专利名称：季节性低位能地表水蓄热方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种季节性低位能地表水蓄热方法及其设备，属于天然能源利用及蓄 热技术。
背景技术：
将冷/热量储存在某种介质或材料中，在另一时段释放出来的系统称为蓄能系 统。当冷/热量以显热或潜热形式储存在某种介质中，并能够在需要时释放出冷/热量的 空调系统称为蓄冷/热空调系统。利用季节性温差和低位能地表水来存储能量(冷/热 量)用于空调目的的系统称为季节性低位能地表水蓄能空调系统。蓄冷/热技术是上世纪 80年代从国外首先发展起来的高效节能技术。1979年美国率先编写并出版了《建筑物非 峰值期降温导则》，其后开始大面积推广应用电锅炉蓄热技术。到上世纪90年代美国已有 40多家电力公司从事蓄热系统的研制工作，重点放在太阳能、地热方面，欧洲、日本等经济 发达国家以及我国的台湾地区也在上世纪80年代开始了蓄热技术的应用研究。目前发达 国家采用电锅炉蓄热技术已经普遍推广，太阳能、地热的蓄热也有进展，但蓄热技术的开发 相对蓄冷技术进展缓慢，我国上世纪90年代也开始开发蓄热技术的研制工作，重点也是放 在太阳能、地热、电锅炉蓄热。以电锅炉蓄热发展较快，目前在许多地区得到推广。但是这 种蓄热技术使用的水都是当季的普通生活用水，所以蓄能节能的效果很有限。在低位能利 用的研究中，国内外学者把大部分精力都集中在研究太阳能、地热和可再生能源几个领域， 而忽略了自然环境中隐藏的能量，不难发现自然界的江河湖海等地表水中也蕴含着大量的 潜能，具有很大的开发潜力。我国具有丰富的地表水资源，特别是在我国的南方地区随处可 见，但是没有发挥其中所储存潜能的作用。如何充分利用这些能量，一直是科研人员努力探 索的难题。可以设想将这些天然能量运用到能耗日益增多的全年空调中去，平均每一万平 方建筑，一小时就可以节省250kw/104m2h电耗，C02每年的减排量可达370吨。
发明内容
本发明的目的是提出一种季节性低位能地表水蓄热方法及其设备，利用季节性温 差通过低位能的地表水将夏天地表水进行收集、储藏、保温，冬季使用，运用到供热系统中 去，从而减轻或取代部分火电负荷、降低火力发电的燃煤量、减少二氧化碳排放，其节能减 排的社会效益和现实意义极大。为实现上述目的，本发明所设计的季节性低位能地表水蓄热方法，包括如下步 骤1)在高温季节收集取自江、河、湖水距离水面20cm以内的水，水温在25°C以上；2)如果水质不符合工业用水标准，则将收集到的水进行沉淀、过滤处理；3)将上述符合工业用的水，送到吸热保温浅容器中，由太阳直接照射使水温升高 到 35°C 48 °C ；4)将升温后的水送到埋入地下的隔热储水库储藏；
5)低温季节使用时，将步骤4)储藏的水作为蓄能空调的热源以及其它取暖、生活 用水、生产用水的热源。所述的季节性低位能地表水蓄热方法，用于步骤3)升温的吸热保温浅容器是循 环工作的，即将步骤3)升温后的水送到步骤3)隔热储水库储藏后，再将步骤2)的水加入 到吸热保温浅容器进行吸热升温，水升到35°C 48°C，再将吸热保温浅容器中的热水送到 埋入地下的隔热储水库储藏；如此反复。所述的季节性低位能地表水蓄热方法，其用于步骤3)升温的吸热保温浅容器是 吸热池，吸热池的内表面涂有吸热层，蓄水200mm 500mm深。