耦合可再生能源的蓄能調溫墻體系統及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及建筑節能和可再生能源利用技術領域，具體涉及耦合可再生能源的蓄能調溫墻體系統及其使用方法。
【背景技術】
[0002]利用太陽能提供熱量供暖來降低建筑能耗，替代常規以化石能源提供供暖而帶來的能耗，具有廣泛的前景。但是在對太陽能的熱利用中，易受陰雨、晝夜、霧霾以及季節性等因素的影響，具有不穩定性，且一般只能利用太陽直射的輻射量，吸收的太陽能熱量非常有限，并不能大規模的替代常規能源。一般利用太陽能直供供暖，必須裝備輔助熱源系統，由于太陽能分布的非連續性和不均勻性，造成輔助熱源工作時間較長，因此在很多太陽能供暖的案例中，供熱成本較高，經濟性較差。
[0003]相變材料潛熱蓄熱具有蓄熱量大、體積小、蓄放熱溫度近似恒定等優點，已被廣泛研宄應用于建筑中。但是，相變蓄能材料是一種靠自身物理形態的變化來儲存/釋放能量的材料，本身并不產能，被動式地應用雖然增強了建筑的熱惰性，但是本身并未對可再生能源進行利用率。
[0004]申請號為201210169219.5的中國專利公開了一種用于地板輻射采暖的太陽能相變儲能復合材料及其制備方法，該相變儲能材料由肉豆蔻酸、軟脂酸、石蠟組成，該相變儲能復合材料填裝于儲熱罐里，將儲熱罐安裝在熱水箱與太陽能熱水器之間，吸收白天太陽能產生的熱量，在夜晚或環境溫度降低時，相變復合材料固化放熱，從而持續提供40°C左右的熱水來保證地板輻射采暖正常進行。其不足之處在于該專利將相變材料放置在熱水箱處，不僅在一定程度上使得相變材料的用量較小，蓄能能力較低，最重要的是忽略了相變材料維持室溫穩定這一作用；其次，夏季工況時完全是凝固狀態，不能夠實現相變材料調節室內氣溫的跨季節應用，只可在供暖季進行使用；再次向室內提供的熱水溫度過高，會造成室內過熱或停止供熱后室溫下降較快等極端問題的出現。
[0005]專利號為ZL201320137266.1的中國專利公開了一種家用中央太陽能采暖系統，用于給房屋室內的地暖提供熱量，其不足之處在于該系統只可在供暖季使用，不可實現跨季節的應用；其次該系統中相變材料僅作為蓄熱單元使用，而忽略了相變材料維持室溫穩定的作用。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種耦合可再生能源的蓄能調溫墻體系統及其使用方法。該調溫墻體系統將太陽能、淺層土壤地熱能及相變墻體蓄能進行三級耦合，實現了可再生能源在系統中連續穩定的利用，降低建筑運行能耗，滿足系統內建筑冬夏熱舒適性的要求，提高了系統的全年利用率，實現了全年工況的主動式建筑圍護結構供能/蓄能應用。本發明系統使用方法在加強墻體蓄熱性能和熱惰性的同時，將自然冷熱源耦合于墻體系統，與單純被動式利用相變材料相比，提高了自然能源的利用效率，節約常規建筑供能能源消耗。
[0007]本發明解決耦合可再生能源的蓄能調溫墻體系統技術問題的技術方案是:
[0008]設計一種耦合可再生能源的蓄能調溫墻體系統，其特征在于該系統包括調溫墻體、太陽能裝置和淺層土壤換熱管；太陽能裝置安裝在房間的屋頂上，淺層土壤換熱管埋在地下；調溫墻體同時與太陽能裝置和淺層土壤換熱管連接；
[0009]所述淺層土壤換熱管一端連接有供水管路三通換向閥、換熱管水泵和換熱管流量計，另一端通過管路連接有回水管路三通換向閥；
[0010]所述太陽能裝置包括可追蹤型槽式太陽能集熱器、水箱、輔助熱源、太陽能裝置水泵、太陽能裝置流量計、排氣閥、管路第一電磁閥、管路第二電磁閥、水箱第一電磁閥、太陽能第一電磁閥、太陽能第二電磁閥、太陽能第三電磁閥和水箱第二電磁閥；所述水箱內設有輔助熱源；可追蹤型槽式太陽能集熱器進水處設有排氣閥；
