專利名稱：一種太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，該供暖系統(tǒng)特別適用于利用太陽(yáng)能對(duì)小范圍人群聚居區(qū)的建筑物進(jìn)行供暖。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能作為一種新能源，相對(duì)于傳統(tǒng)能源而言具有污染少、儲(chǔ)量大等特點(diǎn)，對(duì)于解決當(dāng)今世界嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題和資源(特別是石化能源)枯竭問(wèn)題具有重要意義。同時(shí)， 在一些地廣人稀或高寒高海拔地區(qū)，鋪設(shè)和維護(hù)電網(wǎng)、供熱網(wǎng)絡(luò)的成本相當(dāng)高昂，所以一般采用小范圍內(nèi)單獨(dú)供熱、供暖的方式進(jìn)行，尤其在一些太陽(yáng)能豐富的地區(qū)，利用太陽(yáng)能可以在一定程度上解決這部分人群的供熱供暖需要。然而，現(xiàn)有的太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)存在一些不足之處，主要表現(xiàn)在第一，最佳供暖時(shí)間段和取暖時(shí)間段不一致由于太陽(yáng)能是不定時(shí)的能源，在白天晴好的天氣供暖效果好，但晚上供暖效果不佳或幾乎沒什么效果，而對(duì)于用戶而言，迫切需要取暖的時(shí)間段更多地集中在晚上，特別是在寒冷的冬季；第二，與太陽(yáng)能供熱供暖系統(tǒng)配套使用的輔助供暖系統(tǒng)成本高，不環(huán)保在太陽(yáng)能供暖效果不佳的時(shí)段，只能采用輔助供熱供暖系統(tǒng)來(lái)維持生活的需要，即采用與太陽(yáng)能供熱供暖系統(tǒng)并聯(lián)的其他系統(tǒng)，例如采用鍋爐燒煤加熱熱水的方式、采用熱泵系統(tǒng)等進(jìn)行輔助供熱供暖，但如果長(zhǎng)期純粹依靠這種輔助供熱供暖系統(tǒng)來(lái)供暖，會(huì)耗費(fèi)較多的資源，且成本巨大，在一些貧困地區(qū)，資源和成本無(wú)疑會(huì)使取暖變得難以實(shí)現(xiàn)， 并且鍋爐等設(shè)備由于燒煤產(chǎn)生的二氧化碳的排放也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；第三，對(duì)供熱供暖的距離有限制采用太陽(yáng)能直接進(jìn)行供熱供暖時(shí)，當(dāng)供熱源與被供熱的建筑物之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，將熱能通過(guò)輸送管道輸入到人們工作或居住的建筑物內(nèi)時(shí)，一般已經(jīng)無(wú)法持續(xù)保證80-90°C的供熱水溫，而只能滿足通常的生活熱水需求，比如用于洗漱的水溫。為滿足居住者的使用要求和舒適需要，建筑物應(yīng)同時(shí)具備供熱供暖、空調(diào)等一系列功能。據(jù)調(diào)查，我國(guó)民用建筑的整體舒適度低于世界各發(fā)達(dá)國(guó)家，但建筑能耗已占全國(guó)能源消費(fèi)總量的25%以上，接近發(fā)達(dá)國(guó)家建筑用能占全社會(huì)能源消費(fèi)量1/3左右的水平。目前我國(guó)每年建成的各類房屋總建筑面積達(dá)16-19億平方米，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的提高，建筑能耗還將大幅度增長(zhǎng)。而在整個(gè)建筑物能耗中，采暖(降溫)及生活用水能耗占據(jù)了其中的絕大部分，照明及其他生活電器(電視、電腦、洗衣機(jī)及廚房電器等)能耗占據(jù)比例較小。因此如果能減少采暖(降溫)及生活用水能耗，就能極大的降低整個(gè)建筑物的總會(huì)邑胃。