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

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。