太阳能集热供暖系统

本发明涉及太阳能利用，具体涉及一种太阳能集热供暖系统。

背景技术：

1、

2、建筑屋顶作为建筑的“第五立面”，随着城市化的不断发展，建筑屋顶的面积也随着建筑面积的增长而增加，城市中建筑屋顶的面积占城市总面积约25%，同时屋顶又是建筑接受太阳辐射最强烈最直接的部分，充分利用建筑屋顶资源发展分布式光伏，实现太阳能资源的多元利用，是建筑节能降碳的技术手段之一。

3、关于建筑屋顶太阳能资源的利用，目前大多为设置集热器供给生活热水、设置光伏阵列发电，但是利用集热器进行供暖的保证率较低，且室内管路系统复杂，设置光伏阵列发电受到光电转化效率的限制，其实际热转换利用效率较低。对于我国北部或山地的部分寒冷地区，存在早晚温差大的特点，在夜晚温度可低至零摄氏度以下，但晴日中午室外太阳直射区域温度可达二十至三十摄氏度。这样的寒冷区域，现有技术中通常只能依靠开窗通风以及屋顶设置亮瓦等方式利用太阳能增加室内温度，太阳能利用效果较差。故如果能够设计一种可以更好地利用室外太阳能增加室内温度的方案，则对寒冷地区的太阳能利用以及节能减排具有较大意义。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种可以更好地利用室外太阳能提高室内温度，补充建筑热负荷需求，提高太阳能热转换利用效率的太阳能集热供暖方法及其太阳能集热供暖系统。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种太阳能集热供暖方法，其特征在于，在室外采用聚焦反射的方式，利用太阳光聚焦反射加热液态的相变材料使其气化，将气化状态的相变材料直接输送至室内液化放热，再将室内液化后的相变材料重新输送至室外供太阳光反射加热气化，以此形成循环转换为室内供暖。

4、本方法直接利用相变材料吸收太阳光反射的热量气化后直接输送到室内再液化放热，这样直接转换热量的方式，和现有技术中均需要通过热水转换或者电能转换能量的太阳能利用方式相比，减少了转换步骤，极大地提高了太阳能利用效率，可以更好地利用室外太阳能提高室内温度，尤其适用于寒冷地区使用，可以更好地调节室内温度，补充室内热负荷需求，提高节能减排效果。

5、进一步地，本方法通过一种太阳能集热供暖系统实现，所述太阳能集热供暖系统，包括一个位于室外的太阳能集热装置和位于室内的散热装置，太阳能集热装置包括一个聚焦反射镜，聚焦反射镜整体为开口向上的球冠形，聚焦反射镜上方聚焦处位置设置有集热球，集热球外表面为受热面，集热器内部具有蒸发腔，集热球上端设置有集热球进口，下端具有向上突出于蒸发腔内的集热球出口，集热球出口和散热装置入口连通，散热装置出口通过回流管道和集热球进口连通形成相变材料循环系统，相变材料循环系统内设置有气液相变材料。

6、这样，上述太阳能集热供暖系统用于寒冷地区晴日室内取暖，只需气液相变材料的相变温度高于待工作时段的室内温度并低于聚焦反射镜聚焦处温度即可使用。工作时液态的相变材料随相变材料循环系统流动，从集热球进口进入到集热球的蒸发腔内，集热球受聚焦反射镜反射太阳光集中照射加热，相变材料气化，相变材料气化后从下端的集热球出口向下随连接管道穿过屋顶进入到散热装置内。散热装置位于屋内，温度高于低于相变温度，相变材料重新液化并通过回流管道回流至集热球上方，以此构成循环流动。通过相变材料在不同位置的气化和液化转化，直接吸收和释放太阳能热量进入到室内，省去了通过电能转换或热水转换等中间的换能环节；故极大地提高了热转换利用效率，且具有结构简单，实施方便，稳定可靠，热转换利用效率高等特点。

