一种模块式电能、太阳能双源相变储能地板采暖系统的制作方法

1.本发明涉及绿色和可再生能源利用技术领域，尤其涉及一种模块 式电能、太阳能双源相变储能地板采暖系统。


背景技术：

2.二氧化碳排放导致温室效应，冬季煤采暖不仅大量消耗不可再生 能源，而且对环境产生不可修复的环境污染，我国北方地区冬季供暖 所引发的环境问题日益凸显，太阳能作为一种分布广泛的清洁化能源 可替代一次能源用于供暖，农村地区冬季取暖能耗占到生活消费用能 的80％。由建筑取暖引发的环境问题日益凸显，北方地区冬季雾霾天 气频发，空气污染严重，直接影响到人们的日常生活，甚至会危害身 体健康。
3.随着人类社会的不断进步，对能源的需求急剧上升，特别是电能 的消耗呈逐年上升趋势，根据人类活动的规律，以及区域性差异，晚 11点至早7点的时间内，则可能是负荷的低谷区，在负荷低谷区， 发电和供电设备均不能满负荷运行，其效率较低，为了缓和电力供需 矛盾，提高了电网负荷率和设备利用率，达到控制高峰负荷、充分利 用电网低谷电量，充分挖掘发、供电设备的潜力，实行峰谷电价制， 峰谷电价制度能充分发挥价格的经济杠杆作用，调动用户削峰填谷、 均衡用电的积极性。如何做到削峰填谷，如何去做到时间上的转移， 相变储能技术以及一些辅助措施和控制策略，可以有效将夜间低谷电 能储存，在白天峰值和平值时进行释能，做到削峰填谷，是所需解决 的技术问题。
4.

技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种 模块式电能、太阳能双源相变储能地板采暖系统。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种模块式电能、太阳能双源相变储能地板采暖系统，包括相变 储能换热部分、蓄能释能循环部分、中间板换热部分和控制调节部分， 所述相变储能换热部分采用密闭不锈钢槽封装相变材料制成，相变储 能换热部分包括高温型储能装置和低温型储能装置，且高温型储能装 置和低温型储能装置串联安装，所述高温型储能装置和低温型储能装 置均由封闭式不锈钢储能箱和蛇形螺旋换热盘管组成，蛇形螺旋换热 盘管包括第一蛇形螺旋换热盘管和第二蛇形螺旋换热盘管，蛇形螺旋 换热盘管出口管设置有ph值传感器，所述蓄能释能循环部分主要由 蓄能释能循环泵、电能加热装置、第一调节型三通阀门、第二调节型 三通阀门、第一开关型三通阀门、第二开关型三通阀门、第三开关型 三通阀门、第四开关型三通阀门、蓄能释能系统膨胀罐组成，所述中 间板换热部分包括有中间换热板换、地暖换热循环泵，所述控制调节 部分包括多个子模块，且多个子模块分别与相变储能换热部分、蓄能 释能循环部分、中间板换热部分相对应。
8.优选的，所述相变储能换热部分采用密闭不锈钢槽封装相变材料 分为高温型和
低温型，高温型的相变温度在70-80℃之间，选用的是 无机类相变复合材料，相变温度为78℃，低温型的相变温度在 50-60℃之间，选用的是有机类相变材料。
9.优选的，所述第一蛇形螺旋换热盘管和第二蛇形螺旋换热盘管采 用内置不锈钢薄壁的不锈钢管制作而成。
10.优选的，所述高温型储能装置和低温型储能装置上均安装有蓄能 装置放空管。
11.优选的，所述相变储能换热部分、蓄能释能循环部分、中间板换 热部分和控制调节部分均安装在壳体内，且壳体的顶部设置有太阳能 板。
12.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
13.1、相变储能换热部分的高温型和低温型两个储能换热器,有效利 用了高温相变蓄能材料和低温相变蓄能材料的充分结合，且通过智能 控制和储能技术结合，有效调整了太阳能不同阶段辐射强度和峰谷电 价采暖的空间和时间上的整合，在极大地提高了蓄能的效率、供暖可 靠性和供暖的经济效益；
