双环路型太阳能供暖换热复合装置.pdf

本发明涉及一种双环路型太阳能供暖换热复合装置，若干个双流道传热单元并联设置，双流道传热单元内设有两个流道，两个流道之间用金属薄壁分隔开，一个流道的上、下端分别与辅助热源环路的上、下集管相连接，另一流道的上、下端分别与太阳能环路上、下集管相连接。本发明有两种工作模式：一是供暖模式，供暖模式又分为三种运行方式，可根据天气情况选择运行方式，在采暖季节用散热包壳，太阳能或者辅助热源提供的热量通过散热包壳释放到房间中；二是换热模式，在非采暖季节，将散热包壳换成保温包壳，在双流道传热单元中，太阳能环路的热量传递到辅助热源环路中。它能够和常规集中供暖系统结合，充分利用太阳能，简化系统，提高能效，实现太阳能与建筑一体化。

权利要求书
1.  一种双环路型太阳能供暖换热复合装置，包括太阳能环路上、下集管（1、2），辅助热源环路上、下集管（3、4），若干个双流道传热单元（5），其特征在于：所述若干个双流道传热单元（5）并联设置，每个双流道传热单元（5）内设有两个流道，两个流道之间用金属薄壁分隔开，使其内的流体互不混合，其中，一个流道的上、下端分别与辅助热源环路的上、下集管（3，4）相连接，另一流道的上、下端分别与太阳能环路上、下集管（1、2）相连接；所述若干个双流道传热单元（5）外面连接有散热包壳（6）或保温包壳（7）。

2.  根据权利要求1所述的双环路型太阳能供暖换热复合装置，其特征在于：所述散热包壳（6）的内部设有强化散热肋片组（8），外缘为金属散热外壳（9），强化散热肋片组（8）为多个并排的直立肋片，其根部紧贴双流道传热单元（5），散热包壳（6）可拆分为前后对称的两部分；所述保温包壳（7）的内部为保温材料（10），外面为保护外壳（11），保温包壳（7）可拆分为前后对称的两部分。

3.  根据权利要求1所述的双环路型太阳能供暖换热复合装置，其特征在于：所述双流道传热单元（5）的流道为截面长宽比大于2的矩形流道，所述太阳能环路上、下集管（1、2）和辅助热源环路上、下集管（1、2）相间布置。

4.  根据权利要求1所述的双环路型太阳能供暖换热复合装置，其特征在于：所述双流道传热单元（5）中的流道为内外套管的形式，内外套管之间设有多片平行于管轴向的内肋片，所述散热包壳（6）内的强化散热肋片组（8）围绕双流道传热单元（5）呈辐射状设置。

5.  根据权利要求1-4任一项所述的双环路型太阳能供暖换热复合装置，其特征在于：当用于供暖模式时，所述若干个双流道传热单元（5）外面连接有散热包壳（6），散热包壳（6）置于房间中，太阳能或者辅助热源提供的热量通过散热包壳（6）释放到房间中。

6.  根据权利要求1-4任一项所述的双环路型太阳能供暖换热复合装置，其特征在于：当用于换热模式时，所述若干个双流道传热单元（5）外面连接保温包壳（7），在双流道传热单元（5）中，太阳能环路的热量传递到辅助热源环路中。

