一種太陽能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉珈利 王志坤 盧云龍

（德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023）

一種太陽能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉珈利 王志坤 盧云龍

（德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023）

夏季天氣炎熱，家庭常用的掛式空調(diào)耗電量巨大，使傳統(tǒng)能源供應(yīng)日趨緊張。冬季天氣寒冷，城市和農(nóng)村供暖會(huì)消耗大量的煤炭及其他不可再生資源，不僅加劇了傳統(tǒng)能源供應(yīng)緊張的局面，還使空氣污染日趨嚴(yán)重?；诖耍P者設(shè)計(jì)了一種太陽能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要包括：太陽能采暖裝置、墻體換熱管路、控制閥、循環(huán)水水箱、加熱裝置、蓄電池、水泵、室內(nèi)換熱裝置、太陽能電池板、屋頂隔熱層、控制中心、自來水水箱、三向控制閥和管路。該系統(tǒng)能高效收集并利用太陽能的光熱資源，在滿足普通家庭夏季降溫、冬季供暖需求的同時(shí)，節(jié)約傳統(tǒng)能源，保護(hù)自然環(huán)境。

太陽能；溫度調(diào)節(jié)；節(jié)能環(huán)保

隨著社會(huì)的發(fā)展，時(shí)代的變遷，能源問題為廣大人民所關(guān)注，使用新能源成為當(dāng)今科技發(fā)展的一種趨勢。夏季天氣炎熱，家庭常用的掛式空調(diào)耗電量較大，使傳統(tǒng)能源供應(yīng)日趨緊張。冬季天氣寒冷，城市和農(nóng)村供暖會(huì)消耗大量的煤炭及其他不可再生資源，不僅加劇了傳統(tǒng)能源供應(yīng)緊張的局面，還使得空氣污染日趨嚴(yán)重。而且光照充足時(shí)，太陽能采暖裝置中熱水的熱量得不到充分利用，熱量散失嚴(yán)重卻被人忽視。

基于此，筆者設(shè)計(jì)了一種太陽能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其可以滿足普通家庭夏季降溫、冬季供暖的需求，且節(jié)約了傳統(tǒng)能源，利用了新能源，達(dá)到了節(jié)能減排的效果。

1 太陽能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整體說明

該太陽能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)如圖1所示。其主要包括：太陽能采暖裝置、墻體換熱管路、控制閥、循環(huán)水水箱、加熱裝置、蓄電池、水泵、室內(nèi)換熱裝置、太陽能電池板、屋頂隔熱層、控制中心、自來水水箱、三向控制閥和管路。

1.1 系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

太陽能采暖裝置固定在室外屋頂，向陽放置；太陽能電池板也固定在室外屋頂，向陽放置；屋頂隔熱層固定在室外屋頂，由相互連通的密封扁平鐵質(zhì)水箱構(gòu)成；太陽能采暖裝置、三向控制閥和加熱裝置之間通過管路相互連接；加熱裝置和水泵通過管路相互連接；水泵通過管路分別與室內(nèi)換熱裝置、墻體換熱管路、屋頂隔熱層和自來水水箱連接；三向控制閥通過管路分別與室內(nèi)換熱裝置、墻體換熱管路、屋頂隔熱層、自來水水箱和循環(huán)水水箱連接；控制中心通過導(dǎo)線分別與控制閥、蓄電池、三向控制閥、水泵、加熱裝置和太陽能電池板連接；室內(nèi)換熱裝置、墻體換熱管路、屋頂隔熱層、自來水水箱和循環(huán)水水箱進(jìn)水和出水端口均設(shè)置有控制閥［1］。

圖1 太陽能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖

1.2 系統(tǒng)關(guān)鍵部位的詳細(xì)說明

管路從自來水水箱內(nèi)部穿過，管路內(nèi)側(cè)的循環(huán)水與外側(cè)自來水相互之間不接觸。自來水水箱內(nèi)的水是可以飲用的；循環(huán)水水箱內(nèi)的水是不可以飲用的。

三向控制閥只有兩種工作狀態(tài)，第一種狀態(tài)：將其右側(cè)回路與左側(cè)太陽能采暖裝置的管路相連接，與下側(cè)管路截止；第二種狀態(tài)：將其右側(cè)回路與下側(cè)管路連接，與左側(cè)太陽能采暖裝置管路截止。

在正常使用的情況下，太陽能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整個(gè)回路都是密封的，與外部空氣無接觸。處于室外的管路外側(cè)設(shè)置有保溫層，處于室內(nèi)的管路外側(cè)無保溫層。太陽能采暖裝置位于該系統(tǒng)最高點(diǎn)，其頂部設(shè)置有氣閥，由控制中心控制，保證系統(tǒng)在供水和排水時(shí)能正常進(jìn)行。加熱裝置內(nèi)部設(shè)置有溫度測試模塊，可以測試水溫并由控制中心顯示。

