CN106642464A - 自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统，其特征在于该系统包括风机盘管主机、平板集热器、加热管进水管、加热管出水管、集热器进水管、集热器出水管、放热循环管段、循环水泵、微型静音水泵和三通换向阀（S1、S2）；平板集热器的出水端通过集热器出水管、三通换向阀(S1)、加热管进水管与风机盘管主机的进水口连接，风机盘管主机的出水口通过加热管出水管、三通换向阀(S2)、循环水泵、集热器进水管与平板集热器的进水口连接；三通换向阀(S1)和三通换向阀(S2)的第三端分别连接放热循环管段的两端，放热循环管段上设有微型静音水泵。

Description

自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统

技术领域

本发明涉及建筑节能和可再生能源利用的技术领域，具体涉及一种自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统。

背景技术

能源作为人类社会赖以生存和发展的物质基础，与人类经济社会的发展以及生活水平的提高息息相关。而目前能源短缺己经成为人类所面临的最大问题之一，且由能源问题所带来的气候变暖，污染等环境问题已经成为制约经济发展的重要因素。新能源的开发以及各项节能措施的施行是解决能源问题的重要途径。中国属于太阳能资源较为丰富的地区。但是太阳能由于天气、时间、以及地理等因素的影响具有间断性、能量密度低的特点，不能提供连续稳定的热量，蓄热成为了太阳能供暖系统应用的重中之重。但是，目前国内太阳能蓄热多数为水蓄热，存在系统形式、运行工况单一等问题，而且现有的风机盘管系统也是采取大体积水箱储存得太阳能热量，水箱体积一般为几十吨甚至上百吨，而且蓄热时间短，由于储能密度小和占用空间大等缺陷限制了太阳能蓄热的使用。因此，需要一种自带高效蓄热的风机盘管来代替大体积蓄热水箱以解决太阳能供能的不稳定性缺陷，使太阳能实现最大限度有效利用。

目前人们不仅关注室内的热舒适性，而且越来越追求室内空气品质，人们室内生活和工作条件越来越现代化,房屋越来越趋于“密闭化”,随之带来的“室内污染”、“换气不足”等问题日趋严重。根据我国现行的暖通设计规范，为了提高能耗的效率，建筑物的密封性增强，引入的新风量比较低，因此空调风机盘上滋生的细菌病毒和室内装修材料长期散发有害的污染物会使室内空气中污染形成累积效应，引起室内空气质量下降甚至恶化，因空调的污染而影响人们身体健康的现象已时有发生，更为严重的是这种影响正在慢性地危害着人们的健康。

综上所述，设计一种既能储存太阳能热量保证室内热舒适性，又能保证生活环境的空气品质的空调设备尤为重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的问题是，提供一种自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统，该系统充分利用了太阳能的光热能源及相变储热技术进行向室内提供持续不断的热量供应。通过利用相变材料储能密度大、体积变化小、而且吸收或者释放热量的过程温度基本恒定等优点来克服太阳能能流密度不均匀，间歇性和不稳定性等缺点，并且改变了传统以大体积水箱显热式储热的方式，更加有利于安装和推广。该系统同时还能净化空气，不仅防止室外污染浓度高的空气进入室内，还能有效解决被广泛关注的室内空气质量、室内有害物质散发等问题。该系统既能在冬季持续维持室内的热舒适性，又能改善室内空气质量，同时节约了能源，保护了环境，对建筑节能以及生态发展有很大积极影响。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：提供一种自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统，其特征在于该系统包括风机盘管主机、平板集热器、加热管进水管、加热管出水管、集热器进水管、集热器出水管、放热循环管段、循环水泵、微型静音水泵和三通换向阀(S1、S2)；平板集热器的出水端通过集热器出水管、三通换向阀(S1)、加热管进水管与风机盘管主机的进水口连接，风机盘管主机的出水口通过加热管出水管、三通换向阀(S2)、循环水泵、集热器进水管与平板集热器的进水口连接；三通换向阀(S1)和三通换向阀(S2)的第三端分别连接放热循环管段的两端，放热循环管段上设有微型静音水泵；

