本发明属于储热供暖，尤其涉及一种基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统及控制方法。
背景技术：
1、
2、
3、目前我国农村大致以自建土煤气、燃气壁挂炉、空气源热泵三种供暖的方式，然而现阶段均存在问题，最传统的自建土煤气由于燃煤限制已经在淘汰边缘，燃气壁挂炉由于燃气价格上升地位不断下降，空气壁挂炉由于运行负荷高突破困难。
4、光热技术清洁无污染，但存在光源不稳定、有间歇性等问题，储能技术恰好能够与之互补。目前，常见的储能技术包括热能储存、机械能储存、电能储存等。由于本发明主要用于热供应，且农户房屋可容纳空间较小，选择热能储存作为储能模式。相较于电化学储能、电气储能等其他储能路线，其在储能密度、技术成本、使用寿命等方面具有明显优势。结合光热技术，可以更高效率收集太阳能满足居民热需求，助力我国实现双碳目标。
5、热能存储主要分为显热、潜热、化学反应热三种方式。其中化学反应热大多处于实验室阶段，而潜热存储相比显热存储具有储能密度大、温度波动小等优势，能够实现近似恒温条件下能量的吸收、储存与释放。潜热储能可以解决能量供需在时间、空间和强度上不匹配的问题，提高了能源利用率，适用于民用中低温情景。因此本发明最终选择使用有机相变材料作为介质进行热量存储。
6、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
7、农村地区现有的居民采暖方式存在高污染、效率偏低和经济性差的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统及控制方法。
2、本发明是是建立于一种基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统的供暖设备，通过太阳能热能加热复合有机相变材料实现储能，并且在需要的时候利用储能实现供暖的目的，系统具体构成包括：
3、太阳能集热模块，利用平板型太阳能集热器进行对太阳能热能收集，所述平板型太阳能集热器包括钢化玻璃、吸收体、保温层和外壳等部件，吸收体表面涂有选择性吸收涂层，太阳能热能被涂层所吸收，体内部设有流道，液体工质在流道内被涂层的存储能量加热，然后在管道内流动至吸收体充分换热；
4、储热罐体模块，储热罐体模块内部集成有光热集热管通路、储热介质和热交换器，用于利用储热介质进行储热，与热交换器进行换热，所述储热介质为改性赤藓糖醇复合相变材料。进一步，所述储热罐体模块采用一体式单罐结构，罐体结构为圆筒形，包括外围保温材料、用于储存pcm的内罐、导热油管、换热水管；
5、罐体上部边缘采用法兰与罐盖连接，罐盖边缘的法兰盘与圆柱罐体相连，罐体上端开设有用于添加储热材料的填料孔、安装温度传感器的孔位以及用于固定盘管换热器的孔位。
6、进一步，所述罐体内底部填充有锥形金属泡沫，导热油管先加热罐子内部所置的金属泡沫，再通过其增大传热面积以此实现增强材料的导热能力的目的。
7、进一步，所述罐体罐顶预留有泄压孔，用于防止罐子内部由于温度升高压力过大，维持系统的工作环境正常。
8、进一步，所述罐体与罐盖之间夹设有密封垫，防止内部的材料泄漏，保护用户的安全，增加系统的稳定性与可靠性。
9、智能控制模块，温度传感器的信号被接受后输出光热集热实时效率，基于供热需求波动实时调节储热罐的热输出功率，并且基于用户端的控制，实现智能控温。
10、本发明的另一目的在于提供一种基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统的控制方法，所述基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统的控制方法包括：
11、步骤一，通过太阳能集热器产生热量，利用导热油作为传热介质循环流经储热罐底部，将热量通过填充的锥形金属泡沫传递并存储到装有赤藓糖醇复合相变材料的储热罐中；
12、步骤二，当有采暖或者生活热水需求时，利用智能控制模块响应开启水泵，水通过管道循环向室内供热，通过改变管道中水流量，调整复合有机相变材料与水的换热效率；
13、步骤三，当无采暖需求时，水泵停止工作，利用复合有机相变材料的储热能力以及储热罐外层绝热材料，将太阳能集热模块产生的热量进行存储；
14、步骤四，智能控制模块将上传终端用户的实时使用数据到云平台，预测未来用户的供热需求，实时调整储热罐的热输出功率，实现智能控温。
15、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
16、第一、本发明采用集热+储热+供暖技术，利用集热器将太阳能转换为热能储存在储热罐中。为保证设备的安全性，结合自动控制技术对设备运行进行调控，保证其安全高效供暖，能够提高农户热舒适性，降低采暖成本，并实现清洁低碳供暖。
17、本发明可实现全天候自动清洁采暖，相比其他采暖方式具有成本低、能效高、零碳排放等优势，可在农村住宅、独栋别墅、小型商业体等建筑的供暖中展现独特优势。
18、(1)利用光热技术将热量直接传递给材料，高效率实现自给自足式供暖
19、本采暖系统的能源输入全部来自于太阳能，通过镜面聚集太阳直射光，直接加热导热油传递能量。与燃气采暖、燃煤采暖和电采暖等技术相比，本系统真正实现了绿色低碳供暖。利用白天光热集热板汇集的太阳能转化成高温热源储存，实现居民家庭全天24小时的生活热水供应和供暖。光热技术的应用实现了热对热的能量传输途径，减少了能量转换过程，大大提高了有限空间内太阳能的利用，在农户场景下极具可推广性。
20、(2)设计底部锥形金属泡沫填充，增强材料导热能力
