一種太陽能溫度調節系統的設計

劉珈利 王志坤 盧云龍

（德州學院機電工程學院，山東 德州 253023）

一種太陽能溫度調節系統的設計

劉珈利 王志坤 盧云龍

（德州學院機電工程學院，山東 德州 253023）

夏季天氣炎熱，家庭常用的掛式空調耗電量巨大，使傳統能源供應日趨緊張。冬季天氣寒冷，城市和農村供暖會消耗大量的煤炭及其他不可再生資源，不僅加劇了傳統能源供應緊張的局面，還使空氣污染日趨嚴重。基于此，筆者設計了一種太陽能溫度調節系統，主要包括：太陽能采暖裝置、墻體換熱管路、控制閥、循環水水箱、加熱裝置、蓄電池、水泵、室內換熱裝置、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，節約傳統能源，保護自然環境。

太陽能；溫度調節；節能環保

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

基于此，筆者設計了一種太陽能溫度調節系統，其可以滿足普通家庭夏季降溫、冬季供暖的需求，且節約了傳統能源，利用了新能源，達到了節能減排的效果。

1 太陽能溫度調節系統的整體說明

該太陽能溫度調節系統的整體設計如圖1所示。其主要包括：太陽能采暖裝置、墻體換熱管路、控制閥、循環水水箱、加熱裝置、蓄電池、水泵、室內換熱裝置、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 系統的具體結構設計

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水箱構成；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換熱裝置、墻體換熱管路、屋頂隔熱層、自來水水箱和循環水水箱連接；控制中心通過導線分別與控制閥、蓄電池、三向控制閥、水泵、加熱裝置和太陽能電池板連接；室內換熱裝置、墻體換熱管路、屋頂隔熱層、自來水水箱和循環水水箱進水和出水端口均設置有控制閥［1］。

圖1 太陽能溫度調節系統示意圖

1.2 系統關鍵部位的詳細說明

管路從自來水水箱內部穿過，管路內側的循環水與外側自來水相互之間不接觸。自來水水箱內的水是可以飲用的；循環水水箱內的水是不可以飲用的。

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

在正常使用的情況下，太陽能溫度調節系統的整個回路都是密封的，與外部空氣無接觸。處于室外的管路外側設置有保溫層，處于室內的管路外側無保溫層。太陽能采暖裝置位于該系統最高點，其頂部設置有氣閥，由控制中心控制，保證系統在供水和排水時能正常進行。加熱裝置內部設置有溫度測試模塊，可以測試水溫并由控制中心顯示。

2 系統工作原理

該太陽能溫度調節系統主要包括太陽能集熱采暖模塊、太陽能發電模塊、控制模塊、換熱裝置、水箱與水泵，其系統框圖如圖2所示。

3 該系統在不同情況下的具體實施方式

3.1 白天光照充足時

在白天光照充足時，太陽能電池板能將太陽能轉化為電能，用來給系統供電，多余的電能儲存在蓄電池中。由于其他原因導致無光照或光照不充足時，太陽能電池板輸出的功率不足以給控制中心供電時，控制中心將自動轉換到蓄電池供電。當太陽能溫度調節系統正常工作時，控制中心控制水泵使水在整個密封回路中以適當的速度循環。

圖2 系統組成框圖

3.2 冬季天氣寒冷時

冬季天氣寒冷時，在使用太陽能溫度調節系統前，需要先將屋頂隔熱層兩側的控制閥關閉，以保證氣溫過低時該設備不受損害，且降低熱量流失。當光照充足時，若密封回路內的水溫達不到控制中心設定的數值時，控制中心啟動加熱裝置對密封回路內的水進行二次加熱，使密封回路內的水溫達到設定數值。當光照強度不足或沒有光照時，控制中心控制三向控制閥在第二種工作狀態下工作；控制中心控制太陽能采暖裝置右側控制閥關閉，將太陽能采暖裝置與密封回路隔離。控制中心控制加熱裝置對回路內的水進行加熱。

3.3 夏季天氣炎熱時

在夏季天氣炎熱時，控制中心控制三向控制閥在第一種工作狀態下工作；控制中心將循環水水箱兩側的控制閥關閉，其余控制閥打開，對整個密封回路供水；控制中心控制供水端口處的控制閥關閉，供水結束。控制中心控制室內換熱裝置、墻體換熱管路和屋頂隔熱層兩側端口處的控制閥關閉，使室內換熱裝置、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的自來水升溫。傍晚時，控制中心將系統中所有的水排到循環水水箱外部。

4 結語

隨著經濟的發展，石油、煤炭等自然資源不斷減少，人們越來越關注新能源的使用，而太陽能作為一種取之不盡用之不竭的清潔能源，是現今人們使用最為廣泛的新能源。本文設計的太陽能溫度調節系統能高效利用太陽能，節能環保，可以緩解當前傳統能源供應不足的現象。

［1］張國華，謝崇寶.風光互補微動力滴灌系統［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：機械制造及其自動化。