用于实现上述方法的季节性低位能地表水蓄热设备，主要是依次由管路连接的取 水部分、沉淀部分、吸热保温浅容器、隔热储水库、提升泵和换热水槽。所述的取水部分组成之一，包括水泵，与水泵连接的取水管，取水管进水口与集水 器的出水口连接，集水器的进水口在集水器的侧壁，高于出水口，进水口上有过滤网，进水 口位于水表面下5 20cm处。所述的取水部分组成之二，包括水泵，与水泵连接的取水管，取水管的进水口与集 水器的出水口连接，集水器的进水口是向上的喇叭状口，喇叭状口与水表面平行，喇叭状口 上有过滤网，并且定位于水表面下5 20cm处。所述的吸热保温浅容器之一采用吸热池，吸热池的池底和池壁包括本体、隔热层、 防水层，池内表面涂吸热层；吸热池的深度为0. 5 lm。进一步地，吸热池上方用玻璃布膜 覆盖，玻璃布膜由框架支撑固定。在玻璃布膜中镶嵌或粘接有太阳聚焦镜，太阳聚焦镜是直 径为1. 0 2. 0m的凸透镜。太阳聚焦镜也由框架支撑固定。所述的吸热保温浅容器之二采用吸热盒，吸热盒的底和壁包括隔热层，盒内表面 涂吸热层；吸热盒的深度为0. 5 lm。所述的隔热储水库埋入地下3 5m，隔热储水库采用双层防水墙设计，由外层防 水墙和内层防水墙构成，外层防水墙和内层防水墙之间设置有空气隔热层或真空隔热层， 外层防水墙和内层防水墙的墙体结构均由一侧防水保温层、中间砌体和另一侧膨胀聚苯绝 热板复合而成。本发明的优点主要体现在如下几个方面其一，本发明采用创新的蓄能方式，实现了能量季节性的转移，将所蓄能量运用到 现有的取暖系统中去，节能减排效果将十分显著，可带来巨大的经济效益和社会效益。其二，本发明充分开发了水的“蓄能”作用，将水作为新能源和环保能源使用，其经 济效益和社会效益同样是不可估量的。其三，本发明充分利用地下环境设置隔热储水库，采用双层防水墙设计，既保证了 隔热效果，又不占良田好土。特别是使大量利用低位能水蓄能具用了可行性和安全性。其四，充分利用太阳能，达到利用自然能源的目的，实现节能、环保、节约自然资源 的目的。其五，本系统结构简单紧凑，运行操作简单，维护工作量少。其六，以蓄能空调代替了传统空调，起到节能作用。其七，吸热装置的结构简单，造价便宜，效果好，适于大容量水水温的提升。
图1是本发明的设备结构示意图。图2是本发明设备中取水部分的另一种结构示意图。图3是图1中取水部分的俯视结构示意图。图4是本发明设备中隔热储水库的结构示意图。图5是本发明设备中吸热盒的结构示意图。图6是本发明设备中吸热池的结构示意图。图7是本发明设备中吸热池的另一种结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步的详细说明图1是本发明设备的结构示意图依次由管路连接的取水部分1、过滤沉淀部分2、 吸收太阳能的吸热保温浅容器3、隔热储水库4、提升泵5、换热水池6、用户泵7、用户8。图1中取水部分包括水泵la，与水泵连接的取水管lb，取水管进水端口安装喇叭 状集水器lc，集水器lc的喇叭口向上与水表面平行，进水口上有过滤网，并且定位于水表 面下5 20cm处。图2是本发明的取水部分另一种实施例取水部分包括水泵la，与水泵连接的取 水管lb，取水管进水口与集水器lc的出水口 lc2连接，集水器lc的进水口 lcl在集水器 lc的侧壁，高于出水口，进水口上有过滤网，进水口 lcl位于水表面下5 20cm处。图3是图1中取水部分的俯视结构示意图。