2 系統(tǒng)工作原理

該太陽能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要包括太陽能集熱采暖模塊、太陽能發(fā)電模塊、控制模塊、換熱裝置、水箱與水泵，其系統(tǒng)框圖如圖2所示。

3 該系統(tǒng)在不同情況下的具體實(shí)施方式

3.1 白天光照充足時(shí)

在白天光照充足時(shí)，太陽能電池板能將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，用來給系統(tǒng)供電，多余的電能儲(chǔ)存在蓄電池中。由于其他原因?qū)е聼o光照或光照不充足時(shí)，太陽能電池板輸出的功率不足以給控制中心供電時(shí)，控制中心將自動(dòng)轉(zhuǎn)換到蓄電池供電。當(dāng)太陽能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)正常工作時(shí)，控制中心控制水泵使水在整個(gè)密封回路中以適當(dāng)?shù)乃俣妊h(huán)。

圖2 系統(tǒng)組成框圖

3.2 冬季天氣寒冷時(shí)

冬季天氣寒冷時(shí)，在使用太陽能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)前，需要先將屋頂隔熱層兩側(cè)的控制閥關(guān)閉，以保證氣溫過低時(shí)該設(shè)備不受損害，且降低熱量流失。當(dāng)光照充足時(shí)，若密封回路內(nèi)的水溫達(dá)不到控制中心設(shè)定的數(shù)值時(shí)，控制中心啟動(dòng)加熱裝置對(duì)密封回路內(nèi)的水進(jìn)行二次加熱，使密封回路內(nèi)的水溫達(dá)到設(shè)定數(shù)值。當(dāng)光照強(qiáng)度不足或沒有光照時(shí)，控制中心控制三向控制閥在第二種工作狀態(tài)下工作；控制中心控制太陽能采暖裝置右側(cè)控制閥關(guān)閉，將太陽能采暖裝置與密封回路隔離?？刂浦行目刂萍訜嵫b置對(duì)回路內(nèi)的水進(jìn)行加熱。

3.3 夏季天氣炎熱時(shí)

在夏季天氣炎熱時(shí)，控制中心控制三向控制閥在第一種工作狀態(tài)下工作；控制中心將循環(huán)水水箱兩側(cè)的控制閥關(guān)閉，其余控制閥打開，對(duì)整個(gè)密封回路供水；控制中心控制供水端口處的控制閥關(guān)閉，供水結(jié)束?？刂浦行目刂剖覂?nèi)換熱裝置、墻體換熱管路和屋頂隔熱層兩側(cè)端口處的控制閥關(guān)閉，使室內(nèi)換熱裝置、墻體換熱管路、屋頂隔熱層與密封回路隔離，充分吸收周圍環(huán)境的熱量。太陽能采暖裝置通過水泵和密封回路使自來水水箱內(nèi)的自來水升溫。傍晚時(shí)，控制中心將系統(tǒng)中所有的水排到循環(huán)水水箱外部。

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油、煤炭等自然資源不斷減少，人們?cè)絹碓疥P(guān)注新能源的使用，而太陽能作為一種取之不盡用之不竭的清潔能源，是現(xiàn)今人們使用最為廣泛的新能源。本文設(shè)計(jì)的太陽能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)能高效利用太陽能，節(jié)能環(huán)保，可以緩解當(dāng)前傳統(tǒng)能源供應(yīng)不足的現(xiàn)象。

［1］張國華，謝崇寶.風(fēng)光互補(bǔ)微動(dòng)力滴灌系統(tǒng)［J］.中國水利，2015（4）：70-72.

A Solar Temperature Control System Design

Liu JialiWang Zhikun Lu Yunlong
（School of Mechanical and Electronical Engineering,Dezhou University，Dezhou Shandong 253023）

The hot summer weather and the use of household air-conditioners are huge,making traditional energy suppliesincreasingly tense.Cold winterweather,ruraland urban heating willconsume large amounts of coal and other non-renewable resources,not only aggravates the strain of the traditional energy supply situation,also makes the increasingly serious air pollution.Based on this,the solar temperature con?trol system design,mainly include:solar heating,wall body heat exchange tube road,control valve,the cir?culating water tank,heating device,battery,water pump,indoor heat exchange device,solar panel,roof insu?lating layer,control center,water tank,three-way valve and piping.The system can effectively collect and use solar thermal energy resources,in order to meet the ordinary family summer cooling,heating demand in winter,while saving traditional energy,protecting the natural environment.

solar energy；temperature control；energy conservation and environmental protection

TM925.32

A

1003-5168（2017）12-0126-02

2017-11-01

劉珈利（1996-），男，本科在讀，研究方向：機(jī)械制造及其自動(dòng)化。