阅读说明：本技术 一种基于电辅热和太阳能的农村多功能暖炕系统 (Rural multifunctional warm kang system based on electric auxiliary heating and solar energy ) 是由 常钟隽 范圣权 张涛 吴春玲 张伟 魏慧娇 王雯翡 张成昱 成雄蕾 王磊 徐迎春 于 2020-05-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于电辅热和太阳能的农村多功能暖炕系统,包括热水器、床木板和储热水箱、辅热器；床木板下方由上至下依次设置有蓄热材料、保温板、隔热夹层、隔热百叶和保温内室,当关闭隔热百叶时,其上方与保温板形成密闭的隔热夹层,隔热百叶上设置有旋转百叶阀门,蓄热材料内设置有暖炕水平横管,保温内室内设置有保温内室横管,保温内室设置有上循环风口和下循环风口,热水器通过暖炕热水循环管路连接暖炕水平横管,暖炕水平横管连接保温内室横管,热水器通过储热水箱循环管路连接储热水箱。本发明暖炕供暖效率高,主要利用太阳能,既减少煤炭消费、降低污染,又可以节省能源,高效、节能、生态。(The invention relates to a rural multifunctional kang system based on electric auxiliary heat and solar energy, which comprises a water heater, a bed board, a heat storage water tank and an auxiliary heat device, wherein the bed board is arranged on the bed board; the heat storage material has been set gradually from top to bottom to bed plank below, the heated board, thermal-insulated intermediate layer, thermal-insulated tripe and heat preservation inner room, when closing thermal-insulated tripe, its top forms inclosed thermal-insulated intermediate layer with the heated board, be provided with rotatory tripe valve on the thermal-insulated tripe, be provided with the horizontal violently pipe of warm kang in the heat storage material, it violently manages to be provided with the heat preservation inner room in the heat preservation inner room, the heat preservation inner room is provided with circulation wind gap and lower circulation wind gap, the water heater violently manages through warm kang hot water circulation pipe connection warm kang level, the horizontal violently pipe of horizontal cross-connection heat preservation. The invention has high heating efficiency of the heated brick bed, mainly utilizes solar energy, not only reduces coal consumption and pollution, but also can save energy, and has high efficiency, energy saving and ecology.)

一种基于电辅热和太阳能的农村多功能暖炕系统

技术领域

本发明涉及农村取暖领域，尤其涉及一种基于电辅热和太阳能的农村多功能暖炕系统。

背景技术

针对我国北方农村供暖，污染严重的燃煤供热系统仍然是农村最主要的供暖方式。经济水平较低地区，采用传统采暖方式，即污染环境，也无法达到一定的舒适度。根据区域特点，因地制宜的采取特定供暖方式，是解决农村供暖问题的关键。积极推动清洁能源的开发利用，同时不提高供暖花费，是推动北方清洁取暖工程的有效策略。

目前针对偏僻农村，主流的取暖方式为：烟火炉、煤炉、传统炕、灶台、电热毯、锅炉水暖床垫等。这些取暖方式存在较多弊端，例如：火炉一般是煤燃烧产生的热量通过炉体向室内散热，烟气排放到室外的过程也通过烟囱传热至室内；该方式供暖虽然比较便宜，但烟气直接向室外排放，对环境污染严重，需要经常开窗户通风以保证室内空气新鲜，以免中毒；火炉附近不能存放可燃、易燃易爆的物品以免造成火灾；需要用户具有较高的安全环保意识。传统炕与地面相连，用砖垒砌好且与厨房灶台相连接；农户炊事产生的烟气通过烟道将热传给炕体，再传至室内；由于只有炕表面散热导致室，内温度不均匀有时会出现炕热屋冷的现象，舒适性不高。电热毯取暖的方式存在安全隐患，其发出的电磁辐射容易对人体造成伤害，长时间使用容易出现老化漏电的现象，带来极大安全隐患。

针对传统土炕改良的农村清洁供暖技术和利用太阳能耦合的研究不少，如已公开专利《一种太阳能电暖床法》(授权公告号：CN 204950187 U)设计了一种包括太阳能集热板、蓄电池组、逆变器、充放电控制器等的太阳能电暖床法，利用太阳能发电系统供电，利用碳纤维电热板发热供暖。已公开专利《一种带暖气的土炕》(申请公布号：CN 103388853 A)针对传统土炕，将部分墙体设计成钢板，从而利用钢板良好的导热性，把炕内的热量传到室内，起到“暖气”的作用。已公开专利《一种阳台太阳能相变蓄热暖床装置》(授权公告号：CN206062668 U)引入蓄热暖床的概念，从而提高使用的舒适性，它且同时具有散热器的功能，可向室内散发热量，采用可再生能源太阳能作为热源，更为环保。然而这些研究：虽然利用太阳能，但主要是利用光伏发电，根本原理还是电供暖，经济性和安全性不高；让暖炕具有向室内供暖的功能，但是流程复杂，增加用户的投资费用，推广较难。

