一種太陽(yáng)能空氣與熱泵制熱劑復(fù)合集熱器供暖系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種太陽(yáng)能空氣與熱累制熱劑復(fù)合集熱器供暖系統(tǒng)，屬于太陽(yáng)能熱利 用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 平板集熱器主要由吸熱板、透明蓋板、絕熱材料、外殼等幾部分組成。平板集熱器 工作時(shí)，太陽(yáng)福射能穿過透明蓋板后投射在吸熱板上，被吸熱板吸收并轉(zhuǎn)換為熱能，吸收板 熱能傳遞給傳熱工質(zhì)，使傳熱工質(zhì)的溫度升高或發(fā)生相變，然后，集熱器通過傳熱工質(zhì)輸出 熱能。傳熱工質(zhì)為空氣時(shí)，該平板集熱器就成為太陽(yáng)能空氣集熱器;傳熱工質(zhì)為液體時(shí)，該 平板集熱器稱為太陽(yáng)能液體集熱器;傳熱工質(zhì)為制熱劑發(fā)生相變時(shí)，該平板集熱器就成為 太陽(yáng)能熱管集熱器或太陽(yáng)能熱累集熱器。集熱器是太陽(yáng)能供暖的關(guān)鍵部件。
[0003] 太陽(yáng)能空氣集熱器，防凍措施簡(jiǎn)單，腐蝕問題不嚴(yán)重，系統(tǒng)沒有過熱汽化的危險(xiǎn)， 微小的不嚴(yán)密封不會(huì)嚴(yán)重影響太陽(yáng)能空氣集熱器的工作性能，經(jīng)過加熱的空氣不需要中間 換熱設(shè)備直接利用，與太陽(yáng)能液體集熱器相比不存在冬季的結(jié)冰問題。用太陽(yáng)能空氣集熱 器的太陽(yáng)能熱風(fēng)采暖系統(tǒng)是最舒適的，再加集熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)，太陽(yáng)能空氣集熱器 供暖系統(tǒng)是有優(yōu)勢(shì)的。太陽(yáng)能空氣集熱器供暖系統(tǒng)由太陽(yáng)能空氣集熱器、卵石蓄熱器(巖石 堆積床）、風(fēng)機(jī)、輔助熱源等組成。由于空氣的容積比熱容(：；1.26忘)要比水的容積 比熱容（418了広/ / m3 .玄）小得多，使得換熱需要大量的空氣，但由于風(fēng)壓小，風(fēng)機(jī)容量是 不會(huì)很大的，風(fēng)機(jī)要消耗一定的電能。白天集熱器加熱的空氣一部分直接用于采暖，另一部 分要供給卵石蓄熱器，把空氣攜帶的熱能傳遞給卵石蓄熱器，W備夜間沒有太陽(yáng)能時(shí)，用存 膽在卵石蓄熱器的熱能供給房間，由于運(yùn)個(gè)過程，需要提高集熱器出口空氣溫度，使得集熱 器效率下降，限制了太陽(yáng)能空氣集熱器供暖系統(tǒng)在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的應(yīng)用。
[0004] 太陽(yáng)能液體集熱器，應(yīng)用于采暖系統(tǒng)，地暖要求集熱器出口液體溫度超過30°C; 散熱器采暖，要求集熱器出口液體溫度超過50°C。由于集熱器出口液體溫度高，集熱器集熱 效率下降，平板液體集熱器在寒冷地區(qū)的應(yīng)用是困難的，一般采用真空玻璃管集熱器。