说明书双环路型太阳能供暖换热复合装置
技术领域
本发明涉及一种太阳能供暖装置，具体涉及一种双环路型太阳能供暖换热复合装置。
背景技术
太阳能是一种可再生的清洁能源，是人类可持续发展的重要能源，利用太阳能与建筑一体化为建筑供暖能够取得良好的经济效益和保护环境。散热器是供暖系统中的基本组成部件。传统的集中供热系统中，循环热水中的热量一般由锅炉提供，需要消耗大量的化石能源，并造成较为严重的环境污染，是雾霾的来源之一。而利用太阳能作为热源可以大大减小常规能源消耗，提高供暖系统的经济性与节能性。现有的太阳能供暖系统一般是将太阳能集热器收集的热量先储存在蓄热水箱中，水箱内水温不够高时，利用加热设备加热蓄热水箱，蓄热水箱内热量通过循环流体输送到散热器或者地板采暖盘管中，满足房间的供暖需求。这种方法的缺点是热源部分要设置蓄热水箱、换热器（或者锅炉等辅助热源）、循环泵、定压装置等，热源部分的系统复杂，蓄热水箱和管路的热损失较大，通常可以达到太阳能集热量的20～30%，夏季太阳能资源也不便于利用。当太阳能集热器放置在南墙面上时，收集的太阳能热量通常先输送到地下室机房（或者楼顶），然后再输送到各个房间，管路长，热损失大，系统之间的流量也容易出现不平衡，造成系统节能效果大大降低，在南墙面上布置管路也有诸多困难，这使得南墙面上的太阳能资源不能有效利用。因此有必要开发一种新型的太阳能利用装置，使其能够充分利用南墙面上的太阳能资源，在实现与多层建筑（甚至高层建筑）一体化的同时，能和常规供暖系统结合，简化系统，提高能效。
发明内容
本发明是要提供一种双环路型太阳能供暖换热复合装置，用于克服现有供暖、换热装置分离，以及夏季时不能充分利用太阳能的问题，以提高空间和能源的利用率，使系统的运行更加有效和方便。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种双环路型太阳能供暖换热复合装置，包括太阳能环路上、下集管，辅助热源环路上、下集管，若干个双流道传热单元，所述若干个双流道传热单元并联设置，每个双流道传热单元内设有两个流道，两个流道之间用金属薄壁分隔开，使其内的流体互不混合，其中，一个流道的上、下端分别与辅助热源环路的上、下集管相连接，另一流道的上、下端分别与太阳能环路上、下集管相连接；所述若干个双流道传热单元外面连接有散热包壳或保温包壳。
所述散热包壳的内部设有强化散热肋片组，强化散热肋片组为多个并排的直立肋片，外缘为金属散热外壳，其根部紧贴双流道传热单元，散热包壳可拆分为前后对称的两部分；所述保温包壳的内部为保温材料外面为保护外壳，保温包壳可拆分为前后对称的两部分。
所述双流道传热单元的流道为截面长宽比大于2的矩形流道，所述太阳能环路上、下集管和辅助热源环路上、下集管相间布置，。
所述双流道传热单元中的流道为内外套管的形式，内外套管之间设有多片平行于管轴向的内肋片，所述散热包壳内的强化散热肋片组围绕双流道传热单元呈辐射状设置。
当用于供暖模式时，所述若干个双流道传热单元外面连接有散热包壳，散热包壳置于房间中，太阳能或者辅助热源提供的热量通过散热包壳释放到房间中。
当用于换热模式时，所述若干个双流道传热单元外面连接保温包壳，在双流道传热单元中，太阳能环路的热量传递到辅助热源环路中。
本发明的有益效果：
本发明的双环路型太阳能供暖换热复合装置有两种工作模式：一是供暖模式，在采暖季节采用散热包壳，太阳能或者辅助热源提供的热量通过散热包壳释放到房间中；二是换热模式，在非采暖季节，将散热包壳换成保温包壳，在双流道传热单元中，太阳能环路中的热量传递到辅助热源环路中。在辅助热源环路上设有切换管路和阀门，在供暖模式时，太阳能环路和辅助热源均为上进下出；在换热模式时，太阳能环路仍为上进下出，辅助热源环路可以切换为下进上出，以实现逆流换热，提高换热效果。
供暖模式又可分为三种运行方式，分别为：太阳能单独供暖方式、辅助热源单独供暖方式、太阳能与辅助热源联合供暖方式。可以根据室外的天气情况自由选择不同的运行方式。
因此，本发明具有以下特点：
1.    既可以在采暖季节把太阳能收集的热量用来供暖，也可以在非供暖季节，把收集的太阳能通过辅助热源环路输送到需要供热的地方，大大提高了太阳能在全年的利用率。
2.       本装置的辅助热源环路可以直接使用常规的供暖系统，不需设置蓄热水箱、公共循环泵等部件，系统简单、可靠。
3.    太阳能集热器可以放置在需供暖房间的南墙面上，便于实现太阳能与多层建筑、高层建筑南墙面的一体化，管路很短，管路的热损失和泵送能耗很小，提高了太阳能的有效利用率。
4.    在不同的室外天气情况下，可自由选择供暖运行方式，可以充分利用太阳能，大幅节省供暖系统的常规能耗。
附图说明
图1 是实施例一中双流道传热单元与上下集管连接的立体示意图；
图2是实施例一中散热包壳的前部分轴测视图；
图3是实施例一中散热包壳的后部分轴测视图；
图4是实施例一中装有散热包壳的平面示意图；
图5是实施例一中装有保温包壳的平面示意图；
