一种集太阳能与蓄热于一体的供热装置及供热方法与流程

1.本发明涉及供热装置技术领域，尤其涉及一种集太阳能与蓄热于一体的供热装置及供热方法。


背景技术：

2.太阳能作为一种可再生的清洁能源已经受到人们的广泛关注，随着环境的持续恶化，低碳、绿色的人居环境已经成为了全球可持续发展的远景目标。根据人居环境的需要，建筑供暖是很多寒冷地区必须面对的高能耗行业。大量的能耗需求使能源使用逐年攀升，由最初的煤炭供暖到近年来的燃气、热泵供暖，无一不是在消耗着大量基础能源的前提下完成的。因此，寻求一种新的供暖方式，以节约能源、保护环境为中心，以清洁型可再生能源替代传统能源，成为现代建筑供暖的新趋势。
3.目前，太阳能技术已经得到了长足的发展，但是由于太阳能的不稳定性和间歇性，在太阳辐射较强时会有剩余热量无法被有效利用，太阳辐射较弱时又不能提供足够的能量供建筑物使用。而现有的大多数太阳能蓄热供暖技术，不能用太阳能集热器直接供暖，导致在早上太阳辐射较弱、相变蓄热箱还不能供暖时要一直开启辅助热源，使太阳不能得到充分利用。而且，在太阳辐射较弱的天气，太阳能集热器出口和相变蓄热箱放热温度可能一直低于供暖温度，此时只能用辅助热源供热，而太阳能资源完全得不到利用，因此，这些技术并不利于节约能源。
4.cn101812590a公开了一种太阳能供暖系统及其采暖和热水供应的方法，但其中所用的换热器比较多，导致太阳能集热器的供热温度较高，而太阳能集热器的效率随着太阳能集热器出口供热温度的升高而下降，换热效率低。
5.cn209084898u公开了一种相变储能式太阳能新风供暖系统，所述系统包括：太阳能空气集热系统，用于利用太阳能提供热空气；蓄热系统，包括冬季蓄热系统和夏季蓄热系统；控制系统，用于实现风机、循环水泵以及风阀的自动启闭和手动调节。
6.cn207610262u公开了一种太阳能-空气源热泵-相变蓄热水箱供暖系统，所述系统包括太阳能集热板、空气源热泵机组、相变蓄热水箱和供暖末端；太阳能集热板作为热源，倾斜放置，通过膨胀水箱与空气源热泵机组以管路连接；空气源热泵机组作为能量转换装置，其由两个空气源热泵、循环泵和截止阀组成；空气源热泵机组与相变蓄热水箱通过管路连接；相变蓄热水箱与所述供暖末端通过进水管路和回水管路连接，其包括外壳和针翅管，外壳和针翅管之间封装相变储热介质。
7.综上所述，现有利用太阳能供暖的主要采用太阳能对冷媒介质提供热能，该热能如不及时存储则极易散失，且整体转化效率较低。
8.因此，需要开发一种新的基于太阳能的供热装置及方法。


技术实现要素：

9.鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种集太阳能与蓄热于一体的供热装
置，所述供热装置有效实现了太阳能与市电的互补，能够利用相变蓄热实现电价的移峰填谷，降低用户的能耗，应用前景广阔；而且该装置流程简单，且在运行时具有四种不同的运行模式，能够满足客户不同的需求。
10.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
11.第一方面，本发明提供一种集太阳能与蓄热于一体的供热装置，所述供热装置包括：压缩装置、压缩装置电源驱动模块和媒介管路循环模块；所述压缩装置电源驱动模块包括分别与压缩装置的电源输入端相连的太阳能部件和市电部件；所述媒介管路循环模块包括第一媒介输送端分别与压缩装置的媒介输出端相连的相变蓄热部件和散热部件。
12.本发明提供的集太阳能与蓄热于一体的供热装置采用太阳能或市电为压缩装置提供电源，切换简便，有效实现了太阳能与市电的互补，且太阳能能够以电能和热能的两种方式进行存储，太阳能量较高时，能够得到更充分的利用；而压缩装置相较于电磁加热而言，空气源热泵的效率更高；本装置能够利用相变蓄热实现电价的移峰填谷，降低用户的能耗，应用前景广阔。
13.优选地，所述压缩装置包括压缩机。
14.优选地，所述压缩机为直流电压压缩机。
15.优选地，所述太阳能部件包括与压缩装置的电源输入端相连的太阳能光伏板。
16.优选地，所述市电部件包括与压缩装置的电源输入端相连的整流器。
17.优选地，在所述太阳能部件与压缩装置之间设置有第一阀门。
