CN108455103B - 一种具备抗风、防雨、除湿功能的蓄热水池漂浮保温盖 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具备抗风、防雨、除湿功能的蓄热水池漂浮保温盖，该保温盖由底部柔性阻隔层、保温层和顶部柔性阻隔层组成。在保温盖上部形成特定形状，以有效排出顶部柔性阻隔层上方的雨水；同时保温层中通过抽气设备在保温层中形成负压，使得顶部柔性阻隔层受压紧贴保温层，可避免顶部柔性阻隔层被强风扬起；同时外部压力也可防止柔性阻隔层自身的变形隆起，避免雨水囤积。在顶部柔性阻隔层上布置单向阀和直通阀，其中一个直通阀位置固定，连接抽气设备，至少一个直通阀位置不定，按照设定周期逐个替换单向阀，外部空气在负压作用下，置换保温层内高温、高湿的空气，以控制保温层内空气湿度，提高保温材料的保温性能，减缓保温材料的老化。

Description

一种具备抗风、防雨、除湿功能的蓄热水池漂浮保温盖

技术领域

本发明涉及一种蓄热水池的保温装置，尤其涉及一种保温盖。

背景技术

随着太阳能、风能等可再生能源利用技术的逐步推广和普及，未来能源系统将面临两大矛盾与挑战：一是可再生能源供给的不稳定性和能源需求的稳定性之间的矛盾；二是太阳能资源与能源需求季节分布不匹配的矛盾。要解决上述矛盾，应对挑战，需要大力发展蓄能技术。近年来国际上备受重视的蓄热技术是大容积水池蓄热技术。作为显热储热技术，大容积水池蓄热技术通过提升水体如人工水池的温度来存储热能。蓄热水池大多放置于地下或者半地下，蓄热体的底部、侧面的全部或者部分都处于地面以下，直接和土壤接触。大容积水池蓄热具有造价低、体量大（可达GWh级）、蓄放热速率快、热损系数低、能跨季热能存储的优势，可结合太阳能光热、风电、光电、热泵、热电联产机组等多种可再生能源技术，充分提高能源的利用率和可再生能源的占比，实现清洁能源区域供热的目标。同时蓄热体作为大容量的热量缓冲器，可大幅增加能源系统的灵活性和可靠性。

大容积水池蓄热技术源于北欧丹麦，早在1983年丹麦科技大学（TechnicalUniversity of Denmark）建设了世界上第一个500立方米蓄热水池，取得了宝贵的第一手实验数据。近年来，大容量水池蓄热技术逐步走向成熟，在丹麦陆续建成了5座大规模的蓄热水池，并已经商业化运行，蓄热体容积在60,000-200,000立方米之间（樊建华,JunpengHuang, Ola Lie Andersen, Simon Furbo, Thermal performanceanalysis of asolar heating plant，Proceedings of Solar World Congress, 2017, Abu Dhabi,UAE）。

大容积水池蓄热技术的关键是水池顶部的保温盖设计，研究表明蓄热水池顶部的热损失量远远大于蓄热水池侧面和底面的热损失（樊建华, Junpeng Huang, AngelosChatzidiakos,Simon Furbo, Experimental and theoretic investigations ofthermal behavior of a seasonal water pit heat storage,Proceedings of SolarWorld Congress, 2017, Abu Dhabi, UAE），因此顶部保温盖的保温效果对蓄热水池的运行效果影响极大。由于保温材料位于防水阻隔膜的上方，水体内水份将不可避免的渗透通过阻隔层进入保温材料，且水体温度越高，渗透速率就越大。保温层间高温、高湿的环境将降低保温材料的保温性能，加速保温材料的老化过程，因此必须控制保温材料层内空气湿度。另外目前的顶部漂浮保温盖设计，水体内的气体不易排出，极易滞留在水体液面与漂浮保温盖与之间，造成保温盖的鼓起变形，而保温盖的变形极易造成保温材料错位、雨水囤积等问题；保温盖上的雨水常囤积成小湖，对局部保温盖产生较大压力，进一步恶化加重保温盖的变形，造成恶性循环，以至于彻底破坏保温层，大大降低保温盖的保温效果。在强风天气时，顶部保温层极易被风卷起，轻者造成保温层变形错位，严重时可扬起、破坏保温层。