取水部分包括水泵la，与水泵连接的 取水管lb，取水管进水端口安装多个集水器lc，取水管连接到过滤沉淀部分2，过滤沉淀部 分2连接到吸收太阳能的吸热保温浅容器3。取水部分可保证收集到的地表水是取自江、河、湖水距离水面20cm以内的水，以 保证收集到温度最高的水。图4是隔热储水库的结构示意图所述的隔热储水库埋入地下3 5m。隔热储水 库4采用双层防水墙设计，由外层防水墙4a和内层防水墙4b构成，外层防水墙4a和内层 防水墙4b之间设置有空气隔热层4c，外层防水墙4a和内层防水墙4b的墙体结构均由一侧 防水保温层、中间砌体和另一侧膨胀聚苯绝热板复合而成。隔热储水库保障储藏的水散热 达到最低限度。外门设有双重自动保温门。图5是吸热盒的结构示意图吸热保温浅容器采用吸热盒，吸热盒的底和壁包括 隔热层3. 1，盒内表面涂吸热层3. 2 ；吸热盒的深度为0. 5 lm。吸热盒的面积一般为10 50m2，采用多个。吸热盒3是放在水面的，用轻质隔热材料制成，开启进水阀将水由湖面引 入吸热盒，当水温达到要求时，通过吸热盒底部吸水口泵入隔热储水库。水不通过沉淀池。图6是吸热池的结构示意图吸热保温浅容器采用吸热池3，吸热池3包括本体 (砌体)3a、隔热层3b、防水层3c，池内表面涂吸热层3d ；吸热池3深度为0. 5 lm。在吸热池3上方用玻璃布膜3e覆盖，玻璃布膜由轻钢结构框架3f支撑固定。在 玻璃布膜中镶嵌或粘接有太阳聚焦镜3g，太阳聚焦镜3g是直径为1. 0 2. 0m的凸透镜，太 阳聚焦镜3g也由框架3f支撑固定。在玻璃布膜3e上涂覆有三层炭黑，以帮助吸热。图7是吸热池的另一种结构示意图在吸热池3内由立柱3h支撑框架3f，玻璃布膜3e覆盖在四周和框架3f上面。在玻璃布膜3e中镶嵌太阳聚焦镜3g，太阳聚焦镜3g是 直径为1. 0 2. 0m的凸透镜，太阳聚焦镜3g由框架3f上的固定装置3i夹紧，固定装置3i 内有橡胶垫和填充材料3j ；在玻璃布膜3e上涂覆有三层炭黑，以帮助吸热。上述吸热池3的形状和规格可以有多种，比如规格为50mX25mX (0. 5 l)m的方 形平底浅池，池内表面涂吸热层3d，池中蓄水高度为200mm 800mm深，可以最大限度地吸 收太阳能，保证水温升高。当气温较高、太阳辐射好时，池中蓄水高度可以高些，当气温一 般、太阳辐射较差时，池中蓄水高度要低些。吸热池也可根据项目情况设置多个，吸热池的 总面积依据所需储藏水的容积和温度要求设计。吸热池中吸收太阳能升温的过程可以贯穿 整个高温季节，一般选择气温在28°C以上的晴朗天气进行步骤1) 步骤3)的操作，使隔热 储水库中的热水积累增加。吸热池的总容积可根据项目的要求来确定，一般单个不宜太大和太小，而且至少 要求设二个池子，以便池子清理时替换使用。吸热层根据项目要求可以选择炭黑或浙青，浙 青厚度为10 20謹，炭黑可以刷3 5遍。吸热池可根据项目的大小和投资情况分别选用以下任一方式1)单独吸热池；2) 吸热池上方用玻璃布膜；3)吸热池上方用太阳聚焦镜；4)吸热池上方用玻璃布膜及太阳聚
