制指令。 所述的太陽能集熱系統(tǒng)1包括若干個太陽能空氣集熱器5和集熱風(fēng)機6，其中 若干個太陽能空氣集熱器5以并聯(lián)方式設(shè)置于建筑物采光面上，集熱風(fēng)機6通過風(fēng)管分別 與若干個太陽能空氣集熱器5相連接，太陽能空氣集熱器5的輸出端分別通過風(fēng)管與熱能 傳輸機構(gòu)2相連接。 所述的太陽能空氣集熱器5為平板型空氣集熱器，經(jīng)過多批次太陽能空氣集熱器 的實驗研究之后，得到了一種集熱效率高，可滿足建筑物采暖以及與建筑物一體化安裝要 求的太陽能空氣集熱器。
所述的蓄熱系統(tǒng)3包括蓄熱介質(zhì)7、通風(fēng)主地籠8和通風(fēng)支地籠9，其中通風(fēng)主
地籠8和通風(fēng)支地籠9均埋設(shè)在蓄熱介質(zhì)7下部并相互連通，通風(fēng)主地籠8經(jīng)熱能傳輸機
構(gòu)2與集熱系統(tǒng)相連接，熱能經(jīng)熱能傳輸機構(gòu)2送至通風(fēng)主地籠8內(nèi)部，再均勻分布至各個
通風(fēng)支地籠9，空氣經(jīng)支地籠后均勻流出對蓄熱介質(zhì)7進行加熱。 所述的通風(fēng)主地籠8由實心磚砌成，通風(fēng)支地籠9由空心磚砌成。 所述的蓄熱介質(zhì)7為卵石。 所述的太陽能空氣集熱系統(tǒng)上設(shè)有輔助熱源供熱系統(tǒng)10，該輔助熱源供熱系統(tǒng) IO為常規(guī)取暖裝置。 所述的太陽能空氣集熱系統(tǒng)上設(shè)有熱水系統(tǒng)ll，該熱水系統(tǒng)11包括氣水換熱器 12、水循環(huán)裝置13以及水箱14，其中氣水換熱器12與水循環(huán)裝置13相連通并同時與太 陽能空氣集熱系統(tǒng)相接觸，使用加熱空氣來加熱水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部的水以保障建筑的熱水供應(yīng)。
所述的自動控制系統(tǒng)4包括各分布與集熱系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)以及熱水系統(tǒng)中的溫
度傳感器以及風(fēng)機、水泵等自動控制信號輸出部件。 對于系統(tǒng)的六種不同的工況，現(xiàn)分別結(jié)合附圖做出說明。 蓄熱工況時，開啟閥門18、21，關(guān)閉閥門19、20，室內(nèi)送風(fēng)口 15、17關(guān)閉，開啟室外 排風(fēng)口 16。這樣系統(tǒng)從室內(nèi)抽風(fēng)，經(jīng)過集熱器加熱之后，均勻送入蓄熱層內(nèi)部加熱卵石床， 經(jīng)卵石床滲出的低溫空氣被排至室外，不進入建筑物內(nèi)部供暖。該工況適用于還未進入采 暖季之前，建筑物尚不需要供暖，此時可以通過蓄熱來為即將到來的采暖季存儲熱量，從室 內(nèi)抽風(fēng)的目的是因為室內(nèi)溫度相對較室外溫度高，經(jīng)集熱器加熱后可以獲得更高的溫度。
直接向建筑物供暖工況下，開啟閥門18、21，關(guān)閉閥門19、20，室內(nèi)風(fēng)口 15開啟，17 關(guān)閉，排風(fēng)口 16關(guān)閉。系統(tǒng)從室內(nèi)抽風(fēng)，經(jīng)集熱器加熱后不經(jīng)過蓄熱層，而直接進入房間內(nèi) 部供暖。該工況適用于長期的陰雨天之后，蓄熱層內(nèi)部以無熱量蓄存，但是房間有供暖需求 且天氣情況良好時，可以通過該系統(tǒng)直接滿足建筑的熱負(fù)荷需求。以上提到的運行方式為 全回風(fēng)，如果系統(tǒng)有新風(fēng)需求，則可以通過調(diào)節(jié)閥門19和18來實現(xiàn)，將這兩個閥門的風(fēng)量 進行配比，以保證新風(fēng)在全部空氣中占有一定的比例。 經(jīng)由蓄熱床向建筑物供暖工況下，開啟閥門18、21，關(guān)閉閥門19、20，室內(nèi)風(fēng)口 17開啟，15關(guān)閉，排風(fēng)口 16關(guān)閉。系統(tǒng)從室內(nèi)抽風(fēng)，經(jīng)集熱器加熱后通過地籠均勻加熱蓄熱床 中的卵石，從蓄熱床內(nèi)部滲出后，到達(dá)卵石層上部的空氣層，然后進入室內(nèi)供暖。該工況適 用于正常情況下的供暖，即天氣良好，蓄熱床中有一定的熱量且用戶有供暖需求。以上提到 的運行方式為全回風(fēng)，如果系統(tǒng)有新風(fēng)需求，則可以通過調(diào)節(jié)閥門18和19來實現(xiàn)，將這兩 個閥門的風(fēng)量進行配比，以保證新風(fēng)在全部空氣中占有一定的比例。 非采暖季防潮、除霉工況下，開啟閥門19、21，關(guān)閉閥門18、20，關(guān)閉室內(nèi)風(fēng)口 15、 17，開啟排風(fēng)口 16。系統(tǒng)從室外抽取新風(fēng)，經(jīng)集熱器加熱后，被均勻送至蓄熱卵石層中對蓄 熱床進行防潮和除霉。該工況主要應(yīng)用在非采暖季，由于在非采暖季中蓄熱床大部分時間 都不處于工作狀態(tài)，因此內(nèi)部可能會產(chǎn)生濕氣和潮氣，由此而滋生霉菌，影響建筑物的生活 環(huán)境和衛(wèi)生，對蓄熱層中的卵石進行防潮和除霉是必要的，也是必須的。該工況工作時全部 抽取室外的新風(fēng)，經(jīng)卵石層滲出的熱濕空氣全部排至室外，不得進入室內(nèi)。