18.优选地，在所述市电部件与压缩装置之间设置有第二阀门。
19.优选地，所述相变蓄热部件包括相变蓄热装置以及设置于相变蓄热装置内的相变储能材料。
20.本发明对所述相变储能材料没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的相变储能材料，例如可以是三水醋酸钠或六水硝酸镁等，在此不再赘述。
21.优选地，所述相变蓄热装置内还设置有置于相变储能材料中的第一换热件。
22.优选地，所述第一换热件为第一换热管。
23.优选地，所述散热部件包括第二换热件。
24.优选地，所述第二换热件为第二换热管。
25.优选地，所述媒介管路循环模块还包括与压缩装置的媒介输入端相连的蒸发部件。
26.优选地，所述蒸发部件的第一媒介输送端分别与所述相变蓄热部件和散热部件的第二媒介输送端相连。
27.优选地，所述媒介管路循环模块包括电磁阀组件。
28.优选地，所述电磁阀组件包括设置于压缩装置的媒介输出端干路的第一电磁阀。
29.优选地，所述电磁阀组件包括设置于压缩装置的媒介输出端连接相变蓄热部件支路的第二电磁阀。
30.优选地，所述电磁阀组件包括设置于压缩装置的媒介输出端连接散热部件支路的第三电磁阀。
31.优选地，所述电磁阀组件包括设置于蒸发部件的第一媒介输送端干路的第四电磁阀。
32.优选地，所述电磁阀组件包括设置于蒸发部件的第一媒介输送端连接相变蓄热部件支路的第五电磁阀。
33.优选地，所述电磁阀组件包括设置于蒸发部件的第一媒介输送端连接散热部件支路的第六电磁阀。
34.优选地，在所述蒸发部件的第一媒介输送端干路上设置有节流部件。
35.优选地，在压缩装置的媒介输出端连接散热部件的支路上设置有媒介输送装置。
36.优选地，所述媒介输送装置设置于第三电磁阀与散热部件之间。
37.第二方面，本发明提供一种集太阳能与蓄热于一体的供热方法，所述供热方法采用第一方面所述的供热装置进行。
38.本发明采用的集太阳能与蓄热于一体的供热方法通过采用第一方面所述的装置进行，能够充分的利用太阳能热源；且北方地区的昼夜电价相差较大，该方法能将晚上的廉价电能储存起来并白天利用，将大大降低设备的运行费用。
39.优选地，所述供热方法包括蓄热供热模式、压缩供热模式、相变潜热供热模式和纯蓄热模式。
40.优选地，所述蓄热供热模式运行，压缩装置将媒介压缩后，分别送入散热部件和相变蓄热部件中，进行供热和蓄热，媒介再经蒸发部件后循环至压缩装置中重复利用。
41.优选地，所述压缩供热模式运行，压缩装置将媒介压缩后，送入散热部件中，进行供热，媒介再经蒸发部件后循环至压缩装置中重复利用。
42.优选地，所述相变潜热供热模式运行，压缩装置关闭，媒介经相变蓄热部件加热，送入散热部件中供热后循环至相变蓄热部件中重复利用。
43.优选地，所述纯蓄热模式运行，压缩装置将媒介压缩后，送入相变蓄热部件中，进行蓄热，媒介再经蒸发部件后循环至压缩装置中重复利用。
44.优选地，所述压缩装置的电源来源于太阳能部件和/或市电部件。
45.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
46.(1)本发明提供的集太阳能与蓄热于一体的供热装置以空气为制热媒介，采用压缩装置进行制热，热效率大于1，能量利用率更高；
47.(2)本发明提供的集太阳能与蓄热于一体的供热装置将相变蓄热、空气压缩以及太阳能光伏板结合，能够充分利用太阳能，实现太阳能与市电的互补，且能够利用相变蓄热实现电价的移峰填谷，降低用户的能耗。
附图说明
48.图1是本发明实施例1提供的集太阳能与蓄热于一体的供热装置示意图。
49.图中：1-太阳能光伏板；2-市电线路；3-整流器；4a-第一阀门；4b-第二阀门；5-压缩装置；6a-第一电磁阀；6b-第二电磁阀；6c-第三电磁阀；6d-第四电磁阀；6e-第五电磁阀；6f-第六电磁阀；7-节流装置；8-第一换热件；9-相变蓄热装置；10-相变储能材料；11-散热部件；12-蒸发部件；13-媒介输送装置。
具体实施方式
50.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
