一种对流-辐射组合式太阳能热风地板采暖系统及运行方法
文献发布时间:2023-06-19 11:02:01
技术领域
本发明涉及太阳能热利用及分时分区采暖技术领域,特别涉及一种对流-辐射组合式太阳能热风地板采暖系统及运行方法。
背景技术
近年来,太阳能热风系统具有耐冻耐高温、系统稳定性强、维护成本低等优势,逐渐成为人们关注的焦点。传统太阳能热风系统收集太阳能以加热空气,高温热空气经过气-水换热器加热蓄热水箱的循环水,满足室内热需求。受气-水换热器效率限制,太阳能热风系统效率偏低,限制了太阳能热风系统的推广应用,太阳能热风直供是提高太阳能热风系统效率的有效手段。
但太阳能热风直接送风系统受太阳辐射影响,其出风温度不稳定,导致昼间室内温度波动较大;且无蓄热系统,其夜间热舒适性难以保证。考虑到村镇居民冬季室内活动具有明显的规律:昼间以客厅活动状态为主、夜间以卧室睡眠状态为主。若能利用建筑围护结构蓄放热,分别满足客厅昼间热需求和卧室夜间热需求,则能有效实现平拟送风温度波动性、降低太阳能系统初投资的双重目的。
因此,开发新型太阳能热风供暖系统,实现围护结构蓄放热和室内分时分区差异化供暖,是实现村镇太阳能热风供暖系统推广利用的有效手段。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种对流-辐射组合式太阳能热风地板采暖系统及运行方法,以解决传统太阳能热风系统效率低、直接送风系统送风温度波动大的问题。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种对流-辐射组合式太阳能热风地板采暖系统,包括太阳能集热系统、蓄热地板采暖系统、直接送风采暖系统和控制系统;
所述太阳能集热系统包括太阳能热风集热器1,太阳能热风集热器1昼间接收太阳辐射进行集热,对其内部的空气进行加热;
所述的蓄热地板采暖系统包括设置在蓄热地板的风盘管6;
所述直接送风系统包括电加热器5和送风口3;太阳能热风集热器1的高温热风通过总送风管道8进入卧室10的风盘管6换热,换热后的中温热风送入直接送风系统通过送风口3进入客厅11;客厅11回风通过回风口4进入回风管道9,向太阳能热风集热器1供风;
所述控制系统用于综合调整系统中各个部分的温度,采用自动控制方式或者手动控制方式;
所述地板采暖系统位于卧室10,所述直接送风采暖系统位于客厅11。
所述直接送风系统包括直接送风盘管15,所述控制系统包括控制器14、第一温度传感器12-1、第二温度传感器12-2、集热器5、风机7、电磁阀13;控制器14、第一温度传感器12-1、集热器5依次置于直接送风盘管15上;风机7、电磁阀13在回风管9上;第二温度传感器12-2置于客厅11室内壁面上。
所述电加热器5上连接直接送风管道15,所述的直接送风管道15采用不锈钢管,干管管径为100mm。
所述的直接送风管15包裹有10mm厚岩棉保温层。
所述的风盘管6和直接送风管道15串联连接。
所述的风盘管6的干管管径为100mm,支管管径为60mm,风盘管6铺设间距50~100mm。
所述的风盘管6采用不锈钢管,设置在地面的填充层内,地面的填充层为100mm厚度的现浇混凝土,地面的绝热层为50mm厚度的双面复合铝箔的聚氨酯板。
所述的送风口3位于客厅11下侧,回风口4位于客厅11上侧。
所述的卧室10的地板采暖系统和客厅11的直接送风采暖系统昼夜交替运行。
所述卧室10的风盘管6成直线型并联连接方式。
一种对流-辐射组合式太阳能热风地板采暖系统的运行方法,包括以下步骤;风机7控制着太阳能热风系统启闭,风机7由控制器14控制;