14.2、所选用的高温型的相变温度在70-80℃之间，选用的是无机 类相变复合材料，相变温度约在78℃，低温型的相变温度在50-60℃ 之间，选用的是有机类相变材料，地板辐射采暖系统的供水温度一般 在45-40℃之间，其房间室内温度一般在18℃，使得采暖系统和储能 热源之间有较大温差可用，有效提升了一个需能和释能的利用效率和 系统整体的运行能效；
15.3、相变储能装置部分，内置若干组蛇形螺旋换热盘管，每个储 能装置成模块式，可以根据需求做并联增加；高温型和低温型储能装 置采用串联，在蓄能和释能时有效降低系统水容量和蓄能泵能耗，并 在每组盘管处设置ph值检测仪检测盘管的密闭性；
16.4、蛇形螺旋换热盘管呈水平状安装，其进出口分别设置在上部 和底部，为了达到高效持续的蓄能和释能，蓄能和释能时采用小温差， 稳定持续换热，蓄能时采用高温介质下部进上部出，下部相变材料优 先由固态到液态转变，同时利用热浮原理，优先在环形盘管形成液态， 相变材料有环状上浮趋势，中间部分向心下降，形成扰动增强整体换 热；释热时，采用小温差换热(2
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3℃)，整个储能装置没有明显温 度梯度，同时由于环形换热器液态相变材料温度降低，形成环形下沉， 中间高温液态上升，形成扰动进一步减少整个装置温度梯度差，促成 整个装置释能效果，提高利用率；
17.本发明转移、储存日间太阳能和夜间低谷时段电能，用于日高峰 电价时段和太阳能不足时段的地板辐射供暖的蓄能式供暖装置，同时 也可利用底谷时段和平峰时段直接供暖，以实现冬季在建筑供暖中的 多源高效利用能源，推动北方地区清洁能源采暖，缓解目前冬季燃煤 采暖对环境的影响。
附图说明
18.图1为本发明提出的一种模块式电能、太阳能双源相变储能地板 采暖系统的示意图。
19.图中：a-相变储能换热部分、b-蓄能释能循环部分、c-中间板换 热部分、d-控制调节部分、1-高温型蓄能装置、1-1-第一蛇形螺旋换 热盘管、2-低温型蓄能装置、2-1-第二蛇形螺旋换热盘管、3-蓄能释 能循环泵、4-电能加热装置、5-中间换热板换、6-地暖换热循环泵、 7-蓄能释能系统膨胀罐、8-蓄能装置放空管、9太阳能板、t-1-第一 调节型三通阀门、
t-2-第二调节型三通阀门、k-1-第一开关型三通阀 门、k-2-第二开关型三通阀门、k-3-第三开关型三通阀门、k-4-第四 开关型三通阀门。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。
21.参照图1，一种模块式电能、太阳能双源相变储能地板采暖系统，， 包括相变储能换热部分a、蓄能释能循环部分b、中间板换热部分c 和控制调节部分d，相变储能换热部分a采用密闭不锈钢槽封装相变 材料制成，相变储能换热部分a包括高温型储能装置1和低温型储能 装置2，且高温型储能装置1和低温型储能装置2串联安装，高温型 储能装置1和低温型储能装置2均由封闭式不锈钢储能箱和蛇形螺旋 换热盘管组成，蛇形螺旋换热盘管包括第一蛇形螺旋换热盘管1-1和 第二蛇形螺旋换热盘管2-1，蛇形螺旋换热盘管出口管设置有ph值 传感器，蓄能释能循环部分b主要由蓄能释能循环泵3、电能加热装 置4、第一调节型三通阀门t-1、第二调节型三通阀门t-2、第一开 关型三通阀门k-1、第二开关型三通阀门k-2、第三开关型三通阀门 k-3、第四开关型三通阀门k-4、蓄能释能系统膨胀罐7组成，通过 调整各个调节型三通阀门、开关型三通阀门实现不同支路的运行，来 实现用于日高峰电价时段和太阳能不足时段的地板辐射供暖的蓄能 式供暖，中间板换热部分c包括有中间换热板换5、地暖换热循环泵 6，中间板换热部分c通过地板采暖供水管线上的温度t2，以及室内 温控面板设定温度共同控制调整调节型三通阀门来实现对室内供暖 的自动调节，控制调节部分d包括多个子模块，且多个子模块分别与 相变储能换热部分a、蓄能释能循环部分b、中间板换热部分c相对 应。