o本发明也可以将沉淀池表面采用浙青和炭黑全部涂黑，达到吸收太阳能的作用。 浙青厚度为10 20mm，炭黑可以刷3 5遍。本发明的方法步骤如下1)在高温季节，如夏季气温在28°C以上，采用本发明的取水部分收集地表各种形 式存在的水，特别是是取自江、河、湖水距离水面20cm以内的水以上的水，以保证收集到温 度最高的水，水温在25°C以上；2)将收集到的水进行沉淀初步处理，如果水质不符合工业用水标准则另行处理；3)将处理后的水，送入吸热池(平底浅池中)蓄水高度为200mm 800mm，由太阳 直接照射使水温升高到35°C 48°C ；4)升温后的水送到埋入地下的隔热储水库储藏；步骤3)和步骤4)反复进行，将隔热储水库4储藏的热水积累到足够的容量。5)低温季节使用时，将步骤4)储藏的水作为蓄能空调的热源以及其它取暖、生活 用水、生产用水的热源。由提升泵5将热水送至换热水池6，再由用户泵7抽吸给用户8使用。当步骤3)采用吸热盒时，吸热盒有很多。同样是步骤3)和步骤4)反复进行，将 隔热储水库4储藏的热水积累到足够的容量。到冬季将储藏的水通过板式热交换器与空调系统的热水管进行热交换实现空调 供热过程，当换热水池6中的热水达不到取暖温度时，可采取辅助加热继续升温。以10000平方米办公楼利用本发明低位能蓄能采暖系统为例，基本数据分析说明 如下按照国家有关采暖设计规范，现以某10000平方米建筑面积的办公楼的冬季采暖 为例，在不考虑蓄热保温及热交换损失等相关因素的条件下，经过计算可得出如下结论1、热水库容量一个10000平方米建筑面积的一般办公楼一个冬季要满足设定条件下的采暖运行，如果以获取20°C温差的水为例，实际所需蓄热水库容量理论值为 12939m3。2、单位体积热水20°C、30°C、4(rC温差的换热量lm320°C、30°C、40°C温差的水的 换热量分别为 23. 26kW*h/m3、34. 89kW*h/m3、46. 52kW*h/m3。3、常规采暖如果采用常规热泵采暖，一个10000平方米建筑面积的一般办公楼 要满足设定条件下的一个冬季采暖运行，热泵机组主机的总耗电量约为100027度电。4、常规节能减排一个10000平方米建筑面积的一般办公楼要满足设定条件下的 一个冬季采暖运行，如果省去常规采暖热泵主机总耗电量100027度电的话，就相当于减排 二氧化碳99727公斤。5、本发明夏蓄冬用节能减排一个10000平方米建筑面积的一般办公楼要满足设 定条件下的一个冬季采暖运行，按夏天蓄热冬天供暖的思路，如果以获取20°C温差的水为 例，相当于节省300960kW*h的热负荷，等于减排二氧化碳300057公斤。
权利要求
一种季节性低位能地表水蓄热方法，包括如下步骤1)在高温季节收集取自江、河、湖水距离水面20cm以内的水，水温在25℃以上；2)如果水质不符合工业用水标准，则将收集到的水处理直到达标为止，符合工业用水标准的水，进行以下步骤；3)将符合工业用水标准的水送到吸热保温浅容器中，蓄水200mm～500mm深，由太阳直接照射使水温升高到35℃～48℃；4)将升温后的水送到埋入地下的隔热储水库储藏；5)低温季节使用时，将步骤4)储藏的水作为蓄能空调的热源以及其它取暖、生活用水、生产用水的热源。
2.根据权利要求1所述的季节性低位能地表水蓄热方法，其特征在于用于步骤3)升 温的吸热保温浅容器是循环工作的，即将步骤3)升温后的水送到步骤4)隔热储水库储藏 后，再将步骤2)的水加入到吸热保温浅容器进行吸热升温，使水温升到35°C 48°C，再将 吸热保温浅容器中的热水送到埋入地下的隔热储水库储藏；如此反复。
