太阳能反季节蓄热采暖蓄冷降温技术

摘要

反季节蓄热采暖蓄冷降温技术是利用地表太阳能和气候温差能资源因地制宜地解决建筑物冬季采暖和夏季降温问题的可再生能源利用技术。太阳能反季节蓄热采暖是用太阳能集热器收集非采暖期的太阳能并储存于热水窖用于补充冬季太阳能采暖，当非采暖期所蓄的太阳热能刚好用于冬季太阳能采暖的补充时，就可用最小面积的太阳能集热器及合理的蓄热容积实现冬季完全太阳能采暖，反季节蓄热同时也解决了太阳辐射能短期不稳定的问题；反季节蓄冷降温是用冷水窖收集并储藏冬季环境冷能用于夏季降温，当冬季所蓄冷能刚好用于夏季降温时就可用最小蓄冷量实现夏季完全蓄冷降温。太阳能反季节蓄热采暖蓄冷降温技术是太阳能和气候温差能利用的新方法和新工艺。

说明书

技术领域  本发明是利用地表太阳能和气候温差能资源因地制宜地解决建筑物冬季采暖和夏季降温问题的可再生能源利用技术。

背景技术  目前国内外太阳能采暖都是利用冬季的太阳辐射能作为热源短时间蓄能或当天蓄能来解决采暖问题，由于太阳冬季辐射照度只是夏季的1/2～1/3，再加上冬季气温低导致太阳能集热器效率降低，使得太阳能采暖要很大的集热器面积，占用空间大，同时由于蓄热比小使采暖效果易受天气变化影响，无保障，常需辅助其他热源，一次性投资高；太阳能制冷也是用夏季太阳能为制冷循环动力，制冷系统技术复杂，一次性投资及运行成本高，因此都很难普遍推广应用。而本发明的创新点是着眼于利用全年的太阳总辐射能解决建筑物冬季采暖夏季降温问题，反季节蓄热采暖是储存一定规模的非采暖期热能用来补充冬季采暖使用，因此只需较小的集热器面积，由于蓄热比较大，采暖效果抗天气干扰能力强，不需要辅助其他热源，一次性投资大幅度(2/3～1/2)降低；气候温差能本质上也是太阳能的一种表现形式，利用气候温差能冬季环境蓄冷用于建筑物夏季室内降温，技术简单易行，一次性投资及运行成本低，因此都很容易普遍推广和使用。

发明内容  本发明提供了一种利用地表太阳能和气候温差能资源因地制宜地解决建筑物冬季采暖和夏季降温问题的独特技术方法。

一.目的和用途：

反季节蓄热采暖蓄冷降温技术是利用地表太阳能和气候温差能资源因地制宜地解决建筑物冬季采暖和夏季降温问题的可再生能源利用技术。是充分利用太阳能和气候温差能的原始创新技术。在建筑物冬季采暖和夏季降温领域可取代现有采暖锅炉和空调。

二.原理设计和主要技术参数的设计计算方法：

1.原理设计：太阳能反季节蓄热采暖是用太阳能集热器收集非采暖期的太阳能并储存于热水窖用于补充冬季太阳能采暖，当非采暖期所蓄的太阳热能刚好用于冬季太阳能采暖的补充时就可用最小面积的太阳能集热器实现冬季完全太阳能采暖，据此可确定集热器面积和热水窖容积，反季节蓄热也同时解决了太阳辐射能短期不稳定的问题；反季节蓄冷降温是用冷水窖收集并储藏冬季环境冷能用于夏季降温，当冬季所蓄冷水刚好用于夏季降温时是最小蓄冷量，据此可确定冷水窖容积；

2.主要技术参数的设计计算方法：

蓄热比λ：               1/λ＝Q_sw/(Q_s-Q_sw)+η_K

集热器面积S_k：           S_k＝(1-λ·η_K)·Q_H/Q_sw

循环蓄热水容积V_K：       V_K＝λ·η_K·Q_H/C_p(T_H-18)

蓄冷水容积V_C：           V_C＝Q_C/η′_K/C_p(26-T_C)其中：η_K是年蓄热效率；η′_K是年蓄冷效率；Q_sw是采暖期太阳能集热器可生产的热能；Q_s是一年太阳能集热器可生产的热能；Q_H是建筑物采暖年消耗热能；Q_C是建筑物降温年消耗制冷能；T_H是蓄热水温度；T_C是蓄冷水温度；C_p是水的比热容；蓄热比为λ＝Q_K/Q_H；Q_K为太阳能集热器非采暖期蓄热量；

三.技术方案工艺说明(见图1)

1.蓄热循环：由热水窖，集热循环水泵，三通比例调节阀，循环/蓄能调节日用水柜，太阳能集热器，太阳能电池，直流电机构成自动集热循环系统。太阳能电池既是循环动力源又是照度传感器，直接利用太阳能电池输出特性控制循环工况，随太阳照度变化自动调节循环流量保持出水温度大于设计值，没有阳光时可自动排空防冻。该系统用最简约的系统构成实现了自动随时收集储藏太阳能的功能。

2.采暖循环：由采暖循环助力引射泵，助力阀，循环/蓄能调节日用水柜，室内采暖换热器构成引射助力热虹吸采暖循环。设计工况靠热虹吸驱动采暖循环，需要调节循环速度时起动蓄能引射，不用外来动力增加采暖循环的可调节性。

3.循环/蓄能调节日用水柜的功能：一是把部分太阳能储存为水力势能用以采暖循环引射助力；二是作为调节器，稳定和延时集热循环流量变化，以改善阳光瞬间变化的响应特性；三是排除管系空气和排空换气。

4.冷水窖冬季与室外自然通风蓄冷，水温降到大约0℃时封存；夏季冷水窖直接通风换热为室内抽冷降温。

5.太阳能电池按冬季辐射强度设计容量，因夏季平均辐射强度是冬季2～3倍，所以夏季可同时驱动集热循环和冷风循环。电瓶用于储存削峰电能备阳光不足时冷风机使用。充分利用了太阳辐射特性。

6.电直接制冷半导体用于消耗春夏季多余光伏电能并直接转化为冷能，热耗电阻用于消耗秋冬季多余光伏电能并直接转化为热能。

图1为太阳能反季节蓄热采暖蓄冷降温系统原理的示意图