22.控制调节部分其控制部分主要分为检测、监控整个装置，主要子 模块为：
23.模块1
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蓄能装置温度监控—主要检测蓄能箱内竖向上部相变材 料温度t1-1、t2-1、中部相变材料温度t1-2、t2-2、下部相变材料 温度t1-3、t2-3，当t1-1、2、3的平均值t/123-80℃＝0℃时表示高 温型蓄能箱完成蓄能，t2-1、2、3的平均值t/123-60℃＝0℃时表示 低温型蓄能箱完成蓄能。
24.模块2—在夜间低谷蓄能时(夜间23：00至次日7：00)，当t4 ＜90℃且t3、t4的差值＞3℃时，增大电能加热装置输出功率；当t1-1、2、3的平均值t/123-80℃小3℃时，且t4大于60℃与t3、 t4的差值＜3℃时，减少电能加热装置输出功率；当t2-1、2、3的 平均值t/123-60℃小3℃时，且t4大于44℃与t3、t4的差值＜3℃ 时，减少电能加热装置输出功率。
25.模块3—控制开关型三通阀门(合流型)k-1、2和开关型三通阀 门(分流型)k-3、4的开关状态来实现对整个装置内管路的运行系 统调整。
26.模块4—ph值检测仪独立显示，若ph1、ph2值大于8.0，表明 对应蛇形螺旋换热盘管出现渗漏，系统自动定点报警，并强制关闭系 统；冰点仪独立显示，冰点低于零下25℃，出现预警，表明系统缺 少乙二醇，需要进行乙二醇溶液补充。
27.本发明中，相变储能换热部分a采用密闭不锈钢槽封装相变材料 分为高温型和低温型，高温型的相变温度在70-80℃之间，选用的是 无机类相变复合材料，相变温度为78℃，低温型的相变温度在 50-60℃之间，选用的是有机类相变材料。
28.本发明中，第一蛇形螺旋换热盘管1-1和第二蛇形螺旋换热盘管 2-1采用内置不
锈钢薄壁的不锈钢管制作而成。
29.本发明中，高温型储能装置1和低温型储能装置2上均安装有蓄 能装置放空管8。
30.本发明中，相变储能换热部分a、蓄能释能循环部分b、中间板 换热部分c和控制调节部分d均安装在壳体内，且壳体的顶部设置有 太阳能板9。
31.本发明的工作过程如下：
32.以24h完成一个相变过程，按照峰谷电的时间进行相变过程的设 定，以谷电时间——夜间23：00至次日清晨7:00为例。
33.冬季供暖过程：电能相变储热净化送风供暖系统在plc智能控制 器控制，将整个过程分为夜间电力谷值(夜间23：00——次日清晨 7:00)蓄能、释能、供暖工况和日间(清晨7:00——夜间23：00) 蓄能、释能、供暖工况，主要采用供暖形式为地板辐射采暖。
34.(1)夜间电力谷值(夜间23：00——次日清晨7:00)蓄热、释 能、供暖工况：
35.1)当时间在时23:00时，启动蓄能释能循环泵3，启动电能加 热装置4，开关型三通风k-2、4连接太阳能集热板通道关闭，其余 通道打开，k-3主通道关闭，分通道打开，调节型三通阀门(分流型) t-1、2主通道打开，分流通道打开，实现在谷值电阶阶段进行高温 型装置蓄能、低温型装置蓄能、供暖，夜间通过室内温度设定器设定 房间温度以及换热器供水温度t2，调整调节型三通阀门(分流型) t-2主通道流量来调整供暖效果；
36.2)当t1-1、2、3的平均值t/123-80℃小3℃时，且t4大于80℃ 与t3、t4的差值＜3℃时，减少电能加热装置输出功率，关闭调节型 三通阀门(分流型)t-1分通道，关闭开关型三通风k-3分通道，主 通道关闭状态，实现在谷值电阶阶段进行低温型装置蓄能、供暖，夜 间通过室内温度设定器设定房间温度以及换热器供水温度t2，调整 调节型三通阀门(分流型)t-2主通道流量来调整供暖效果；
37.3)当t2-1、2、3的平均值t/123-60℃小3℃时，且t4大于60℃ 与t3、t4的差值＜3℃时，减少电能加热装置输出功率，实现在高温 型和低温型蓄能装置蓄满的前提下，利用低谷电直接供暖.