所述风机盘管主机包括主机外壳、保温材料、主机内壳、风机、盘管、调控阀、绝热箱体、加热管和空气处理结构，在风机盘管主机沿送风方向的两端分别设有新风口和送风口，在主机内壳内沿送风方向依次布置着空气处理结构、风机和盘管，风机的进风口正对空气处理结构，风机的出风口正对盘管；在风机盘管主机底部，且位于空气处理结构区域内开有回风口；在位于风机所在位置的主机外壳和主机内壳之间的上部空间和下部空间内，均设置有一个绝热箱体；在两个绝热箱体之间缠绕有加热管，加热管的一端通过电动二通阀与加热管进水管连接，加热管的另一端穿入主机内壳与盘管的进水端相连接，盘管的出水端与加热管出水端相连；在加热管与绝热箱体之间的蓄热空间内填充相变材料，加热管与相变材料之间穿插着肋片，肋片与加热管固定；主机内壳和主机外壳之间的空隙由保温材料填充；所述调控阀设置在主机外壳的侧面上，调节阀分别与电动二通阀和风机电连接；

所述空气处理结构包括新风百叶、回风百叶、格栅、滤芯过滤层、活性炭吸附层、生物酶净化层和负离子净化层；所述新风百叶和回风百叶分别安装在新风口和回风口的外侧；在新风口和回风口的内侧均设置有格栅；在回风口后端，且在主机内壳内，沿着送风方向依次布置有滤芯过滤层、活性炭吸附层、生物酶净化层和负离子净化层，负离子净化层正对风机的进风口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明充分利用了太阳能的光热能源及相变储热技术进行向室内提供持续不断的热量供应。针对传统以大体积水箱显热式储热的方式，不仅储存太阳能效率低，占地面积大，一般体积为几十吨甚至上百吨，而且蓄热时间短，本发明利用相变储能材料蓄热，可根据室内负荷的需求制作成不同大小体积，同时增添或减少相变材料的填充量，能够保证蓄热结构能够蓄存足够的热量即可，对于较大空间，可以采用并联多个风机盘管主机来满足室内热负荷。既节省了占地空间，又大大提高了储能密度，延长了太阳能热利用的使用时间，并且能安装于吊顶内，不需要占用房间内大量空间，美观实用，有利于推广。

冬季供暖时，本发明风机盘管供水温度设置在42℃～45℃之间，能满足室内供暖需求。本发明采用石蜡类相变材料，熔点为44℃，相变潜热为251.04J/g，其吸收或者释放热量的过程温度基本恒定，白天通过吸收被太阳能加热后水的热量能有效防止进入盘管的供水温度过高，蓄热完成后，在夜间无太阳能作为热源，室内环境为15℃～18℃时，该材料能通过凝固放热维持盘管的供水温度在44℃长达5-6小时，有很强的蓄放热能力，能满足持续不断地供暖需求。

本发明在满足室内温度的同时，还提高了室内空气的洁净度，装置中滤芯过滤层增加了过滤面积，有效的过滤和吸附了空气中细小微粒和尘埃；活性炭吸附层能有效对空气中的异味以及例如氨气、甲醛、苯类等微量有毒气体进行吸附；生物酶净化层是将从优良菌体内提取活性极高的酶固定在载体上制成的固定化酶层，能够对空气中多种污染物进行生物降解；负离子净化层激活空气中的氧分子，使其更加活跃而更易被人吸收，促进新陈代谢。

本发明结构简单，设计合理，便于维护，使用寿命长，既节约了能源，又能提高空气净化率，对建筑节能以及生态发展有很大积极影响。

附图说明

图1是本发明自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统一种实施例的结构示意图；

图2是本发明自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统一种实施例的风机盘管主机A的左视剖视结构示意图；

