一种基于太阳能和相变储能的储供热系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于太阳能和相变储能的储供热系统，该系统主要由太阳能集热器、含相变材料的相变储能箱、水箱等部件构成。通过利用相变储能材料具有高潜热这一特性来对太阳能和峰谷电能进行储存和合理管控，并利用相变材料具有恒定相变温度这一特性，仅通过对太阳能集热器出口温度、水箱出口温度和相变储能箱出口温度的监控，以及对相关阀门的控制，获得连续稳定且温度恒定的热水供给。该系统仅含有一个循环泵，且可以对太阳能和峰谷电能进行合理存储和利用，因此具有低能耗和节能特征。同时，由于操作过程中仅涉及对四个阀门的控制，因此操作简单且易于实现自动化。因此操作简单且易于实现自动化。因此操作简单且易于实现自动化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于太阳能和相变储能的储供热系统


[0001]本技术属于新能源和节能
，特别是涉及一种基于太阳能和相变储能的储供热系统。

技术介绍

[0002]我国具有丰富的太阳能资源，其作为一种清洁的可再生能源，在采暖供热等方面受到人们的广泛关注。然而太阳能具有时间和空间上的不均匀性和间歇性，其能量分布与采暖供热之间存在不匹配问题。为了能够持续有效地供暖供热，蓄热技术的应用显得尤为重要。
[0003]热能储存可分为显热储存和潜热储存。在实际工程应用中，太阳能供热系统主要采用以水作为蓄热介质的显热储存，由于其储能密度的限制，导致常需要配备较大容量的蓄热水箱，且存在供热温度不稳定等问题。潜热储存利用相变物质的相变来储存热量，相变材料能够在相变过程中释放/吸收大量潜热，而相变过程中保持温度不变或在较小温度范围内变化。因此，利用相变材料来进行太阳能的合理利用，不仅可以解决太阳能与采暖供热的时空匹配问题，还可以提高蓄能密度，并对采暖供热温度进行有效控制。
[0004]CN209944492U公开了一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，但该系统中待加热的水体直接通入太阳能集热器进行加热，在冬季夜晚易造成管道冻结堵塞问题。此外，该系统将相变材料直接置于水箱箱体，来自集热器的热水同步加热水箱中的水和相变材料。由于相变材料具有较大的潜热，因此导致水箱中水温变化较慢，即温度响应不够灵敏。CN209978160U公开了一种基于相变蓄热的地暖供暖与供热水系统，该系统同样存在与CN209944492U中相同的水冻结堵塞管道问题。同时，该系统结构和控制极其复杂，如需对2个泵、11个电磁阀进行控制。CN210107532U公开了一种智能相变供热系统，然而该系统将太阳能集热器、相变储热器和用水负荷(如喷淋供水器、暖气片)直接串联，因而不能对太阳能进行有效控制和水温进行有效调节。CN208222845U公开了一种基于太阳能、高温相变蓄热及电辅多能互补供暖系统，尽管该系统采用导热油作为太阳能集热后的热传递介质，避免了水介质的冻结问题，然而该系统将相变材料置于高温蓄热罐中，存在诸多问题。例如，当夜晚太阳能集热器停止工作而相变材料开始放热时，由于导热油仍需要经过太阳能集热器，导致部分热量的损失。此外，该系统仅油路系统就包含两个泵，因此运行能耗较高。
[0005]目前，基于太阳能和相变储能的储供热系统普遍存在一定的问题，例如系统结构复杂性导致的操作和维护问题，泵数量较多导致的运行能耗问题，系统设计不合理导致的管路冻结、供热温度不稳定、太阳能利用不充分等问题。鉴于此，开发一种系统结构和操作简单、运行成本低、供热稳定且温度变化较小的储供热系统，对于实现节能环保、提升人们生活居住水平等具有重大意义。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于，针对太阳能与采暖供热等在时间和空间上的矛盾，开发一种基于太阳能和相变储能的抗冻结、结构和操作简单，且仅需一个泵运行的低成本储供热系统。
[0007]本技术提供的技术方案如下：
[0008]一种基于太阳能和相变储能的储供热系统，包括：太阳能集热器(1)，相变储能箱(2)，水箱(3)，泵(4)，第一阀门(5)、第二阀门(6)、第三阀门(7)、第四阀门(8)，辅助加热器(9)、温度传感器(10、11、12)和水箱换热器(13)。太阳能集热器(1)的出口与第一阀门(5)相连，太阳能集热器(1)的入口通过三通管分别与水箱换热器(13)的出口和相变储能箱(2)的低温接口相连；相变储能箱(2)的高温接口通过三通管分别与第二阀门 (6)和第三阀门(7)相连；水箱换热器(13)的入口与第四阀门(8)相连；泵(4)的入口通过三通管分别与第一阀门(5)和第二阀门(6)相连，泵(4)的出口通过三通管分别与第三阀门(7)和四阀门(8)相连。