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)目前太陽(yáng)能供暖設(shè)備中存在的上述不足，提供一種主要利用太陽(yáng)能進(jìn)行供暖的太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，該系統(tǒng)可大大降低建筑物的總能耗，高效節(jié)能，且對(duì)現(xiàn)有建筑物的改造成本低，主要用于解決冬季供暖期供暖、供水、防凍的需要。解決本發(fā)明技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)包括采集太陽(yáng)能并將之轉(zhuǎn)化為熱能的采暖單元、熱存儲(chǔ)及交換單元、以及供暖單元，其中，所述熱存儲(chǔ)及交換單元中包括有對(duì)所述采暖單元中的熱能進(jìn)行存儲(chǔ)的蓄能系統(tǒng)和能提升蓄能系統(tǒng)中存儲(chǔ)的熱能的溫度的熱泵系統(tǒng)，所述蓄能系統(tǒng)設(shè)置在地面以下，所述采暖單元、蓄能系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、供暖單元依次連通以進(jìn)行熱交換。其中，所述蓄能系統(tǒng)可將所存儲(chǔ)的熱能的溫度保持為30-60°C的低溫?zé)崮?，?yōu)選為 40_50°C，所述熱泵系統(tǒng)可將蓄能系統(tǒng)中所存儲(chǔ)的低溫?zé)崮芴嵘秊楦邷責(zé)崮埽鶕?jù)需要通過(guò)采用不同類型的熱泵系統(tǒng)，可將低溫?zé)崮芴嵘秊闇囟确秶煌母邷責(zé)崮?，高溫?zé)崮艿姆秶鷱?0°C -150°C不等，本發(fā)明根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)選熱泵系統(tǒng)所提升的高溫?zé)崮艿臏囟确秶鸀?70-90"C。眾所周知，在其他邊界條件一致時(shí)，當(dāng)熱能溫度與環(huán)境溫度溫差越小時(shí)，其熱散失越慢，熱損耗越??；當(dāng)熱能溫度與環(huán)境溫度溫差越大時(shí)，其熱散失越快，熱損耗越大。因此， 對(duì)于熱量的存儲(chǔ)，自然是低溫(與環(huán)境溫差小)存儲(chǔ)更為節(jié)約能源；而取暖則是高溫(與環(huán)境溫差大)供暖更利用室內(nèi)采暖升溫的效率。建筑物的供暖系統(tǒng)要求其供熱溫度越高于環(huán)境溫度其供熱效果越好，因而，低溫存儲(chǔ)與高溫供暖之間就構(gòu)成了一對(duì)矛盾體。在本發(fā)明太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)中，通過(guò)利用熱存儲(chǔ)及交換單元中的蓄能系統(tǒng)對(duì)所采集的低溫?zé)崮苓M(jìn)行低溫蓄熱，需要供暖時(shí)再由熱泵系統(tǒng)將低溫?zé)崮芴嵘秊楦邷責(zé)崮芄┙o用戶使用，可以很好的解決上述矛盾。其中，所述蓄能系統(tǒng)可包括設(shè)置于地下的蓄能罐和存儲(chǔ)于蓄能罐中用于進(jìn)行熱交換的蓄能介質(zhì)。將蓄能罐放置在地面以下，不僅施工容易，并且能充分利用土壤本身良好的保溫性和地?zé)嵝?yīng)，有效減少了熱量損耗，從而能滿足蓄能系統(tǒng)保持常年40-50°C的水溫以提供給熱泵系統(tǒng)使用的要求。蓄能罐放置于地面以下的位置主要是由放置地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境決定的，比如有些土壤中向下挖掘可能會(huì)有石頭、地下水脈等，受此限制，蓄能罐在地面以下的放置位置不能太深，但是從保溫的效果上來(lái)講應(yīng)該盡量的深。通常，將蓄能罐放置在地面以下1-20米的范圍內(nèi)，優(yōu)選的位置為地面以下5-10米。所述蓄能罐可包括罐體和敷設(shè)于罐體內(nèi)的保溫層，所述罐體采用水泥或金屬材料制成，保溫層采用保溫材料制成。所述保溫材料可以是發(fā)泡泡沫塑料，礦棉，玻璃棉等材料。 優(yōu)選的是，蓄能罐頂部位置所使用的保溫材料要比其他位置的保溫材料的性能高一些，因?yàn)橥寥辣旧砭哂幸欢囟龋淳哂幸欢ǖ谋匦阅?，包圍蓄能罐的?cè)壁以及底部的土壤層較厚，而其頂部的土壤層較薄，因而蓄能罐上部采用的保溫材料可以比其他表面層的選用的材料好些，或者選用同樣保溫性能的材料，只不過(guò)使蓄能罐上層的保溫材料比其側(cè)壁和底部其他位置設(shè)置的保溫材料更厚一些。