專利名稱：一種太陽能集成朗肯-朗肯系統(tǒng)地板采暖裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能光熱利用、動力循環(huán)和暖通空調(diào)利用領(lǐng)域，特別涉及一種太陽能集成朗肯-朗肯系統(tǒng)地板采暖裝置。
背景技術(shù)：
多項統(tǒng)計數(shù)字表明，建筑物的能耗占當(dāng)今世界全部總能耗的30%左右，是能源消耗的一個主要形式，而用于暖通空調(diào)的能耗又占建筑能耗的85%左右。隨著能源危機的加劇和環(huán)境問題的日益凸顯，最大限度地減少能量消耗，減少有害物質(zhì)的排放，并充分利用可再生能源進(jìn)行供暖與制冷已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑技術(shù)發(fā)展的基本趨勢。隨著人民生活水平的不斷提高，人們對建筑采暖方式的舒適性提出了更好的要求。地板采暖不僅具有節(jié)能、舒適、健康等優(yōu)點，而且可以充分利用各種低品位能源，是比較先進(jìn)的采暖方式。太陽能是一種巨大且用之不盡的能源，是人類可以利用的最豐富的資源，相對于其他能源來說，可謂取之不盡，用之不竭。隨著太陽能行業(yè)的不斷發(fā)展以及市場需求的不斷增多，需要利用太陽能集熱系統(tǒng)產(chǎn)生中低溫?zé)崴念I(lǐng)域不斷拓寬。利用太陽能集熱系統(tǒng)進(jìn)行采暖，市場需求大，技術(shù)可行，是太陽能行業(yè)拓展應(yīng)用的一個典型方向。然而，利用太陽能集熱系統(tǒng)產(chǎn)生的熱水直接進(jìn)行地板采暖存在效率偏低的缺點。有機朗肯循環(huán)(ORC)利用低沸點的有機工質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì)，在低溫條件下可以獲得較高的蒸汽壓力，推動膨脹機轉(zhuǎn)化為機械能，直接用來發(fā)電或者驅(qū)動壓縮機等耗能機械，可以充分利用低品位熱源。同時，熱泵技術(shù)可以提高能源利用效率，節(jié)約能源。

發(fā)明內(nèi)容
為了充分利用低品位能源及建筑地板采暖系統(tǒng)節(jié)能改造，本發(fā)明提出了一種新型地板采暖裝置，該裝置集成了太陽能集熱系統(tǒng)和朗肯-朗肯循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行地板采暖，并利用鍋爐進(jìn)行輔助加熱。為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案一種太陽能集成朗肯-朗肯系統(tǒng)地板采暖裝置，包括太陽能加熱和采暖系統(tǒng)，依次連接并構(gòu)成有機朗肯循環(huán)的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器、膨脹機、膨脹機側(cè)冷凝器、循環(huán)工質(zhì)泵、有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器；依次連接并構(gòu)成回路的壓縮機、壓縮機側(cè)冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、壓縮機，所述膨脹機還與壓縮機連接，所述蒸發(fā)器的輸出端通過冷卻塔與膨脹機側(cè)冷凝器的輸入端連接，蒸發(fā)器的輸入端與膨脹機側(cè)冷凝器的輸出端連接；還包括有地暖盤管，所述有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器輸出端通過循環(huán)水泵與地暖盤管的進(jìn)口連接，壓縮機側(cè)冷凝器的輸出端也與地暖盤管的進(jìn)口連接，所述太陽能加熱和采暖系統(tǒng)輸出端與有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器輸入端連接，輸入端與地暖盤管的出口連接，地暖盤管的出口還與壓縮機側(cè)冷凝器的輸入端連接。根據(jù)各地能源價格分布，進(jìn)行輔助加熱的鍋爐可以采用電加熱鍋爐、燃?xì)忮仩t或者生物質(zhì)鍋爐等各種形式的鍋爐。壓縮機側(cè)冷凝器和地暖盤管聯(lián)接，使熱泵系統(tǒng)產(chǎn)生的熱水提供給用戶；膨脹機側(cè)冷凝器和蒸發(fā)器通過冷卻塔聯(lián)接，冷卻塔的作用是為了調(diào)節(jié)膨脹機側(cè)冷凝器和蒸發(fā)器的熱平衡。膨脹機側(cè)冷凝器和蒸發(fā)器聯(lián)接，以此來回收膨脹機側(cè)冷凝器中的熱量，提高了能源利用效率。本發(fā)明引入了熱量回收的概念，把膨脹機側(cè)冷凝器和蒸發(fā)器聯(lián)接，而且膨脹機側(cè)冷凝器和蒸發(fā)器之間設(shè)置了冷卻塔來調(diào)節(jié)兩側(cè)的熱平衡，利用熱泵系統(tǒng)來回收膨脹機側(cè)冷凝器中的熱量，提高了能源利用效率。