[000引太陽(yáng)能熱管集熱器，傳熱介質(zhì)在集熱器中蒸發(fā)，發(fā)生相變，吸收太陽(yáng)能，蒸氣不經(jīng) 過壓縮機(jī)壓縮直接傳遞到冷凝器，蒸氣在冷凝器中冷凝，蒸氣相變?yōu)橐后w，蒸氣熱能傳遞給 冷凝器。集熱器本質(zhì)上為蒸發(fā)器，蒸發(fā)器的溫度高于冷凝器，熱能從蒸發(fā)器到冷凝器的傳 遞，本質(zhì)上是從高溫到低溫的傳遞。集熱器作為蒸發(fā)器吸收太陽(yáng)能，通過蒸氣，再經(jīng)冷凝器， 把熱能傳遞給冷凝器，冷凝器吸收的熱能用于供暖，由于集熱器溫度高于冷凝器，在寒冷地 區(qū)平板集熱器效率下降很多，使得太陽(yáng)能熱管平板集熱器供暖系統(tǒng)不能應(yīng)用于寒冷地區(qū)的 供暖。
[0006]太陽(yáng)能熱累集熱器供暖系統(tǒng)，傳熱工質(zhì)在集熱器中相變蒸發(fā)吸收太陽(yáng)能，集熱器 即為熱累蒸發(fā)器，該集熱器也可稱為集熱蒸發(fā)器，冷凝器直接加熱供暖水的供暖系統(tǒng)也可 稱為直接膨脹式太陽(yáng)能熱累供暖系統(tǒng)。在太陽(yáng)能熱累集熱器供暖系統(tǒng)中，將太陽(yáng)能集熱器 作為熱累的蒸發(fā)器，W低沸點(diǎn)傳熱工質(zhì)作為太陽(yáng)能集熱器的傳熱工質(zhì)，熱累的低沸點(diǎn)傳熱 工質(zhì)稱為制熱劑。太陽(yáng)能集熱器吸收太陽(yáng)福射能并轉(zhuǎn)換成熱能，傳遞到集熱蒸發(fā)器內(nèi)制熱 劑，使制熱劑蒸發(fā)，太陽(yáng)能集熱器輸出蒸氣，送到壓縮機(jī)進(jìn)氣口，蒸氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮成為高 溫高壓氣體并從壓縮機(jī)排氣口輸出，然后，高溫高壓蒸氣傳遞到冷凝器，冷凝為高壓制熱劑 液體，并把蒸氣熱能傳遞給冷凝器，冷凝器吸收的熱能再用于供暖，冷凝器出來的高壓制熱 劑液體，經(jīng)干燥過濾，再經(jīng)節(jié)流閥(膨脹閥），成為低壓制熱劑液體，回送到太陽(yáng)能集熱器，形 成循環(huán)。熱能從太陽(yáng)能集熱器低溫?zé)嵩磦鬟f到冷凝器成為高溫?zé)崮躓便供暖利用。由于集 熱器溫度降低，因此可W提高集熱器的效率，但是，太陽(yáng)能熱累集熱器供暖系統(tǒng)中的壓縮機(jī) 要消耗大量電能。
[0007] 平板液體集熱器的吸熱板和玻璃蓋板之間無法抽真空，當(dāng)吸熱板吸收太陽(yáng)能溫度 上升，吸熱板與大氣溫差增大時(shí)，吸熱板和玻璃之間的空氣形成對(duì)流加大，熱損增加，液體 集熱器效率下降，在北方地區(qū)冬季，氣溫較低，其熱損耗是真空玻璃管集熱器的3~5倍，使 得平板液體集熱器無法用于嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)供暖。
[0008] 由于太陽(yáng)能具有間歇性、不穩(wěn)定性，即使在太陽(yáng)能資源較好的地區(qū)，也存在著冬季 白天6~8小時(shí)太陽(yáng)能集熱時(shí)間與建筑24小時(shí)恒溫供暖需求的匹配問題，因此，太陽(yáng)能供暖 系統(tǒng)必須設(shè)置儲(chǔ)熱設(shè)備。太陽(yáng)能空氣集熱器供暖系統(tǒng)的儲(chǔ)熱設(shè)備可W是巖石堆積床，太陽(yáng) 能液體集熱器供暖系統(tǒng)和太陽(yáng)能熱累供暖系統(tǒng)的儲(chǔ)熱設(shè)備，可W采用儲(chǔ)熱水箱。陰雪天氣 沒有太陽(yáng)能福射能，滿足不了建筑物恒溫供暖的要求，必須設(shè)置輔助熱源解決運(yùn)一問題。太 陽(yáng)能供暖系統(tǒng)的輔助熱源可采用生物質(zhì)能、燃?xì)狻㈦娏?、燃油、燃煤鍋爐。太陽(yáng)能提供給建筑 物的供暖總熱量的百分比，稱為太陽(yáng)能保證率。