当昼间客厅11使用时间段,风机7开启;当集热器1送风温度较低时,蓄热地板2可以对送风进行加热,再送入客厅11;当温度传感器12-1检测到的送风温度仍然不足时,启动电加热器5;当集热器1送风温度较高时,蓄热地板2可以平拟送风温度,将多余的热量存储起来,再送入客厅11;
当夜间卧室10使用时间段时,风机7关闭,蓄热地板2向卧室10放热,维持卧室10夜间热环境。
所述控制器14控制风机7启闭,当到达客厅11使用的设定时间段,控制器14发出信号,打开风机7,反之则关闭风机7;
当第一温度传感器12-1采集到的送风温度低于直接送风系统阈值,控制器14发出控制信号开启加热器5,反之则关闭加热器5;当第二温度传感器12-2采集到的温度低于客厅11室内设定的阈值,控制器14发出控制信号增加电磁阀13的开启量,反之则减小开启量。
本发明的有益效果:
1、提高了太阳能热风采暖系统效率:本发明省略了太阳能热风采暖系统的一次换热过程,即气-水换热过程,太阳能集热器高温热风直接进入室内,实现了热量最大化利用。
2、卧室地板既充当热量供给单元,又充当热量储存单元。当昼间太阳辐射量充足时,其多余热量可储存在卧室地板;而昼间热量不足时,地板可加热热风然后送入客厅,从而实现了热量的高效利用,减少昼间辅助热源的使用量。
3、提高了太阳能直接送风系统的稳定性:利用围护结构蓄放热,平拟了送风温度的波动,使室内温度更为平缓,热舒适性更强。
4、降低了太阳能集热系统容量:依据室内差异化热需求,昼间以客厅热需求为主,夜间也卧室热需求为主,所需供给热量相比连续供暖得到显著降低,从而太阳能集热系统容量更小。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明地板盘管与直接送风系统连接示意图。
图3是本发明的卧室地板盘管及客厅地板施工做法示意图。
图4是本发明的风口与管道的连接示意图。
图中标号代表:1—太阳能热风集热器,2—蓄热地板,3—送风口,4—回风口,5—加热器,6—风盘管,7—风机,8—总送风管道,9—回风管道,10—卧室,11—客厅,12—温度传感器,13—电磁阀,14—控制器,15—直接送风管道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示,本发明提供了一种对流-辐射组合式太阳能热风地板采暖系统,包括太阳能集热系统、蓄热地板采暖系统、直接送风采暖系统和控制系统;
本发明的技术思路是,利用村镇不同功能房间的昼夜差异化热需求,结合太阳能热风系统耐冻耐高温的特性,形成卧室10地板采暖系统昼间蓄热夜间采暖而客厅11直接送风系统昼间采暖夜间停暖的采暖模式,昼间太阳能集热器1加热内部空气,空气通过总送风管道8进入卧室风盘管6与蓄热地板2换热,换热后的空气通过送风口3送入客厅11,室内回风进入回风口4,通过回风管道9进入集热器1,完成昼间整个系统循环;夜间风机7关闭,蓄热地板2向卧室10放热,达到夜间卧室10供暖目的。
所述的太阳能集热系统包括太阳能热风集热器1,太阳能热风集热器可采用市售的各种热风集热器。太阳能热风集热器1昼间接收太阳辐射进行集热,对其内部的循环空气进行加热。
所述的地板采暖系统包括设置在卧室10的地板内的风盘管6,直接送风系统包括设置在客厅11地板内的直接送风管道15及下侧的送风口3,回风系统包括设置在客厅11上侧的回风口4。如图2所示,卧室10的风盘管6与客厅11的直接送风系统串联连接,这种串联连接方式能够利用卧室平拟风温波动,有效减缓客厅送风系统的风温波动;卧室10的风盘管6成直线型并联连接方式,这种连接方式能够保证地板各部分热量分布均匀。
