CN207797205U - 太阳能跨季储热*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种太阳能跨季储热***，涉及太阳能蓄热技术领域。该太阳能跨季储热***包括太阳能集热器、蓄热水箱和桩基埋管换热装置，太阳能集热器与蓄热水箱连通，桩基埋管换热装置与太阳能集热器连通，且包括多个并联设置的桩基埋管换热器，多个桩基埋管换热器呈环形阵列排布，且两个相邻的桩基埋管换热器之间的间距相等；蓄热水箱与用户端通过热交换器将热能传递到用户端，桩基埋管换热装置依次通过热泵机组和热交换器将热量传递给用户端。多个桩基埋管换热器呈环形阵列排布，相邻两个桩基埋管换热器之间的间距相等，在储存相同热量的基础上，分布更加均匀，结构紧凑，对土壤利用率更高，占用体积小、占用土地资源少。

Description

太阳能跨季储热***

技术领域

本实用新型涉及太阳能蓄热技术领域，尤其涉及一种太阳能跨季储热***。

背景技术

随着社会经济的发展和人名生活水平的提高，建筑采暖、热水能源消耗量逐年递增，对我国能源供应要求越来越高、传统供热***的热源主要由燃煤锅炉、燃气油锅炉、热化电站等提供，消耗了大量的化石燃料并带来了二氧化碳、二氧化硫和粉尘等污染物的排放。在节能和减排的双重压力下，开发高效的可再生能源供热技术是实现建筑节能的重要途径之一。

太阳能作为一种分布广泛、取之不尽的清洁能源，其热利用技术的发展最为成熟，太阳能应用于建筑采暖与热水供应已有多年的历史，但太阳能受季节和天气影响呈现不稳定性和不连续性的特征，使得太阳能供热***利用率较低、经济型较差，特别是我国北方地区，冬季采暖负荷大而太阳能辐照强度小的矛盾尤为突出，因此，利用跨季节蓄热技术是实现太阳能由非采暖季节向采暖季节的转移，以平衡太阳能季节性分布，提高太阳能利用率的有效技术措施之一。

目前已有的太阳能跨季节蓄热***，蓄热方式主要包括地下蓄热和地上蓄热两种方式，蓄热介质主要有水、土壤、相变材料等，其中，地下含水层和地下土壤蓄热是太阳能跨季节长期蓄热较优的选择，地下含水层蓄热具有蓄能容量大的特点，但其工程应用取决于水文地质条件，局限性较大；地下土壤蓄热适用范围较广，应用较多。

现有的地下土壤蓄热一般采用地埋管形式，存在敷设体积大、占用土地资源多的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种太阳能跨季储热***，以解决现有技术中存在的地下土壤蓄热采用地埋管形式时，敷设体积大、占用土地资源多的技术问题。

本实用新型提供的太阳能跨季储热***，包括太阳能集热器、蓄热水箱和桩基埋管换热装置，所述太阳能集热器上设有第一进液管和第一出液管，且均与所述蓄热水箱连通，所述太阳能集热器与所述蓄热水箱之间连通的管道上设有第一水泵；所述桩基埋管换热装置垂直埋设于地面以下，设有第二进液管和第二出液管，所述第二进液管与所述第二出液管之间并联设置有多个桩基埋管换热器，多个所述桩基埋管换热器呈环形阵列排布，且两个相邻的所述桩基埋管换热器之间的间距相等；所述第二进液管与所述第一出液管连通，所述第二出液管与所述第一进液管连通，所述太阳能集热器与所述桩基埋管换热装置之间连通的管道上设有第二水泵；所述蓄热水箱与用户端通过热交换器将热能传递到用户端，所述蓄热水箱与所述热交换器之间连通的管道上设有第三水泵；所述桩基埋管换热装置依次通过热泵机组和热交换器将热量传递给用户端，所述桩基埋管换热装置与所述热泵机组之间连通的管道上设有第四水泵。

进一步的，所述桩基埋管换热器包括基桩和换热管，所述换热管包裹于所述基桩内部，且所述换热管的两端分别与所述第二进液管、所述第二出液管连通。

进一步的，所述换热管选用PE管。

进一步的，还包括PLC控制器，所述PLC控制器电连接有第一温度传感器，所述第一温度传感器用于监测所述蓄热水箱内部的温度，所述第一水泵、所述第二水泵、所述第三水泵和所述第四水泵均与所述PLC控制器电连接；所述热泵机组的控制开关与所述PLC控制器电连接。

