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CN105928215A - 太阳能-相变蓄热、余热回收技术在预制混凝土构件养护工艺中应用 - Google Patents

太阳能-相变蓄热、余热回收技术在预制混凝土构件养护工艺中应用 Download PDF

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CN105928215A CN201610250018.6A CN201610250018A CN105928215A CN 105928215 A CN105928215 A CN 105928215A CN 201610250018 A CN201610250018 A CN 201610250018A CN 105928215 A CN105928215 A CN 105928215A
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Abstract

太阳能‑相变蓄热、余热回收技术在预制混凝土构件养护工艺中的应用，属于可再生能源应用领域。装置包括太阳能空气集热器，升温室、恒温室和降温室；太阳能空气集热器设有送风管道、回风管道和1号风机；恒温室内设有第一送风口和第一回风口，升温室设有第二送风口和第二回风口；升温室内的预制混凝土构件下方的回风口、第一回风管道、2号风机、第一送风管道、降温室内的预制混凝土构件下方的送风口依次连接，降温室内预制混凝土构件上方的吸风罩、余热回收系统中的第二回风管道、3号风机、余热回收系统中的第二送风管道、旋流送风口依次连接，旋流送风口连通升温室。本发明降低预制混凝土构件养护工艺能耗，减少碳排放。

Description

太阳能-相变蓄热、余热回收技术 在预制混凝土构件养护工艺中应用
技术领域
本发明涉及一种将太阳能-相变蓄热技术、余热回收技术综合运用于预制混凝土构件养护工艺的高效节能技术，属于可再生能源应用领域。
背景技术
随着我国城镇化的快速发展，住宅产业化成为发展趋势的同时，也为预制混凝土构件生产加工行业的发展带来了机遇。然而，预制混凝土构件生产工艺过程中，为达到要求的脱模或预应力放张强度，不但需要长达10-18个小时的养护时间，而且还需要提供大量的养护工艺用热，属于高能耗加工工艺。现行预制混凝土构件养护工艺过程大致可分为静停、升温、恒温、降温四个阶段，耗能主要发生在升温和恒温阶段。升温阶段通常需要将预制构件在升温室内从常温状态加热到30～40℃、并维持2～3小时；恒温阶段需要将从升温室出来的预热构件在恒温室内继续升温到50～60℃左右并维持6～7小时；降温阶段则需要将从恒温室出来的热构件在温室内通过2～3小时迅速冷却到20～30℃。整个养护工艺过程，一方面需要持续提供大量的加热能量，另一方面还需求不断提供大量的冷却降温能量。如何结合预制混凝土构件养护工艺的特点，有效解决工艺用能过程的能量循环利用问题，是解决养护工艺高能耗问题的关键所在。为此，本发明提出了一种将太阳能作为升温和恒温阶段加热能的补充热源；同时有效回收降温阶段的余热能并作为升温阶段加热能的补充热源；并将高蓄能的相变墙体材料应用于升温室和恒温室墙体内表面，以提高建筑围护结构的热惰性以及太阳能热利用率的节能设计理念，以达到高效利用太阳能、余热能，最大限度减少预制混凝土构件养护工艺化石能源用量、降低生产成本、减少碳排放、保护环境的目的。
发明内容
本发明提出了一种通过合理优化预制混凝土构件养护工艺流程，利用余热回收通风系统将降温室的余热有效回收用于升温室预制混凝土构件预加热供能的余热通风预热系统，以提高能源循环梯级利用率；提出了基于专利号201510085148.4免跟踪双集热管多曲面槽式太阳能空气集热器技术的太阳能通风加热系统，为恒温室和升温室提供太阳能供热能；提出了将根据专利号ZL201010210819.2一种水泥基复合定形相变材料砂浆及其制备方法制备的水泥复合定形相变材料板与轻质建筑围护结构有机结合的一种高性能相变蓄热复合轻质墙体构筑方式，以提高升温室和恒温室建筑围护结构的热惰性与太阳能热利用率。