所述的回风管9上安装有风机7;客厅11的直接送风管道15上安装有电加热器5和温度传感器12-1。
风机7控制着太阳能热风系统启闭,风机7由控制器14控制;当昼间客厅11使用时间段,风机7开启;当集热器1送风温度较低时,蓄热地板2可以对送风进行加热,再送入客厅11;当温度传感器12-1检测到的送风温度仍然不足时,启动电加热器5;当集热器1送风温度较高时,蓄热地板2可以平拟送风温度,将多余的热量存储起来,再送入客厅11;当夜间卧室10使用时间段时,风机7关闭,蓄热地板2向卧室10放热,维持卧室10夜间热环境。
所述控制系统包括控制器14、第一温度传感器12-1、第二温度传感器12-2、集热器5、风机7、电磁阀13;控制器14、第一温度传感器12-1、集热器5依次置于直接送风盘管15上;风机7、电磁阀13在回风管9上;第二温度传感12-2器置于客厅11室内壁面上。
当第一温度传感器12-1采集到的送风温度低于直接送风系统阈值,控制器14发出控制信号开启加热器5,反之则关闭加热器5;
当第二温度传感器12-2采集到的温度低于客厅11室内设定的阈值,控制器14发出控制信号增加电磁阀13的开启量,反之则减小开启量。
结合图1,客厅11直接送风系统入口处通过第一温度传感器12-1采集温度信息,客厅11空间内通过第二温度传感器12-2采集温度信息,接收的温度信息分别为a和b。
控制器14可以依据室内昼夜差异化热需求来设定系统分时分区运行模式,以控制太阳能集热系统运行时间从而实现蓄热地板、直接送风系统各自的运行目的(系统运行时间为8:00-22:00)。
结合图3所示,与本方案的系统配套,本方案中的地面结构,由下至上依次为:支撑层、防潮层、绝热层、保护层、钢丝网、填充层和装饰层;与地面相连接的墙面上设置有抹灰层与踢脚板。
所述的卧室10地面的结构,由下至上依次为:支撑层、防潮层、绝热层、保护层、钢丝网、填充层、找平层和装饰层;与地面相接的墙面上设置有抹灰层与脚踢板。
所述的客厅11地面的结构,由下至上依次为:支撑层、防潮层、绝热层、填充层、找平层和装饰层;与地面相接的墙面上设置有抹灰层与脚踢板。
结合图2图3,卧室10的蓄热地板风盘管6采用并联方式敷设在地板内,风盘管间距为50~100mm,干管管径为100mm,支管管径为60mm。由于村镇建筑多为单层建筑,地面与土壤直接接触,支撑层上需先制作10mm防潮层;绝热层为50mm厚度的双面复合铝箔的聚氨酯板;保护层避免绝热层上部施工水分破坏绝热层功能构造,制作1mm铝箔保护层;采用低碳钢丝网用于固定不锈钢管的基盘,并用扎带绑定;地面的填充层厚度为100mm厚度现浇混凝土,施工浇捣时,压实抹平即可;制作5mm厚的水泥砂浆找平,方便铺设地板装饰层。地面墙体边界同样需设置防潮层和保温层,对于设置踢脚板的墙体,边界可不设置密封膏。
结合图3,客厅地面的结构,从下网上依次为:支撑层、防潮层、绝热层、填充层和装饰层;与地面相连接的墙面上设置有抹灰层与踢脚板。
直接送风管道15安装在靠近墙体的一侧,只需要对管道附近局部区域敷设保护层和钢丝网,做法同卧室地面。
结合图2,客厅11的直接送风管道15与卧室10的风盘管6串联连接,干管管径为100mm,管外包裹有10mm厚岩棉保温层。
结合图4,送风口3采用200mm×100mm百叶送风口,回风口4采用300mm×150mm百叶回风口;风口与风管采用软管连接。
- 一种对流-辐射组合式太阳能热风地板采暖系统及运行方法
- 太阳能地板辐射采暖系统