7、进一步地，聚焦反射镜四周向内上方斜向设置有支撑杆和集热球固定连接。

8、这样方便实现对集热球的支撑固定。

9、进一步地，集热球出口通过竖向设置的连接管穿过聚焦反射镜和屋顶与散热装置入口相连，连接管外设置有保温层。

10、这样更好地方便相变材料回流，同时隔热保温以提高热转换效率。

11、进一步地，聚焦反射镜包括整体呈球冠形的镜壳，镜壳内沿周向均布设置有多块呈类似扇形的镜片，镜片的上下两端沿镜壳边缘各设置有一个定位套环。

12、这样方便镜片的生产、安装和固定。

13、进一步地，镜片之间相隔形成排水槽，排水槽内设置有排水孔。

14、这样方便雨水的外排，避免集水。实施时，排水孔优选设置于排水槽下部位置，可以更好地排水。

15、进一步地，散热装置整体呈上窄下宽的盒体状，下底面设置有金属材质的热辐射板。

16、这样，散热装置通过热辐射板更好地向室内散发热量，使得内腔中的气态的相变材料重新液化。

17、进一步地，回流管道上还设置有一个位于散热装置斜下方的下储液箱和一个位于集热球上方的上储液箱，散热装置内腔最下端处依靠回流管道和下储液箱连通设置，下储液箱到上储液箱之间的回流管道上安装有回流泵。

18、这样，可以更好地实现液态相变材料的流动、存储、转运和回流控制。实施时，可以进一步在上储液箱内设置液位检测传感器和回流泵相连。这样检测到上储液箱内液态相变材料低于预设高度时，即开启回流泵将下储液箱内积蓄的液态相变材料抽至上储液箱，上储液箱内的液态相变材料可以依靠自重向下流动入集热球内气化，更加方便控制。实施时，上储液箱上端设置通气管道和大气连通，可以更好地方便其内的液态相变材料依靠自重控制下流。另外，实施时回流泵可以和一个蓄电池相连，蓄电池和一个设置在室外的太阳能电池板或者风力发电机相连。这样可以利用太阳能或风能作为液态相变材料回流的能量。无需外接电源，更好地节能减排。

19、进一步地，集热球上方连接的管道上还设置有光敏电动阀门。

20、这样，光敏电动阀门设置在集热球和上储液箱之间，依靠光敏电动阀门可以检测室外光照强度对集热球上方的管道流量进行自动控制，光照强时自动加大流量，光照弱时降低流量，没有光照时关闭流量，使进入集热球的液态相变材料的流量能够更好地和集热球内腔中光照吸热蒸发量对应匹配。其中光敏电动阀门自身结构包括一个暴露于空气的光敏传感器部分和一个位于管道上的电控阀部分，具体结构为现有产品，不在此详细介绍。

21、进一步地，所述集热球内腔上部位置还设置有一个挡板，挡板上方和集热球进口之间形成一个储液腔，挡板周边和集热球内壁之间形成储液腔出口，挡板下方和集热球内壁之间形成蒸发腔；蒸发腔内壁上设置有吸液芯，吸液芯为多孔发泡材料制得且上端和储液腔出口衔接。

22、这样，液态相变材料从集热球进口先进入到储液腔内，然后再沿周边的储液腔出口均匀地向下流入到吸液芯内，洗液芯为多孔发泡材料，可以很好地吸收液态相变材料并在受热后将其蒸发转化为气态，极大地提高了液气转换效率。转变为气态的相变材料由于挡板和吸液芯的隔阻，无法再向上流动，也很难对上方的液态相变材料传递压力，故在气压作用下会向下流动，进入到下方屋内的散热装置中再液化，并进一步实现相变材料的循环流动。故本发明的集热球结构还等同于公开了一种用于实现液气转化的相变材料转化装置，所述相变材料转化装置包括一壳体，壳体外表面为受热面，壳体内部具有蒸发腔，壳体上端设置有壳体进口，下端具有向上突出于蒸发腔内的壳体出口，壳体内腔上部位置还设置有一个挡板，挡板上方和壳体进口之间形成一个储液腔，挡板周边和壳体内壁之间形成储液腔出口，挡板下方和壳体内壁之间形成蒸发腔；蒸发腔内壁上设置有吸液芯，吸液芯为多孔发泡材料制得且上端和储液腔出口衔接。具体在本技术中，壳体即为集热球外壳的结构，即壳体为圆形可以方便集中受热。这样的相变材料转化装置能够在实现相变材料从液态到气态转换的同时，巧妙地实现了相变材料从上到下的流动，除了在本技术的太阳能集热供暖系统中应用外，还可以适用于其他有类似流动方向限定需求的热转换系统中应用。