图3是图2中Z—Z剖面的结构示意图；

图中，A风机盘管主机、B平板集热器、C1加热管进水管、C2加热管出水管、D1集热器进水管、D2集热器出水管、E放热循环管段、F调控阀、G电动二通阀、P1循环水泵、P2微型静音水泵、S1～S2三通换向阀、1主机外壳、2保温材料、3主机内壳、4风机、5盘管、6新风口、7回风口、8送风口、9绝热箱体、10相变材料、11加热管、12肋片、13新风百叶、14回风百叶、15格栅、16滤芯过滤层、17活性炭吸附层、18生物酶净化层、19负离子净化层。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

本发明自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统(简称系统，参见图1-3)包括风机盘管主机A、平板集热器B、加热管进水管C1、加热管出水管C2、集热器进水管D1、集热器出水管D2、放热循环管段E、循环水泵P1、微型静音水泵P2和三通换向阀(S1、S2)；平板集热器B的出水端通过集热器出水管D2、三通换向阀S1、加热管进水管C1与风机盘管主机A的进水口连接，风机盘管主机A的出水口通过加热管出水管C2、三通换向阀S2、循环水泵P1、集热器进水管D1与平板集热器B的进水口连接；三通换向阀S1和三通换向阀S2的第三端分别连接放热循环管段E的两端，放热循环管段E上设有微型静音水泵P2；

所述风机盘管主机A(参见图2)包括主机外壳1、保温材料2、主机内壳3、风机4、盘管5、调控阀F、绝热箱体9、加热管11和空气处理结构(图中未标出)，在风机盘管主机A沿送风方向的两端分别设有新风口6和送风口8，在主机内壳3内沿送风方向依次布置着空气处理结构、风机4和盘管5，风机4的进风口正对空气处理结构，风机4的出风口正对盘管5；在风机盘管主机A底部，且位于空气处理结构区域内开有回风口7；在位于风机4所在位置的主机外壳1和主机内壳3之间的上部空间和下部空间内，均设置有一个绝热箱体9；在两个绝热箱体之间缠绕有加热管11，加热管11的一端通过电动二通阀G与加热管进水管C1连接，加热管11的另一端穿入主机内壳3与盘管5的进水端相连接，盘管5的出水端与加热管出水端C2相连；在加热管11与绝热箱体9之间的蓄热空间内填充相变材料10，加热管11与相变材料10之间穿插着肋片12，肋片12与加热管固定(见图3)，可以增大传热面积，提高传热效率；主机内壳3和主机外壳1之间的空隙由保温材料2填充；所述调控阀F设置在主机外壳1的侧面上，调节阀F分别与电动二通阀G和风机4电连接，用来调控风机4的风量以及通过控制电动二通阀G进而调节管路中的水流量，调控策略为优先调控风机风量，如果仅调控风量不能满足室内温度要求，再调控电动二通阀开度调节水流量，这样可以保证管路中水流量以满足系统的蓄热要求；

所述空气处理结构包括新风百叶13、回风百叶14、格栅15、滤芯过滤层16、活性炭吸附层17、生物酶净化层18和负离子净化层19；所述新风百叶13和回风百叶14分别安装在新风口6和回风口7的外侧，能手动调节开度，从而分别控制新风量和回风量；在新风口6和回风口7的内侧均设置有格栅15，通过相应的栅格对流入的新风和回风进行预处理，将新风和回风中的大颗粒物质截留下来；在回风口7后端，且在主机内壳内，沿着送风方向依次布置有滤芯过滤层16、活性炭吸附层17、生物酶净化层18和负离子净化层19，负离子净化层19正对风机4的进风口；所述滤芯过滤层16增加了过滤面积，能有效地过滤和吸附空气中的细小微粒和尘埃；所述活性炭吸附层17能有效对空气中的异味以及例如氨气、甲醛、苯类等微量有毒气体进行吸附；所述生物酶净化层18是将从优良菌体内提取活性极高的酶固定在载体上制成的固定化酶层，能够对空气中多种污染物进行生物降解；负离子净化层19激活空气中的氧分子，使其更加活跃而更易被人吸收，促进新陈代谢。