所述太陽能加熱和采暖系統(tǒng)包括構(gòu)成連接回路的太陽能集熱器、太陽能集熱器循環(huán)水閥門、蓄熱水箱和太陽能集熱器，與蓄熱水箱并聯(lián)連接有鍋爐和鍋爐循環(huán)水閥門，在蓄熱水箱內(nèi)設(shè)有熱電偶，所述蓄熱水箱的輸出口與有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器連接，蓄熱水箱的輸入口與地暖盤管的出口連接。蓄熱水箱依次聯(lián)接發(fā)生器和地暖盤管，即蓄熱水箱中的熱水先提供發(fā)生器所需要的熱量，然后再進(jìn)入地暖盤管滿足用戶采暖需求，實現(xiàn)能源的梯級利用。所述膨脹機采用聯(lián)軸與壓縮機連接。膨脹機和壓縮機單元是同軸結(jié)構(gòu)，減少了機械能轉(zhuǎn)化成電能的環(huán)節(jié)，有效地提高了機械能的轉(zhuǎn)化效率。在地暖盤管的出口設(shè)有分水器，地暖盤管的進(jìn)口設(shè)有集水器。在所述發(fā)生器中采用環(huán)保有機工質(zhì)R245fa作為循環(huán)工質(zhì)。在發(fā)生器中，利用有機工質(zhì)的低沸點特性，蓄熱水箱提供的熱量使有機工質(zhì)變成高壓蒸汽，推動膨脹機做功，從膨脹機出來的有機工質(zhì)變成低壓蒸汽，然后進(jìn)入膨脹機側(cè)冷凝器變成低壓液體，經(jīng)循環(huán)工質(zhì)泵的提升進(jìn)入發(fā)生器中完成有機朗肯循環(huán)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點本發(fā)明利用太陽能集熱系統(tǒng)驅(qū)動有機朗肯循環(huán)產(chǎn)生機械能，再利用有機朗肯循環(huán)產(chǎn)生的機械能驅(qū)動熱泵系統(tǒng)產(chǎn)生熱水，進(jìn)行地板采暖。蓄熱水箱依次聯(lián)接有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)和地暖盤管，實現(xiàn)了能源的梯級利用，并利用回?zé)嵫h(huán)提高了能源的利用效率，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能效果顯著、控制方便等優(yōu)點。I把太陽能集熱系統(tǒng)和朗肯-朗肯熱泵系統(tǒng)集成起來進(jìn)行地板采暖，大大提高了太陽能的利用效率，而且結(jié)構(gòu)簡單，控制方便。2、膨脹機和壓縮機是同軸聯(lián)接結(jié)構(gòu)，減少了機械能轉(zhuǎn)化成電能的環(huán)節(jié)，有效地提高了機械能的轉(zhuǎn)化效率。3、有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)采用R245fa作為循環(huán)工質(zhì)，具有零臭氧破壞勢、低溫室效應(yīng)勢、毒性低、不可燃、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點。4、蓄熱水箱依次聯(lián)接有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器和地暖盤管，實現(xiàn)了能源的梯級利用。5、把膨脹機側(cè)冷凝器和蒸發(fā)器聯(lián)接，利用熱泵系統(tǒng)來回收膨脹機側(cè)冷凝器中的熱量，提高了能源利用效率。


圖1為本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)記說明1、太陽能集熱器，2、蓄熱水箱，3、輔助鍋爐，4、鍋爐循環(huán)水閥門，5、太陽能集熱器循環(huán)水閥門，6、熱電偶，7、循環(huán)水泵，8、循環(huán)工質(zhì)泵，9、發(fā)生器，10、膨脹機，11、聯(lián)軸，12、壓縮機，13、壓縮機側(cè)冷凝器，14、節(jié)流閥，15、蒸發(fā)器，16、膨脹機側(cè)冷凝器，17、集水器，18、地暖盤管，19、分水器，20、冷卻塔。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實施例請參閱圖1所示，一種太陽能集成朗肯-朗肯系統(tǒng)地板采暖裝置，包括太陽能加熱和采暖系統(tǒng)，依次連接并構(gòu)成有機朗肯循環(huán)的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器9、膨脹機10、膨脹機側(cè)冷凝器16、循環(huán)工質(zhì)泵8、有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器9 ;依次連接并構(gòu)成回路的壓縮機
