窗式太阳能热水系统论文和设计-潘书通

全文摘要

本实用新型提供了一种窗式太阳能热水系统，集热器将吸收的太阳转换成热能，使得循环腔内中的工质的温度不断升高，通过热媒循环泵使工质在循环腔、夹套换热层中循环，把工质得到的热量传递给储热水箱中的水，使储热水箱内的水逐渐升温，并为给水装置供应热水。本实用新型外形美观、经济实用、安全、操作简单、运行管理成本低、性能稳定可靠、节能效果明显，不占用建筑空间，且起到安全防护作用等优点，完美融入建筑之中，使太阳能集热器成为建筑的一部分，相互间有机结合，真正做到太阳能建筑一体化。

主设计要求

1.一种窗式太阳能热水系统，其特征在于，包括集热器、储热水箱、热水循环泵、热媒循环泵、控制仪和给水装置；所述集热器与所述给水装置通过第一管路连接，所述第一管路上设置有所述热水循环泵；所述集热器设置在窗框上；所述储热水箱外围设置有水箱保温层，所述水箱保温层与所述储热水箱之间为夹套换热层；所述集热器内设置有若干集热管，所述集热管包括外管和内管，所述外管与所述内管之间设置有循环腔；所述循环腔与所述夹套换热层内均设置有换热工质；所述夹套换热层与所述循环腔通过第二管路连通，所述第二管路上设置有所述热媒循环泵；所述储热水箱内设置有第一测温装置，所述热水循环泵与所述给水装置之间的所述第一管路上设置有第二测温装置；所述循环腔内设置有第三测温装置，所述控制仪分别与所述热水循环泵、所述热媒循环泵、所述第一测温装置、所述第二测温装置、所述第三测温装置连接。

设计方案

1.一种窗式太阳能热水系统，其特征在于，包括集热器、储热水箱、热水循环泵、热媒循环泵、控制仪和给水装置；

所述集热器与所述给水装置通过第一管路连接，所述第一管路上设置有所述热水循环泵；所述集热器设置在窗框上；

所述储热水箱外围设置有水箱保温层，所述水箱保温层与所述储热水箱之间为夹套换热层；所述集热器内设置有若干集热管，所述集热管包括外管和内管，所述外管与所述内管之间设置有循环腔；所述循环腔与所述夹套换热层内均设置有换热工质；所述夹套换热层与所述循环腔通过第二管路连通，所述第二管路上设置有所述热媒循环泵；

所述储热水箱内设置有第一测温装置，所述热水循环泵与所述给水装置之间的所述第一管路上设置有第二测温装置；所述循环腔内设置有第三测温装置，所述控制仪分别与所述热水循环泵、所述热媒循环泵、所述第一测温装置、所述第二测温装置、所述第三测温装置连接。

2.根据权利要求1所述的窗式太阳能热水系统，其特征在于，所述储热水箱内设置有辅助加热设备，所述辅助加热设备与所述控制仪连接。

3.根据权利要求1所述的窗式太阳能热水系统，其特征在于，所述集热器为内倾角光栅式太阳能集热器。

4.根据权利要求3所述的窗式太阳能热水系统，其特征在于，所述集热器包括与所述窗框连接的保温框架，所述保温框架内设置有钢化玻璃，所述钢化玻璃内设置有中空玻璃；

所述中空玻璃围成集热室，所述集热室内设置有若干个相互平行的所述集热管，所述集热管两端均设置有集流管，若干个所述集热管的所述内管均与所述集流管连通；

所述集热管通过透明吸热板与所述中空玻璃连接；所述透明吸热板倾斜向下设置，与所述中空玻璃之间的夹角为45°；

所述集流管顶部设置有出液口，底部设置有进液口；所述出液口与所述储热水箱通过出液管连接，所述进液口与所述储热水箱通过进液管连接。

5.根据权利要求4所述的窗式太阳能热水系统，其特征在于，所述保温框架上设置有透气孔，所述透气孔内设置有分子筛。

6.根据权利要求4所述的窗式太阳能热水系统，其特征在于，所述中空玻璃的内表面设置有透明反光涂层。

7.根据权利要求1所述的窗式太阳能热水系统，其特征在于，所述换热工质为抗低温液体。

8.根据权利要求1所述的窗式太阳能热水系统，其特征在于，所述储热水箱上设置有补给水管。

9.根据权利要求1所述的窗式太阳能热水系统，其特征在于，所述循环腔为圆形、扁圆形或矩形的微型通道。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于新能源领域，特别涉及一种窗式太阳能热水系统。

