CN206709194U - 一种利用太阳能的节能供热装置 - Google Patents

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王晏清
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徐辉
吴峰
吴斌
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Abstract

本实用新型公开了一种利用太阳能的节能供热装置，包括立式水箱，所述立式水箱内由下至上设置有三组换热盘管，所述立式水箱上还设置有进水口和出水口；其中底部的第一换热盘管通过设置在所述立式水箱表面的主热源循环进口和主热源循环出口与太阳能光热循环组件相连接；中间的第二换热盘管通过设置在所述立式水箱表面的辅助热源循环进口和辅助热源循环出口与外部辅助热源相连接；顶部的第三换热盘管通过设置在所述立式水箱表面的供暖循环进口和供暖循环出口与供暖循环装置相连接。在冬季充分利用太阳能集热获得的热能用于采暖，通过建筑面积10%以下的太阳能集热面积解决60%以上的采暖和热水能耗需求。

Description

一种利用太阳能的节能供热装置
技术领域
本实用新型涉及了一种利用太阳能的节能供热装置，属于太阳能利用和建筑节能领域。
背景技术
当前室内采暖，以燃气、燃煤或燃油的热水炉供暖、直接电采暖或空调采暖等形式，但无论那一种都需要消耗大量的化石能源，且增加环境污染的负担。另一方面，我国是世界上太阳能利用量最大的国家，但是太阳能光热的运用普遍停留在提供生活热水的层次上。因为，直到现在，我国将太阳能光热用于采暖的方式、采暖的可靠性及效率都不理想，因此不被广大用户接受。而且通常建筑可获得的太阳能与采暖设计需求之间的数量比也导致了太阳能***可能的昂贵预算。
经过研究计算发现，随着建筑维护结构节能标准的提高，我们的新建筑的采暖需求实际上降低了很多。如果科学地进行***优化，一个适当的太阳能集热***可以满足夏热冬冷地区65%节能住宅的大部分供热需求。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种利用太阳能的节能供热装置，在冬季充分利用太阳能集热获得的热能用于采暖，通过建筑面积10%以下的太阳能集热面积解决60%以上的采暖和热水能耗需求。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
一种利用太阳能的节能供热装置，包括立式水箱，所述立式水箱内由下至上设置有三组换热盘管，所述立式水箱上还设置有进水口和出水口；
其中底部的第一换热盘管通过设置在所述立式水箱表面的主热源循环进口和主热源循环出口与太阳能光热循环组件相连接；
中间的第二换热盘管通过设置在所述立式水箱表面的辅助热源循环进口和辅助热源循环出口与外部辅助热源相连接；
顶部的第三换热盘管通过设置在所述立式水箱表面的供暖循环进口和供暖循环出口与供暖循环装置相连接。
前述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述立式水箱为由耐热水侵蚀的材料合围而成的封闭箱体，且所述立式水箱外表面紧密覆盖有无间隙无冷桥的高效保温层。
前述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述高效保温层为带外保护壳的一体自发泡、导热系数≤0.03W/MK的保温材料制成，且保温层厚度大于75毫米，组成箱体传热系数≤0.3W/M2K，水箱24小时热损失≤0.5KWh/100L。
前述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述立式水箱上还设置有温度检测探头和防蚀保护镁棒。
前述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述立式水箱的底部设置有排污口，顶部设置有排气泄压口。
前述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述主热源循环出口、主热源循环进口、辅助热源循环出口、辅助热源循环进口、供暖循环进口、供暖循环出口、进水口、出水口、排污口、排气泄压口、温度检测探头、防蚀保护镁棒均采用与外壳体断热桥的连接方式与立式水箱相连接。
前述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述太阳能光热循环组件的流体泵动力与其换热流体吸收太阳能后的热动力自循环方向一致，拥有正向压差开关，在获得太阳能热后自主启动，且在环路方向设置止回阀，防止倒流形成水箱往外的输热。
前述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述外部辅助热源及所述供暖循环装置的流体泵动力均与其换热流体在所述立式水箱内的换热后的热动力自循环方向一致。
前述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述外部辅助热源为燃气/燃油热水炉、热泵或电热中的一种。
本实用新型的有益效果是：