所述蓄能罐的罐體可以制為各種形狀，優(yōu)選采用圓柱體形。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能利用率與蓄能罐的形狀有很大關(guān)系，其規(guī)律是蓄能罐的形狀為體積與表面積的比值越大，則太陽(yáng)能利用率越高。為了便于施工，同時(shí)兼顧蓄能罐表面積散熱盡量小的原則，本發(fā)明采用圓柱體形的蓄能罐，可以獲得較佳的太陽(yáng)能利用率。更優(yōu)選的是，所述蓄能罐采用正圓柱體形狀，以盡量保證最大體積與表面積之比，從而盡量保證在熱量損失最少的情況下儲(chǔ)存更多言旨量。所述蓄能介質(zhì)優(yōu)選采用水。當(dāng)然，蓄能介質(zhì)也可以采用比熱容大的其他材料，比如可采用相變材料，或者是可以從固體轉(zhuǎn)變成液體的其他材料。所述采暖單元包括太陽(yáng)能采集系統(tǒng)，所述供暖單元包括室內(nèi)供暖系統(tǒng)。優(yōu)選的是，為了對(duì)太陽(yáng)能采集系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，防止風(fēng)沙、風(fēng)雪等惡劣天氣狀況對(duì)其產(chǎn)生損害，可以將所述太陽(yáng)能采集系統(tǒng)放置在防護(hù)棚室內(nèi)，所述防護(hù)棚室類似于溫室大棚的結(jié)構(gòu)，采用硬質(zhì)材質(zhì)制成，用于防風(fēng)沙和風(fēng)雪。所述防護(hù)棚室的頂蓋可活動(dòng)開啟和關(guān)閉， 當(dāng)室外太陽(yáng)光充足時(shí)可以打開防護(hù)棚室的頂蓋，利用太陽(yáng)能采集系統(tǒng)進(jìn)行采暖，為蓄能系統(tǒng)提供低溫?zé)崮埽划?dāng)室外環(huán)境惡劣時(shí)可以將防護(hù)棚室的頂蓋關(guān)閉，通過(guò)輔助熱源系統(tǒng)為蓄能系統(tǒng)提供低溫?zé)崮?。?yōu)選的是，所述室內(nèi)供暖系統(tǒng)采用建筑物原有的供暖系統(tǒng)中的供暖管網(wǎng)。進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述采暖單元中還包括有能為蓄能系統(tǒng)提供熱能的輔助熱源系統(tǒng)，所述輔助熱源系統(tǒng)與蓄能系統(tǒng)連通以進(jìn)行熱交換。根據(jù)太陽(yáng)能采集系統(tǒng)的特點(diǎn)，在太陽(yáng)光充足的時(shí)候，由太陽(yáng)能采集系統(tǒng)為蓄能系統(tǒng)提供低溫?zé)崮?；?dāng)太陽(yáng)光不充足的時(shí)候或者沒有太陽(yáng)光時(shí)，由輔助熱源系統(tǒng)為蓄能系統(tǒng)提供低溫?zé)崮?。也就是說(shuō)，可以根據(jù)太陽(yáng)光的充足與否，分別啟閉上述兩個(gè)系統(tǒng)，在節(jié)能的前提下可以確保蓄能系統(tǒng)中的熱量平衡。優(yōu)選的是，所述輔助熱源系統(tǒng)采用建筑物原有的室內(nèi)供暖系統(tǒng)中的供暖設(shè)備。這樣既可以直接利用太陽(yáng)能來(lái)為建筑物供暖，同時(shí)又不用大幅改動(dòng)現(xiàn)有建筑物的建筑結(jié)構(gòu)和原有的供暖管網(wǎng)，改造費(fèi)用低，從而節(jié)約了大量經(jīng)費(fèi)，為太陽(yáng)能供暖提供了實(shí)用的途徑。所述供暖單元中還包括有生活用水系統(tǒng)，所述生活用水系統(tǒng)為用戶提供生活用熱水及飲用水，生活用水系統(tǒng)可與蓄能系統(tǒng)連通以進(jìn)行熱交換，或者所述生活用水系統(tǒng)與所述室內(nèi)供暖系統(tǒng)中的回水管連通以進(jìn)行熱交換。其中，生活熱水由蓄能罐的余熱或室內(nèi)供暖系統(tǒng)的余熱通過(guò)熱交換器提供，而飲用水可由蓄能罐中存儲(chǔ)的熱量進(jìn)行防凍，具體可以在蓄能罐的上方或周圍固定一生活熱水用水箱，利用蓄能罐的余熱將其加熱并通過(guò)輸出管網(wǎng)輸送給民眾使用。