折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器及供暖系统

摘要

本公开提供了一种折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器，包括壳体、透明盖板、吸热板和隔热层，所述透明盖板设置于壳体的顶部，所述隔热层设置于壳体的底部，所述吸热板设置于壳体内并将壳体分为上下两层独立的风道，所述上层风道和下层风道内均设有折形扰流板，所述上层风道内还设有挡板，所述挡板将上层风道划分为新风流道区和回风流道区，所述下层风道为回风流道。本公开通过将集热器划分为新风区流道和回风区流道，实现了供暖房间所需要的新风和回风分别处理，从而大幅提高了太阳能空气集热器的和整个太阳能供暖系统的能效。

说明书

技术领域

本公开属于太阳能光热转换领域，具体涉及一种带有折形扰流板式的将新风道和回风道分区的太阳能平板空气集热器及太阳能供暖系统。

背景技术

平板式太阳能空气集热器由透明盖板、带有选择性吸收涂层的吸热板、保温层以及外壳四个部分组成。光热转换过程为：太阳辐射透过透明盖板后被吸热板吸收，通过空气与吸热板之间的对流换热作用，实现太阳能的光热转换过程。

在现有的技术中，实现提高太阳能空气集热器效率的方法主要有：(1)对太阳能空气集热器的透明盖板进行改进，在提升透明盖板的透过率的同时，降低其导热系数，主要目的是降低集热器整体的热损失系数；(2)对集热器吸热板的吸收涂层进行改进，改变吸热材料的性质，使其具有更高的太阳辐射吸收率。(3)对集热器的吸热板进行改进，强化介质空气与吸热板之间的对流换热强度，如改变传统型的平板为波纹板、加装扰流板、改平板为冲缝型板等。

在现有的加装扰流板式太阳能空气集热器中，扰流板多为平板，空气在流道中作蛇形流动，虽然提升了空气与吸热板的对流换热效果，提高了集热器的集热效率，但是仍然具有一定的上升空间；而且在现存的太阳能空气集热器中，没有实现新风和回风的分开同时处理。经由发明申请人模拟及实验对比发现，在太阳能空气集热器中实现新风和回风的分别处理可以有效提高太阳能空气供暖系统的热效率，同时能够明显改善室内空气质量。

发明内容

为了进一步提升扰流板式太阳能空气集热器的集热效率，提高太阳能空气供暖系统的热效率，改善供暖房间内空气质量，本公开提供了一种折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器及供暖系统，其在提升空气与吸热板以及扰流板对流换热能力的同时，充分利用集热器的下层风道，并将集热器的上层风道划分为新风区流道和回风区流道，将供暖房间所需要的新风和回风分别处理，从而大幅提高太阳能空气集热器和整个太阳能供暖系统的能效。

为了实现上述目的，本公开的技术方案如下：

一种折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器，包括壳体、透明盖板、吸热板和隔热层，所述透明盖板设置于壳体的顶部，所述隔热层设置于壳体的底部，所述吸热板设置于壳体内并将壳体分为上下两层独立的风道，所述上层风道和下层风道内均设有折形扰流板，所述上层风道内还设有挡板，所述挡板将上层风道划分为新风流道区和回风流道区，所述下层风道为回风流道。

进一步的，所述新风流道区、回风流道区以及下层风道均设有独立的进风口和出风口。

进一步的，所述新风流道区和回风流道区对称设置。

进一步的，所述折形扰流板均匀分布于新风流道区、回风流道区和下层风道内，所述折形扰流板用于将新风流道区、回风流道区和下层风道内的气体流道划分为蛇形流道。

进一步的，每个所述折形扰流板包括若干挡板，所述挡板串联折形布置。

进一步的，所述挡板串联折形布置的角度为50o-70o。

进一步的，所述新风流道区的进风口与室外新风相连，出风口与室内空气相连，所述新风流道区用于将室外新风加热至室温后送入室内，以改善室内环境的空气质量。

进一步的，所述回风流道的进风口与出风口均与室内空气相连通，所述回风流道用于将室内空气重新加热后送入室内进行供暖。

进一步的，所述隔热层包括但不限于石岩棉。

一种太阳能供暖系统，包括如上所述的太阳能空气集热器。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开通过增强空气与折流板之间的流动作用，增强了空气与吸热板以及折流板的换热能力，减少空气在流场中的温度、速度死区，提升了流场的均匀度，从而达到提升换热效果；