背景技术

太阳能是一种清洁能源，作为一种几乎是零排放CO_{2<\/sub>的能源，早已受到世界各国的关注。我国从20世纪80年代开始，太阳能热水器逐步为广大消费者所认识，到目前已家喻户晓。太阳能热水器作为一种方便、安全的太阳能热利用装置，已经得到了广大群众的认可，它与电热水器、燃气热水器等供热水装置形成了强烈的竞争态势。我国广大科研工作者投入了大量的人力、物力对太阳能热水器进行开发研究，形成了具有我国特色的太阳能热水器产业，其产量、使用量均居世界之首。}

随着能源的大量消耗和环境的急剧破坏，新能源技术已经成为21世纪世界经济发展中具有决定性影响的五个技术领域之一。太阳能因为具有取之不尽、用之不竭、无环境污染等诸多优点而受到各国重视。太阳能的开发利用中，太阳能热水技术是最成熟、实际应用最多且在经济上能与常规能源竞争的一种可再生能源利用技术。

中国拥有世界上唯一的商业化运作最好的太阳能热水器市场，也是世界上最大的太阳能热水器市场，还拥有全球最大的太阳能热水器生产能力，也是我国可再生能源产业中能在生产及利用上处于世界先进地位的唯一产业。我国太阳能热水器生产、销售和安装服务的公司有1000多家，2014年我国太阳能热水器和热水系统总保有量达到4.14亿m^2<\/sup>。

但随着我国城市发展进程的加快，高层建筑群面积的扩大，特别是建筑集成的工程化，使太阳能热水器的安装和使用受到限制。普通真空管太阳能热水器容易出现真空管炸管现象，导致整个太阳能热水器不能使用，维护比较麻烦。另外近年来高层建筑逐渐增多，由于楼顶位置有限、到楼顶距离过远等原因，使得一些用户无法使用太阳能热水器，而一些厂家制作的壁挂式太阳能由于安装在楼体外部，既影响了整个楼梯的美观性，又会在年久失修后会有脱落墙体的危险。因此在城市化进程当中，太阳能热水器市场迫切需要适应太阳能建筑一体化的产品。

随着高层建筑太阳能热水系统推广工作的逐步深入，越来越多的房地产开发商及业主需要考虑在阳台安装分体式太阳能热水系统。由于现代都市及城镇对建筑物美观方面的要求近乎苛刻，因此使得太阳能行业必须努力寻求太阳能与建筑完美结合的途径。早期曾有过真空管式集热器悬挂于阳台形成分体式太阳能热水系统，但由于其固有的易破碎的安全隐患，很快就被市场抛弃。经过近几年来诸多太阳能业内专家反复探索试验，目前太阳能热水器市场都是采用分体双回路平板型太阳能热水系统。采用太阳能专用低凝固点介质循环导热，克服了原来平板型集热器不抗冻的缺陷。这一技术创新使得分体壁挂式阳台太阳能热水系统的应用步入迅猛发展期。

但是分体壁挂式太阳能由于安装在楼体外部，既影响了整个楼梯的美观性，又会在年久失修后会有脱落墙体的危险。而且市场上产品同质化严重，产品质量良莠不齐。企业概念多、实质新产品少，产品同质化、无特色、相互简单模仿、照搬照抄现象严重，产品质量良莠不齐，伪劣产品不断出现影响了行业的整体形象与市场扩展。

太阳能与建筑一体化是太阳能光热发展的趋势与潮流，目前的太阳能与建筑一体化的应用，绝大多数都是“置入”、“附上”，都不是真正的有效“嵌入”，都会带来一些隐性的风险，如害怕跌落、维修困难、得热效果差等。

因此在城市化进程当中，太阳能热水器市场迫切需要适应太阳能建筑一体化的产品。目前太阳能光热产品创新乏力，产品替代较慢，商品同质化现象严重，无法应对市场日益增长的需求。