进一步的，还包括辅助加热装置，所述辅助加热装置通过热交换器向用户端提供热量。

进一步的，所述PLC控制箱电连接有第二温度传感器，所述第二温度传感器用于监测所述热泵机组中冷凝器侧的出液温度，所述辅助加热装置的控制开关与所述PLC控制器电连接。

进一步的，所述蓄热水箱的外壁包覆有绝热层。

进一步的，所述蓄热水箱的外壁与所述绝热层之间设有反射膜层。

进一步的，所述蓄热水箱的内壁涂有防腐层。

进一步的，所述太阳能集热器包括壳体和加热管，所述壳体内设有集热板，所述加热管贴紧固设于所述集热板上，所述集热板及所述加热管的顶部设有玻璃盖板，所述集热板及所述加热管的底部设有保温层。

本实用新型太阳能跨季储热***的有益效果为：

本实用新型提供的太阳能跨季储热***，包括用于吸收太阳能并将太阳能转换为热能的太阳能集热器、用于储存太阳能集热器吸收的热量的集热水箱、用于储存太阳能集热器多余热量的桩基埋管换热装置、用于将蓄热水箱中热量传递到用户端的热交换器和用于将桩基埋管换热装置中的热量通过热交换器传递到用户端的热泵机组。春、夏和秋季等太阳辐射强度较大且用户端对热能需求量较小，初始时，打开第一水泵，太阳能集热器将吸收转换的热能传递到蓄热水箱中的工质中，打开第三水泵，蓄热水箱中的热量通过热交换器可以将热量传递到用户端，热能在用户端可以以热水的形式存在，用户端不需要供热时，关闭第三水泵即可，太阳能集热器能够从太阳辐射中吸收较多的热量，当蓄热水箱中蓄积足够的热量时，可以关闭第一水泵，同时打开第二水泵，太阳能集热器将吸收转换的热能通过管道输入到桩基埋管换热装置中，桩基埋管换热装置将热量传递到周围的土壤中进行储存。冬季太阳辐射强度较弱，太阳能集热器相应吸收转换的热量较少，不足以为用户端提供热量时，打开第四水泵和热泵机组，桩基埋管换热装置将周围土壤中的热量传递给热泵机组，热泵机组进一步通过热交换器将热量传递到用户端，从而实现太阳能的跨季节使用。

其中，集装埋管换热装置中的核心部件为基桩埋管换热器，基桩埋管换热器用于将太阳能集热器传递的热量传递并储存到周围土壤中，实现太阳能的储存，多个桩基埋管换热器垂直埋设于地面以下，且呈环形阵列排布，可以为多层，相邻两个桩基埋管换热器之间的间距相等，桩基埋管换热器的排布方式在储存相同热量的基础上，分布更加均匀，结构紧凑，对土壤利用率更高，占用体积小、占用土地资源少。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的太阳能跨季储热***的工作流程示意图；

图2为图1中桩基埋管换热器俯视时的环形阵列示意图；

图3为图1中桩基埋管换热器的剖视结构示意图；

图4为图1中蓄热水箱侧壁的剖视结构示意图。

图标：1－太阳能集热器；2－蓄热水箱；3－桩基埋管换热装置；4－热交换器；5－热泵机组；6－辅助加热装置；7－绝热层；8－反射膜层； 9－防腐层；11－第一进液管；12－第一出液管；21－第一水泵；31－第二进液管；32－第二出液管；33－桩基埋管换热器；331－基桩；332－换热管；34－第二水泵；41－第三水泵；51－第四水泵。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实施例提供一种太阳能跨季储热***，如图1和图2所示，包括太阳能集热器1、蓄热水箱2和桩基埋管换热装置3，太阳能集热器1上设有第一进液管11和第一出液管12，且均与蓄热水箱2连通，太阳能集热器1与蓄热水箱2之间连通的管道上设有第一水泵21；桩基埋管换热装置3垂直埋设于地面以下，设有第二进液管31和第二出液管32，第二进液管31与第二出液管32之间并联设置有多个桩基埋管换热器33，多个桩基埋管换热器33呈环形阵列排布，且两个相邻的桩基埋管换热器33之间的间距相等；第二进液管31与第一出液管12连通，第二出液管32与第一进液管11连通，太阳能集热器1与桩基埋管换热装置3之间连通的管道上设有第二水泵34；蓄热水箱2与用户端通过热交换器4将热能传递到用户端，蓄热水箱2 与热交换器4之间连通的管道上设有第三水泵41；桩基埋管换热装置3依次通过热泵机组5和热交换器4将热量传递给用户端，桩基埋管换热装置3与热泵机组5之间连通的管道上设有第四水泵51。