優(yōu)選的是，本發(fā)明太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)還可包括有發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)用于對(duì)整個(gè)太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)進(jìn)行供電。發(fā)電系統(tǒng)可以采用柴油(汽油)發(fā)電機(jī)、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)或者斯特林發(fā)電機(jī)。由于本太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)中具有發(fā)電系統(tǒng)，使得整個(gè)系統(tǒng)具有了獨(dú)立運(yùn)行能力。優(yōu)選的是，該太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)還可包括有對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制的控制系統(tǒng)。 在整個(gè)太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)中，還包括有管網(wǎng)閥門系統(tǒng)，管網(wǎng)閥門系統(tǒng)包括整個(gè)太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)中所有熱交換的循環(huán)工質(zhì)流通的管路和閥門。比如說(shuō)，太陽(yáng)能采集系統(tǒng)與蓄能系統(tǒng)之間的熱交換，輔助熱源系統(tǒng)與蓄能系統(tǒng)之間的熱交換都是通過(guò)管路進(jìn)行，而蓄能系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、室內(nèi)供暖系統(tǒng)之間也是通過(guò)管路連通，同時(shí)各管路上具有控制用的閥門?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)控制各個(gè)管路上閥門的切換，可以調(diào)節(jié)整個(gè)供暖系統(tǒng)管路中循環(huán)工質(zhì)的溫度使其達(dá)到所需要求，在太陽(yáng)能供應(yīng)不足時(shí)啟動(dòng)輔助熱源裝置；以及在環(huán)境惡劣時(shí)關(guān)閉防護(hù)棚室以保護(hù)太陽(yáng)能采集系統(tǒng)，在需要或可以采集太陽(yáng)能時(shí)打開上述防護(hù)棚室。該控制系統(tǒng)可按照設(shè)定程序自動(dòng)運(yùn)行，而無(wú)需人員照看操作，整套系統(tǒng)為循環(huán)工作模式，可獨(dú)立運(yùn)行。從而實(shí)現(xiàn)控制自動(dòng)化。本發(fā)明將太陽(yáng)能采集系統(tǒng)、設(shè)于地下的蓄能系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)以及供暖單元以串聯(lián)的方式連接起來(lái)，在滿足供暖單元所需要的供暖條件時(shí)，也使得太陽(yáng)能可以被有效的儲(chǔ)存起來(lái)。因而在不具有采集太陽(yáng)能的條件下，也可以有較為充足的太陽(yáng)能可以作為供暖使用， 從而可降低輔助熱源系統(tǒng)的使用時(shí)間和頻率以節(jié)約供暖成本，該系統(tǒng)并且與現(xiàn)有的供暖設(shè)施的兼容性很好。本發(fā)明太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)能夠滿足民眾基本的供暖供熱需求，特別適合條件比較艱苦的小范圍人群聚居區(qū)進(jìn)行使用。