国际上大尺寸人工水体在工业、农业和市政等多个领域均有应用，典型的应用方式是池塘、人工水池等形式，用途包括蓄水储液、蓄热储能、太阳池等。根据水体应用形式的不同，其顶盖也需具备相应的功能，包括覆盖、密闭、保温、排水、排气等。作为一种季节蓄热技术，蓄热水池的体量较大，一般不低于5000立方米。较大的水体尺寸增加了水体液面的覆盖、保温的难度。

目前，国内外已经有专利公开了不同的液面覆盖膜层设计方案以达到封闭、保护液面的目的。国内专利中，专利CN99233384.9（申请人杨诗模）公开了一种漂浮柔性膜层，由上压环、下压环、浮环和密闭环组成；专利CN200520096791.9（申请人田继红）公开了一种单层膜式柔性浮顶，四周设置密封带；专利CN200720062227.4（申请人杨诗模）公开了一种柔性膜层浮顶，并给出了浮顶外缘与容器结合部各种配合方式以及位于膜层中心的排水装置。专利WO2005108299（申请人Hayden John Stein）提出了一种水面漂浮盖设计方案，由多个、可自由移动的模块组成。上述专利都没有考虑顶盖保温的问题。专利US4480632（申请人Klier等）、US5555877（申请人Lockwood等）和专利DE10052972（申请人WindbaumForschungsUnd Entwic）分别提出了不同的太阳池顶盖设计方案，其共同点是顶盖均由透明材料做成，在可见光波段具有较高的通过率，但热辐射的通过率较低。这些公开的顶盖设计方案保温性能较差，相应工作温度较低，因此仅适用于低温的蓄热水体，如太阳池、游泳池等，不能用于区域供热和采暖。

为解决顶盖的抗风、防雨排水问题，国内外也公开了多个专利，如专利US3991900（申请人N.R.Burke等）公布了一种带凹槽的顶部覆膜，具有液面覆盖和雨水收集功能；专利US4446983（申请人D.H.Gerber）和专利US4476992（申请人D.H.Gerber）、US4603790（申请人D.H.Gerber）分别公开了不同的柔性膜层设计方案，具有将雨水从中心引导至特定凹槽并排出的功能。专利US6338169（申请人C. J. DeGarie）和专利US6357964（申请人C. J.DeGarie）、US6497533（申请人C. J. DeGarie等）分别公开了不同的发酵池柔性覆膜层的排水、排气设计方案，不同的是前者采用漂浮物组成方形结构置于膜层和水面之间，而后两者采用了在覆膜上配置重力管的形式。为了解决顶部保温盖变形积水和遇强风卷起的问题，在水体和顶部防水阻隔层之间形成一定程度的负压，使得阻隔层紧贴水面，如专利US6361249（申请人D.G. Hodgkinson等）、专利US4503988（申请人D.H.Gerber）和专利US20050242023（申请人C. J. DeGarie），但是专利并没有给出保温层设计的具体方案，同时该方案要求的压力控制方法实际操作性不强，压力大小难以准确把握，影响了其具体实施效果。

专利CN206231899（申请人中国科学院电工研究所）公开了一种低热损储热水体柔性浮顶，该浮顶自下而上由耐高温柔性膜层、保温层和蜂窝状柔性膜层组成，在保温层中设置有若干自动排气阀以将施工安装过程中保温层中多余的空气排除，保持压力平衡。该技术方案虽然可在一定程度内，保持保温层和大气之间的压力平衡，但是强风天气下形成的空气涡流可产生较大的压差，从而局部卷起上部蜂窝状柔性膜层，同时专利也没有给出控制保温层内空气湿度、解决柔性膜层上方雨水囤积、排出等问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种蓄热水池漂浮保温盖，该蓄热水池漂浮保温盖具备防风，防雨和除湿功能。

为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种具备抗风、防雨、除湿功能的蓄热水池漂浮保温盖，包括底部柔性阻隔层、保温层和顶部柔性阻隔层，保温层位于底部柔性阻隔层和顶部柔性阻隔层中间，保温层中布置有空气流道，通过抽气设备在空气流道中形成负压，使得顶部柔性阻隔层受压紧贴保温层上，顶部柔性阻隔层上设置单向阀和直通阀，外部空气通过直通阀进入到保温层中。