综上所述，现有技术中很难有效解决在使用暖床设备的过程中能耗高、安全性差的问题。综合考虑供暖经济性，充分利用太阳光热资源，且提高农村室内热舒适度的技术十分重要。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于电辅热和太阳能的农村多功能暖炕系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于电辅热和太阳能的农村多功能暖炕系统，包括热水器、辅热器、床木板和储热水箱；床木板下方由上至下依次设置有蓄热材料、保温板、隔热夹层、隔热百叶和保温内室，当关闭隔热百叶时，其上方与保温板形成密闭的隔热夹层，隔热百叶上设置有旋转百叶阀门，蓄热材料内设置有暖炕水平横管，保温内室内设置有保温内室横管，保温内室设置有上循环风口和下循环风口，热水器通过暖炕热水循环管路连接暖炕水平横管，暖炕水平横管连接保温内室横管，热水器通过储热水箱循环管路连接储热水箱。

在一种可能的实施方式中，热水器包括依次连接的太阳能系统水箱、上层热管、辅热器、中间导热管、下层热管和集热单元，太阳能系统水箱通过储热水箱循环管路连接储热水箱，太阳能系统水箱通过暖炕热水循环管路连接暖炕水平横管。

在一种可能的实施方式中，暖炕水平横管由密到疏分布，分为密部盘管和疏部盘管，密部盘管的管间距范围为0.08-0.12m，疏部盘管的管间距范围为0.15-0.2m。

在一种可能的实施方式中，上循环风口和下循环风口均为长方形，长度为40cm，宽度为10cm。

在一种可能的实施方式中，床板的厚度为2cm，导热系数为0.1-0.12W/(m2K)。

在一种可能的实施方式中，蓄热材料采用氧化铝陶瓷制成。

在一种可能的实施方式中，储热水箱循环管路和暖炕热水循环管路采用交联聚乙烯管，密度为900-1000kg/m³,管径范围为18-22mm，导热系数范围为0.45-0.5W/(m2K)。

本发明的有益效果：

在农房内的土炕上使用,充分利用太阳能有利于环境保护、节能减排,适用于北方农户使用。当在无法利用太阳能的阴雨天气时，采用电辅热器提高暖炕的舒适性，设置上下循环风口，实现向室内提供热空气。设置的隔热百叶，可有效调节向暖炕蓄热和向室内供暖的热量，有利于提高使用的舒适度。水盘管疏密差异化排管满足人体睡眠热舒适需，耦合太阳能、暖炕系统的基础满足农户全天取暖和全年热水需求，且构造简易、可操作性强、经济适用强。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的

具体实施方式

。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为基于电辅热和太阳能的农村多功能暖炕系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种双热管耦合太阳能热水器的结构示意图；

附图标记说明：

1-储热水箱；2-储热水箱循环管路；3-暖炕热水循环管路；4-太阳能系统水箱；5-上层热管；6-中间导热管；7-下层热管；8-集热单元；9-床木板；10-暖炕水平横管；11-蓄热材料；12-保温板；13-隔热夹层；14-隔热百叶；15-上循环风口；16-下循环风口；17-保温内室；18-旋转百叶阀门；19-保温内室横管；20-辅热器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1，本发明实施例提供一种基于电辅热和太阳能的农村多功能暖炕系统，包括热水器、床木板9、辅热器20和储热水箱1。

所述热水器包括依次连接的太阳能系统水箱4、上层热管5、中间导热管6、下层热管7和集热单元8。

所述床木板9下方由上至下依次设置有蓄热材料11、保温板12、隔热夹层13、隔热百叶14和保温内室17，当关闭隔热百叶14时，其上方与保温板12形成密闭的隔热夹层13，进一步阻止保温板12向下部散热，隔热百叶14上设置有旋转百叶阀门18，蓄热材料11内设置有暖炕水平横管10，保温内室17内设置有保温内室横管19，保温内室17设置有上循环风口15和下循环风口16，暖炕热水循环管路3连接暖炕水平横管10，把热量首先传递给暖炕；暖炕水平横管10连接保温内室横管19，把低温余热传递给保温内室17，可为室内提供热空气。所述水箱4通过储热水箱循环管路2连接储热水箱1。

如图2，在一个可能的实施方案中，所述的双热管耦合太阳能热水器中，多片集热器组成一个集热单元8,采用两级热管结构,集热单元8吸收热量后经下层热管7传入一个大直径的中间导热管6,该管中充有工质,然上层热管5从中间导热管吸收热量传入水箱4。当一个集热单元或一根热管发生泄露时,不会影响整个集热系统的运行,解决了常用太阳能真空管一支损坏导致整个系统无法运行的缺陷，多个集热单元组成一体,热量可以互为补充,从而满足用户要求。系统结构选材：热管选用水、乙二醇及丙酮为主要工质，提高集热器的抗冻性，并添加防腐剂，工作温度范围在-20℃～150℃之间；两级热管连接处采用真空封口，并要能承受一定的压力，提升供热的安全性。