本發(fā)明太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)中蓄能系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為(1)蓄能罐建設(shè)在地下，充分利用了土壤本身的保溫性和地?zé)嵝?yīng)，減少了熱量損耗；(2)蓄能罐采用正圓柱體形狀建造，以盡量保證最大體積/表面積之比；從而盡量保證在熱量損失最少的情況下儲(chǔ)存最多能量；(3)蓄能罐所儲(chǔ)存的低溫?zé)崮芸梢蕴峁囟葹?0-50°C的低溫?zé)崴?，該低溫?zé)崴芍苯佑商?yáng)能加熱；進(jìn)行低溫儲(chǔ)存時(shí)其熱量損耗遠(yuǎn)小于高溫儲(chǔ)熱。本發(fā)明中熱泵系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為(1)可將40-50°C的低溫?zé)嵩刺嵘D(zhuǎn)化為70-80°C的高溫?zé)嵩?，從而可以直接向建筑物中的室?nèi)供暖系統(tǒng)提供高溫?zé)崴挥酶膭?dòng)建筑物原有的供暖系統(tǒng)；(2)熱泵系統(tǒng)是通過(guò)消耗一部分高品位能量把熱量從低溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩粗械囊环N設(shè)備裝置，本發(fā)明中的熱泵系統(tǒng)由太陽(yáng)能提供穩(wěn)定的低溫?zé)嵩矗淠苄П菴OP > 1 4，是低碳環(huán)保與節(jié)能的優(yōu)先選擇。本發(fā)明太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)充分考慮了太陽(yáng)能采集系統(tǒng)的實(shí)用化和規(guī)模化，大量采用現(xiàn)有的成熟技術(shù)及利用現(xiàn)有建筑物原有的供暖設(shè)備，既可以直接利用太陽(yáng)能來(lái)為建筑物供暖，又不用大幅改動(dòng)現(xiàn)有建筑的建筑結(jié)構(gòu)以及室內(nèi)原有的供暖管網(wǎng)，從而節(jié)約了大量經(jīng)費(fèi)， 為真正的太陽(yáng)能供暖的實(shí)用化、規(guī)?；l(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為低碳生活和新能源建設(shè)真正走入人們的生活提出一條切實(shí)可行的方案。


圖1為本發(fā)明太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)的原理框圖；圖2為熱能采集區(qū)的原理框圖；圖3為熱量?jī)?chǔ)存及交換區(qū)的原理框圖；圖4為供暖區(qū)的原理框圖；圖5為系統(tǒng)熱能循環(huán)線路示意圖；圖6為地下半圓型蓄水池的原理示意圖；圖7為太陽(yáng)能保證率f與地下水池半徑的關(guān)系曲線圖；圖8為對(duì)應(yīng)太陽(yáng)能集熱器面積A= 100m2，不同地下水池體積的蓄水溫度全年變化的曲線圖；圖9為對(duì)應(yīng)半徑R = 6m，不同太陽(yáng)能集熱器面積情況下的蓄水溫度全年變化的曲線圖；圖10為系統(tǒng)在A = 100m2，R = 6m的情況下保溫層厚度對(duì)蓄水溫度的影響示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，本實(shí)施例中，該太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)主要包括采暖單元、熱存儲(chǔ)及交換單元、以及供暖單元，上述三個(gè)單元分別對(duì)于按功能劃分的三個(gè)區(qū)，即熱能采集區(qū)、熱存儲(chǔ)及交換區(qū)、以及供暖區(qū)。該太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)中還包括有管網(wǎng)閥門系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。其中，采暖單元中包括有太陽(yáng)能采集系統(tǒng)和輔助熱源系統(tǒng)，所述熱存儲(chǔ)及交換單元中包括有對(duì)所述采暖單元中的熱能進(jìn)行存儲(chǔ)的蓄能系統(tǒng)和能提升蓄能系統(tǒng)中存儲(chǔ)的熱能的溫度的熱泵系統(tǒng)，所述供暖單元包括室內(nèi)供暖系統(tǒng)和生活用水系統(tǒng)。