本实施例提供的太阳能跨季储热***，包括用于吸收太阳能并将太阳能转换为热能的太阳能集热器1、用于储存太阳能集热器1吸收的热量的集热水箱、用于储存太阳能集热器1多余热量的桩基埋管换热装置3、用于将蓄热水箱2中热量传递到用户端的热交换器4和用于将桩基埋管换热装置3中的热量通过热交换器4传递到用户端的热泵机组5。春、夏和秋季等太阳辐射强度较大且用户端对热能需求量较小，初始时，打开第一水泵21，太阳能集热器1将吸收转换的热能传递到蓄热水箱2中的工质中，打开第三水泵41，蓄热水箱2中的热量通过热交换器4可以将热量传递到用户端，热能在用户端可以以热水的形式存在，用户端不需要供热时，关闭第三水泵41即可，太阳能集热器1能够从太阳辐射中吸收较多的热量，当蓄热水箱2 中蓄积足够的热量时，可以关闭第一水泵21，同时打开第二水泵34，太阳能集热器1将吸收转换的热能通过管道输入到桩基埋管换热装置3中，桩基埋管换热装置3将热量传递到周围的土壤中进行储存。冬季太阳辐射强度较弱，太阳能集热器1相应吸收转换的热量较少，不足以为用户端提供热量时，打开第四水泵51和热泵机组5，桩基埋管换热装置3将周围土壤中的热量传递给热泵机组5，热泵机组5 进一步通过热交换器4将热量传递到用户端，从而实现太阳能的跨季节使用。

其中，集装埋管换热装置中的核心部件为基桩331埋管换热器，基桩331埋管换热器用于将太阳能集热器1传递的热量传递并储存到周围土壤中，实现太阳能的储存，多个桩基埋管换热器33垂直埋设于地面以下，且呈环形阵列排布，可以为多层，相邻两个桩基埋管换热器33之间的间距相等，桩基埋管换热器33的排布方式在储存相同热量的基础上，分布更加均匀，结构紧凑，对土壤利用率更高，占用体积小、占用土地资源少。

本实施例中，如图2和图3所示，桩基埋管换热器33可以包括基桩331和换热管332，换热管332包裹于基桩331内部，且换热管332的两端分别与第二进液管31、第二出液管32连通。具体的，换热管332中流通传热工质，太阳能集热器1将加热后的高温工质依次流经第一出液管12和第二进液管31流入换热管332内，高温工质流经换热管332时将热量通过基桩331传递并储存于周围的土壤中，传递完热量温度变低的低温工质依次流经第二出液管32和第一进液管 11重新流入太阳能集热器1中，太阳能集热器1再次对低温工质进行加热，如此循环，完成富裕太阳能的储存。当冬季太阳照射强度较弱时，打开热泵机组5，换热管332中的工质从周围土壤中吸收热量传递给热泵机组5，热泵机组5将热量传递给热交换器4，热交换器 4将热量传递给用户端，完成跨季节储存的太阳能的利用。具体的，换热管332可以为单U型埋管、双U型埋管、W型埋管或螺旋型埋管；基桩331可以由混凝土压制而成，也可以在套管内填入泥沙等构成。

本实施例中，换热管332可以选用PE管。PE管具有强度高、耐高温、抗腐蚀、无毒、耐磨等特点，且PE管具有良好的导热性和较小的流阻，在确保输送工质的基础上，能够较好的传动热量。