3.一种用于实行权利要求1所述方法的季节性低位能地表水蓄热设备，其特征在于 该设备包括依次由管路连接的取水部分(1)、沉淀部分(2)、吸热保温浅容器(3)、隔热储水 库(4)、提升泵(5)和换热水槽(6)。
4.根据权利要求3所述的季节性低位能地表水蓄热设备，其特征在于取水部分包括 水泵(la)，与水泵连接的取水管(lb)，取水管(Ib)的进水口与集水器(Ic)的出水口连接， 集水器(Ic)上有过滤网的进水口在集水器(Ic)的侧壁，高于出水口，进水口位于水表面下 5 20cm处。
5.根据权利要求3所述的季节性低位能地表水蓄热设备，其特征在于取水部分包括 水泵(la)，与水泵连接的取水管(lb)，取水管(Ib)的进水口与集水器(Ic)的出水口连接， 集水器(Ic)的进水口是向上的喇叭状口，喇叭状口上有过滤网，喇叭状口与水表面平行， 喇叭状口定位于水表面下5 20cm处。
6.根据权利要求3或4或5所述的季节性低位能地表水蓄热设备，其特征在于吸热 保温浅容器(3)采用吸热池，吸热池(3)的池底和池壁包括本体(3a)、隔热层(3b)、防水层 (3c)，池内表面涂吸热层(3d)。
7.根据权利要求6所述的季节性低位能地表水蓄热设备，其特征在于在吸热池(3) 上方覆盖有玻璃布膜(3e)，玻璃布膜(3e)由框架(3f)支撑固定。
8.根据权利要求6所述的季节性低位能地表水蓄热设备，其特征在于在吸热池(3) 上方布置太阳聚焦镜(3g)，太阳聚焦镜(3g)由框架(3f)支撑，由框架(3f)上的固定装置 (3i)夹紧。
9.根据权利要求7所述的季节性低位能地表水蓄热设备，其特征在于在玻璃布膜 (3e)中镶嵌太阳聚焦镜(3g)，太阳聚焦镜(3g)由框架(3f)上的固定装置(3i)夹紧固定， 且玻璃布膜(3e)与太阳聚焦镜(3g)粘接。
10.根据权利要求3或4或5所述的季节性低位能地表水蓄热设备，其特征在于吸 热保温浅容器(3)采用吸热盒，吸热盒的底和壁包括隔热层(3. 1)，吸热盒内表面涂吸热层 (3. 2)。
11.根据权利要求3或4或5所述的季节性低位能地表水蓄热设备，其特征在于隔热储水库⑷埋入地下3 5m，隔热储水库⑷采用双层防水墙设计，由外层防水墙(4a)和 内层防水墙(4b)构成，外层防水墙(4a)和内层防水墙(4b)之间设置有空气隔热层或真空 隔热层(4c)， 外层防水墙(4a)和内层防水墙(4b)的墙体结构均由一侧防水保温层、中间砌 体和另一侧膨胀聚苯绝热板复合而成。
全文摘要
本发明公开了一种季节性低位能地表水蓄热方法及其设备。该方法是在高温季节收集地表各种形式存在的25℃以上的水，进行初步处理；将处理后的水在吸热池中吸收太阳能升温，升温到35℃～48℃；升温后的水送到埋入地下的隔热储水库储藏；低温季节使用时，将储藏的水作为蓄能空调的热源以及其它取暖、生活用水、生产用水的热源。其设备包括依次由管路连接的取水部分、沉淀部分、吸热保温浅容器、隔热储水库、提升泵和换热水槽。本发明开发了蕴藏在水中的低位能，特别是利用了夏季高位太阳能和水中的显热等，通过多种蓄能方式将夏天温水中的低位能转移到冬天使用，可减轻火电负荷、降低二氧化碳排放，节能减排效果明显。
文档编号F24J2/48GK101825361SQ200910060990
公开日2010年9月8日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者何杰, 唐宏明, 胡书传, 陈义龙 申请人:武汉凯迪控股投资有限公司