[发明专利]一种太阳能供暖系统

说明书

技术领域

本发明属于太阳能应用技术领域，涉及一种太阳能供暖系统，该供暖系统特别适用于利用太阳能对小范围人群聚居区的建筑物进行供暖。

背景技术

太阳能作为一种新能源，相对于传统能源而言具有污染少、储量大等特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源(特别是石化能源)枯竭问题具有重要意义。同时，在一些地广人稀或高寒高海拔地区，铺设和维护电网、供热网络的成本相当高昂，所以一般采用小范围内单独供热、供暖的方式进行，尤其在一些太阳能丰富的地区，利用太阳能可以在一定程度上解决这部分人群的供热供暖需要。

然而，现有的太阳能供暖系统存在一些不足之处，主要表现在：第一，最佳供暖时间段和取暖时间段不一致：由于太阳能是不定时的能源，在白天晴好的天气供暖效果好，但晚上供暖效果不佳或几乎没什么效果，而对于用户而言，迫切需要取暖的时间段更多地集中在晚上，特别是在寒冷的冬季；第二，与太阳能供热供暖系统配套使用的辅助供暖系统成本高，不环保：在太阳能供暖效果不佳的时段，只能采用辅助供热供暖系统来维持生活的需要，即采用与太阳能供热供暖系统并联的其他系统，例如采用锅炉烧煤加热热水的方式、采用热泵系统等进行辅助供热供暖，但如果长期纯粹依靠这种辅助供热供暖系统来供暖，会耗费较多的资源，且成本巨大，在一些贫困地区，资源和成本无疑会使取暖变得难以实现，并且锅炉等设备由于烧煤产生的二氧化碳的排放也会对环境造成污染；第三，对供热供暖的距离有限制：采用太阳能直接进行供热供暖时，当供热源与被供热的建筑物之间的距离较远时，将热能通过输送管道输入到人们工作或居住的建筑物内时，一般已经无法持续保证80-90℃的供热水温，而只能满足通常的生活热水需求，比如用于洗漱的水温。

为满足居住者的使用要求和舒适需要，建筑物应同时具备供热供暖、空调等一系列功能。据调查，我国民用建筑的整体舒适度低于世界各发达国家，但建筑能耗已占全国能源消费总量的25％以上，接近发达国家建筑用能占全社会能源消费量1/3左右的水平。目前我国每年建成的各类房屋总建筑面积达16-19亿平方米，随着经济的发展和人民生活的提高，建筑能耗还将大幅度增长。而在整个建筑物能耗中，采暖(降温)及生活用水能耗占据了其中的绝大部分，照明及其他生活电器(电视、电脑、洗衣机及厨房电器等)能耗占据比例较小。因此如果能减少采暖(降温)及生活用水能耗，就能极大的降低整个建筑物的总能耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对目前太阳能供暖设备中存在的上述不足，提供一种主要利用太阳能进行供暖的太阳能供暖系统，该系统可大大降低建筑物的总能耗，高效节能，且对现有建筑物的改造成本低，主要用于解决冬季供暖期供暖、供水、防冻的需要。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该太阳能供暖系统包括采集太阳能并将之转化为热能的采暖单元、热存储及交换单元、以及供暖单元，其中，所述热存储及交换单元中包括有对所述采暖单元中的热能进行存储的蓄能系统和能提升蓄能系统中存储的热能的温度的热泵系统，所述蓄能系统设置在地面以下，所述采暖单元、蓄能系统、热泵系统、供暖单元依次连通以进行热交换。

其中，所述蓄能系统可将所存储的热能的温度保持为30-60℃的低温热能，优选为40-50℃，所述热泵系统可将蓄能系统中所存储的低温热能提升为高温热能，根据需要通过采用不同类型的热泵系统，可将低温热能提升为温度范围不同的高温热能，高温热能的范围从70℃-150℃不等，本发明根据实际情况优选热泵系统所提升的高温热能的温度范围为70-90℃。

众所周知，在其他边界条件一致时，当热能温度与环境温度温差越小时，其热散失越慢，热损耗越小；当热能温度与环境温度温差越大时，其热散失越快，热损耗越大。因此，对于热量的存储，自然是低温(与环境温差小)存储更为节约能源；而取暖则是高温(与环境温差大)供暖更利用室内采暖升温的效率。建筑物的供暖系统要求其供热温度越高于环境温度其供热效果越好，因而，低温存储与高温供暖之间就构成了一对矛盾体。在本发明太阳能供暖系统中，通过利用热存储及交换单元中的蓄能系统对所采集的低温热能进行低温蓄热，需要供暖时再由热泵系统将低温热能提升为高温热能供给用户使用，可以很好的解决上述矛盾。

其中，所述蓄能系统可包括设置于地下的蓄能罐和存储于蓄能罐中用于进行热交换的蓄能介质。将蓄能罐放置在地面以下，不仅施工容易，并且能充分利用土壤本身良好的保温性和地热效应，有效减少了热量损耗，从而能满足蓄能系统保持常年40-50℃的水温以提供给热泵系统使用的要求。