本实施例中，太阳能跨季储热***还可以包括PLC控制器，PLC 控制器电连接有第一温度传感器，第一温度传感器用于监测蓄热水箱 2内部的温度，第一水泵21、第二水泵34、第三水泵41和第四水泵 51均与PLC控制器电连接；热泵机组5的控制开关与PLC控制器电连接。可以在PLC控制器内设定不同的温度值，通过第一温度传感器将监测到的温度信号传递给PLC控制器，PLC控制器相应控制第一水泵21、第二水泵34、第三水泵41和第四水泵51的开关状态，相应控制太阳能集热器1吸收转换的热量的传输方向及向用户端供热的不同供热装置的选择。

例如，设定用户端需要热水温度为50℃，初始时，第一水泵21 和第三水泵41打开，第二水泵34和第四水泵51关闭，太阳能集热器1将转换的热量依次传递给蓄热水箱2、热交换器4并最终传递到用户端；当第一温度传感器监测到蓄热水箱2中工质的温度高于65℃时，表明外界环境太阳照射强度过高，太阳能集热器1吸收热量过剩，此时，第一温度传感器将温度信号传递给PLC控制器，PLC控制器控制关闭第一水泵21并打开第二热泵，太阳能集热器1停止向蓄热水箱2供热，并开始向桩基埋管换热装置3供热，将热能储存于土壤中；当第一温度传感器监测到蓄热水箱2中工质温度小于50℃时，此时，第一温度传感器将温度信号传递给PLC控制器，PLC控制器控制关闭第一水泵21、第二水泵34和第三水泵41并打开第四水泵51 和热泵机组5，桩基埋管换热装置3将储存在土壤中的热能依次经过热泵机组5和热交换器4传递到用户端，实现跨季节热能的利用。

本实施例中，如图1所示，太阳能跨季储热***还可以包括辅助加热装置6，辅助加热装置6通过热交换器4向用户端提供热量；PLC 控制箱电连接有第二温度传感器，第二温度传感器用于监测热泵机组 5中冷凝器侧的出液温度，辅助加热装置6的控制开关与PLC控制器电连接。当太阳辐射强度较弱且土壤中储存热量不足以满足用户端供热需求时，可以打开辅助加热装置6通过热交换器4为用户端供热。具体的，当第二温度传感器监测到热泵机组5中冷凝器侧的出液温度，即，高温工质温度低于用户端设定温度时，第二温度传感器将温度信号传递给PLC控制器，PLC控制器相应控制关闭第四水泵51，并打开辅助加热装置6的控制开关，控制辅助加热装置6为用户端辅助供热。

本实施例中，如图4所示，可以在蓄热水箱2的外壁包覆有绝热层7。绝热层7的设置可以有效减少蓄热水箱2内工质向外界环境的热量散失，如，通过与壳体的热传导向外界散失热量，从而提高蓄热水箱2的对热量的储存效率。

本实施例中，如图4所示，可以在蓄热水箱2的外壁与绝热层7 之间设有反射膜层8。反射膜层8可以有效减少蓄热水箱2内工质通过热辐射向外界散失的热量，从而提高蓄热水箱2的对热量的储存效率，具体的，反射膜层8可以选用铝箔。

本实施例中，如图4所示，蓄热水箱2的内壁涂有防腐层9。太阳能集热器1中，根据不同的温度条件可以选用不同的工质，如，水、液氨、氟利昂、乙二醇等，当使用的工质具有腐蚀性时，防腐层9 可以对蓄热水箱2的内壁起到保护作用，减少蓄热水箱2内腐蚀性工质对蓄热水箱2内壁的腐蚀，从而确保蓄热水箱2蓄能的基础上，延长蓄热水箱2的使用寿命。

具体的，本实施例中，太阳能集热器1包括壳体和加热管，所述壳体内设有集热板，所述加热管贴紧固设于所述集热板上，所述集热板及所述加热管的顶部设有玻璃盖板，所述集热板及所述加热管的底部设有保温层。使用时，将太阳能集热器1放在太阳能够照射到的地方，太阳光照射在集热板上，集热板吸收太阳能并将太阳能转换为热能，集热板的温度随之升高；从加热管的进口流入工质，工质流经整个加热管后从出口流出，工质流经加热管时，集热板吸收太阳能温度升高，集热板的温度高于加热管及加热管内工质的温度，集热板与加热管通过热传导将热量传递给加热管，加热管进一步通过热对流的方式将热量传递给加热管内部的工质，从而实现太阳能对工质的加热。

