[发明专利]一种太阳能集成朗肯-朗肯系统地板采暖装置

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光热利用、动力循环和暖通空调利用领域，特别涉及一种太阳能集成朗肯-朗肯系统地板采暖装置。

背景技术

多项统计数字表明，建筑物的能耗占当今世界全部总能耗的30%左右，是能源消耗的一个主要形式，而用于暖通空调的能耗又占建筑能耗的85%左右。随着能源危机的加剧和环境问题的日益凸显，最大限度地减少能量消耗，减少有害物质的排放，并充分利用可再生能源进行供暖与制冷已经成为现代建筑技术发展的基本趋势。随着人民生活水平的不断提高，人们对建筑采暖方式的舒适性提出了更好的要求。地板采暖不仅具有节能、舒适、健康等优点，而且可以充分利用各种低品位能源，是比较先进的采暖方式。

太阳能是一种巨大且用之不尽的能源，是人类可以利用的最丰富的资源，相对于其他能源来说，可谓取之不尽，用之不竭。随着太阳能行业的不断发展以及市场需求的不断增多，需要利用太阳能集热系统产生中低温热水的领域不断拓宽。利用太阳能集热系统进行采暖，市场需求大，技术可行，是太阳能行业拓展应用的一个典型方向。

然而，利用太阳能集热系统产生的热水直接进行地板采暖存在效率偏低的缺点。有机朗肯循环（ORC）利用低沸点的有机工质作为循环工质，在低温条件下可以获得较高的蒸汽压力，推动膨胀机转化为机械能，直接用来发电或者驱动压缩机等耗能机械，可以充分利用低品位热源。同时，热泵技术可以提高能源利用效率，节约能源。

发明内容

为了充分利用低品位能源及建筑地板采暖系统节能改造，本发明提出了一种新型地板采暖装置，该装置集成了太阳能集热系统和朗肯-朗肯循环系统进行地板采暖，并利用锅炉进行辅助加热。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种太阳能集成朗肯-朗肯系统地板采暖装置，包括太阳能加热和采暖系统，依次连接并构成有机朗肯循环的有机朗肯循环系统发生器、膨胀机、膨胀机侧冷凝器、循环工质泵、有机朗肯循环系统发生器；依次连接并构成回路的压缩机、压缩机侧冷凝器、节流阀、蒸发器、压缩机，所述膨胀机还与压缩机连接，所述蒸发器的输出端通过冷却塔与膨胀机侧冷凝器的输入端连接，蒸发器的输入端与膨胀机侧冷凝器的输出端连接；还包括有地暖盘管，所述有机朗肯循环系统发生器输出端通过循环水泵与地暖盘管的进口连接，压缩机侧冷凝器的输出端也与地暖盘管的进口连接，

所述太阳能加热和采暖系统输出端与有机朗肯循环系统发生器输入端连接，输入端与地暖盘管的出口连接，地暖盘管的出口还与压缩机侧冷凝器的输入端连接。根据各地能源价格分布，进行辅助加热的锅炉可以采用电加热锅炉、燃气锅炉或者生物质锅炉等各种形式的锅炉。压缩机侧冷凝器和地暖盘管联接，使热泵系统产生的热水提供给用户；膨胀机侧冷凝器和蒸发器通过冷却塔联接，冷却塔的作用是为了调节膨胀机侧冷凝器和蒸发器的热平衡。膨胀机侧冷凝器和蒸发器联接，以此来回收膨胀机侧冷凝器中的热量，提高了能源利用效率。

本发明引入了热量回收的概念，把膨胀机侧冷凝器和蒸发器联接，而且膨胀机侧冷凝器和蒸发器之间设置了冷却塔来调节两侧的热平衡，利用热泵系统来回收膨胀机侧冷凝器中的热量，提高了能源利用效率。

所述太阳能加热和采暖系统包括构成连接回路的太阳能集热器、太阳能集热器循环水阀门、蓄热水箱和太阳能集热器，与蓄热水箱并联连接有锅炉和锅炉循环水阀门，在蓄热水箱内设有热电偶，所述蓄热水箱的输出口与有机朗肯循环系统发生器连接，蓄热水箱的输入口与地暖盘管的出口连接。蓄热水箱依次联接发生器和地暖盘管，即蓄热水箱中的热水先提供发生器所需要的热量，然后再进入地暖盘管满足用户采暖需求，实现能源的梯级利用。

所述膨胀机采用联轴与压缩机连接。膨胀机和压缩机单元是同轴结构，减少了机械能转化成电能的环节，有效地提高了机械能的转化效率。

在地暖盘管的出口设有分水器，地暖盘管的进口设有集水器。

在所述发生器中采用环保有机工质R245fa作为循环工质。在发生器中，利用有机工质的低沸点特性，蓄热水箱提供的热量使有机工质变成高压蒸汽，推动膨胀机做功，从膨胀机出来的有机工质变成低压蒸汽，然后进入膨胀机侧冷凝器变成低压液体，经循环工质泵的提升进入发生器中完成有机朗肯循环。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明利用太阳能集热系统驱动有机朗肯循环产生机械能，再利用有机朗肯循环产生的机械能驱动热泵系统产生热水，进行地板采暖。蓄热水箱依次联接有机朗肯循环系统和地暖盘管，实现了能源的梯级利用，并利用回热循环提高了能源的利用效率，该装置具有结构简单、节能效果显著、控制方便等优点。