图6是实施例二中双流道传热单元与上下集管连接的立面示意图；
图7是实施例二中装有散热包壳的平面示意图；
图8是实施例二中装有保温包壳的平面示意图；
图9 是与太阳能环路与辅助热源环路的连接示意图；
图10是在多层建筑的南墙面上安装时的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明加以详细说明。本发明提供两种实施例。
实施例一：
双环路型太阳能供暖换热复合装置，如图1至图5所示，包括太阳能环路上、下集管1、2，辅助热源环路上、下集管3、4，若干个双流道传热单元5、散热包壳6、保温包壳7。
若干个双流道传热单元5并联设置，每个双流道传热单元5内设有第一、二流道12、13，第一、二流道12、13之间用金属薄壁分隔开，其内的流体互不混合，第一流道12上端与辅助热源环路上集管3连接、下端与辅助热源环路下集管4连接，第二流道13上端与太阳能环路上集管1相接，下端与太阳能环路下集管2相接。散热包壳6的内部为强化散热肋片组8，其根部紧贴双流道传热单元5，外缘连接金属散热外壳9，本实施例采用彩色铝合金；散热包壳6可拆分为前后对称的两部分；保温包壳7的内部为保温材料10，本实施例中采用硬质聚氨酯，外面为保护外壳11，保温包壳7也可拆分为前后对称的两部分。
在本实施例中，双流道传热单元5需要采用传热性能较好的金属材料，这里采用铜，其流道12、13采用截面长宽比大于2的矩形流道，这里长宽比采用10，太阳能环路和辅助热源环路流道相间布置，散热包壳6则采用多个并排的直立肋片。
本发明与太阳能环路21、辅助热源环路22的连接方法如图9所示，在辅助热源环路22上设置切换管路和阀门V1、V2、V3、V4，控制流体是采用上进下出还是下进上出。
双环路型太阳能供暖换热复合装置，有两种工作模式：
1）供暖模式，在采暖季节采用散热包壳6，太阳能或者辅助热源提供的热量通过散热包壳6释放到房间中；
太阳能环路可以采用温差循环的运行控制方式，在供暖装置出口和太阳能集热器23出口管路分别设置温度传感器T1、T2，当温差超过启动设定值（一般为8～10℃）时，集热泵24启动，当温差小于停止设定值时（一般为2～4℃），集热泵停止。辅助热源环路设置温控阀V5，温控阀V5的启闭由房间的温控器T3控制，当房间温度高于上限设定值（一般为18℃）时，温控阀V5关闭，低于房间设定值下限（一般为16℃），温控阀V5开启。
根据上述控制模式，供暖模式又分为三种运行方式：
第一种方式为太阳能单独供暖方式。太阳能集热器收集热量，使得太阳能流体管内的流体温度升高，由太阳能提供的热量可以使室内温度达到设定值，此时温控阀V5关闭，辅助热源环路中的流体不循环，太阳能单独供暖。这种模式适用于太阳辐射强度高的晴天。
第二种方式为辅助热源单独供暖方式。当太阳能环路中流体的进口温度低于出口温度时，太阳能环路由温差控制器C自动关断。由太阳能提供的热量不能使室内温度达到设定值，此时温控阀V5打开，辅助热源单独供暖。这种模式适用于夜间与阴雨天，太阳辐射强度低，不能满足室内供暖要求的情形。
第三种方式为太阳能与辅助热源联合供暖方式。当太阳能环路流体的进口温度高于出口温度且太阳能单独提供的热量不能使室内温度达到设定值时，温控阀V5打开，由太阳能集热器与辅助热源共同向室内供暖。此种模式适用于太阳辐照度不是很高的多云或者少云天气，太阳能集热器集热量不足，太阳能单独加热不能完全满足用户供暖要求的情形。
在供暖模式时，太阳能环路和辅助热源均为上进下出。供暖模式时，阀门V1、V4开启，V2、V3关闭。
2）换热模式，非采暖季节，将散热包壳6拆卸下来，并换成保温包壳7。太阳能集热器收集热量，使得太阳能环路中的流体温度升高，再与辅助热源环路的流体进行换热，使得辅助热源管中流体的温度升高，此高温流体可以通过辅助热源环路输送至其它需要供热的地方等，从而实现太阳能的充分利用。
在换热模式时，太阳能环路仍为上进下出，辅助热源环路可以切换为下进上出，阀门V2、V3开启，V1、V4关闭，以实现逆流换热，提高换热效果。
该发明比较适合于应用在多层或者高层建筑（住宅、办公楼、教学楼、养老院、医院病房楼等）的南向房间，这时太阳能集热器可以倾斜或者竖直安装在南墙外面，本发明安装在南墙的窗台下，如图10所示，这样太阳能环路管道很短，管路热损失和泵送能耗都很小。其既可以应用于新建建筑，也可以在原来的供暖系统上进行改造，改造的难度相对较小。
实施例二：
双环路型太阳能供暖换热复合装置，如图6～8所示，其双流道传热单元5采用第一、二流道12、13为内外套管形式，两套管之间设有多片平行于管轴向的内肋片，散热包壳6内的强化散热肋片组8围绕双流道传热单元5呈辐射状设置。
其余的结构、工作模式、运行控制和安装方式均与实施例一相同。
本发明的双环路型太阳能供暖换热复合装置可在多层建筑的南墙面上安装使用，如图10所示，图10中，3F-6F为楼层，在南墙面25外侧装太阳能集热器23，内侧装双环路型太阳能供暖换热复合装置20。