一种新型相变储能炕系统技术方案

本发明专利技术涉及一种新型相变储能炕系统，包括热源，热水循环系统和相变储能炕。热源包括太阳能集热器和辅助电源；热水循环系统包括水管、水泵和水箱；相变储能炕包括炕体和支柱，炕体从底部到顶部依次为预制混凝上板层，聚乙烯泡沫板保温层，反射膜，水管和相变材料层，空气层、预制混凝土板层。相变材料选取48号石蜡，采用聚丙烯塑料袋密封，将相变材料和水管间隔铺设于上下两层预制混凝土炕板中间，用支柱支撑上炕板，预留空气层，避免相变材料和水管被挤压破坏。由于相变材料和水管不与炕板为一体，搭建和拆卸方便，容易对水管进行维修和更换，相变材料封装方式简单，易于检查和更换相变材料。该系统能够长时间维持舒适的炕面温度和室内空气温度。

【技术实现步骤摘要】
一种新型相变储能炕系统
本专利技术涉及建筑采暖设备
，具体说是一种新型相变储能炕系统。技术背景目前，我国农村建筑采暖占我国建筑能耗总量的25％[1]，20世纪80年代以来，农村使用的能源(煤、电力和天然气)逐渐增加。每年取暖所消耗的煤约1亿吨，导致大约3亿吨CO2、100万吨SO2以及7000万吨NOx的排放[2]。由于全球能源消耗的持续增加，温室气体排放量巨大，已经引起了全球变暖问题[3]。在种形势下，我国可持续发展必将面临巨大压力。因此，提高农村建筑采暖节能的迫切性日益增强。2016年国家八部委联合下发《推进电能替代指导意见》，积极在北方推进“煤改电”清洁取暖[4]。京津冀地区大力推广“煤改电”和“煤改气”相关工作。据农业部统计，2004年大约有6685万炕，近4364万农村家庭(约1.75亿人)[5]使用。因此，火炕作为我国北方农村地区应用最广泛的采暖方式之一，值得进一步研究[6]。然而，传统火炕存在如下缺点：由于燃烧大量煤等一次能源，每年供暖期会造成严重的大气污染[7]；由于排烟不畅导致烟气散入室内，造成室内空气污染甚至引起居民一氧化碳中毒[8]；热效率在20％以下[9]，燃料利用率低，造成能源的极大浪费；火炕表面温度分布不均匀可能造成人体的不舒适感[8]。目前，一些研究者对火炕的结构进行了优化包括：一、太阳能炕[10]，将热水管嵌入炕板；这种方法存在的问题如下：1.蓄热性能差，晚上散热快；2.需要制作“炕盒”，支模浇注混凝土，抹平，洒水养护七天，制作过程繁琐，工期长；3.水管和炕板浇注为一体，易对水管造成挤压破坏，不易进行维修和更换。二、相变蓄热炕[11]，在传统火炕炕板上铺设相变材料；这种方法存在如下问题：1.需要单独制作带凹槽的炕板用于放置相变材料；2.将凹槽用密封材料密封，放置相变材料后，用木条密封，封装过程繁琐。3.仍用燃烧煤等一次能源产生的热烟为热源。在相变材料的封装问题上，存在以下几种方式：一、混凝土骨架或凹槽封装；二、金属盒封装；三、管道封装。以上方式存在的问题如下：1.封装过程繁琐，前两种需要制作特定的封装相变材料的容器；2.炕板与相变材料为一体，易对相变材料造成挤压破坏，不易进行检查和更换。
技术实现思路
针对上述现有技术不足，本专利技术提供一种新型相变储能炕系统。本专利技术提供的一种新型相变储能炕系统是通过以下技术方案实现的：一种新型相变储能炕系统，其特征在于，包括热源，热水循环系统和相变储能炕；所述热源包括太阳能集热器和辅助电源；所述热水循环系统包括水管、水泵和水箱；所述相变储能炕包括炕体和支柱，炕体从底部到顶部依次为预制混凝土板层，聚乙烯泡沫板保温层，反射膜，水管和相变材料层，空气层、预制混凝土板层；预制混凝土板尺寸为600mm×500mm×50mm，供水温度为60℃。相变材料的选择，其特征在于：选取48号石蜡作为相变材料；相变材料的封装，其特征在于：选用食品级聚丙烯塑料袋密封，放置于上下两层预制混凝土炕板中间，用支柱支撑上炕板，预留空气层，避免相变材料被挤压破坏。水管的铺设，其特征在于：采用双回型铺设方式，将水管铺设于上下两层预制混凝土炕板中间，与相变材料间隔布置，用支柱支撑上炕板，预留空气层，避免水管被挤压破坏；水管的材料为PE-RT，管道内径为16.0mm，外径为20.0mm，盘管间距为200mm。本专利技术由于采取以上技术方案，具有以下优点：1、本专利技术由于为预制混凝土炕板，无需浇筑、养护，搭建和拆卸方便，水管不与炕板浇筑为一体，不会对水管造成挤压破坏，容易对水管进行维修和更换；2、相变材料封装方式简单，无需制作特定封装容器，不与炕板为一体，不会对相变材料造成挤压破坏，易于检查和更换相变材料；3、本专利技术能够长时间维持舒适的炕面温度和室内空气温度。4、本专利技术具有良好的节能性。