玻璃盖板在确保太阳辐射能够穿透的基础上，一方面，可以保护集热板，使其不受灰尘及雨雪的侵蚀；另一方面，使集热板与加热管所处环境形成温室效应，减少集热板在温度升高后通过热对流和热辐射向周围环境散失的热量，从而提高太阳能集热器1的热效率。保温层的作用与上述绝热层7类似，可以减少集热板通过热传导向外界环境的热量损失，从而提高太阳能集热器1的热效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种太阳能跨季储热***，其特征在于，包括太阳能集热器(1)、蓄热水箱(2)和桩基埋管换热装置(3)，所述太阳能集热器(1)上设有第一进液管(11)和第一出液管(12)，且均与所述蓄热水箱(2)连通，所述太阳能集热器(1)与所述蓄热水箱(2)之间连通的管道上设有第一水泵(21)；

所述桩基埋管换热装置(3)垂直埋设于地面以下，设有第二进液管(31)和第二出液管(32)，所述第二进液管(31)与所述第二出液管(32)之间并联设置有多个桩基埋管换热器(33)，多个所述桩基埋管换热器(33)呈环形阵列排布，且两个相邻的所述桩基埋管换热器(33)之间的间距相等；所述第二进液管(31)与所述第一出液管(12)连通，所述第二出液管(32)与所述第一进液管(11)连通，所述太阳能集热器(1)与所述桩基埋管换热装置(3)之间连通的管道上设有第二水泵(34)；

所述蓄热水箱(2)与用户端通过热交换器(4)将热能传递到用户端，所述蓄热水箱(2)与所述热交换器(4)之间连通的管道上设有第三水泵(41)；所述桩基埋管换热装置(3)依次通过热泵机组(5)和热交换器(4)将热量传递给用户端，所述桩基埋管换热装置(3)与所述热泵机组(5)之间连通的管道上设有第四水泵(51)。

2.根据权利要求1所述的太阳能跨季储热***，其特征在于，所述桩基埋管换热器(33)包括基桩(331)和换热管(332)，所述换热管(332)包裹于所述基桩(331)内部，且所述换热管(332)的两端分别与所述第二进液管(31)、所述第二出液管(32)连通。

3.根据权利要求2所述的太阳能跨季储热***，其特征在于，所述换热管(332)选用PE管。

4.根据权利要求1－3中任一项所述的太阳能跨季储热***，其特征在于，还包括PLC控制器，所述PLC控制器电连接有第一温度传感器，所述第一温度传感器用于监测所述蓄热水箱(2)内部的温度，所述第一水泵(21)、所述第二水泵(34)、所述第三水泵(41)和所述第四水泵(51)均与所述PLC控制器电连接；所述热泵机组(5)的控制开关与所述PLC控制器电连接。

5.根据权利要求4所述的太阳能跨季储热***，其特征在于，还包括辅助加热装置(6)，所述辅助加热装置(6)通过热交换器(4)向用户端提供热量。

6.根据权利要求5所述的太阳能跨季储热***，其特征在于，所述PLC控制箱电连接有第二温度传感器，所述第二温度传感器用于监测所述热泵机组(5)中冷凝器侧的出液温度，所述辅助加热装置(6)的控制开关与所述PLC控制器电连接。

7.根据权利要求1－3中任一项所述的太阳能跨季储热***，其特征在于，所述蓄热水箱(2)的外壁包覆有绝热层(7)。

8.根据权利要求7所述的太阳能跨季储热***，其特征在于，所述蓄热水箱(2)的外壁与所述绝热层(7)之间设有反射膜层(8)。

9.根据权利要求1－3中任一项所述的太阳能跨季储热***，其特征在于，所述蓄热水箱(2)的内壁涂有防腐层(9)。

10.根据权利要求1－3中任一项所述的太阳能跨季储热***，其特征在于，所述太阳能集热器(1)包括壳体和加热管，所述壳体内设有集热板，所述加热管贴紧固设于所述集热板上，所述集热板及所述加热管的顶部设有玻璃盖板，所述集热板及所述加热管的底部设有保温层。