[0009]而且，在相变储能箱(2)中装填相变温度在30～90℃的相变储能材料，并在相变储能箱 (2)和水箱(3)中单独或同时设置辅助加热器。
[0010]而且，在太阳能集热器(1)的出口，相变储能箱(2)的高温接口和水箱(3)中分别设置温度传感器。
[0011]而且，连接系统各部分的管道中通入水或导热油，优选地，通入防冻导热油。
[0012]而且，水箱换热器(13)置于水箱(3)内部，且水箱(3)设置冷水进口(14)和热水出口(15)。
[0013]系统运行过程中，根据温度传感器(10、11、12)的反馈温度，对第一阀门(5)、第二阀门(6)、第三阀门(7)、第四阀门(8)进行开合控制。当太阳能过剩时，通过相变储能箱 (2)来进行能量的储存与释放；当太阳能不足时，通过辅助加热器(9)来补充能量。
[0014]本技术的优点和积极效果是：该系统仅含有一个泵，且在运行过程中仅需对四个阀门进行控制，因此系统结构和操作简单，运行成本低。此外，该系统可充分利用太阳能和峰谷电能，并通过相变材料相变温度的控制，自动获得稳定的出水温度。
附图说明
[0015]附图用来提供对本技术的进一步理解，并构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制，在附图中：
[0016]图1是实施例1中的储供热系统结构示意图；
[0017]图2是实施例1中储供热系统使用状态图(状态1)；
[0018]图3是实施例1中储供热系统使用状态图(状态2)；
[0019]图4是实施例1中储供热系统使用状态图(状态3)；
[0020]图5是实施例1中储供热系统使用状态图(状态4)；
[0021]图中：1、太阳能集热器；2、相变储能箱；3、水箱；4、泵；5、第一阀门；6、第二阀门；7、第三阀门；8、第四阀门；9、辅助加热器；10～12、温度传感器；13、水箱换热器； 14、冷水入口；15、热水出口。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施例对本技术做进一步说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本技术，不限制本申请权利要求的保护范围。
[0023]实施例1：
[0024]一种基于太阳能和相变储能的储供热系统，如图1所示，包括：太阳能集热器1，相变储能箱2，水箱3，泵4，第一阀门5、第二阀门6、第三阀门7、第四阀门8，辅助加热器9、温度传感器10、11、12和水箱换热器13。太阳能集热器1的出口与第一阀门5相连，太阳能集热器1的入口通过三通管分别与水箱换热器13的出口和相变储能箱2的低温接口相连；相变储能箱2的高温接口通过三通管分别与第二阀门6和第三阀门7相连；水箱换热器13的入口与第四阀门8相连；泵4的入口通过三通管分别与第一阀门5和第二阀门6相连，泵4 的出口通过三通管分别与第三阀门7和第四阀门8相连。
[0025]在相变储能箱2中装填相变温度为55℃的相变储能材料，并在相变储能箱2中设置辅助加热器。
[0026]在太阳能集热器1的出口，相变储能箱2的高温接口和水箱3中分别设置温度传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于太阳能和相变储能的储供热系统，其特征在于：包括太阳能集热器(1)，相变储能箱(2)，水箱(3)，泵(4)，第一阀门(5)、第二阀门(6)、第三阀门(7)、第四阀门(8)，太阳能集热器(1)的出口与第一阀门(5)相连，太阳能集热器(1)的入口分别与水箱换热器(13)的出口和相变储能箱(2)的低温接口相连；相变储能箱(2)的高温接口通过三通管分别与第二阀门(6)和第三阀门(7)相连；水箱换热器(13)的入口与第四阀门(8)相连；泵(4)的入口通过三通管分别与第一阀门(5)和第二阀门(6)相连，泵(4)的出口通过三通管分别与第三阀门(7)和第四阀门(...

【专利技术属性】
技术研发人员：余晓平，邓天龙，郭亚飞，王芹，张思思，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：新型
国别省市：