漂浮保温盖具有特殊形状能够将雨水从边沿汇集到中心或者从中心汇集到边沿后排出。

所述保温层的厚度从四周边沿向中心位置逐渐降低，使得漂浮保温盖形成四周边沿高中心位置低的形状，漂浮保温盖的中心位置设置有排水泵。

所述保温层的厚度从中心位置向四周边沿逐渐降低，使得漂浮保温盖形成中心位置高四周边沿低的形状，漂浮保温盖的四周边沿设置有凹槽，凹槽中设置有排水管。

保温层厚度的变化幅度为每前进1米厚度改变2-10毫米，保温层的厚度不小于20厘米。

保温层自下而上由底部格栅，保温材料层和顶部格栅组成，空气流道布置在保温材料层中，空气流道将底部格栅和顶部格栅相连通。

空气从底部格栅经空气流道流动到达顶部格栅的最短距离不小于1米。

底部格栅和顶部格栅由水和空气可自由流动的多孔介质材料制成。

顶部柔性阻隔层上设置有至少两个直通阀，至少一个直通阀与抽气设备相通，至少一个直通阀位置不定，根据设定周期逐个替换单向阀。

上述顶部柔性阻隔层上面布置配重装置，配重装置沿保温盖中心点的径向方向布置。

本发明具有的技术效果：

1、通过调整保温层厚度，在保温盖上部形成特定形状，以有效排出顶部柔性阻隔层上方的雨水，解决雨水囤积排出问题；

2、保温层中设置空气流通通道，通过抽气设备在保温层中形成负压，使得顶部柔性阻隔层受压紧贴保温层，一方面可在强风天气下避免顶部柔性阻隔层被强风扬起；同时外部压力也可防止柔性阻隔层自身的变形隆起，避免雨水囤积；

3、外部空气在负压作用下，通过直通阀置换保温层内高温、高湿的空气。通过定期轮流移动直通阀位置，充分均匀置换保温层内气体，避免死角，以控制保温层内空气湿度，提高保温材料的保温性能，减缓保温材料的老化。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1为蓄热水池漂浮保温盖的使用示意图；

图2为图1中A节点详图，为保温层结构及保温层中空气流道示意图；

图3保温层中空气流道及保温层负压通风除湿示意图；

其中：

1.侧面柔性阻隔层、2.底部柔性阻隔层、3.保温层、4.顶部柔性阻隔层，5.蓄热水体、6.围堰、7.土壤、8.排水泵、9.人孔、10.漂浮保温盖中心位置、11.单向阀、12.直通阀、13.抽吸泵、14.空气流道、15.止回片、31.底部格栅、32.保温材料层、33.顶部格栅。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步描述：

实施例1

图1显示的是一蓄热水池，热水池由侧面柔性阻隔层1、漂浮保温盖和二者包裹而成的水体5组成。该蓄热水体5可为方形、圆形或其他不规则形状。在综合考虑建设难度、造价等因素下，优选蓄热水体形状为倒置的去除顶部的金字塔形状。本专利将以去除顶部的金字塔形状为例进行描述，但是本专利的使用范围不限于金字塔形。

侧面柔性阻隔层1与周边土壤7接触。蓄热水池的周边设置围堰6以防止水体溢出。漂浮保温盖由底部柔性阻隔层2、保温层3和顶部柔性阻隔层4组成。在漂浮保温盖上设置人孔9。人孔9是水体内部检修通道，由可拆卸的保温材料和上盖板组成。人孔9的形状可根据实际情况优化设计，一种优选的形状为圆形。通过调整保温层3的厚度，在保温盖上部形成特定形状，以有效排出顶部柔性阻隔层4上方的雨水，解决雨水囤积排出问题。一种可选的方案是保温层3厚度自蓄热水池边沿向水池中心逐渐降低，水池的中心位置10即保温层最薄的位置，形成的效果是顶部柔性阻隔层4的高度自蓄热水池边沿向漂浮保温盖中心位置10逐渐减低，形成一种类似漏斗的形状。一个可用的方案是每往漂浮保温盖中心位置10方向前进1米漂浮保温盖的厚度降低2-10 mm。在漂浮保温盖中心位置10处设置排水泵8。上述保温层3的厚度可根据保温性能的需求灵活选择，但一般不小于20厘米，最佳的厚度为20-80厘米。上述设计方案的效果是在遇降雨时，雨水将顺顶部柔性阻隔层4形成的坡度汇集到漂浮保温盖中心位置10处，排水泵8监测到水位变化，自动启动水泵将雨水排出。