本发明采用了如下技术方案：
太阳能-相变蓄热、余热回收技术在预制混凝土构件养护工艺中的应用所采用的装置，其特征在于：
包括太阳能空气集热器，放置有预制混凝土构件的升温室、恒温室和降温室；
太阳能空气集热器设有送风管道、回风管道和1号风机；恒温室内设有第一送风口和第一回风口，升温室设有第二送风口和第二回风口；第一送风口、第一回风口、第二送风口和第二回风口分别由第一电动阀门、第二电动阀门、第三电动阀门和第四电动阀门控制；
升温室内的预制混凝土构件下方的回风口、余热回收系统中的第一回风管道、2号风机、余热回收系统中的第一送风管道、降温室内的预制混凝土构件下方的送风口依次连接，
降温室内预制混凝土构件上方的吸风罩、余热回收系统中的第二回风管道、3号风机、余热回收系统中的第二送风管道、旋流送风口依次连接，旋流送风口连通升温室。
进一步，相变蓄热墙体板直接粘贴在升温室和/或恒温室墙体内表面，与墙体构成被动式太阳能相变蓄热墙体。
进一步，在升温室内的预制混凝土构件下方的回风口、余热回收系统中的第一回风管道之间设有静压箱。
进一步，在余热回收系统中的第一送风管道、降温室内的预制混凝土构件下方的送风口之间设有静压箱。
应用所述装置的方法，其特征在于：
太阳能空气集热器出口温度小于40℃时，升温室里第三电动阀门23、第四电动阀门24、恒温室里的第一电动阀门10、第二电动阀门22、和1号风机均关闭不送风；当太阳能空气集热器2出风口处的温度大于40℃小于60℃时，恒温室里的第一电动阀门10、第二电动阀门22关闭不向恒温室送风，升温室里的第三电动阀门23、第四电动阀门24和1号风机3开启，太阳能空气集热器2出来的热风通过送风管道4、第三电动阀门23、第二送风口7被送到升温室，低温的空气通过第二回风口9、第四电动阀门24、回风管道5通过1号风机3回到太阳能空气集热器2；当太阳能空气集热器2出风口处的温度大于60℃时，升温室里的第三电动阀门23、第四电动阀门24关闭不向升温室送风，恒温室里的第一电动阀门10、第二电动阀门22和1号风机3开启，太阳能空气集热器2出来的热风通过送风管道4、第一电动阀门10、第一送风口6被送到恒温室，低温的空气通过第一回风口8、第二电动阀门22、回风管道5通过1号风机3回到太阳能空气集热器2。
应用所述装置的方法，其特征在于：
升温室中低温的空气通过预制混凝土构件下方的回风口、余热回收系统中的第一回风管道回风管道、经过2号风机加压后再通过余热回收系统中的第一送风管道、送风口送入降温室预制混凝土构件的下方，对降温室内预制混凝土构件进行降温。预制混凝土构件在降温室中释放出热量，高温的空气通过预制混凝土构件上方的吸风罩、余热回收系统中的第二回风管道、3号风机、余热回收系统中的第二送风管道、旋流送风口被输送到升温室的顶部，与升温室中低温的预制混凝土构件进行强迫对流换热释放出热量。
本发明的工作过程如下：
白天天气晴好的时候升温室和恒温室屋顶的保温被打开，进行太阳能养护。同时太阳光照射到相变蓄热墙体上，照射在其表面的太阳辐射热量以潜热和显热的形式蓄存在墙体内；当多曲面槽式太阳能空气集热器出风口处的温度小于40℃时，升温室和恒温室送风管道上的电动阀门和风机均关闭不送风；当集热器出风口处的温度大于40℃小于60℃时，恒温室送风管道上的电动阀门关闭不向恒温室送风，升温室送风管道上的电动阀门和风机开启，送风到升温室；