本发明的进一步特征在于所述相变材料选用石蜡类相变材料，熔点为44℃，相变潜热为251.04J/g。本发明中的相变材料保证熔点在40-50℃之间，相变潜热为200-300J/g即可。

所述绝热箱体9为采用无机纤维芯材与高阻气复合薄膜通过抽真空封装制成的超薄绝热保温板构成。

本发明中所述风机盘管主机A可根据室内负荷的需求制作成不同大小体积，同时增添或减少相变材料10的填充量，能够保证蓄热结构(蓄热结构由两个绝热箱体9、相变材料10、加热管11和肋片12构成)能够蓄存足够的热量即可，对于较大空间，可以采用并联多个风机盘管主机A来满足室内热负荷。所述风机盘管主机A和微型静音水泵P2均可以安装在空调房间的吊顶内。本发明中的相变材料只要保证熔点在45℃左右都可以，采用石蜡，价格便宜，且相变潜热值比较大，性价比比较高。

本发明自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统的工作原理及水循环模式分为两种工况：蓄热工况和放热工况。下面详细阐述这两种工况。

1)蓄热工况：循环水泵P1启动，微型静音水泵P2关闭，三通换向阀S1连通集热器出水管D2和加热管进水管C1，三通换向阀S2连通加热管出水管C2和集热器进水管D1。

白天平板集热器B吸收太阳能，加热平板集热器B中的循环水，被加热后的循环水通过集热器出水管D2、三通换向阀S1、加热管进水管C1和电动二通阀G进入加热管11中，加热填充的相变材料10，穿插于加热管11与相变材料10之间肋片12有效增加了传热面积，降低了传热热阻，当循环水的温度超过相变材料10的熔点时，相变材料开始由固态变为液态并吸收循环水的热量，使循环水的温度维持在44℃左右，然后继续流经加热管11，进入位于风机盘管主机A内部的盘管5进行与空气换热，达到供暖的目的。循环水由盘管5流经加热管出水管C2、三通换向阀S2、集热器进水管D1和循环水泵P1进入平板集热器B继续加热，完成整个蓄热工况的循环。

2)放热工况：循环水泵P1关闭，微型静音水泵P2启动，三通换向阀S1连通放热循环管段E和加热管进水管C1，三通换向阀S2连通加热管出水管C2和放热循环管段E。

夜间由于太阳光线不足，系统中的循环水温度逐渐降低，当循环水温度降至相变材料10的熔点左右时，此时相变材料10由液态变为固态并加热加热管11中的循环水，被加热的循环水继续流经加热管11，进入位于风机盘管主机A内部的盘管5进行与空气换热，达到供暖的目的。循环水由盘管5流经加热管出水管C2、三通换向阀S2、放热循环管段E、微型静音水泵P2、三通换向阀S1、加热管进水管C1和电动二通阀G进入蓄热结构中的加热管11继续被填充的相变材料10加热，完成整个放热工况的循环。

以上是本发明水循环的两种运行工况，在过渡季阶段，由于日夜温差较大，白天不用开空调供暖，此时可以由调控阀F关闭风机4，阻止向室内吹暖风，只进行蓄热工况的循环，到了夜间需要供暖时，启动风机4，将系统调至放热工况循环，利用白天储存的热量向夜间室内供暖。

本发明自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统的空气循环主要有三种工作模式：全新风模式、一次回风模式和室内循环模式。下面详细阐述这三种模式。

(1)全新风模式：主要针对过渡季阶段，适用于室内无需供暖只需引入新风或者室内空气品质极差的两种情况。开启新风百叶13，关闭回风百叶14，室外新风依次通过新风百叶13、格栅15、滤芯过滤层16、活性炭吸附层17、生物酶净化层18和负离子净化层19，将新风进行净化处理，然后再由风机4将其流经盘管5，被循环水加热，再经过送风口8进入室内，通过控制风机4实现风速调节。如果过渡季节无需供暖时，可以停止水循环，只对流入室内的新风进行净化处理，可以避免开窗带来大量灰尘，以及隔离室外的喧嚣，保证室内的卫生要求，既安全方便又能保证室内安静舒适。