上述系统中：热水器选用双热管耦合太阳能热水器，提升供热的安全性；包括了双循环回路设计和隔空设计方案，双循环回路设计区分夏季、冬季用能特点；采用隔空设计方案，减少传统炕的无效散热；通过蓄热材料(11)的铺设，提高夜间暖炕的热稳定性，提升舒适性；设置热通风口，循环室内风，白天提高房屋的热舒适性；设置隔热百叶14，有效适应白天、黑夜不同时间段农户的用能特点，提高用能效率。

所述的双循环回路设计包括暖炕热水循环系统、储热水箱循环系统，暖炕热水循环系统适用于冬季暖炕取暖，热水管路加热暖炕蓄热材料、保温内室的空气，分别对暖炕、卧室空气进行供热。储热水箱循环系统适用于夏季、过渡季为用户提供生活热水。此外，两系统也可同季节按照调节比例同时使用。

所述的采用隔空设计方案，包括隔热夹层、隔热百叶、保温内室等，夜间利用隔热夹层、隔热百叶避免暖炕热量损失。设置热通风口，白天利用保温内室完成室内自然循环热风，提高室内空气温度，提高房屋的热舒适性。通过蓄热材料的铺设，提高夜间暖炕的热稳定性，提升睡眠舒适性。设置旋转百叶阀门，有效适应白天、黑夜不同时间段农户的用能特点，提高用能效率，减少无效热损失。

暖炕水平横管10与太阳能热水器形成联通，热水盘管根据人体睡眠占用面积进行疏密分布，疏密分布如图1所示，暖炕热水循环管路3首先流经暖炕的脚部，连接的暖炕水平横管10又密到疏排布，密部盘管对应人体腰部、小腿、脚的部位，管间距为0.08-0.12m；疏部盘管对应人体头部位置，管间距为0.15-0.2m。

蓄热材料11采用氧化铝陶瓷制成，材料采用棱边设有倒圆角的长方形，材料内部设有圆形和三角形的通孔。

所述的保温内室17可包括多个上循环出风口15和多个下循环出风口16，并设有档板开关。需要室内空气采暖时，打开上循环出风口15和下循环出风口16，完成室内热风自然循环。夜间仅需暖炕供暖时，关闭上循环出风口15、下循环出风口16和隔热百叶14，阻止蓄热暖炕向下层散热，提高热能利用效率。

在一个示例中，所述储热水箱循环管路2和暖炕热水循环管路3可采用交联聚乙烯管,其密度为900-1000kg/m³,管径为18-22mm；导热系数为0.45-0.5W/(m2K)。

在一个示例中，床板9的厚度为2cm，导热系数为0.1-0.12W/(m2K)；所述上循环风口15和下循环风口16为10×40cm长方形口，与保温内室地面、隔热百叶平面保持5-15cm的距离，避免与地面接触引起尘扬。

上述基于太阳能的农村暖炕系统的运行过程,包含如下步骤:

步骤S1，集热单元8接收太阳辐射，通过两层热管把热量传递到太阳能系统水箱4。

步骤S2，太阳能系统水箱4通过暖炕热水循环管路3、储热水箱循环管路2把热量输送到室内。

步骤S3，暖炕热水循环管路3通过两路水管，根据用户需求，加热暖炕为床体供暖，或者加热保温内室的空气，通过室内循环风口为室内提供热风供暖。

步骤S4，储热水箱循环管路2的热量收集储存在室内，满足室内生活热水需求。

采用上述基于电辅热和太阳能的农村多功能暖炕系统运行,可实现如下场景：

场景一：在过渡季、夏季时，关闭暖炕热水循环管路系统，仅开通储热水箱循环管路系统，满足室内生活热水需求。

场景二：在冬季时，关闭储热水箱循环管路系统，仅打开暖炕热水循环管路系统，可为农户供热。

场景三：在冬季时，通过是打开储热水箱循环管路系统、暖炕热水循环管路系统，根据调节阀门开度，既满足农户供热需求和热水需求。

场景四：在冬季时，打开暖炕热水循环管路系统，打开暖炕蓄热系统循环回路，关闭保温内室循环回路，加热暖炕，不为室内供暖。

场景五：在冬季时，打开暖炕热水循环管路系统，关闭暖炕蓄热系统循环回路，打开保温内室循环回路，满足夜晚暖炕蓄热要求，为室内供暖。

本发明暖炕供暖效率高,利用太阳能,既减少煤炭消费、降低污染,又可以节省能源,高效、节能、生态，当太阳能资源补充时，或者对供热需求较大时，可启动电辅热器提高暖炕和室内的温度。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。