1、利用流体热力学原理的***运行方式，太阳能循环换热处于水箱下部最低处，使换热最充分，提高了太阳能集热***的热效率且保证了优先利用太阳能，所有换热都符合相向交叉的过程，换热效率高，且循环动力耗能低；
2、竖向温度分层和高效的水箱保温和接口断桥设计使水箱的热损失低，热利用率高；
3、最少仅以生活热水最低温度、采暖循环最低出水温度和采暖循环最高回水温度信息控制的机制使***的控制和反馈简单可靠，以最低能耗需求控制，且能充分利用水箱上部热能，优先利用太阳能；
4、立式水箱占地小，允许利用阳台设置，便于普通住宅使用；
5、通过配套的低温节能采暖***，如顶棚/墙壁辐射或低温散热器，在节能65%标准的夏热冬冷地区，冬季室内控制不低于18℃条件下，且有热回收新风/通风设备的居住建筑中，可以用设置在南向阳台栏板和层间不影响冬季满窗日照的10%以下建筑面积的太阳能集热模块，解决60%以上的采暖和热水能耗需求；大面积推广可以在改善南方地区室内舒适性的同时节约大量化石能源降低环境负担。
附图说明
图1是本实用新型一种利用太阳能的节能供热装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式，对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，一种利用太阳能的节能供热装置，包括立式水箱1，所述立式水箱1内由下至上设置有三组换热盘管，所述立式水箱1上还设置有进水口9和出水口10；
其中底部的第一换热盘管13通过设置在所述立式水箱1表面的主热源循环进口4和主热源循环出口3与太阳能光热循环组件20相连接；中间的第二换热盘管14通过设置在所述立式水箱1表面的辅助热源循环进口6和辅助热源循环出口5与外部辅助热源30相连接；
顶部的第三换热盘管15通过设置在所述立式水箱1表面的供暖循环进口7和供暖循环出口8与供暖循环装置40相连接。
本实施例中，立式水箱1是有足够高度和容积的水箱，由耐热水侵蚀的材料如不锈钢或搪瓷钢板等围合成封闭箱体，允许内部水温存在竖向的分层温差。水箱容积由热负荷需求和太阳能光热板大小相应要求确定，通常每平方米室内使用面积不小于4升；水箱高度由各路换热/加热盘管需要的高度空间确定。
所述立式水箱1为由耐热水侵蚀的材料合围而成的封闭箱体，且所述立式水箱1外表面紧密覆盖有无间隙无冷桥的高效保温层2，所述高效保温层2为带外保护壳的一体自发泡、导热系数≤0.03W/MK的保温材料制成，且保温层厚度大于75毫米，组成箱体传热系数≤0.3W/M2K，水箱24小时热损失≤0.5KWh/100L。
另外，太阳能光热循环组件20、外部辅助热源30、供暖循环装置40从下至上在水箱空间内分区布置，且每个涉及的冷热循环均为上部为该循环温度高的进出、下部为温度较低的进出。其中，外部辅助热源30为燃气/燃油热水炉、热泵或电热中的一种，当然，外部辅助热源30在必要的情况下也可以用电热替代，利用夜间谷电加热。
所述立式水箱1上还设置有温度检测探头16和防蚀保护镁棒17，其中，防蚀保护镁棒17设在水箱中间，温度检测探头16设在出水口10附近。所述立式水箱1的底部设置有排污口11，顶部设置有排气泄压口12。
所述主热源循环出口3、主热源循环进口4、辅助热源循环出口5、辅助热源循环进口6、供暖循环进口7、供暖循环出口8、进水口9、出水口10、排污口11、排气泄压口12、温度检测探头16、防蚀保护镁棒17均采用与外壳体断热桥的连接方式与立式水箱1相连接，降低热损失。所述立式水箱1的外部接口、外接管道均采用保温措施以降低热损失，且因为冷水从下部补充而不易通过冷水管道损失热能。
本实施例的***运行方式分为不开启采暖和开启采暖两种模式，***运行最少设定三个控制温度，分别为生活热水最低温度T1、采暖循环最低出水温度T2和采暖循环最高回水温度T3，在供暖循环进口7、供暖循环出口8外侧管道设置水温探头。当不开启采暖模式时，仅在出水口10附近的水箱内部温度检测探头16测得的温度低于设定的生活热水最低温度T1时才启用外部辅助热源30，否则表明太阳能获得的热水温度满足要求，外部辅助热源30不工作。在开启采暖模式时，当在供暖循环出口8处测得的温度低于采暖方式（如地板采暖、顶棚辐射、墙壁辐射、低温散热器）的工作温度推荐的最低采暖循环出水温度T2，或在出水口10附近的温度检测探头16测得的温度低于生活热水最低温度T1时启用外部辅助热源30，否则表明太阳能获得的热水温度满足要求，外部辅助热源30不工作；而当供暖循环进口7处测得的温度高于采暖方式的工作温度推荐的最高采暖循环回水温度T3时，停用外部辅助热源。本***如有必要当然也支持更加复杂的节能控制与运行模式，在此不做累述。
所述太阳能光热循环组件20的流体泵动力与其换热流体吸收太阳能后的热动力自循环方向一致，拥有正向压差开关，在获得太阳能热后自主启动，且在环路方向设置止回阀，防止倒流形成水箱往外的输热。外部辅助热源30及所述供暖循环装置40的流体泵动力均与其换热流体在所述立式水箱1内的换热后的热动力自循环方向一致。
综上所述，本实用新型提供的一种利用太阳能的节能供热装置，在冬季充分利用太阳能集热获得的热能用于采暖，通过建筑面积10%以下的太阳能集热面积解决60%以上的采暖和热水能耗需求。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。