(2)一次回风模式：当冬季需要回收室内余热时，需要同时开启新风百叶13和回风百叶14，室外新风和室内回风通过格栅15进行初级过滤后，在风机盘管主机A内部进行混合，然后依次通过滤芯过滤层16、活性炭吸附层17、生物酶净化层18和负离子净化层19，将混合后的空气再一次充分混合并进行净化处理，然后再由风机4将其流经盘管5，被循环水加热，再经过送风口8进入室内，通过控制风机4实现风速调节。这种运行模式可以严格控制室内温度和相对湿度，通过手动控制新风百叶13和回风百叶14的开度，可以粗略调节新风和回风各自所占的比例，来满足室内环境的舒适与卫生需求。

(3)室内循环模式：适合于一年四季任何时候，尤其是当室外雾霾极其严重的情况下，此时需要关闭新风百叶，开启回风百叶，只进行室内空气循环。室内空气依次通过回风百叶14、格栅15、滤芯过滤层16、活性炭吸附层17、生物酶净化层18和负离子净化层19，有效去除吸附、分解室内空气污染物(一般包括PM2.5、粉尘、花粉、异味、甲醛之类的装修污染、细菌、过敏原等)，有效净化室内空气，然后再由风机4将净化后的室内空气吹向盘管5，再经过送风口8进入室内。周而复始实现室内空气不断净化，使得室内空气满足人类生活卫生要求。

本发明自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统在水循环和空气循环相结合的情况下，完成了满足室内温度的同时还提高了室内空气的洁净度的要求。

实施例

本实施例自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统包括风机盘管主机A、平板集热器B、加热管进水管C1、加热管出水管C2、集热器进水管D1、集热器出水管D2、放热循环管段E、循环水泵P1、微型静音水泵P2和三通换向阀(S1、S2)；平板集热器B安装在室外屋顶上，吸收太阳能，平板集热器B的出水端通过集热器出水管D2、三通换向阀S1、加热管进水管C1与风机盘管主机A的进水口连接，风机盘管主机A的出水口通过加热管出水管C2、三通换向阀S2、循环水泵P1、集热器进水管D1与平板集热器B的进水口连接；三通换向阀S1和三通换向阀S2的第三端分别连接放热循环管段E的两端，放热循环管段E上设有微型静音水泵P2。

所述风机盘管主机A长为1m，宽为0.6m，高为0.5m，吊装在室内屋顶。在位于风机4所在位置的主机外壳1和主机内壳3之间的上部空间和下部空间内，均设置有一个绝热箱体9，绝热箱体的长为0.6m，宽为0.4m，厚度为0.1m，在两个绝热箱体9之间缠绕有加热管11，加热管11的直径为18mm，在加热管11与绝热箱体9之间的蓄热空间内填充相变材料10，所相变材料为石蜡，熔点为44℃，质量为48kg，相变潜热为251.04J/g。

本实施例在冬季进行了供暖实验，供暖对象是河北工业大学一间面积为15m²的办公室，房间安装一台风机盘管主机A，房间外安装平板集热器B，白天平板集热器B吸收太阳能，加热平板集热器B中的循环水，被加热后的循环水通过集热器出水管D2、三通换向阀S1、加热管进水管C1和电动二通阀G进入加热管11中，加热填充的相变材料10，当循环水的温度超过相变材料10的熔点时，相变材料开始由固态变为液态并吸收循环水的热量，使循环水的温度维持在44℃左右，然后继续流经加热管11，进入位于风机盘管主机A内部的盘管5进行与空气换热。夜间由于太阳光线不足，系统中的循环水温度逐渐降低，当循环水温度降至相变材料10的熔点左右时，此时相变材料10由液态变为固态并加热加热管11中的循环水，被加热的循环水继续流经加热管11，进入位于风机盘管主机A内部的盘管5进行与空气换热，达到供暖的目的。在进行水循环的同时，开启新风百叶13和回风百叶14，室外新风和室内回风通过格栅15进行初级过滤后，在风机盘管主机A内部进行混合，然后依次通过滤芯过滤层16、活性炭吸附层17、生物酶净化层18和负离子净化层19，将混合后的空气再一次充分混合并进行净化处理，然后再由风机4将其流经盘管5，被循环水加热，再经过送风口8进入室内，满足室内环境的舒适与卫生需求。

