[发明专利]一种用于智慧社区的太阳能集热器及其供暖系统

说明书

本发明提供了一种用于智慧社区的热效率高的太阳能集热器及其供暖系统，集热器包括透明前盖板、后壳、吸热层、位于吸热层下方并与其紧密接触的导热管，后壳上设有保温结构，保温结构紧贴吸热层并包裹导热管，透明前盖板和吸热层之间设置有多孔高透光材料层，保温结构包括相变储能层以及保温层，相变储能层贴合在吸热层后方并包覆导热管，保温层设置在相变储能层和后壳之间；设置的多孔高透光材料层不妨碍太阳能的吸收，多孔材料相比格栅更能够降低空气的对流和热量散失；相变储能材料通过融化的物相变化，从吸热层吸收热量并实现储能，减少吸热层的热量散失；夜间温度降低后，相变材料由吸热转为释热，对导热管起到供热、维持温度、防冻等多方面的效果。

技术领域

本发明涉及智慧社区技术领域，尤其是涉及一种用于智慧社区的具有高热效率的太阳能集热器及其供暖系统。

背景技术

智慧社区是以先进的物联网通信技术、智能化自动控制技术以及各种新设施新材料技术来构建人类居住生活的社区空间，达到舒适、安全、节能、环保的理念。

供暖系统和热水系统都是社区必备的基础设施。通过燃烧化石能源实现的供暖系统和热水系统不但能耗大，而且增加了空气污染，不符合智慧社区的要求。而太阳能集热实现的供暖系统和热水系统则充分体现了智慧社区的理念，因此，越来越多的新兴智慧社区铺设了基于太阳能集热的供暖和热水循环系统。

太阳能集热器用于吸收太阳能，是智慧社区供暖和热水系统的关键部件。传统的太阳能集热器包括透明前盖板、后壳、吸热层、位于吸热层下方并与其紧密接触的导热管，导热管内流动导热介质(例如水)，保温结构紧贴吸热层并包裹导热管以防止热量散失。

由于保温结构的存在，吸热层吸收的太阳能热量从后部散失的占比很小，但是为了透光，前盖板和吸热层之间只有空气，没有防止热量散失的结构，导致散失热量中80％以上的占比是从前盖板散失的。经过热力学分析，在前盖板散失热量过程中，空气对流是热量散失的主要方式，因此要想办法降低前盖板和吸热层之间空气的对流性。针对以上问题，有的现有技术提出在前盖板安装蜂窝格栅，把前盖板和吸热层之间的空间分隔，降低对流，但是这种方式增加了前盖板的结构复杂性和制造难度，且容易损坏。

另外，现有技术中影响热效率的另一个因素就是导热管一般无法将吸热层的热量全部传导，热量传导不及时也会导致散失增大；另外，夜间不能吸收太阳能，导热管内介质温度明显降低，对供暖不利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于智慧社区的热效率高的太阳能集热器及其供暖系统，以解决现有技术中前盖板和吸热层之间只有空气，没有防止热量散失的结构，导致散失热量中80％以上的占比从前盖板散失；导热管无法将吸热层的热量全部传导，热量传导不及时导致散失增大；另外，夜间不能吸收太阳能，导热管内介质温度明显降低，对供暖不利的技术问题；本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种热效率高的太阳能集热器，包括透明前盖板、后壳、吸热层、位于吸热层下方并与其紧密接触的导热管，所述后壳上设有保温结构，保温结构紧贴吸热层并包裹导热管，所述透明前盖板和吸热层之间设置有多孔高透光材料层，所述保温结构包括相变储能层以及保温层，所述相变储能层贴合在吸热层后方并包覆导热管，所述保温层设置在相变储能层和后壳之间。

可选地，多孔高透光材料层的材料为通过溶胶-凝胶法制备的多孔纳米晶TiO₂薄膜。

可选地，相变储能层的材料为低温相变储能材料。

可选地，低温相变储能材料为Na₂HP0₄·xH₂0/淀粉接枝丙烯酸钠储热材料或Na₂HP0₄·xH₂0/聚丙烯酸钠储热材料。