另一种可选的保温盖设计方式是沿从蓄热水池边沿往蓄热水池中心方向，保温层厚度逐渐增加，形成一种类似雨伞的形状。一个可用的方案是每往漂浮保温盖中心位置10方向前进1米漂浮保温层3的厚度增加2-10 mm。在蓄热水池边沿处形成凹槽，在凹槽内放置排水管，以浮子控制排水管的开闭。该技术方案形成的效果是在降雨时，雨水顺顶部柔性阻隔层4形成的坡度由漂浮保温盖中心流向蓄热水池边沿，并在边沿凹槽内形成一定高度的液面。当液面高度高于特定阈值时，浮子开关打开，雨水被抽吸入排水管排出。上述保温层3的厚度可根据对保温性能的要求灵活选择，但一般不小于20厘米，最佳的厚度为20-80厘米。

上述保温层3可用的材料包括但不限于陶粒、蛭石、不同类型的发泡棉材料如聚苯发泡、聚氯乙烯发泡、聚氨酯发泡和聚乙烯发泡等，但一般热传导率不应大于0. 1W/m.K，最佳的导热率为不大于0.05W/m.K。

上述顶部柔性阻隔层4上面布置配重装置。上述配重装置沿保温盖中心点的径向方向布置，根据具体需要，上述配重装置的重量可以是均匀分布，也可从外往里逐渐增加或逐渐降低，但宗旨是平衡保温层3厚度不均对水面造成的影响，避免底部柔性阻隔层2在受力不均时产生弯曲变形。

本专利的另外一个特征是在保温层3中布置空气流通通道。如图2所示，保温层3自下而上由底部格栅31，保温材料层32和顶部格栅33组成。底部格栅31位于底部柔性阻隔层2和保温材料层32之间，由透气、透水、耐压的多孔介质材料制成，允许渗透通过上述底部柔性阻隔层2的水气自由流动，同时底部柔性阻隔层2上少许积水也可在底部格栅31中自由流动。上述顶部格栅33位于顶部柔性阻隔层4和保温材料层32之间，由透气、透水、耐压的多孔介质材料制成，水和空气可自由流动。在上述保温材料层32中有规律地布置有空气流道14。上述空气流通通道可有多种设计方式，形成不同的形状，但必须要保证的是，空气从底部格栅31流动到达顶部格栅33的最短距离不小于1米。一种可选的设计方案如图2所示。上述保温材料层32由三层保温材料组成，错位放置，在两块保温板之间形成空气流道14。顶部柔性阻隔层4上焊接若干单向阀11和至少两个直通阀12，直通阀12允许空气在保温层3和大气之间自由流动，单向阀11设置有止回片15，只允许空气从保温层3流向大气的单向流动。单向阀11和直通阀12紧靠空气流道14安装，且均匀排布在蓄热水池的周边。单向阀11和直通阀12可以方便拆卸、相互调换。单向阀11和直通阀12与蓄热水池周边围堰的距离可以是3-6米。空气流道14均匀遍布于整个保温层，一种可选的设计方案是上述空气流道14形成网格结构，如图3所示。单向阀11或直通阀12之间的距离可根据单向阀的流阻、保温层内空气湿度优化设计，但一般在3米和9米之间。