太陽(yáng)能保證率大于50%，建筑物供暖熱量中， 太陽(yáng)能提供的熱量大于輔助熱源提供的熱量，供暖W太陽(yáng)能為主。太陽(yáng)能保證率小于50%， 太陽(yáng)能提供給建筑物供暖的熱量要小于輔助熱源提供的熱量，供暖W輔助熱源為主，太陽(yáng) 能為輔，嚴(yán)格意義講，此種供暖系統(tǒng)應(yīng)稱為太陽(yáng)能輔助供暖系統(tǒng)。截止2008年4月調(diào)研數(shù)據(jù) 的《北京地區(qū)太陽(yáng)能供暖工程現(xiàn)狀調(diào)研報(bào)告》指出：整個(gè)采暖季太陽(yáng)能供暖的平均保證率在 20~40%。有專家指出，實(shí)際太陽(yáng)能保證率應(yīng)該在20~30%。運(yùn)是不太理想的太陽(yáng)能保證率， 項(xiàng)目住戶對(duì)太陽(yáng)能供暖的設(shè)計(jì)也表示不太滿意，到目前，太陽(yáng)能供暖的諸多技術(shù)問題還有 待解決。因此，為太陽(yáng)能供暖的廣泛應(yīng)用，對(duì)太陽(yáng)能供暖的研究，W提高太陽(yáng)能集熱器和供 暖保證率是必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種將太陽(yáng)能空氣集熱器與太陽(yáng)能熱累集熱器融合在一起、 能夠解決寒冷地區(qū)供暖問題的太陽(yáng)能空氣與熱累制熱劑復(fù)合集熱器供暖系統(tǒng)。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 本發(fā)明包括空氣供暖系統(tǒng)和熱累供暖系統(tǒng)兩個(gè)部分，組成部件包括外殼、透明蓋板、吸 熱板、保溫層、壓縮機(jī)、蓄熱水箱、冷凝器、控制器，透明蓋板設(shè)置在外殼頂部，保溫層設(shè)置在 外殼內(nèi)的底部，吸熱板設(shè)置在外殼內(nèi)的中間位置，吸熱板與透明蓋板、保溫層之間均保持有 間隔，其特征是:在吸熱板上W緊密結(jié)合的方式附著有承壓管，承壓管的一個(gè)端口通過管路 連接壓縮機(jī)的入口、壓縮機(jī)的出口連接冷凝器，冷凝器通過節(jié)流閥連接承壓管的另一個(gè)端 口，承壓管、壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥構(gòu)成熱累供暖系統(tǒng)，在熱累供暖系統(tǒng)的管路中密封填充 有制熱劑，冷凝器置于蓄熱水箱中，蓄熱水箱上設(shè)有與散熱器連接的管道，且管道上設(shè)有循 環(huán)水累，在外殼上設(shè)有空氣流入管和空氣流出管，在空氣流出管上設(shè)有風(fēng)機(jī)，在外殼中，吸 熱板周圍的間隙形成外殼內(nèi)的空氣通道，外殼、透明蓋板、吸熱板、空氣流入管、空氣流出 管、風(fēng)機(jī)構(gòu)成空氣供暖系統(tǒng);控制器上設(shè)有房間溫度設(shè)定控制鍵，風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、節(jié)流閥、循 環(huán)水累的控制線路與控制器聯(lián)接，控制器采集集熱器空氣溫度、房間氣溫、蓄熱水箱水溫、 熱累制熱劑低壓蒸氣溫度、熱累制熱劑低壓蒸氣壓力的信號(hào)，風(fēng)機(jī)由控制器根據(jù)集熱器空 氣溫度、房間氣溫和房間溫度設(shè)定值通過計(jì)算進(jìn)行控制;循環(huán)水累由控制器根據(jù)房間氣溫、 房間溫度設(shè)定值、蓄熱水箱水溫，W及空氣供暖系統(tǒng)狀況通過計(jì)算進(jìn)行控制;壓縮機(jī)由控制 器根據(jù)熱累供暖系統(tǒng)的供暖量進(jìn)行控制;節(jié)流閥由控制器根據(jù)熱累制熱劑低壓蒸氣的過熱 度進(jìn)行控制。