实用新型内容

本实用新型提出一种窗式太阳能热水系统，能够完美融入建筑之中，使太阳能集热器成为建筑的一部分，相互间有机结合，真正做到太阳能建筑一体化。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种窗式太阳能热水系统，包括集热器、储热水箱、热水循环泵、热媒循环泵、控制仪和给水装置；

所述集热器与所述给水装置通过第一管路连接，所述第一管路上设置有热水循环泵；所述集热器设置在窗框上；

所述储热水箱外围设置有水箱保温层，所述水箱保温层与所述储热水箱之间为夹套换热层；所述集热器内设置有若干集热管，所述集热管包括外管和内管，所述外管与所述内管之间设置有循环腔；所述循环腔与所述夹套换热层内均设置有换热工质；所述夹套换热层与所述循环腔通过第二管路连通，所述第二管路上设置有热媒循环泵；

优选地，所述储热水箱内设置有辅助加热设备，所述辅助加热设备与所述控制仪连接。

优选地，所述集热器为内倾角光栅式太阳能集热器。

优选地，所述集热器包括与所述窗框连接的保温框架，所述保温框架内设置有钢化玻璃，所述钢化玻璃内设置有中空玻璃；

所述集热管通过透明吸热板与所述中空玻璃连接；所述透明吸热板倾斜向下设置，与所述中空玻璃之间的夹角为45°；

所述集流管顶部设置有出液口，底部设置有进液口；所述出液口与所述储热水箱通过出液管连接，所述进液口与所述储热水箱通过进液管连接。

优选地，所述保温框架上设置有透气孔，所述透气孔内设置有分子筛。

优选地，所述中空玻璃的内表面设置有透明反光涂层。

优选地，所述换热工质为抗低温液体。

优选地，所述储热水箱上设置有补给水管。

优选地，所述循环腔为圆形、扁圆形或矩形的微型通道。

本实用新型提供了一种窗式太阳能热水系统，集热器将吸收的太阳转换成热能，使得循环腔内中的工质的温度不断升高，通过热媒循环泵使工质在循环腔、夹套换热层中循环，把工质得到的热量传递给储热水箱中的水，使储热水箱内的水逐渐升温，并为给水装置供应热水。本实用新型经济实用、安全、操作简单、运行管理成本低、性能稳定可靠、节能效果明显，不占用建筑空间，且起到安全防护作用等优点，完美融入建筑之中，使太阳能集热器成为建筑的一部分，相互间有机结合，真正做到太阳能建筑一体化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型自然循环工作原理图；

图2为本实用新型强制循环工作原理图。

图中：

1、集热器；2、储热水箱；3、热水循环泵；4、热媒循环泵；5、控制仪； 6、给水装置；7、辅助加热设备。

具体实施方式

结合图1～2，本实用新型提出一种窗式太阳能热水系统，包括集热器1、储热水箱2、热水循环泵3、热媒循环泵4、控制仪5和给水装置6；

集热器1与给水装置6通过第一管路连接，第一管路上设置有热水循环泵3；集热器1设置在窗框上；

储热水箱2外围设置有水箱保温层，水箱保温层与储热水箱2之间为夹套换热层；集热器1内设置有若干集热管，集热管包括外管和内管，外管与内管之间设置有循环腔；循环腔与夹套换热层内均设置有换热工质；夹套换热层与循环腔通过第二管路连通，第二管路上设置有热媒循环泵4；

储热水箱2内设置有第一测温装置，热水循环泵3与给水装置6之间的第一管路上设置有第二测温装置；循环腔内设置有第三测温装置，控制仪5分别与热水循环泵3、热媒循环泵4、第一测温装置、第二测温装置、第三测温装置连接。

上述技术方案，集热器1将吸收的太阳转换成热能，使得循环腔内中的工质的温度不断升高，通过热媒循环泵4使工质在循环腔、夹套换热层中循环，把工质得到的热量传递给储热水箱2中的水，使储热水箱2内的水逐渐升温，并为给水装置6供应热水。本实用新型经济实用、安全、操作简单、运行管理成本低、性能稳定可靠、节能效果明显，不占用建筑空间，且起到安全防护作用等优点，完美融入建筑之中，使太阳能集热器1成为建筑的一部分，相互间有机结合，真正做到太阳能建筑一体化。