38.(2)日间(清晨7:00——夜间23：00)释能、蓄能、供暖工况：
39.1)当时间在时7:00时，关闭电能加热装置4，实现利用低温型 蓄能装置释能供暖，通过室内温度设定器设定房间温度以及换热器供 水问题t2，调整调节型三通阀门(分流型)t-2主通道流量来调整供 暖效果；
40.2)当t1≥60℃时，打开开关型三通阀k-2、4连接太阳能集热 板的通道，其余通道开启状态，打开调节型三通阀门(分流型)t-1 的分通道，主通道开启状态，开启开关型三通风k-3的主通道，分通 道关闭状态，关闭开关型三通风k-4的分通道，关闭调节型三通阀门 (分流型)t-2的主通道，分通道开启状态，通过室内温度设定器设 定房间温度以及换热器供水问题t2，调整调节型三通阀门(分流型) t-1分通道流量来调整供暖效果；
41.3)当t2-1、2、3的平均值t/123-60℃小3℃时，且t1大于80℃， 关闭调节型三通阀门(分流型)t-1的主通道，分通道开启状态，关 闭开关型三通阀k-3的主通道，分通道开启状态，打开调节型三通阀 门(分流型)t-2的主通道，分通道开启状态，实现为高温型寻能装 置蓄能，同时利用低温型蓄能装置和太阳能联合供暖，通过室内温度 设定器设定房间温度以及换热器供水问题t2，调整调节型三通阀门 (分流型)t-2主通道流量来调整供暖效果；
42.4)当t1-1、2、3的平均值t/123-80℃小3℃时，且当t1＞80℃， 关闭调节型三通阀
门(分流型)t-1的分通道，打开主通道，关闭开 关型三通阀k-3的分通道，主通道关闭状态，实现利用太阳能集热板 和低温型蓄能装置联合供暖，通过室内温度设定器设定房间温度以及 换热器供水问题t2，调整调节型三通阀门(分流型)t-2主通道流量 来调整供暖效果；当t1小于60℃，关闭开关型三通风k-2、4的连 接太阳能集热板的通到，打开开关型三通阀k-4的分通道，实现利用 低温型蓄能装置释能供暖，通过室内温度设定器设定房间温度以及换 热器供水问题t2，调整调节型三通阀门(分流型)t-2主通道流量来 调整供暖效果；
43.5)当t2-1、2、3的平均值t/123-60℃等于0℃时，且t/123等 于50℃时，打开调节型三通阀门(分流型)t-1的分通道，关闭主通 道，打开开关型三通阀k-3分通道，分通道关闭状态，实现高温型蓄 能装置的释能供暖，通过室内温度设定器设定房间温度以及换热器供 水问题t2，调整调节型三通阀门(分流型)t-1分通道流量来调整供 暖效果。
44.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范 围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技 术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改 变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。