[0011] 本發(fā)明用同一個(gè)平板集熱器，讓其中的吸熱板吸收太陽(yáng)福射能，轉(zhuǎn)換為熱能，該熱 能分別傳遞給空氣和熱累制熱劑二種不同的傳熱工質(zhì)，空氣和熱累制熱劑在平板集熱器中 各自走自己的通道，不相融合?？諝獾耐ǖ罏槲鼰岚宓耐獠浚饕ǖ烙袃蓚€(gè):一個(gè)是吸熱 板與下部保溫隔熱層之間的空間；另一個(gè)為吸熱板與上部玻璃蓋板之間的空間，壓力約為 大氣壓。熱累制熱劑的通道為承壓管內(nèi)部，承壓管附著在吸熱板上良好結(jié)合，W降低吸熱板 與承壓管之間的熱阻，熱累制熱劑的壓力與其溫度相關(guān)，壓力與溫度關(guān)系為熱累制熱劑飽 和溫度特性和過熱溫度特性。經(jīng)吸熱板加熱的空氣直接供給房間供暖，由于沒有加熱卵石 蓄熱器的溫升，吸熱板溫度可W降低到18°c，提高了平板集熱器的效率。熱累制熱劑在平板 集熱器中的工作溫度控制在20~30°C的范圍，使得該平板空氣集熱器能夠在北方寒冷和嚴(yán) 寒地區(qū)供暖應(yīng)用。本發(fā)明的平板集熱器是太陽(yáng)能空氣集熱器與太陽(yáng)能熱累制熱劑集熱器的 復(fù)合，空氣和熱累制熱劑二種不同的傳熱工質(zhì)共同用一個(gè)平板集熱器，也就是共用一個(gè)玻 璃蓋板、一個(gè)吸熱板、一個(gè)保溫隔熱層和一個(gè)外殼，形成一個(gè)太陽(yáng)能空氣與熱累制熱劑復(fù)合 集熱器。
[0012] 采用太陽(yáng)能空氣與熱累制熱劑復(fù)合集熱器(下簡(jiǎn)稱集熱器)的供暖系統(tǒng)，集熱器中 的吸熱板吸收的太陽(yáng)福射能轉(zhuǎn)換為熱能，一部分傳遞給空氣，另一部分傳遞給熱累制熱劑。 在集熱器中太陽(yáng)福射能傳遞給空氣的熱能，空氣溫度升高，通過風(fēng)機(jī)，直接供給建筑物采 暖，把空氣的熱能傳遞給建筑物，空氣溫度下降，溫度下降的空氣再回到集熱器，形成空氣 傳熱工質(zhì)的循環(huán)。在集熱器中太陽(yáng)福射能傳遞給熱累制熱劑的部分，使熱累制熱劑蒸發(fā)，熱 累制熱劑在集熱器中發(fā)生相變，從集熱器出來的熱累制熱劑蒸氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，變?yōu)楦邏?高溫蒸氣，然后送到冷凝器，冷凝器置于蓄熱水箱中，冷凝器中的熱累制熱劑蒸氣與蓄熱水 箱中的水進(jìn)行熱交換，把熱能傳遞給水，熱累制熱劑蒸氣在冷凝器中凝結(jié)為液體，發(fā)生相 變，相變熱能傳遞給儲(chǔ)熱水箱中的水，水吸收熱能后，水溫升高。蓄熱水箱的熱水經(jīng)循環(huán)水 累送給地板福射供暖盤管或采暖散熱器，熱能傳遞到房間，回水回到蓄熱水箱，形成水循 環(huán)。
[0013] 太陽(yáng)能空氣與熱累制熱劑復(fù)合集熱器供暖系統(tǒng)的控制系統(tǒng)是關(guān)鍵部件之一，控制 系統(tǒng)要控制集熱器吸熱板熱能分配給空氣供暖和熱累供暖的量，控制室內(nèi)溫度恒定，控制 整個(gè)供暖系統(tǒng)的溫度、壓力、流量在額定范圍之內(nèi)。
[0014] 集熱器吸熱板熱能分配給空氣供暖和熱累供暖量的控制，按照消耗電能最小原則 和傳熱路徑最短原則。相同供暖量，空氣供暖風(fēng)機(jī)消耗的電能遠(yuǎn)小于熱累供暖消耗的電能， 運(yùn)可W從下面幾個(gè)方面論證:首先，空氣供