附图说明图1是本专利技术系统组成图图2是本专利技术结构示意图图3是测试建筑平面图图4是炕面温度测量点布置方法图5是室内空气温度测量点布置方法图6是升温阶段不同进水温度下新型相变储能炕系统的炕面温度图7是不同进水温度下新型相变储能炕系统的炕面升温速率图8是升温阶段不同进水温度下沙子蓄热炕的炕面温度图9是不同进水温度下沙子蓄热炕的炕面升温速率图10是降温阶段不同进水温度下新型相变储能炕的炕面温度图11是不同进水温度下新型相变储能炕的炕面降温温速率图12是降温阶段不同进水温度下沙子蓄热炕新型相变储能炕的炕面温度图13是不同进水温度下沙子蓄热炕的炕面降温温速率图14是升温阶段新型相变储能炕和沙子蓄热炕炕面温度比较图15是降温阶段新型相变储能炕和沙子蓄热炕炕面温度比较图16是升温阶段新型相变储能炕和沙子蓄热炕炕面降温速率比较图17是新型相变储能炕的炕面温度、室内空气温度和室外空气温度图18是沙子蓄热炕的炕面温度、室内空气温度和室外空气温度图19是新型相变储能炕和沙子蓄热炕的炕面温度比较图20是新型相变储能炕和沙子蓄热炕的室内空气温度比较具体实施方式下面结合附图通过实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明，该实施例仅用于解释本专利技术，并不做对本专利技术的限定。基于本专利技术中的实施例，本领域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，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示的一种新型相变储能炕系统，包括热源，热水循环系统和相变储能炕1。热源包括太阳能集热器2和辅助电源3；热水循环系统包括水箱4、水泵5和水管6；如图2所示，相变储能炕包括炕体和支柱7、8，炕体从底部到顶部依次为预制混凝土板层9，聚乙烯泡沫板保温层10，反射膜11，水管12和相变材料层13，空气层14，预制混凝土板15。相变材料选取48号石蜡，选用食品级聚丙烯塑料袋封装。将水管12和相变材料13铺设于上下两层预制混凝土炕板中间，用支柱8支撑上炕板，预留空气层14，避免水管12和相变材料13被挤压破坏。在炕和墙壁之间放置50mm厚的保温板16，以减少热量的流失。上述实施例中，预制混凝土板9、15尺寸为600mm×500mm×50mm，供水温度为60℃。上述实施例中，水管12的铺设采用双回型铺设方式，材料为PE-RT，管道内径为16.0mm，外径为20.0mm，盘管间距为200mm。本专利技术的传热原理：系统运行时，热水通过水泵5在炕体内铺设的水管12中强制循环，热能由热水通过导热及对流的方式传递到炕体并储存，然后炕面通过对流和辐射的方式释放到室内；具体传热过程如下：在管内的循环热水将相变材料层13加热，相变材料层13将热量储存，进而加热空气层14，空气层14加热混凝土炕板15下表面，之后将热量传递给炕板上表面，炕板上表面向周围的空气和围护结构表面散热。本专利技术中相变储能炕的搭建方法：1、砌筑支柱7：用240mm×120mm的红砖砌筑，位于炕板交叉点的中心。2、铺设下炕板9：用600m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型相变储能炕系统，其特征在于，包括热源，热水循环系统和相变储能炕；/n所述热源包括太阳能集热器和辅助电源；/n所述热水循环系统包括水管、水泵和水箱，供水温度为60℃；/n所述相变储能炕包括炕体和支柱，炕体从底部到顶部依次为预制混凝土板层，聚乙烯泡沫板保温层，反射膜，水管和相变材料层，空气层、预制混凝土板层；预制混凝土板尺寸为600mm×500mm×50mm。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型相变储能炕系统，其特征在于，包括热源，热水循环系统和相变储能炕；
所述热源包括太阳能集热器和辅助电源；
所述热水循环系统包括水管、水泵和水箱，供水温度为60℃；
所述相变储能炕包括炕体和支柱，炕体从底部到顶部依次为预制混凝土板层，聚乙烯泡沫板保温层，反射膜，水管和相变材料层，空气层、预制混凝土板层；预制混凝土板尺寸为600mm×500mm×50mm。


2.相变材料的选择，其特征在于：选取48号石蜡作...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑建琳，
申请(专利权)人：郑建琳，
类型：发明
国别省市：天津;12