12、壓縮機側(cè)冷凝器13、節(jié)流閥14、蒸發(fā)器15、壓縮機12，朗肯-朗肯系統(tǒng)由有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)(循環(huán)9-10-16-8-9)和熱栗系統(tǒng)(循環(huán)12-13_14-15_12)組成,將朗肯-朗肯循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用于地板采暖也是本發(fā)明的主要創(chuàng)新點之一，膨脹機10還與壓縮機12連接，蒸發(fā)器15的輸出端通過冷卻塔20與膨脹機側(cè)冷凝器16的輸入端連接，蒸發(fā)器15的輸入端與膨脹機側(cè)冷凝器16的輸出端連接；還包括有地暖盤管18，有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器9輸出端通過循環(huán)水泵7與地暖盤管18的進(jìn)口連接，壓縮機側(cè)冷凝器13的輸出端也與地暖盤管18的進(jìn)口連接，太陽能加熱和采暖系統(tǒng)輸出端與有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器9輸入端連接，輸入端與地暖盤管18的出口連接，地暖盤管18的出口還與壓縮機側(cè)冷凝器13的輸入端連接。太陽能加熱和采暖系統(tǒng)包括構(gòu)成連接回路的太陽能集熱器1、太陽能集熱器循環(huán)水閥門5、蓄熱水箱2和太陽能集熱器1，與蓄熱水箱2并聯(lián)連接有鍋爐3和鍋爐循環(huán)水閥門4，在蓄熱水箱2內(nèi)設(shè)有熱電偶6，蓄熱水箱2的輸出口與有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器9連接，蓄熱水箱2的輸入口與地暖盤管18的出口連接。蓄熱水箱2依次聯(lián)接發(fā)生器9和地暖盤管18，即蓄熱水箱2中的熱水先提供發(fā)生器9所需要的熱量，然后再進(jìn)入地暖盤管18滿足用戶采暖需求，實現(xiàn)能源的梯級利用。膨脹機10采用聯(lián)軸11與壓縮機12連接。膨脹機和壓縮機單元是同軸結(jié)構(gòu)，減少了機械能轉(zhuǎn)化成電能的環(huán)節(jié)，有效地提高了機械能的轉(zhuǎn)化效率。在地暖盤管18的出口設(shè)有分水器19，地暖盤管18的進(jìn)口設(shè)有集水器17。在發(fā)生器9中采用環(huán)保有機工質(zhì)R245fa作為循環(huán)工質(zhì)。如圖1所示，本實施例的太陽能集成朗肯-朗肯系統(tǒng)地板采暖裝置工作過程如下打開太陽能集熱器循環(huán)水閥門5，太陽能集熱器I產(chǎn)生的熱水儲存在蓄熱水箱2中，蓄熱水箱2中裝有熱電偶6，蓄熱水箱2中的熱水主要由太陽能集熱器I提供，當(dāng)蓄熱水箱2溫度低于一定值時，啟動鍋爐3，打開鍋爐循環(huán)水閥門4，開啟鍋爐3進(jìn)行輔助加熱。當(dāng)太陽輻射強度低于一定值時，關(guān)閉集熱器循環(huán)水閥門5，此時蓄熱水箱2中的熱水完全由鍋爐3提供，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，滿足全天候全熱采暖需求。蓄熱水箱2中的熱水先進(jìn)入有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器9中，在發(fā)生器9中，利用有機工質(zhì)的低沸點特性，蓄熱水箱2提供的熱量使有機工質(zhì)變成高壓蒸汽，推動膨脹機10做功，從膨脹機10出來的變成低壓蒸汽，然后進(jìn)入膨脹機側(cè)冷凝器16變成低壓液體，經(jīng)循環(huán)工質(zhì)泵8的提升進(jìn)入發(fā)生器9中完成有機朗肯循環(huán)，從發(fā)生器9流出的蓄熱水箱中的熱水再流進(jìn)地暖盤管滿足用戶采暖需求。熱泵壓縮機12利用膨脹機10輸出的動力，把低溫低壓有機工質(zhì)蒸汽壓縮成高溫高壓蒸汽，在壓縮機側(cè)冷凝器13中，高壓蒸汽被冷凝成高壓液體，高壓有機工質(zhì)液體經(jīng)過節(jié)流閥14節(jié)流，變成低壓液體，在蒸發(fā)器15中蒸發(fā)制冷變成低壓蒸汽，最后進(jìn)入壓縮機12完成熱泵循環(huán)，壓縮機側(cè)冷凝器13和地暖盤管18聯(lián)接，使熱泵系統(tǒng)產(chǎn)生的熱水提供給用戶。為了提高能源的利用效率，把膨脹機側(cè)冷凝器16和蒸發(fā)器15聯(lián)接，而且膨脹機側(cè)冷凝器和蒸發(fā)器之間設(shè)置了冷卻塔來調(diào)節(jié)兩側(cè)的熱平衡，利用熱泵系統(tǒng)來回收膨脹機側(cè)冷凝器16中的熱量。本發(fā)明結(jié)構(gòu)不局限于附圖(實施例)所示結(jié)構(gòu)。如系統(tǒng)的集熱系統(tǒng)可以采用地?zé)崮堋⒐I(yè)余熱等地品位余熱；太陽能加熱和采暖工質(zhì)除采用水外，還可用具有防凍功能的其它工質(zhì)；可以添加溫控器來實現(xiàn)輔助加熱鍋爐及對應(yīng)閥門的自動開啟和關(guān)閉，有機朗肯循環(huán)工質(zhì)除采用R245fa外，還可以采用其他低沸點環(huán)保工質(zhì)；膨脹機-壓縮機單元除采用同軸聯(lián)接，還可以采用聯(lián)軸器聯(lián)接。采用不同實施方法，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會作相應(yīng)改變，依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。