经过本实施例试验台的多次测试，均得到了良好的实验结果。熔点为44℃的相变材料48kg，可储存热量12.04MJ的热量，在冬季下午4点左右，太阳光线不足，循环水可以通过相变材料固化对其加热，维持供水温度44℃长达5-6h，晚上十点，经过6h的放热后，相变材料的温度依然还有43℃。同时室内的空气品质也有所改善，有效地吸附、分解室内空气污染物，在冬季密闭的室内环境中，空气依然清新无异味。所述风机盘管主机A可根据室内负荷的需求制作成不同大小体积，同时增添或减少相变材料10的填充量，能够保证蓄热结构能够蓄存足够的热量即可，对于较大空间，可以采用并联多个风机盘管主机A来满足室内热负荷。该设备节能环保，仅需利用太阳能就能对办公写字楼、教室以及学院楼等办公场所持续不断地提供热量，满足室内温度的同时还提高了室内空气的洁净度的要求。

本发明中所述的“前”、“后”、“左”、“右”等方位词语是一个相对概念，图2中以新风口所在方向为前，以送风口8所在方向为后，以回风口7所在方向为下。

本发明所涉及的机械部件及所用材料均可商购获得。

本发明未涉及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统，其特征在于该系统包括风机盘管主机、平板集热器、加热管进水管、加热管出水管、集热器进水管、集热器出水管、放热循环管段、循环水泵、微型静音水泵和三通换向阀（S1、S2）；平板集热器的出水端通过集热器出水管、三通换向阀(S1)、加热管进水管与风机盘管主机的进水口连接，风机盘管主机的出水口通过加热管出水管、三通换向阀(S2)、循环水泵、集热器进水管与平板集热器的进水口连接；三通换向阀(S1)和三通换向阀(S2)的第三端分别连接放热循环管段的两端，放热循环管段上设有微型静音水泵；

所述风机盘管主机包括主机外壳、保温材料、主机内壳、风机、盘管、调控阀、绝热箱体、加热管和空气处理结构，在风机盘管主机沿送风方向的两端分别设有新风口和送风口，在主机内壳内沿送风方向依次布置着空气处理结构、风机和盘管，风机的进风口正对空气处理结构，风机的出风口正对盘管；在风机盘管主机底部，且位于空气处理结构区域内开有回风口；在位于风机所在位置的主机外壳和主机内壳之间的上部空间和下部空间内，均设置有一个绝热箱体；在两个绝热箱体之间缠绕有加热管，加热管的一端通过电动二通阀与加热管进水管连接，加热管的另一端穿入主机内壳与盘管的进水端相连接，盘管的出水端与加热管出水端相连；在加热管与绝热箱体之间的蓄热空间内填充相变材料，加热管与相变材料之间穿插着肋片，肋片与加热管固定；主机内壳和主机外壳之间的空隙由保温材料填充；所述调控阀设置在主机外壳的侧面上，调节阀分别与电动二通阀和风机电连接；

所述空气处理结构包括新风百叶、回风百叶、格栅、滤芯过滤层、活性炭吸附层、生物酶净化层和负离子净化层；所述新风百叶和回风百叶分别安装在新风口和回风口的外侧；在新风口和回风口的内侧均设置有格栅；在回风口后端，且在主机内壳内，沿着送风方向依次布置有滤芯过滤层、活性炭吸附层、生物酶净化层和负离子净化层，负离子净化层正对风机的进风口。

2.根据权利要求1所述的自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统，其特征在于所述相变材料为石蜡。

3.根据权利要求1所述的自带太阳能蓄热及空气净化的风机盘管系统，其特征在于所述绝热箱体为采用无机纤维芯材与高阻气复合薄膜通过抽真空封装制成的超薄绝热保温板构成。