23、进一步地，储液腔出口处设置有能够供液态相变材料通过的渗滤膜。

24、这样，渗滤膜可以避免储液腔杂质进入到吸液芯内造成污染，保证吸液芯的气化效果稳定可靠。同时渗滤膜被液态相变材料浸透后，可以更好地屏蔽气体向上进入到储液腔内。

25、进一步地，渗滤膜外端向外上方倾斜设置。

26、这样可以通过增加渗滤膜的面积缩小储液腔出口处的开缝宽度，以尽量扩大蒸发腔空间的同时不影响储液腔出液效果；实施时可以使得储液腔出口位置为储液腔内腔宽度（即集热球内壁和挡板之间宽度）最窄位置，使其更好地突出该效果。同时渗滤膜倾斜设置的这种结构方式，还使得在渗滤膜内端位置水平向外和集热球内壁以及渗滤膜下侧之间所夹的空间，形成一个高含液量的吸液芯区域，由于该区域的吸液芯不会直接和蒸发腔接触且含液量高，故能够更好地避免气体受热膨胀后进入到储液腔内，极大地提高了渗滤膜的气体屏蔽效果。

27、进一步地，吸液芯中位于上方和储液腔出口处衔接部分的孔隙密度大于下方部分孔隙密度。

28、这样，下方孔隙密度小，孔隙更大，更容易使得液态相变材料气化，上方孔隙密度大，孔隙小，可以更好地屏蔽气体向上进入到储液腔内。

29、进一步地，蒸发腔内壁的吸液芯表面设置有若干凹槽结构。

30、这样，可以极大地增加吸液芯表面面积，提高液态相变材料气化效率。同时该结构可以使得吸液芯可以更好地适应热胀冷缩的变化，保证其结构的稳定性。

31、进一步地，挡板中部设置有一个开口区域，开口区域内密封设置有一块弹性膜。

32、这样，当太阳光照强烈，蒸发腔内气压较高时，可以通过弹性膜向上方的储液腔施加压力，使得储液腔内的液态相变材料可以更好地从储液腔出口挤出，而不是蒸发器内气体从储液腔出口被压入进储液腔内。这样提高储液腔出液效率使其和蒸发腔内气化效率对应匹配。更好地提高了换热效率。进一步地，集热球进口上方管道上还设置有一个向下的单向阀。更好地保证太阳光照强烈，蒸发腔内气压升高时，能够通过弹性膜作用到储液腔将液态相变材料向下挤出。

33、进一步地，集热球出口高度超出该处位置的吸液芯厚度，且在超出部分位置设置有液态相变材料检测传感器，液态相变材料检测传感器和一个设置在集热球进口上方管道上的电控阀关联控制连接。

34、这样，液态相变材料检测传感器检测到有液态相变材料后，可以控制上方的电控阀关闭，可以保证在天气突变情况下，蒸发腔内来不及汽化的液态相变材料不会超过集热球出口并从出口流出，保证整体相变材料循环系统的通畅。

35、进一步地，集热球外表面下部的受热面上涂抹有一层吸热材料。这样可以更好地吸收来自聚焦反射镜反射的太阳辐射，并将热量传递到吸液芯内。

36、综上所述，本发明可以更好地利用室外太阳能提高室内温度，补充建筑热负荷需求，且具有实施简单，稳定可靠，热转换利用效率高的优点，实现了太阳能资源的最大化利用。