本专利的另外一个技术特征是通过抽气设备在保温层的空气流道14中形成负压，使得顶部柔性阻隔层4在压力作用下紧贴保温层3。一方面可在强风天气下避免顶部柔性阻隔层4被强风扬起；同时外部压力也可防止柔性阻隔层4自身的变形隆起，避免雨水囤积。在顶部柔性阻隔层4上布置若干单向阀和至少两个直通阀，其中至少一个直通阀位置固定，至少一个直通阀位置不定，通过定期轮流移动直通阀位置，外部空气在负压作用下，置换保温层内高温、高湿的空气，以控制保温层内空气湿度，提高保温材料的保温性能，减缓保温材料的老化。一种优选的方案如图3所示。在蓄热水池的周边至少设置两个直通阀12，其中至少一个直通阀12与抽吸泵13连接。至少一个直通阀12不固定位置。一种可选的方案是直通阀12，按照一定方向，如顺时针或逆时针方向，逐步轮流替换单向阀11。如图3所示，直通阀12按顺时针方向，由#1位置处开始，随后#2位置处、#3位置处……、最后#N位置，逐个轮流替换单向阀11。完成一轮之后，再由#1位置处开始新一轮的循环。上述不同位置间替换的时间间隔可为1周和数个月之间。该方案的目的是保证整个保温层得到充分的通风，避免出现死角。因为保温盖中空气温度高、绝对湿度大，而大气温度较低，绝对湿度小，通过上述通风换气方案，大气中温度较低，绝对湿度小的干冷空气流入保温层3，保温层3中温度较高、湿度较大的湿热空气被抽吸排出，形成的效果是保温层内湿度降低，温度降低，但因通风换气量相对较小，造成的保温层额外热损失也相对较小。

本领域技术人员将会认识到，在不偏离本发明的保护范围的前提下，可以对上述实施方式进行各种修改、变化和组合，并且认为这种修改、变化和组合是在独创性思想的范围之内的。

Claims (9)

1.一种具备抗风、防雨、除湿功能的蓄热水池漂浮保温盖，包括底部柔性阻隔层、保温层和顶部柔性阻隔层，保温层位于底部柔性阻隔层和顶部柔性阻隔层中间，其特征在于，保温层中布置有空气流道，通过抽气设备在空气流道中形成负压，使得顶部柔性阻隔层受压紧贴保温层上，顶部柔性阻隔层上设置单向阀和直通阀，外部空气通过直通阀进入到保温层中，顶部柔性阻隔层上设置有至少两个直通阀，至少一个直通阀与抽气设备相通，至少一个直通阀位置不定，根据设定周期逐个替换单向阀。

2.如权利要求1所述的一种具备抗风、防雨、除湿功能的蓄热水池漂浮保温盖，其特征在于，漂浮保温盖具有能够将雨水从边沿汇集到中心或者从中心汇集到边沿后排出的形状。

3.如权利要求2所述的一种具备抗风、防雨、除湿功能的蓄热水池漂浮保温盖，其特征在于，所述保温层的厚度从四周边沿向中心位置逐渐降低，使得漂浮保温盖形成四周边沿高中心位置低的形状，漂浮保温盖的中心位置设置有排水泵。

4.如权利要求2所述的一种具备抗风、防雨、除湿功能的蓄热水池漂浮保温盖，其特征在于，所述保温层的厚度从中心位置向四周边沿逐渐降低，使得漂浮保温盖形成中心位置高四周边沿低的形状，漂浮保温盖的四周边沿设置有凹槽，凹槽中设置有排水管。

5.如权利要求3或4所述的一种具备抗风、防雨、除湿功能的蓄热水池漂浮保温盖，其特征在于，保温层厚度的变化幅度为每前进1米厚度改变2-10毫米，保温层的厚度不小于20厘米。

6.如权利要求1所述的一种具备抗风、防雨、除湿功能的蓄热水池漂浮保温盖，其特征在于，保温层自下而上由底部格栅，保温材料层和顶部格栅组成，空气流道布置在保温材料层中，空气流道将底部格栅和顶部格栅相连通。

7.如权利要求6所述的一种具备抗风、防雨、除湿功能的蓄热水池漂浮保温盖，其特征在于，空气从底部格栅经空气流道流动到达顶部格栅的最短距离不小于1米。

8.如权利要求6所述的一种具备抗风、防雨、除湿功能的蓄热水池漂浮保温盖，其特征在于底部格栅和顶部格栅由水和空气可自由流动的多孔介质材料制成。

9.如权利要求1所述的一种具备抗风、防雨、除湿功能的蓄热水池漂浮保温盖，其特征在于，上述顶部柔性阻隔层上面布置配重装置，配重装置沿保温盖中心点的径向方向布置。