显热潜热混合型太阳能跨季节蓄热系统 【技术领域】
本发明属于新能源利用技术领域，特别涉及一种显热潜热混合型太阳能跨季节蓄热系统。
背景技术
在一次能源消费中，建筑、工业和交通运输是三个主要耗能方面。建筑耗能在总能耗中的比例较大，据统计，发达国家建筑能耗占总能耗的30‑40％，其中暖通空调占建筑能耗的65％，因此暖通空调能耗占总能耗的比例竟高达22.75％。我国的暖通空调能耗占总能耗的比例也很大，城市化进程和人民生活水平的提高对建筑物热环境提出了更高的要求。为了避免能源危机的发生和生态环境的破坏，重视开发和利用无污染可再生能源在建筑中的应用成为许多国家所采取的重要发展战略之一。太阳能跨季节蓄热系统可实现太阳能由夏季向冬季的转移来降低建筑运行能耗，其蓄热能力可以达到年需求量的50％‑80％，因此针对该蓄热系统的研究对解决我国能源短缺和环境污染问题具有重要的意义。目前，太阳能跨季节人工蓄热系统主要有显热型的水蓄热系统和潜热型的固液相变材料蓄热系统，水蓄热系统换热系数高、成本低、设备维修容易，但蓄热密度较低、不能保持恒温、蓄热体积大、热损耗大；固液相变材料蓄热系统热密度大、相变过程温度恒定、蓄热体积小、热损耗小，但流动性较差，导致换热系数较低、成本高、设备维修难。鉴于两种系统优缺点互补的特点，因此有必要研制一种结合两者优点的混合型蓄热系统来提高系统蓄热的整体性能。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种能满足居住密集型地区供暖的高效稳定的太阳能跨季节蓄热系统，进而提出了显热潜热混合型太阳能跨季节蓄热系统。
本发明的技术方案如下：
所述蓄热系统包括集热系统、供热系统和供暖系统三大部分，其核心部分为集热系统中的蓄热体，蓄热体内储存有显热型和潜热型两种蓄热材料，其中显热型蓄热材料为水，潜热型蓄热材料为固液相变材料石蜡，它们之间采用不锈钢材料隔开；在蓄热过程中太阳能集热器内的流体工质吸收的热量通过集热系统先传给蓄热体中的水，然后水再把热量传给石蜡；在放热过程中蓄热体中的石蜡把热量先传给水，然后水再通过供热系统把热量传给热泵及建筑供暖系统，在蓄热和放热过程中水作为热缓冲介质。
所述蓄热体埋于地面以下，内部的显热型蓄热材料水被潜热型蓄热材料石蜡包围，它们之间的不锈钢材料的形状为上部开口小、下部开口大。
所述集热系统由集热器、第一循环水泵、第一阀门、板式换热器、集热系统供水管、第二循环水泵、第二阀门及集热系统回水管组成；集热系统供水管入口处于蓄热体底部区域，集热系统回水管处于蓄热体顶部区域。
所述供热系统由供热系统供水管、辅助加热器、第三循环水泵、第三阀门、热泵蒸发器、热泵及建筑供暖系统、供热系统回水管组成；供热系统供水管入口处于蓄热体顶部区域，供热系统回水管处于蓄热体底部区域。
所述集热系统供水管、集热系统回水管、供热系统供水管和供热系统回水管均伸入显热型蓄热材料水的内部。
本发明的有益效果为：本发明提出的显热潜热混合型太阳能跨季节蓄热系统结合了显热型和潜热型两种蓄热系统的优点，具有换热性能好、蓄热密度高、蓄热容积小、温度恒定、热损耗小、维护简单等特点，具有良好的应用前景。
【附图说明】
图1为本系统的整体结构示意图；
图2为蓄热体的外观结构俯视图；
图3为图2的A‑A剖视图。
图中标号：
1‑集热器；2‑第一循环水泵；3‑第一阀门；4‑板式换热器；5‑蓄热体；6‑集热系统供水管；7‑第二循环水泵；8‑第二阀门；9‑集热系统回水管；10‑供热系统供水管；11‑辅助加热器；12‑第三循环水泵；13‑第三阀门；14‑热泵蒸发器；15‑热泵及建筑供暖系统；16‑供热系统回水管；17‑地面；18‑不锈钢材料；19‑石蜡；20‑水。
【具体实施方式】
本发明提供了一种显热潜热混合型太阳能跨季节蓄热系统，下面通过附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1：
本实施方式是系统处于蓄热过程，为太阳能的收集过程。具体实施过程为：
(1)集热器1内的流体工质吸收太阳能后升温流出，经第一循环水泵2和第一阀门3流入板式换热器4，经换热降温后流回集热器1；
(2)板式换热器4另一侧水的流动过程为：蓄热体5底部区域的低温的水20经集热系统供水管6流出，经第二循环水泵7和第二阀门8流入板式换热器4，与对侧高温流体工质换热升温后，经集热系统回水管9注入蓄热体5的顶部区域；
(3)蓄热体5中，石蜡19与水20之间由上窄下宽的筒状不锈钢材料18隔开，注入蓄热体5顶部区域的高温的水20逐渐把热量传给石蜡19，贮存起来，直到高温的水20降温后下沉到蓄热体5底部区域，最后再次从集热系统供水管6流出。
在蓄热过程中，过程(1)和(2)属于集热系统的运行过程，在太阳辐射强度较强时运行，反之则停止运行；过程(3)则不受任何条件限制，水20可以逐渐地把热量传给石蜡19，贮存起来，在过程(3)中水20起到了热缓冲的作用，首先集热系统经集热系统回水管9把热量直接注入蓄热体的水20中，然后水20再慢慢地把热量逐渐传给石蜡19，因此延长了水20向石蜡19传热的时间，解决了石蜡蓄热周期长的问题。
实施例2：
本实施方式是系统处于放热过程，为向建筑物供暖的过程。具体实施过程为：
(1)石蜡19逐渐把热量传给蓄热体5底部区域的低温的水20，直到低温的水20升温后上浮到蓄热体5顶部区域，然后从供热系统供水管10流出。
(2)蓄热体5顶部区域的高温的水20经供热系统供水管10流出，经过辅助加热器11(供水温度较低时，运行辅助加热器)，再经过第三循环水泵12和第三阀门13流入热泵蒸发器14，把热量传给热泵蒸发器14内的制冷剂后降温，经供热系统回水管16注入蓄热体5的底部区域；
(3)热泵蒸发器14内的制冷剂吸收热量后经热泵及建筑供暖系统15向建筑物终端供暖。
在放热过程中，过程(2)和(3)属于供热系统的运行过程，在需要供暖时运行，反之则停止运行；过程(1)则不受任何条件限制，石蜡19可以逐渐地把贮存的热量传给水20，在过程(1)中水20同样起到了热缓冲的作用，首先供热系统经回水管16把低温的水20直接注入蓄热体5中，然后石蜡19再慢慢地把热量逐渐传给水20，因此同样延长了石蜡19向水20传热的时间，同样解决了石蜡释热周期长的问题。