[发明专利]一种跨季节太阳能-相变蓄能分级释能采暖系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于跨季节蓄能供暖领域，特别涉及一种跨季节太阳能-相变蓄能分级释能采暖系统及方法。

背景技术

随着人们对住宅舒适性要求的提高，冬季低温地板采暖技术由于其很好的热舒适性和卫生条件广泛应用于民用建筑中。普通采暖热水主要由锅炉或热电厂换热得到，依靠煤，电等常规能源。

太阳热能作为自然界最常见的具有季节性与间歇性可再生能源，也逐步应用于地板采暖。根据地面辐射供暖技术规程，低温热水地面辐射供暖以不高于60℃的热水为热媒，可构成太阳能低温热水地板辐射系统。太阳能跨季节蓄热系统可实现太阳热能由夏季转移到冬季，解决热量夏盈冬亏的技术瓶颈。目前已有的跨季节蓄能及热泵供暖系统，蓄能主要介质主要有热水、砾石-水、土壤和蓄水层等显热蓄热储存夏季太阳能等形式，以上形式存在蓄热装置体积大，蓄热效率低等问题，进一步研究设计了太阳能季节相变蓄热热泵系统，在夏季利用相变蓄热材料贮存太阳热能，采暖季通过热泵系统将贮存在相变材料（PCM）中的热量取出来供给室内，仍存在蓄热装置跨季节散热损失较大等问题。

为更有效地提高太阳能热利用率及改进系统装置，本发明提出利用不同温位相变材料跨季节（蓄换热器）过冷蓄热，采暖季根据不同负荷需求释放相应温位PCM潜热与供热介质换热运行供暖模式。

相变材料（PCM）按相变温度的范围可分为高温（大于250℃）、中温（100--250℃）和低温（小于100℃）储能材料。此系统适合采用低温储能相变材料中导热系数大、相变潜热大、过冷度大、能量密度高等特点的相变材料，系统中所需理想相变材料的相变温度是受采暖热媒水入口温度限制的特定温度。

发明内容

本发明的目的是利用跨季节相变材料过冷蓄能分级释能与地板采暖系统相结合，通过跨季节蓄/放热调节太阳能季节性的峰谷分布，以提高太阳能有效利用率。非采暖期，将太阳能集热器收集的太阳热能，储存在过冷度较大、可实现稳定过冷的不同温位相变材料中；采暖期间，可通过机械振动、电场、磁场、超声波或局部低温等手段触发过冷蓄热单元相应温位相变材料凝固分级放热。

针对现有技术不足，本发明提供了一种跨季节太阳能-相变蓄能分级释能采暖系统及方法。

一种跨季节太阳能-相变蓄能分级释能采暖系统，所述采暖系统中相变蓄换热器由多个PCM蓄能单元并联构成，所述每个PCM蓄能单元的两端均设置控制阀门；所述每个PCM蓄能单元由1个或多个PCM层和2个或多个热媒水层构成，其中最外层均为热媒水层，所述PCM层和热媒水层交替间隔相连排列，所述PCM层为密闭结构；所述每个PCM蓄能单元中，每个热媒水层均与设置在该PCM蓄能单元两端的控制阀门相通；所述每个PCM蓄能单元分别与触发装置相连；所述相变蓄换热器使用两种以上不同相变温位的PCM材料，单个PCM蓄能单元中PCM层使用的PCM材料相同；

所述采暖系统中太阳能集热器、第三阀门、换热器、第四阀门、集热循环泵和太阳能集热器依次通过管路相连，构成闭合循环回路；其中，所述太阳能集热器进水端与集热循环泵通过管路相连，所述集热循环泵分别与第一阀门、第四阀门和第五阀门通过管路相连；所述太阳能集热器出水端分别与第二阀门和第三阀门通过管路相连，所述第二阀门与第三阀门通过管路相连；

所述采暖系统中相变蓄换热器的一端分别与第五阀门和第七阀门通过管路相连，另一端与第六阀门通过管路相连；所述第六阀门分别与第一阀门、第二阀门和第十阀门通过管路相连；所述第五阀门分别与第一阀门、第四阀门和第七阀门通过管路相连；所述第一阀门分别与第二阀门、第四阀门和第十阀门通过管路相连；所述第二阀门与第十阀门通过管路相连；所述第七阀门分别与第八阀门和采暖模块出水端通过管路相连；所述第十阀门分别与第九阀门和供热循环泵通过管路相连；

所述采暖系统中换热器、第九阀门、供热循环泵、采暖模块、第八阀门和换热器依次通过管路相连，构成闭合循环回路；其中所述供热循环泵与采暖模块进水端通过管路相连，所述第八阀门与采暖模块出水端通过管路相连；

所述太阳能集热器、第二阀门、第六阀门、相变蓄换热器、第五阀门、集热循环泵和太阳能集热器依次通过管路相连，构成闭合循环回路。

所述相变蓄换热器、第六阀门、第十阀门、供热循环泵、采暖模块、第七阀门和相变蓄换热器依次通过管路相连，构成闭合循环回路。

所述太阳能集热器出水端管路上分别设置压力计和温度计。

所述相变蓄换热器两端管路上分别设置一个压力计，所述相变蓄换热器两端管路上分别设置一个温度计。