所述蓄能系統(tǒng)設(shè)置在地面以下，所述采暖單元、蓄能系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、供暖單元依次連通以進(jìn)行熱交換。1.熱能采集區(qū)如圖1所示，采暖單元設(shè)于熱能采集區(qū)內(nèi)。本實(shí)施例中，如圖2所示，采暖單元包括太陽(yáng)能采集系統(tǒng)和輔助熱源系統(tǒng)，所述太陽(yáng)能采集系統(tǒng)和輔助熱源系統(tǒng)分別與蓄能系統(tǒng)連通以進(jìn)行熱交換。太陽(yáng)能采集系統(tǒng)將采集得到的溫度為30-60°C的低溫?zé)崮芴峁┙o熱存儲(chǔ)及交換單元中的蓄能系統(tǒng)，當(dāng)太陽(yáng)能不足時(shí)，由輔助熱源系統(tǒng)為蓄能系統(tǒng)提供低溫?zé)崮埽?以保證蓄能系統(tǒng)中的熱量平衡。在天氣晴好、陽(yáng)光充足的時(shí)候，由太陽(yáng)能采集系統(tǒng)收集太陽(yáng)能，太陽(yáng)能采集系統(tǒng)主要包括多個(gè)太陽(yáng)能采集器，使用時(shí)所述多個(gè)太陽(yáng)能采集器通過(guò)循環(huán)工質(zhì)將低溫?zé)崮芩偷叫钅芟到y(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)。在因太陽(yáng)光不足而造成太陽(yáng)能采集系統(tǒng)所提供的熱量有限的時(shí)候，啟用輔助熱源系統(tǒng)，以保證蓄能系統(tǒng)中熱量的平衡。1.1太陽(yáng)能采集系統(tǒng)太陽(yáng)能采集系統(tǒng)也稱為太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，主要包括有太陽(yáng)能采集器(又叫太陽(yáng)能集熱器)、設(shè)于太陽(yáng)能采集器內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)、以及循環(huán)泵等。太陽(yáng)能采集器可以采用真空式太陽(yáng)能采集器或平板式太陽(yáng)能采集器。在太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中，通過(guò)太陽(yáng)能采集器將光能轉(zhuǎn)化為熱能，使循環(huán)工質(zhì)加熱后迅速升溫，利用循環(huán)泵使循環(huán)工質(zhì)(循環(huán)工質(zhì)通常可采用水、氨水混合物、以及R-22等)與蓄能系統(tǒng)之間進(jìn)行熱交換，并將熱交換后的低溫工質(zhì)送回太陽(yáng)能采集器中，如此循環(huán)往復(fù)。對(duì)于必須設(shè)置在室外的太陽(yáng)能采集系統(tǒng)，可以采用類似溫室大棚的防護(hù)棚室進(jìn)行覆蓋保護(hù)，所述防護(hù)棚室具有防風(fēng)沙和風(fēng)雪的功能，防護(hù)棚室的頂蓋可活動(dòng)開啟和關(guān)閉。在條件允許時(shí)打開棚帳的頂蓋，由太陽(yáng)能采集器進(jìn)行采熱工作；環(huán)境惡劣時(shí)則關(guān)閉棚帳的頂蓋以保護(hù)太陽(yáng)能采集器。1.2輔助熱源系統(tǒng)輔助熱源系統(tǒng)主要可采用低溫鍋爐或其他供熱設(shè)備。在本實(shí)施例中，輔助熱源系統(tǒng)采用建筑物原有的室內(nèi)供暖系統(tǒng)中的供暖設(shè)備，如電鍋爐、燃油鍋爐等，以作為在夜間或深冬極限天氣下的熱能輔助來(lái)源。使用時(shí)，只需對(duì)建筑物中原有供暖系統(tǒng)稍加改造，將其中的鍋爐設(shè)備并入本發(fā)明太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)中的管網(wǎng)閥門系統(tǒng)中即可。2.熱存儲(chǔ)及交換區(qū)如圖1所示，熱存儲(chǔ)及交換單元設(shè)于熱存儲(chǔ)及交換區(qū)內(nèi)。