51.下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
52.一、实施例
53.实施例1
54.本实施例提供一种集太阳能与蓄热于一体的供热装置如图1所示：所述供热装置包括：压缩装置5、压缩装置电源驱动模块和媒介管路循环模块。
55.所述压缩装置电源驱动模块包括分别与压缩装置5的电源输入端相连的太阳能部件和市电部件。所述太阳能部件包括与压缩装置5的电源输入端相连的太阳能光伏板1，所述市电部件包括与压缩装置5的电源输入端相连的整流器3，在所述太阳能部件与压缩装置5之间设置有第一阀门4a，在所述市电部件与压缩装置5之间设置有第二阀门4b。
56.所述压缩装置5包括压缩机，所述压缩机为直流电压压缩机。
57.所述媒介管路循环模块包括第一媒介输送端分别与压缩装置5的媒介输出端相连的相变蓄热部件和散热部件11。所述相变蓄热部件包括相变蓄热装置9以及设置于相变蓄热装置9内的相变储能材料10，所述相变储能材料10为三水醋酸钠。所述相变蓄热装置9内还设置有置于相变储能材料10中的第一换热件8，所述第一换热件8为第一换热管，所述散热部件11包括第二换热件，所述第二换热件为第二换热管。
58.所述媒介管路循环模块还包括与压缩装置5的媒介输入端相连的蒸发部件12，所述蒸发部件12的第一媒介输送端分别与所述相变蓄热部件和散热部件11的第二媒介输送端相连。
59.所述媒介管路循环模块包括电磁阀组件，所述电磁阀组件包括设置于压缩装置5的媒介输出端干路的第一电磁阀6a，所述电磁阀组件包括设置于压缩装置5的媒介输出端连接相变蓄热部件支路的第二电磁阀6b，所述电磁阀组件包括设置于压缩装置5的媒介输出端连接散热部件11支路的第三电磁阀6c，所述电磁阀组件包括设置于蒸发部件12的第一媒介输送端干路的第四电磁阀6d，所述电磁阀组件包括设置于蒸发部件12的第一媒介输送端连接相变蓄热部件支路的第五电磁阀6e，所述电磁阀组件包括设置于蒸发部件12的第一媒介输送端连接散热部件11支路的第六电磁阀6f。
60.在所述蒸发部件12的第一媒介输送端干路上设置有节流部件，在压缩装置5的媒介输出端连接散热部件11的支路上设置有媒介输送装置13，所述媒介输送装置13设置于第三电磁阀6c与散热部件11之间，所述媒介输送装置13为泵。
61.所述供热装置中节流装置7为节流阀，媒介为空气。
62.本实施例提供的集太阳能与蓄热于一体的供热装置在应用时可有四种模式，分别是蓄热供热模式、压缩供热模式、相变潜热供热模式和纯蓄热模式。
63.当所述蓄热供热模式运行时，压缩装置5将媒介压缩后，分别送入散热部件11和相变蓄热部件中，进行供热和蓄热，媒介再经节流部件以及蒸发部件12后循环至压缩装置5中重复利用；
64.当所述压缩供热模式运行时，压缩装置5将媒介压缩后，送入散热部件11中，进行供热，媒介再经节流部件以及蒸发部件12后循环至压缩装置5中重复利用；
65.当所述相变潜热供热模式运行时，压缩装置5关闭，媒介经相变蓄热部件加热，送入散热部件11中供热后循环至相变蓄热部件中重复利用；
66.当所述纯蓄热模式运行时，压缩装置5将媒介压缩后，送入相变蓄热部件中，进行蓄热，媒介再经节流部件以及蒸发部件12后循环至压缩装置5中重复利用。具体地，当白天时，电价处于峰位，太阳能能量充足时，采用太阳能部件为压缩机提供电源，可根据太阳能能量情况选择压缩供热模式或蓄热供热模式；室内温度达到标准时，还可选择纯蓄热模式；如太阳能能量不足或未有太阳时，可采用相变蓄热部件中晚上存储的热量为散热装置供热，从而避免白天耗电；
67.晚上电价处于谷位，可采用市电选择压缩供热模式或蓄热供热模式，室内温度达到标准时还可选择纯蓄热模式，该纯蓄热模式优选能够将能量存储至足以弥补白天太阳能的不足。
68.实施例2
69.本实施例提供一种集太阳能与蓄热于一体的供热装置，所述供热装置除相变储能材料为六水硝酸镁外，其余均与实施例1相同。
70.二、对比例
71.对比例1
72.本对比例提供一种集太阳能与蓄热于一体的供热装置，所述供热装置除将压缩装置替换为电磁加热装置外，且不含有蒸发部件，其余基本与实施例1相同。