2、本公开充分利用集热器的下层风道，并将集热器划分为新风区流道和回风区流道，实现了供暖房间所需要的新风和回风分别处理，从而大幅提高了太阳能空气集热器的和整个太阳能供暖系统的能效，并明显改善了室内空气质量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器示意图

图2为本公开折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器主视图

图3为本公开折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器左视图

图4为本公开折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器上层风道结构图，包括新风流道区和回风流道区；

图5为本公开折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器下层回风流道结构图；

图6为本公开折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器上层风道俯视图，包括新风流道区和回风流道区；

图7为本公开折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器下层回风流道俯视图；

图8为本公开折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器上层温度分布图；

图9为本公开折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器下层温度分布图；

图10为本公开折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器上层速度分布图；

图11为本公开折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器下层速度分布图；

图中，1-1、上层新风流道区进风口，1-2、上层回风流道区进风口，2、吸热板，3、透明盖板，4、上层扰流板，5-1、上层新风流道区出风口，5-2、上层回风流道区出风口，6、下层出风口，7、下层扰流板，8、下层进风口，9、挡板，10、隔热层。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本公开做进一步的说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

如图1-3所示，一种折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器，包括壳体、透明盖板3、吸热板2和隔热层10，所述透明盖板3设置于壳体的顶部，所述隔热层10设置于壳体的底部，所述吸热板2设置于壳体内并将壳体分为上下两层独立的风道，所述上层风道和下层风道内均设有折形扰流板，所述上层风道内还设有挡板9，所述挡板9将上层风道划分为新风流道区和回风流道区，所述下层风道为回风流道。

所述新风流道区、回风流道区以及下层风道均设有独立的进风口和出风口。

如图4所示，所述新风流道区和回风流道区对称设置。

具体实施中，所述新风流道区和回风流道区在上层风道内呈左右对称布置。

如图4-7所示，所述折形扰流板均匀分布于新风流道区、回风流道区和下层风道内，所述折形扰流板用于将新风流道区、回风流道区和下层风道内的气体流道分别划分为蛇形流道。

每个所述折形扰流板包括若干挡板，所述挡板串联折形布置。

具体实施中，所述折形扰流板4和7布置时如图4-5所示，其在每个风道内平行布置。

所述挡板串联折形布置的角度为50o-70o，该范围内的角度能有效增强在集热器内空气的扰流强度，从而增强了空气与吸热板以及扰流板之间的对流换热强度。

所述新风流道区的进风口1-1与室外新风相连，出风口5-1与室内空气相连，所述新风流道区用于将室外新风加热至室温后送入室内，以改善室内环境的空气质量。

该设计大幅提高了太阳能空气集热器的能效。

所述回风流道的进风口1-2和8与出风口5-2和6均与室内空气相连通，所述回风流道用于将室内空气重新加热后送入室内进行供暖。

所述隔热层10包括但不限于石岩棉。

所述折形扰流板4、7和吸热板2的材质均为铝，表面涂有铝氮铝涂层。

本公开的工作过程为：

在白天有太阳辐射的时间段内，打开上层新风流道区进风口1-1、上层回风流道区进风口1-2和下层进风口8，并使风机开启运转，使得供暖房间回风与外界环境新风流入集热器内，并在集热器的蛇形流道内与吸热板2和折形扰流板4、7进行对流换热，然后由出风口5-1、5-2和6排出，其中回风通过下层风道和上层右侧风道被加热后送入供暖房间内进行供暖，室外新风通过上层左侧风道被加热到室温后送入供暖房间改善空气质量。

某一实施例中，当回风入口温度为18℃，新风入口温度为3℃，采用不同的进口风速时，本公开折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器可以获得不同的新回风出口温度和集热效率，如表1所示。

表1不同的进口风速时的集热器出口温度及集热效率比较

经比较，当进口风速为1.5m/s时，本公开折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器可以获得适宜的供暖送风温度，同时集热效率高达55.29％。该条件下，本公开折形扰流板新回风道分区式太阳能空气集热器的上、下层风道中的温度分布和速度分布如图8-11所示。

本公开还提供了一种太阳能供暖系统，包括如上所述的太阳能空气集热器。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。