如圖3所示，本實(shí)施例中， 熱存儲(chǔ)及交換單元中包括有蓄能系統(tǒng)和熱泵系統(tǒng)。蓄能系統(tǒng)主要用于存儲(chǔ)低溫?zé)崃?，熱泵系統(tǒng)主要用于將蓄能系統(tǒng)中的低溫?zé)嵩刺嵘秊楦邷責(zé)嵩矗瑹岜孟到y(tǒng)可采用高溫水源熱泵機(jī)組。在正常工作時(shí)，蓄能系統(tǒng)中維持低溫?zé)崮軆?chǔ)存的存儲(chǔ)溫度為40-50°C，通過(guò)熱交換器作為高溫水源熱泵機(jī)組的熱端(蒸發(fā)端)使用，所述高溫水源熱泵機(jī)組可將蓄能系統(tǒng)中的低溫?zé)嵩刺嵘秊楦邷責(zé)嵩?，通過(guò)熱交換器可將蓄能系統(tǒng)中的低溫?zé)崴兂蓽囟葹?70-90 0C的高溫?zé)崴M(jìn)入供暖區(qū)的供暖管網(wǎng)中。2. 1蓄能系統(tǒng)蓄能系統(tǒng)包括蓄能罐和存儲(chǔ)在蓄能罐中的蓄能介質(zhì)，本實(shí)施例中，所述蓄能介質(zhì)采用水。蓄能罐中所儲(chǔ)存的熱水直接由太陽(yáng)能采集系統(tǒng)提供，由于低溫儲(chǔ)存時(shí)的熱量損耗遠(yuǎn)小于高溫儲(chǔ)熱，因而蓄能罐中的熱水溫度保持為40-50°C的低溫?zé)崴?。蓄能罐中可以保持常年溫度?0-50°C的水溫以提供給熱泵系統(tǒng)進(jìn)行使用。蓄能罐建設(shè)于地下，由于土壤具有蓄能、穩(wěn)定性及延遲性等特點(diǎn)，因而可以將其作為存儲(chǔ)太陽(yáng)能的蓄熱裝置，儲(chǔ)存熱量以供太陽(yáng)能不足時(shí)使用。本實(shí)施例中，所述蓄能罐包括罐體和敷設(shè)于罐體內(nèi)的保溫層，所述罐體采用水泥或者金屬制成，保溫層采用保溫材料制成。所述保溫材料可以采用發(fā)泡泡沫塑料，礦棉，玻璃棉等材料。圖6所示為設(shè)于地下的半圓型的地下水池的原理示意圖，由于該地下水池與周圍土壤間的換熱十分復(fù)雜，為簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)土壤和流體的熱物性都為常數(shù)；土壤的傳熱形式為導(dǎo)熱；不考慮土壤熱濕遷移對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響；加熱流體的流量為常量；該蓄水池上壁敷設(shè)有保溫層，保溫層下表面與水直接接觸；地下水池圓弧形的外表面與地下土壤直接接觸，則土壤周圍的溫度場(chǎng)為二維的非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)，其導(dǎo)熱方程為
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，包括采集太陽(yáng)能并將之轉(zhuǎn)化為熱能的采暖單元、熱存儲(chǔ)及交換單元、以及供暖單元，其特征在于所述熱存儲(chǔ)及交換單元中包括有對(duì)所述采暖單元中的熱能進(jìn)行存儲(chǔ)的蓄能系統(tǒng)和能提升蓄能系統(tǒng)中存儲(chǔ)的熱能的溫度的熱泵系統(tǒng)，所述蓄能系統(tǒng)設(shè)置在地面以下，所述采暖單元、蓄能系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、供暖單元依次連通以進(jìn)行熱交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，其特征在于所述蓄能系統(tǒng)包括設(shè)置于地下的蓄能罐和存儲(chǔ)于蓄能罐中用于進(jìn)行熱交換的蓄能介質(zhì)；所述蓄能罐放置在地面以下 