Claims (9)

1.一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：包括立式水箱（1），所述立式水箱（1）内由下至上设置有三组换热盘管，所述立式水箱（1）上还设置有进水口（9）和出水口（10）；
其中底部的第一换热盘管（13）通过设置在所述立式水箱（1）表面的主热源循环进口（4）和主热源循环出口（3）与太阳能光热循环组件（20）相连接；
中间的第二换热盘管（14）通过设置在所述立式水箱（1）表面的辅助热源循环进口（6）和辅助热源循环出口（5）与外部辅助热源（30）相连接；
顶部的第三换热盘管（15）通过设置在所述立式水箱（1）表面的供暖循环进口（7）和供暖循环出口（8）与供暖循环装置（40）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述立式水箱（1）为由耐热水侵蚀的材料合围而成的封闭箱体，且所述立式水箱（1）外表面紧密覆盖有无间隙无冷桥的高效保温层（2）。
3.根据权利要求2所述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述高效保温层（2）为带外保护壳的一体自发泡、导热系数≤0.03W/MK的保温材料制成，且保温层厚度大于75毫米，组成箱体传热系数≤0.3W/M2K，水箱24小时热损失≤0.5KWh/100L。
4.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述立式水箱（1）上还设置有温度检测探头（16）和防蚀保护镁棒（17）。
5.根据权利要求4所述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述立式水箱（1）的底部设置有排污口（11），顶部设置有排气泄压口（12）。
6.根据权利要求5所述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述主热源循环出口（3）、主热源循环进口（4）、辅助热源循环出口（5）、辅助热源循环进口（6）、供暖循环进口（7）、供暖循环出口（8）、进水口（9）、出水口（10）、排污口（11）、排气泄压口（12）、温度检测探头（16）、防蚀保护镁棒（17）均采用与外壳体断热桥的连接方式与立式水箱（1）相连接。
7.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述太阳能光热循环组件（20）的流体泵动力与其换热流体吸收太阳能后的热动力自循环方向一致，拥有正向压差开关，在获得太阳能热后自主启动，且在环路方向设置止回阀，防止倒流形成水箱往外的输热。
8.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述外部辅助热源（30）及所述供暖循环装置（40）的流体泵动力均与其换热流体在所述立式水箱（1）内的换热后的热动力自循环方向一致。
9.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的节能供热装置，其特征在于：所述外部辅助热源（30）为燃气/燃油热水炉、热泵或电热中的一种。
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