輔助熱源供暖工況下，系統(tǒng)關(guān)閉，即風(fēng)機停機，水泵停機，輔助熱源開始工作。該工 況適用于天氣情況不好并且蓄熱床中已無熱量可用時。 熱水工況下，該系統(tǒng)的工作模式有兩種，分別針對采暖季和非采暖季。當(dāng)系統(tǒng)處于
采暖季時，無論工作于何種工況，只要集熱系統(tǒng)在工作，即可開啟水泵，驅(qū)動水循環(huán)被加熱。
當(dāng)系統(tǒng)處于非采暖季時，由于建筑已不需要采暖，因此關(guān)閉閥門18、19和21，開啟閥門20，
可以實現(xiàn)空氣在集熱器內(nèi)部的循環(huán)，更好，更高效的加熱換熱器中的循環(huán)水。 相對于當(dāng)前應(yīng)用的水暖采暖系統(tǒng)，本太陽能供熱采暖系統(tǒng)無需考慮防漏、防凍，無
需加裝室內(nèi)換熱設(shè)備，降低了太陽能采暖的成本，并可高效自動化運行。
權(quán)利要求
一種基于太陽能空氣集熱器的建筑供熱采暖系統(tǒng)，包括太陽能集熱系統(tǒng)、熱能傳輸機構(gòu)、蓄熱系統(tǒng)以及自動控制系統(tǒng)，其特征在于太陽能集熱系統(tǒng)分別與熱能傳輸機構(gòu)相連接以傳輸加熱空氣，熱能傳輸機構(gòu)與蓄熱系統(tǒng)相連接以傳輸熱能，自動控制系統(tǒng)分別與集熱系統(tǒng)、熱能傳輸系統(tǒng)以及蓄熱系統(tǒng)相連接以輸出控制指令；所述的蓄熱系統(tǒng)包括蓄熱介質(zhì)、通風(fēng)主地籠和通風(fēng)支地籠，其中通風(fēng)主地籠和通風(fēng)支地籠均埋設(shè)在蓄熱介質(zhì)下部并相互連通，通風(fēng)主地籠與熱能傳輸機構(gòu)相連接，加熱蓄熱介質(zhì)置于通風(fēng)主地籠內(nèi)，熱能經(jīng)熱能傳輸機構(gòu)送至通風(fēng)主地籠內(nèi)部，再均勻分布至各個通風(fēng)支地籠，空氣經(jīng)通風(fēng)支地籠后均勻流出對蓄熱介質(zhì)進行加熱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太陽能空氣集熱器的建筑供熱采暖系統(tǒng)，其特征是，所 述的太陽能集熱系統(tǒng)包括太陽能空氣集熱器和集熱風(fēng)機，其中若干個太陽能空氣集熱 器以并聯(lián)方式設(shè)置于建筑物采光面上，集熱風(fēng)機通過風(fēng)管分別與若干個太陽能空氣集熱器 相連接，太陽能空氣集熱器的輸出端分別通過風(fēng)管與熱能傳輸機構(gòu)相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太陽能空氣集熱器的建筑供熱采暖系統(tǒng)，其特征是，所 述的加熱蓄熱介質(zhì)為卵石。
4. 權(quán)利要求1所述的基于太陽能空氣集熱器的建筑供熱采暖系統(tǒng)，其特征是，所述的 通風(fēng)主地籠由實心磚砌成，通風(fēng)支地籠由空心磚砌成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太陽能空氣集熱器的建筑供熱采暖系統(tǒng)，其特征是，所 述的太陽能空氣集熱系統(tǒng)上設(shè)有輔助熱源供熱系統(tǒng)，該輔助熱源供熱系統(tǒng)為常規(guī)取暖裝 置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太陽能空氣集熱器的建筑供熱采暖系統(tǒng)，其特征是，所述的太陽能空氣集熱系統(tǒng)上設(shè)有熱水系統(tǒng)，該熱水系統(tǒng)包括氣水換熱器及水循環(huán)裝置，其 中氣水換熱器與水循環(huán)裝置相連通并同時與太陽能空氣集熱系統(tǒng)相接觸。
全文摘要
一種太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的基于太陽能空氣集熱器的建筑供熱采暖系統(tǒng)，包括太陽能集熱系統(tǒng)、熱能傳輸機構(gòu)、蓄熱系統(tǒng)以及自動控制系統(tǒng)，其中太陽能集熱系統(tǒng)分別與熱能傳輸機構(gòu)相連接以傳輸加熱空氣，熱能傳輸機構(gòu)與蓄熱系統(tǒng)相連接以傳輸熱能，自動控制系統(tǒng)分別與集熱系統(tǒng)、熱能傳輸系統(tǒng)以及蓄熱系統(tǒng)相連接以輸出控制指令。本發(fā)明在有效解決原有系統(tǒng)存在問題的同時，降低太陽能采暖的系統(tǒng)投資和運行成本。
文檔編號F24D11/00GK101788161SQ20101012956
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者代彥軍, 李勇, 王如竹, 趙東亮 申請人:上海交通大學(xué)