基本信息
- 项目名称：
- 实用型建筑节能系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本设计将太阳能光热系统和光伏系统相结合，通过设计完整的控制系统，实现太阳能集热系统、热水系统和采暖系统对工作温度的要求，提高系统各部件的效率，从而提高太阳能的利用率。通过设计计算选出各部件型号，设计了利用太阳能集热器、热泵、双水箱等部件的有效结合的新型建筑节能系统。
- 详细介绍：
- 我国北方地区冬季日照时间短温度低，为了实现太阳能的充分利用，本设计将太阳能光热系统和光伏系统相结合，通过设计完整的控制系统，实现太阳能集热系统、热水系统和采暖系统对工作温度的要求，提高系统各部件的效率，从而提高太阳能的利用率。通过设计计算选出各部件型号，设计了一套利用太阳能集热器、热泵、双水箱等部件的有效结合的新型建筑节能系统。结合实际问题对现有设计系统进行可行性分析，得出在太阳能供热采暖系统寿命期内的收益约为951158.7 元，静态回收期Pt为3.8 年。该系统在保证了阴雨天气及冬季环境温度较低太阳能资源不足时的供热需求下，充分利用了清洁无污染的绿色能源，又减少了锅炉供暖对环境的污染，达到节能减排的作用。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 我国北方地区冬季日照时间短温度低，为了实现太阳能的充分利用，提高系统各部件的效率，从而提高太阳能的利用率，通过设计计算选出各部件型号，设计了利用太阳能集热器、热泵、双水箱等部件的有效结合的新型建筑节能系统。 创新点：成熟技术+有效结合。本发明将太阳能光伏发电系统和太阳能光热系统进行了有效结合；本发明主要采用太阳能系统、热泵、双水箱结构的有效结合方式，满足建筑对热水温度和供暖温度的要求。 技术关键：1、防冻措施：直接利用逆循环，利用低温蓄热水箱热水加热集热器及其管道。2、热泵：提高工作效率，COP系数可达5左右。利用现有供暖设备，无需重新铺设地板辐射采暖系统，经济节能。3、将热泵与太阳能技术有效结合，进一步提高热效率。4、生活热水供水温度为50-60°；供暖系统的温度为75°。为实现不同的供水温度要求，本系统利用双水箱结构。贮水箱采用垂直分层水箱，充分利用温度分层，提高热效率，并将蓄热过程分预热和全热阶段，合理分布，充分利用空间。5、采用热泵与双水箱的有效结合，首先利用低温蓄热水箱对高温蓄热水箱进行预热，然后通过传感器感知温度，控制热泵的开启，利用热泵对高温蓄热水箱进行再热，达到所需采暖温度75℃以上。6、本系统中由于低温蓄热水箱水温的自然垂直分层以及热量不断被高温蓄热水箱和热泵循环利用，低温蓄热水箱下部水温较低，通过板式换热器换热，使集热器回水温度较低，从而提高集热器的工作效率。 主要技术指标：参考《太阳能供热采暖应用技术手册》。
科学性、先进性
- 本系统针对北方寒冷地区，以太阳能作为能源，将太阳能系统、热泵、双水箱等部件进行了有效结合，从而解决北方寒冷地区冬季供暖和供热水的实际需求。与大多数太阳能集热系统不同，该系统无需改变原有建筑模式，可以利用现有供暖设备，减少太阳能热水系统的总投资，同时保证了阴雨天气及冬季环境温度较低太阳能资源不足时的供热需求。充分利用了清洁无污染的绿色能源，减少了对环境的污染，对于环保意义重大。 通过整体的有效结合，提高了各部件的效率。 通过结合实际问题对现有设计系统进行可行性分析，以哈尔滨工程大学第五公寓为例，计算在采暖季用太阳能做辅助热源的经济效益和环保效益。得出在太阳能供热采暖系统寿命期内的收益约为951158.7 元，静态回收期Pt为3.8 年。可见该系统既减少太阳能热水系统的总投资，在保证了阴雨天气及冬季环境温度较低太阳能资源不足时的供热需求下，充分利用了清洁无污染的绿色能源，又减少了锅炉供暖对环境的污染，达到节能减排的作用。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品于2011年5月学校举办的第十七届“五四杯”中荣获二等奖。
作品所处阶段
- 本作品目前处于实验室模型阶段，但由于经过深入的研究与设计，及详细计算，在五四杯比赛中得到某公司关注。
技术转让方式
- 专利实施许可
作品可展示的形式
- 模型 视频
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本设计可以在太阳能充足的供任何地区使用，不受地形限制。由于其采用现有成熟技术进行有效结合，节约成本，同时提高太阳能的利用率。本设计以学校五公寓为例进行具体设计计算，在满足北方寒冷地区的供暖供热水需求基础上，得出在太阳能供热采暖系统寿命期内的收益约为951158.7 元，静态回收期Pt为3.8 年。
同类课题研究水平概述
- 文献1研究了一种太阳能建筑一体化节能系统，包括太阳能光伏发电储能系统、智能用电控制系统、节能照明及各类用电设备、太阳能光热热水系统、地热能换热系统、热泵机组等。太阳能光伏发电储能系统提供建筑物的所有供电，太阳能光热热水系统设置在建筑物顶层或朝阳墙面上。 文献2研究了一种全天候双水箱太阳能热水供应系统，该系统是利用太阳能集热水箱和热泵单独与热水供应水箱进行连接，供热，该系统有充分利用太阳能和采用高效热泵低谷电供热节能的优点。 文献3提供了一种太阳能热水加热系统，利用气液相变收集太阳能量，使用一储热水箱和一预热水箱，将冷水注入预热水箱，进而供应给储热水箱，从储热水箱出口出来的热水一方面供应使用，另一方面对将剩余热水对预热水箱进水口水进行加热。 文献4提供了一种利用太阳能集热器热载体分别加热两个蓄热水箱，其中一水箱仅利用太阳能集热器中的载热体通过换热器加热，另一较大水箱利用热泵作为辅助热泵将热水加热到所需温度。 文献5提供了一种结构采用两水箱，一水箱利用太阳能集热器供热，另一水箱用热泵系统进行加热到沸腾等所需温度。两水箱出水口分别与水压开关装置相连，若利用集热器加热的水箱水温满足要求，直接利用第一水箱的水，当水温不够时，利用第二水箱的热水供应。 文献6提出了一种混合热水供应系统，主要采用两个水箱，其中一个水箱利用太阳能加热，达到一定温度，另水箱利用热泵加热达到更高水温。从经热泵加热的水箱出水口供应高温水，第一个水箱出水管与经热泵加热的水箱中部出水管通过阀门连接，提供中温水。 文献7提出了一种热水供应系统，夜晚利用热泵加热蓄热水箱内的热载体，但这样将会降低第二天白天时的集热器的效率，因此需要采用较大的水箱储存热载体。采用不同种类热源的热载体供应系统有多个第一热载体储存部分。第二热载体储存部分由热泵等类似辅助热源加热，可以向第一热载体储存部分任意提供热量，或由集热器等热源提供热量，但这种热源是连续地向热载体储存部分供热。 1．太阳能建筑一体化节能系统 2. 全天候双水箱太阳能热水供应系统 3. 太阳能热水供热系统 4. 带热泵加热单元的太阳能热水供应系统 5. 热水储存类型的热水加热器 6. 混合热水供应系统 7. 热介质供应系统