1-20米處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，其特征在于所述蓄能罐包括罐體和敷設(shè)于罐體內(nèi)的保溫層，所述罐體采用水泥或金屬材料制成，保溫層采用保溫材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，其特征在于所述蓄能罐的罐體為圓柱體形；所述蓄能介質(zhì)采用水或者相變材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，其特征在于所述采暖單元包括太陽(yáng)能采集系統(tǒng)，所述供暖單元包括室內(nèi)供暖系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，其特征在于所述太陽(yáng)能采集系統(tǒng)放置在防護(hù)棚室內(nèi)，所述防護(hù)棚室的頂蓋可活動(dòng)開啟和關(guān)閉；所述室內(nèi)供暖系統(tǒng)采用建筑物原有的供暖系統(tǒng)中的供暖管網(wǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，其特征在于所述采暖單元中還包括有能為蓄能系統(tǒng)提供熱能的輔助熱源系統(tǒng)，所述輔助熱源系統(tǒng)與蓄能系統(tǒng)連通以進(jìn)行熱交換。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，其特征在于所述輔助熱源系統(tǒng)采用建筑物原有的室內(nèi)供暖系統(tǒng)中的供暖設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，其特征在于所述供暖單元中還包括有生活用水系統(tǒng)，所述生活用水系統(tǒng)與蓄能系統(tǒng)連通以進(jìn)行熱交換；或者所述生活用水系統(tǒng)與所述室內(nèi)供暖系統(tǒng)中的回水管連通以進(jìn)行熱交換。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述的太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，其特征在于該太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)還包括有用于對(duì)整個(gè)太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)進(jìn)行供電的發(fā)電系統(tǒng)；該太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)還包括有對(duì)整個(gè)太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制的控制系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述的太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，其特征在于所述蓄能系統(tǒng)可將所存儲(chǔ)的熱能的溫度保持為30-60°C的低溫?zé)崮埽瑑?yōu)選為40-50°C，所述熱泵系統(tǒng)可將蓄能系統(tǒng)中所存儲(chǔ)的低溫?zé)崮芴嵘綔囟葹?0-90°C的高溫?zé)崮堋?br> 全文摘要
本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，包括采集太陽(yáng)能并將之轉(zhuǎn)化為熱能的采暖單元、熱存儲(chǔ)及交換單元、以及供暖單元，所述熱存儲(chǔ)及交換單元中包括有對(duì)所述采暖單元中的熱能進(jìn)行存儲(chǔ)的蓄能系統(tǒng)和能提升蓄能系統(tǒng)中存儲(chǔ)的熱能的溫度的熱泵系統(tǒng)，所述蓄能系統(tǒng)設(shè)置在地面以下，所述采暖單元、蓄能系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、供暖單元依次連通以進(jìn)行熱交換。該太陽(yáng)能復(fù)合供熱供暖系統(tǒng)成本低、高效、節(jié)能、實(shí)用，特別適合條件比較艱苦的小范圍人群聚居區(qū)進(jìn)行使用。
文檔編號(hào)F24D11/00GK102478272SQ20111004370
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者周石, 敬李, 王智彪, 王芷龍, 趙純亮 申請(qǐng)人:重慶融海超聲醫(yī)學(xué)工程研究中心有限公司