21、系统采用具有高热导率和比表面积的多孔材料，改善相变材料热导性能，同时利用罐内金属泡沫结构的非对称布局强化底部的弱导热，保持pcm的强自然对流，促进与上部的换热。通过模拟探究不同填充角(θ＝60°-180°)和直径(d＝1/2-5/6d0)对金属泡沫形态的熔化性能的影响，在采用锥形设计的最佳情况下(即θ≈120°、d≈3/4d0)，pcm完全熔化时间显著降低。
22、(3)采用改性赤藓糖醇复合相变材料，性能优良
23、赤藓糖醇具有储能密度大、稳定性好、安全、无腐蚀性等优点，在太阳能蓄热、工业余废热回收、清洁供暖等中低温储能领域有广阔的应用前景。本系统通过正交实验优化了赤藓糖醇复合相变材料，通过改变不同添加剂配比获得最优性能，即加入2％的膨胀石墨和1％的庚二酸钙。改性后材料在保留原优势的基础上克服了其过冷度大、导热性能差的问题，增强了在实际应用中的优势。
24、本发明在运行成本较小的情况下，实现小规模的家庭供热采用清洁能源，不会产生二次污染的排放。
25、本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：根据实际运行效率和成本计算结果可知，该系统预计每年可减排106.6吨co2，总建设成本约为21000元，运行成本可忽略不计。
26、第二，这种基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统，每个组成部分都取得了显著的技术进步：
27、太阳能集热模块1：该模块采用平板型太阳能集热器进行热能收集，高效利用太阳能，提高了热能收集效率。此外，吸收体采用表面涂有选择性吸收涂层的材料，提高了热能吸收效率。
28、储热罐体模块2：该模块内部集成了光热集热管通路、储热介质和热交换器，一体化设计提高了设备的储热和传热效率。特别是，储热介质采用了改性赤藓糖醇复合相变材料，该材料具有良好的热存储性能和热稳定性，能有效提高热能利用率。罐体结构的优化设计也有助于减小热损失，提高热效率。
29、智能控制模块3：该模块根据光热集热实时效率，基于供热需求波动实时调节储热罐的热输出功率，实现智能控温，提高了系统的自动化水平，使得供热更加精准、高效。
30、平板型太阳能集热器：该器件主要由钢化玻璃、吸收体、保温层和外壳等部件组成，其传热工质为液体，可以充分与吸热体换热，提高了热能转换效率。
31、储热罐体模块结构：该结构采用一体式单罐结构，占地空间小，结构布局紧凑合理，提高了设备的保温性，减少了热能损失。
32、这些显著的技术进步使得该储热供暖系统具有更高的热效率和更好的储热性能，同时也提高了设备的自动化水平和智能化水平。
1.一种基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统，其特征在于，太阳能集热模块，利用平板型太阳能集热器进行对太阳能热能收集，所述平板型太阳能集热器包括钢化玻璃、吸收体、保温层和外壳等部件，吸收体表面涂有选择性吸收涂层，太阳能热能被涂层所吸收，体内部设有流道，液体工质在流道内被涂层的存储能量加热，然后在管道内流动至吸收体充分换热。
3.如权利要求1所述的基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统，其特征在于，储热罐体模块，储热罐体模块内部集成有光热集热管通路、储热介质和热交换器，用于利用储热介质进行储热，与热交换器进行换热，所述储热介质为改性赤藓糖醇复合相变材料；所述储热罐体模块采用一体式单罐结构，罐体结构为圆筒形，包括外围保温材料、用于储存pcm的内罐、导热油管、换热水管。
4.如权利要求3所述的基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统，其特征在于，罐体上部边缘采用法兰与罐盖连接，罐盖边缘的法兰盘与圆柱罐体相连，罐体上端开设有用于添加储热材料的填料孔、安装温度传感器的孔位以及用于固定盘管换热器的孔位。
5.如权利要求1所述的基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统，其特征在于，所述平板型太阳能集热器包括钢化玻璃、吸收体、保温层和外壳等部件，吸收体表面涂有选择性吸收涂层，吸收体内部设有流道，液体工质在流道内流动用于与吸收体充分换热。
6.如权利要求1所述的基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统，其特征在于，所述储热罐体模块采用一体式单罐结构，罐体结构为圆筒形，包括外围保温材料、用于储存pcm的内罐、导热油管、换热水管；
7.如权利要求3所述的基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统，其特征在于，所述罐体内底部填充有锥形金属泡沫，用于增强材料的导热能力；所述罐体罐顶预留有泄压孔，用于防止罐子内部压力过大；所述罐体与罐盖之间夹设有密封垫。
8.一种用于实施权利要求1～7任意一项所述的基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统的控制方法，其特征在于，所述基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统的控制方法包括：
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求8所述的基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统的控制方法的步骤。
10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求8所述的基于光热和复合有机相变材料的储热供暖系统的控制方法的步骤。