[0011 ] 所述調溫墻體沿室內到室外的方向依次包括內墻抹灰層、相變蓄能板材、粘結砂漿、內部墻體和外墻抹灰層，所述相變儲能板材沿墻體高度方向上均勻嵌有小管徑盤管；所述小管徑盤管的進水端和出水端均位于調溫墻體的底部，小管徑盤管的進水端依次通過淺層土壤換熱管的換熱管流量計、換熱管水泵及供水管路三通換向閥與淺層土壤換熱管的出水端連接；淺層土壤換熱管的進水端通過水管與回水管路三通閥的一端連接；回水管路三通閥的另一端與小管徑盤管的出水端連接，回水管路三通閥的第三端通過水箱第二電磁閥與水箱的左端相連，回水管路三通閥的第三端依次通過管路第二電磁閥、太陽能第一電磁閥與水箱的右端連接；管路第二電磁閥又通過太陽能裝置流量計與可追蹤型槽式太陽能集熱器的出水端連接；
[0012]可追蹤型槽式太陽能集熱器的出水端通過管路第一電磁閥與供水管路三通換向閥的第三端相連，同時可追蹤型槽式太陽能集熱器的出水端通過管路第一電磁閥及水箱第一電磁閥與水箱左端連接；可追蹤型槽式太陽能集熱器的出水端又依次通過太陽能第三電磁閥、太陽能裝置水泵及太陽能第二電磁閥與水箱的右端連接。
[0013]本發明解決耦合可再生能源的蓄能調溫墻體系統使用方法技術問題的技術方案是，設計一種上述耦合可再生能源的蓄能調溫墻體系統的使用方法，其特征在于該使用方法分為三種工況模式，具體是:
[0014](I)冬季工況模式:
[0015]在太陽能充足的時候，即輻射照度為I等級的時候，太陽能集熱器直接與調溫墻體所在的房間形成閉合循環回路，即太陽能集熱器出水端、管路第一電磁閥、供水管三通換向閥、換熱管水泵、換熱管流量計、小管徑盤管、回水管三通換向閥、管路第二電磁閥、太陽能裝置流量計和太陽能集熱器進水端依次形成閉合循環回路；
[0016]在太陽能不充足的時候，即輻射照度為II等級的時候，太陽能集熱器與帶有輔助熱源的水箱形成閉合回路，通過輔助熱源對該閉合回路里的水進行循環加熱，即太陽能集熱器出水端、太陽能第三電磁閥、太陽能裝置水泵、太陽能第二電磁閥、水箱、太陽能第一電磁閥、太陽能裝置流量計、太陽能集熱器進水端依次形成閉合回路；當水箱內水的溫度達到設定溫度時，由換熱管水泵將熱水送入調溫墻體所在的房間，在換熱管水泵的作用下，水箱內的熱水依次經過水箱第一電磁閥、供水管路三通換向閥、換熱管水泵、換熱管流量計、小管徑盤管、回水管路三通換向閥及水箱第二電磁閥而循環回水箱內，使調溫墻體內始終保證有指定溫度的循環熱水；
[0017]在沒有太陽能的時候，即輻射照度為III等級的時候，輔助熱源持續加熱水箱內的水，加熱后的熱水在水箱與調溫墻體所在房間內直接形成閉合的循環回路，即水箱出水端、水箱第一電磁閥、供水管路三通換向閥、換熱管水泵、換熱管流量計、小管徑盤管、回水管路三通換向閥、水箱第二電磁閥及水箱進水端依次形成的循環回路；
[0018]盤管中水媒介的溫度要比房間溫度高的多，所以房間白天供暖主要是靠小管徑盤管進行熱輻射供暖，與此同時，相變蓄能板材中的相變材料熔化吸熱，吸收小管徑盤管中熱水的熱量，并將熱量儲存在相變材料中，夜晚低溫的時候相變材料再凝固放熱，將儲存在相變材料中的熱量釋放到房間中，完成吸熱放熱循環；
[0019](2)夏季工況模式:
[0020]在換熱管水泵的作用下，淺層土壤換熱管內的冷水依次經過供水管路三通換向閥、換熱管水泵、換熱管流量計、小管徑盤管及回水管路三通換向閥再循環進入淺層土壤換熱管內，淺層土壤換熱管里面的水媒直接與淺層土壤換熱；
[0021 ] 當房間溫度高于相變材料熔化溫度時，相變材料熔化，吸收熱量，將房間內多余的熱量儲存在相變材料中，相變材料里面吸收的熱量通過淺層土壤換熱管里面的低溫水或者是夜晚開啟門窗帶走，完成吸熱放熱過程；
[0022](3)過渡季節工況模式:
[0023]關閉太陽能裝置和淺層土壤換熱管，開啟調溫墻體所在房間的門窗，控制房間內的空氣流動；當室溫過冷時，系統將開啟冬季工況模式；當室溫過熱時，系統將開啟夏季工況模式，通過工況模式轉化來維持過渡季節室內熱環境的舒適和穩定。
[0024]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
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