需要说明的是，为了保证阳光不足或外界温度过低时，窗式太阳能热水系统也能够为用户全天候供应热水，储热水箱2内设置有辅助加热设备7，辅助加热设备7与控制仪5连接。上述第一测温装置测得的水温低于设置时，控制仪5 控制辅助加热设备7对储热水箱2的内水进行加热。

在本实施方式中，集热器1为内倾角光栅式太阳能集热器。需要说明的是，集热器1包括与窗框连接的保温框架，保温框架内设置有钢化玻璃，钢化玻璃内设置有中空玻璃；中空玻璃围成集热室，集热室内设置有若干个相互平行的集热管，集热管两端均设置有集流管，若干个集热管均与集流管连通；集热管通过透明吸热板与中空玻璃连接；透明吸热板倾斜向下设置，与中空玻璃之间的夹角为45°；集流管顶部设置有出液口，底部设置有进液口；出液口与储热水箱2通过出液管连接，进液口与储热水箱2通过进液管连接。上述透明吸热板倾斜向下45°设置，可以使得太阳光可以垂直射向集热管，保证集热效率，克服传统平板太阳能必须倾斜采光的方式，让建筑与太阳能完美结合。

在本实施方式中，窗式太阳能热水系统在运行过程中储热水箱2内的水量或多或少会减少，为了给储热水箱2补充水，储热水箱2上设置有补给水管。

在本实施方式中，循环腔为圆形、扁圆形或矩形的微型通道；上述集热管到利用了毛细管热管原理，使集热器1集热速率和集热效率得到显著提高。

在本实施方式中，为了避免集热室内中空玻璃出现雾化现象，保温框架上设置有透气孔，透气孔内设置有分子筛。

在本实施方式中，中空玻璃的内表面设置有透明反光涂层。上述透明反光涂层的设置能够将照射到中空玻璃上的太阳辐射能反射到集热管背向阳光的一面，增加了集热效果。

需要说明的是，换热工质为抗低温液体，能够起到防冻作用，能够使得窗式太阳能热水系统保持在零下40℃正常运行。

结合图1和图2说明本实用新型提供的窗式太阳能热水系统的工作原理：

窗式太阳能热水系统的自然循环工作原理为：

窗框内的集热器1将吸收的太阳能转换为热能，使得循环腔内的换热工质温度不断升高，冷换热工质自上而下运动，热换热工质自下而上运动，从而形成自然循环，使得夹套换热层内的换热工质温度升高，夹套换热层内的换热工质与水进行热交换，使得储热水箱2内的水温升高；

当储热水箱2内的水温(或第一测温装置测得的温度)低于设定下限值，辅助加热设备7启动，对储热水性内的水进行加热；

当第二测温装置测得的温度与第一测温装置侧的温度温差达到设置上限值时，热水循环泵3启动，从而为给水装置6供应热水；当第二测温装置测得的温度与第一测温装置侧的温度低于设置下限值时，或者第二测温装置测得的温度高于设定值时，热水循环泵3均可停止工作。

窗式太阳能热水系统的强制循环工作原理为：

窗式太阳能热水系统的自然循环工作原理为：窗框内的集热器1将吸收的太阳能转换为热能，使得循环腔内的换热工质温度不断升高，当循环腔内的换热工质温度与储热水箱2内的水温温差达到设定上限值时，控制仪5控制热媒循环泵4启动，使得夹套换热层内的换热工质温度升高，夹套换热层内的换热工质与水进行热交换，使得储热水箱2内的水温升高；随着换热过程的持续，夹套换热层内的换热工质温度降低，当换热工质温度与储热水箱2内的水温温差低于设定下限值时，热媒循环泵4停止工作；随着循环腔内的换热工质温度上升，与储热水箱2内的水温达到设定值时，又开下一循环，如此往复。

当储热水箱2内的水温(或第一测温装置测得的温度)低于设定值，辅助加热设备7启动，对储热水性内的水进行加热；

当第三测温装置测得的温度与第一测温装置侧的温度达到设置上限值时，热媒循环泵4启动；当第三测温装置测得的温度与第一测温装置侧的温度低于设置下限值时热媒循环泵4均可停止工作。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

窗式太阳能热水系统论文和设计

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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