73.具体的，所述供热装置包括：电磁加热装置、电磁加热电源驱动模块和媒介管路循环模块。
74.所述电磁加热电源驱动模块包括分别与电磁加热装置的电源输入端相连的太阳能部件和市电部件。所述太阳能部件包括与电磁加热装置的电源输入端相连的太阳能光伏板，所述市电部件包括与电磁加热装置的电源输入端相连的整流器，在所述太阳能部件与电磁加热装置之间设置有第一阀门，在所述市电部件与电磁加热装置之间设置有第二阀门。
75.所述电磁加热装置包括电磁加热器以及设置于电磁加热器外部的媒介管道。所述电磁加热装置的第一媒介输送端连接有市政水源。
76.所述媒介管路循环模块包括第一媒介输送端分别与电磁加热装置的第二媒介输送端相连的相变蓄热部件和散热部件。所述相变蓄热部件包括相变蓄热装置以及设置于相变蓄热装置内的相变储能材料，所述相变储能材料为三水醋酸钠。所述相变蓄热装置内还设置有置于相变储能材料中的第一换热件，所述第一换热件为第一换热管，所述散热部件包括第二换热件，所述第二换热件为第二换热管。所述相变蓄热部件的第二媒介输送端与所述散热部件的第二媒介输送端相连。
77.所述媒介管路循环模块包括电磁阀组件，所述电磁阀组件包括设置于电磁加热装置的第二媒介输送端干路的第一电磁阀，所述电磁阀组件包括设置于电磁加热装置的第二媒介输送端连接相变蓄热部件支路的第二电磁阀，所述电磁阀组件包括设置于电磁加热装置的第二媒介输送端连接散热部件支路的第三电磁阀，所述电磁阀组件包括设置于相变蓄热部件的第二媒介输送端与所述散热部件的第二媒介输送端之间的第四电磁阀。
78.在电磁加热装置的第二媒介输送端连接散热部件的支路上设置有媒介输送装置，所述媒介输送装置设置于第三电磁阀与散热部件之间。
79.所述供热装置中媒介为水。
80.本对比例提供的集太阳能与蓄热于一体的供热装置在应用时可有四种模式，分别是蓄热供热模式、电磁供热模式、相变潜热供热模式和纯蓄热模式。
81.当所述蓄热供热模式运行时，电磁加热装置将媒介加热后，分别送入散热部件和相变蓄热部件中，进行供热和蓄热，媒介再循环至电磁加热装置中重复利用；
82.当所述压缩供热模式运行时，电磁加热装置将媒介加热后，送入散热部件中，进行供热，媒介再循环至电磁加热装置中重复利用；
83.当所述相变潜热供热模式运行时，电磁加热装置关闭，媒介经相变蓄热部件加热，送入散热部件中供热后循环至相变蓄热部件中重复利用；
84.当所述纯蓄热模式运行时，电磁加热装置将媒介加热后，送入相变蓄热部件中，进行蓄热，媒介再循环至电磁加热装置中重复利用。
85.具体地，当白天时，电价处于峰位，太阳能能量充足时，采用太阳能部件为电磁加热装置提供电源，可根据太阳能能量情况选择电磁供热模式或蓄热供热模式；室内温度达到标准时，还可选择纯蓄热模式；如太阳能能量不足或未有太阳时，可采用相变蓄热部件中晚上存储的热量为散热装置供热，从而避免白天耗电；
86.晚上电价处于谷位，可采用市电选择电磁供热模式或蓄热供热模式，室内温度达到标准时还可选择纯蓄热模式，该纯蓄热模式优选能够将能量存储至足以弥补白天太阳能的不足。
87.本对比例相比于实施例1而言，采用电磁加热的方式，媒介为水，且采用电加热的方式，电加热过程中电阻将发热，热效率低，而实施例1中采用压缩装置，能够将空气中的热量也利用起来，热效率更高，耗相同的电量产生的热量比对比例1高，对比例1中电加热效率最多为1，而实施例1中空气源热泵的效率必然大于1，可达3～5，效率更高。
88.对比例2
89.本对比例提供一种集太阳能与蓄热于一体的供热装置，所述供热装置采用cn209084898u中实施例1提供的装置。
90.对比例2提供的装置采用太阳能直接对空气进行集热，当太阳能能量较充足时，难以实现太阳能的充分利用。
91.综上所述：本发明提供的供热装置可晚上利用廉价的市电，对户内进行制热并储备相变潜热；白天充分利用太阳能光伏电源或晚上储备的相变潜热，本系统可最大限度的利用太阳能，且利用电价的峰谷差异为用户提供最经济的供热方式，应用前景广阔。
92.申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。