当集热器出风口处的温度大于60℃时，升温室送风管道上的电动阀门关闭不向升温室送风，恒温室送风管道上的电动阀门和风机开启，送风到恒温室。预制混凝土构件由生产线下线经过静停达到15℃左右后，被送到升温室。预制混凝土构件在升温室中吸收热量升温，周围的空气放出热量温度降低后通过预制混凝土构件下方的风口、风管、风机被输送到降温室预制混凝土构件的下方，对预制混凝土构件进行降温。在恒温室60℃的温度环境中放置6-7个小时的预制混凝土构件进入到降温室中降温，释放出热量，获得热量温度升高的室内空气通过预制混凝土构件上部的吸风罩、风管、风机被输送到升温室的顶部，与升温室中较低温度的预制混凝土构件进行强迫对流换热释放出热量，温度降低。周而复始、不断循环，提高了能源循环梯级利用率。
白天阴天的时候升温室和恒温室屋顶的保温被关闭，尽可能减少热量的散失。同时太阳能集热送风系统的风机和电动阀门关闭。余热回收通风系统开启工作。
夜间不工作的时候：关闭升温室和恒温室屋顶的保温被，关闭所有系统的通风机和阀门，此时相变蓄热墙体将热量释放出来使次日白天工作时养护室的初始温度不至于太低，节约能源。本发明的有益效果为：首次提出将相变蓄热墙体材料、多曲面太阳能空气集热器以及余热回收系统有机的组合起来，并将其运用到预制混凝土构件的养护工艺中，充分利用太阳能这种绿色能源，有效降低预制混凝土构件养护工艺能耗，减少碳排放。
附图说明
图1本发明的系统图；
图2本发明的太阳能空气集热器安装示意图；
图中：1、相变蓄热墙体，2、太阳能空气集热器，3、1号风机，4、太阳能空气集热器系统的送风管道，5、太阳能空气集热器系统的回风管道，6、第一送风口，7、第二送风口，8、第一回风口，9、第二回风口，10、第一电动阀门，12、预制混凝土构件，13、2号风机(风沟内安装)，14-1、1号静压箱，14-2、2号静压箱，14-3、3号静压箱，14-4、4号静压箱，15-1、余热回收系统中的第一送风管道，15-2、余热回收系统中的第二送风管道，16-1、余热回收系统中的第一回风管道，16-2、余热回收系统中的第二回风管道，17-1、第三送风口，17-2、第四送风口，17-3、第五送风口，17-4、第六送风口，18-1、第三回风口，18-2、第四回风口，18-3、第五回风口，18-4、第六回风口，19-1、第一吸风罩，19-2、第二吸风罩，20、旋流送风口，21、3号风机(可放在降温室内吊装)，22、第二电动阀门，23、第三电动阀门，24、第四电动阀门，25、支撑架
具体实施方式
基于优化后的预制混凝土构件养护工艺流程，在升温室预制混凝土构件模台下方设置回风口、通风管道及轴流风机，在降温室预制混凝土构件模台下方设置送风口及通风管道。升温室和降温室的建筑面积均为500平米，风机风量为18000m3/h，每个风口尺寸为800mmx200mm，风速为2m/s，送风口距模台底部150mm，风管中的风速为3m/s至7m/s。通过通风管道和通风机将升温室模台下方低温的空气送至降温室模台下方并吹向模台，低温空气与从恒温室出来进入降温室的50～60℃预制混凝土构件强迫对流换热，获得热量后空气温度升高,同时预制混凝土构件放出热量，温度降低；在降温室预制混凝土构件模台上方设置吸风罩、通风管道及轴流风机,共四套管路。每个风机风量为4500m3/h，每个吸风罩口部尺寸为1000mmx300mm，风速为3m/s，吸风罩口距预制混凝土构件顶部300mm，风管中的风速为3m/s至7m/s。通过通风管道和通风机将降温室模台上方较高温度的空气送至升温室，通过旋流风口吹向模台，旋流风口的直径为600mm，风速为5.8m/s，以使热风尽可能远的送到升温室。较高温度空气与生产线上出来的经过静停后15℃左右的预制混凝土构件强迫对流换热放出热量后空气温度降低，同时预制混凝土构件吸收热量，温度升高。