上列詳細(xì)說明是針對本發(fā)明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種太陽能集成朗肯-朗肯系統(tǒng)地板采暖裝置，其特征在于包括太陽能加熱和采暖系統(tǒng)，依次連接并構(gòu)成有機朗肯循環(huán)的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器(9)、膨脹機(10)、膨脹機側(cè)冷凝器(16)、循環(huán)工質(zhì)泵(8)、有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器(9);依次連接并構(gòu)成回路的壓縮機(12)、壓縮機側(cè)冷凝器(13)、節(jié)流閥(14)、蒸發(fā)器(15)、壓縮機(12)，所述膨脹機(10)還與壓縮機(12)連接，所述蒸發(fā)器(15)的輸出端通過冷卻塔(20)與膨脹機側(cè)冷凝器(16)的輸入端連接，蒸發(fā)器(15)的輸入端與膨脹機側(cè)冷凝器(16)的輸出端連接； 還包括有地暖盤管(18)，所述有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器(9)輸出端通過循環(huán)水泵(7)與地暖盤管(18)的進(jìn)口連接，壓縮機側(cè)冷凝器(13)的輸出端也與地暖盤管(18)的進(jìn)口連接； 所述太陽能加熱和采暖系統(tǒng)輸出端與有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器(9)輸入端連接，輸入端與地暖盤管(18)的出口連接，地暖盤管(18)的出口還與壓縮機側(cè)冷凝器(13)的輸入端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能集成朗肯-朗肯系統(tǒng)地板采暖裝置，其特征在于所述太陽能加熱和采暖系統(tǒng)包括構(gòu)成連接回路的太陽能集熱器(I)、太陽能集熱器循環(huán)水閥門(5)、蓄熱水箱(2 )和太陽能集熱器(I)，與蓄熱水箱(2 )并聯(lián)連接有鍋爐(3 )和鍋爐循環(huán)水閥門(4)，在蓄熱水箱(2)內(nèi)設(shè)有熱電偶(6)，所述蓄熱水箱(2)的輸出口與有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器(9)連接，蓄熱水箱(2)的輸入口與地暖盤管(18)的出口連接。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能集成朗肯-朗肯系統(tǒng)地板采暖裝置，其特征在于所述膨脹機(IO )采用聯(lián)軸(11)與壓縮機(12 )連接。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽能集成朗肯-朗肯系統(tǒng)地板采暖裝置，其特征在于在地暖盤管(18 )的出口設(shè)有分水器(19 )，地暖盤管(18 )的進(jìn)口設(shè)有集水器(17 )。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽能集成朗肯-朗肯系統(tǒng)地板采暖裝置，其特征在于在所述發(fā)生器(9)中采用環(huán)保有機工質(zhì)R245fa作為循環(huán)工質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了涉及一種新型地板采暖裝置，該裝置集成了太陽能集熱系統(tǒng)、朗肯-朗肯循環(huán)系統(tǒng)，并利用鍋爐進(jìn)行輔助加熱，屬于太陽能光熱利用、動力循環(huán)和暖通空調(diào)利用領(lǐng)域。其特點是蓄熱水箱中熱水主要由太陽能集熱系統(tǒng)提供，當(dāng)蓄熱水箱低于一定溫度時，啟動鍋爐進(jìn)行輔助加熱；蓄熱水箱依次聯(lián)接有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器和地暖盤管，實現(xiàn)了能源的梯級利用；膨脹機和壓縮機是同軸聯(lián)接結(jié)構(gòu)，減少了機械能轉(zhuǎn)化成電能的環(huán)節(jié)，有效地提高了機械能的轉(zhuǎn)化效率；膨脹機側(cè)冷凝器和壓縮機側(cè)蒸發(fā)器連接，利用回?zé)嵫h(huán)提高了能源的利用效率；壓縮機側(cè)冷凝器和地暖盤管連接來實現(xiàn)供暖。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能效果顯著、控制方便等優(yōu)點。
文檔編號F24D3/14GK103032912SQ201310022609
公開日2013年4月10日 申請日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者王令寶, 卜憲標(biāo), 李華山 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所