升温室和恒温室需要提供一定的热源以维持30～40℃和50～60℃的高温环境。现有的养护室工艺中一般需要提供蒸汽以作为热源。本发明提出了利用生产车间比恒温室高10多米的特点，在恒温室屋顶上方、生产车间高出恒温室的那段山墙上通过设置支撑架安装免跟踪双集热管多曲面槽式太阳能空气集热器。升温室和恒温室共用集热器，每个集热单元的长度为4米，共设置27个集热单元。其中3个集热单元串联组成一组，9组再并联。空气集热器的总风量为1300m3/h，风速控制在5.2m/s，总风管尺寸为在升温室和恒温室底部近地面处设置回风口、回风管道、风机、电动阀门；在顶部设置送风口、送风管道、电动阀门。太阳能空气集热器的出风口处设有温度传感器，当集热器出风口处的温度小于40℃时，升温室和恒温室送风管道上的电动阀门和风机均关闭不送风；当出风口处的温度大于40℃小于60℃时送入升温室；当出风口处的温度大于60℃时送入恒温室，通过风管送到室内顶部与预制混凝土构件进行强迫对流换热，以提供预制混凝土构件升温所需要吸收的热量，减少蒸汽耗量。
升温室和恒温室的屋顶为玻璃屋顶，采用太阳能养护，同时将升温室和恒温室的墙体根据已有的专利技术——一种水泥基复合定形相变材料砂浆及其制备方法制备低温(40℃)相变蓄热复合墙体和中温(60℃)相变蓄热复合墙体。本发明可将相变蓄热墙体板直接粘贴在升温室和恒温室的墙体内表面，墙外侧粘贴保温材料板，利用相变材料较高的热容性，白天充分吸收并以潜热和显热的形式蓄存照射在相变蓄热墙体板表面的太阳热能，夜间不工作时再将蓄存的热量释放给温室环境，使次日白天工作时养护室的初始温度不至于太低，提高太阳能热利用率。降温室屋顶为混凝土保温屋顶，墙体外侧粘贴保温材料板，尽量减少高温的预制混凝土构件向周围环境放热而使这部分热量白白地浪费掉。
所述相变蓄热材料的密度为900kg/m3，厚度为40mm。
所述保温材料板的厚度为60～130mm，其厚度视养护室建造地区的室外气象条件而确定。
下面结合附图1～2对本发明的太阳能-相变蓄热、余热回收系统的构筑体系进行详细说明。
相变蓄热墙体板1直接粘贴在升温室和恒温室墙体内表面，与墙体构成被动式太阳能相变蓄热墙体。相变蓄热材料的密度为900kg/m3，厚度为40mm。
太阳能空气集热器2三个一串联，九个一并联。并联后的太阳能空气集热器2出口温度小于40℃时，升温室里第三电动阀门23、第四电动阀门24、恒温室里的第一电动阀门10、第二电动阀门22、和1号风机3(该风机不局限于只设置在恒温室内)均关闭不送风；当太阳能空气集热器2出风口处的温度大于40℃小于60℃时，恒温室里的第一电动阀门10、第二电动阀门22关闭不向恒温室送风，升温室里的第三电动阀门23、第四电动阀门24和1号风机3开启，太阳能空气集热器2出来的热风通过送风管道4、第三电动阀门23、第二送风口7被送到升温室，低温的空气通过第二回风口9、第四电动阀门24、回风管道5通过1号风机3回到太阳能空气集热器2；当太阳能空气集热器2出风口处的温度大于60℃时，升温室里的第三电动阀门23、第四电动阀门24关闭不向升温室送风，恒温室里的第一电动阀门10、第二电动阀门22和1号风机3开启，太阳能空气集热器2出来的热风通过送风管道4、第一电动阀门10、第一送风口6被送到恒温室，低温的空气通过第一回风口8、第二电动阀门22、回风管道5通过1号风机3回到太阳能空气集热器2(如图1所示)。太阳能空气集热器2通过支撑架25安装在生产车间高出恒温室的那段山墙上(如图2所示)。
如图1所示，升温室中低温的空气通过预制混凝土构件12下方的第三回风口18-1、第四回风口18-2、第五回风口18-3、第六回风口18-4、3号静压箱14-3、4号静压箱14-4、余热回收系统中的第一回风管道回风管道16-1、经过2号风机13加压后再通过余热回收系统中的第一送风管道15-1、1号静压箱14-1、2号静压箱14-2、第三送风口17-1、第四送风口17-2、第五送风口17-3、第六送风口17-4送入降温室预制混凝土构件12的下方，对降温室内预制混凝土构件12进行降温。预制混凝土构件12在降温室中释放出热量，高温的空气通过预制混凝土构件12上方的第一吸风罩19-1、第二吸风罩19-2、余热回收系统中的第二回风管道16-2、3号风机21、余热回收系统中的第二送风管道15-2、旋流送风口20被输送到升温室的顶部，与升温室中低温的预制混凝土构件进行强迫对流换热释放出热量。其中，本实施例中2号风机13安装在风沟内，风量为18000m3/h；3号风机21吊装在降温室屋顶下，每台风机风量为4500m3/h，共4台。
以上是本发明的一典型实施例，本发明的实施不限于此。

Claims (6)

1.太阳能-相变蓄热、余热回收技术在预制混凝土构件养护工艺中的应用所采用的装置，其特征在于：
包括太阳能空气集热器，放置有预制混凝土构件的升温室、恒温室和降温室；
太阳能空气集热器设有送风管道、回风管道和1号风机；恒温室内设有第一送风口和第一回风口，升温室设有第二送风口和第二回风口；第一送风口、第一回风口、第二送风口和第二回风口分别由第一电动阀门、第二电动阀门、第三电动阀门和第四电动阀门控制；
升温室内的预制混凝土构件下方的回风口、余热回收系统中的第一回风管道、2号风机、余热回收系统中的第一送风管道、降温室内的预制混凝土构件下方的送风口依次连接，
降温室内预制混凝土构件上方的吸风罩、余热回收系统中的第二回风管道、3号风机、余热回收系统中的第二送风管道、旋流送风口依次连接，旋流送风口连通升温室。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：相变蓄热墙体板直接粘贴在升温室和/或恒温室墙体内表面，与墙体构成被动式太阳能相变蓄热墙体。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于：在升温室内的预制混凝土构件下方的回风口、余热回收系统中的第一回风管道之间设有静压箱。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于：在余热回收系统中的第一送风管道、降温室内的预制混凝土构件下方的送风口之间设有静压箱。
5.应用如权利要求1-4任意一项所述装置的方法，其特征在于：
太阳能空气集热器出口温度小于40℃时，升温室里第三电动阀门、第四电动阀门、恒温室里的第一电动阀门、第二电动阀门、和1号风机均关闭不送风；当太阳能空气集热器出风口处的温度大于40℃小于60℃时，恒温室里的第一电动阀门、第二电动阀门关闭不向恒温室送风，升温室里的第三电动阀门、第四电动阀门和1号风机开启，太阳能空气集热器出来的热风通过送风管道、第三电动阀门、第二送风口被送到升温室，低温的空气通过第二回风口、第四电动阀门、回风管道通过1号风机回到太阳能空气集热器；当太阳能空气集热器2出风口处的温度大于60℃时，升温室里的第三电动阀门、第四电动阀门关闭不向升温室送风，恒温室里的第一电动阀门、第二电动阀门和1号风机开启，太阳能空气集热器出来的热风通过送风管道、第一电动阀门、第一送风口被送到恒温室，低温的空气通过第一回风口、第二电动阀门、回风管道通过1号风机回到太阳能空气集热器。
6.应用如权利要求1-4任意一项所述装置的方法，其特征在于：
升温室中低温的空气通过预制混凝土构件下方的回风口、余热回收系统中的第一回风管道回风管道、经过2号风机加压后再通过余热回收系统中的第一送风管道、送风口送入降温室预制混凝土构件的下方，对降温室内预制混凝土构件进行降温。预制混凝土构件在降温室中释放出热量，高温的空气通过预制混凝土构件上方的吸风罩、余热回收系统中的第二回风管道、3号风机、余热回收系统中的第二送风管道、旋流送风口被输送到升温室的顶部，与升温室中低温的预制混凝土构件进行强迫对流换热释放出热量。
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