CN118958226A - 寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统和施工方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统和施工方法,涉及大坝防冰冻技术领域。系统包括太阳能热电收集装置、第一出水管、储热水箱和第一进水管依次首尾连接形成的第一循环回路以及储热水箱、第二出水管、散热器和第二进水管依次首尾连接形成的第二循环回路,将系统中的第一出水管和第一进水管布置在大坝的面板底部,通过循环储热水箱中的热水来加热大坝,起到防冻胀的效果;将系统中的散热器安装到大坝的面板上靠近水位面的位置,可阻止面板上冰盖的生成。该系统可充分利用寒区丰富的太阳能,并将夏季的太阳辐射能量提前收集,从而进行大坝冬季增温,以改善现有寒区大坝防冰冻能耗大、费时费力、效率低下等问题。
Description
技术领域
本申请涉及大坝防冰冻技术领域,具体而言,涉及一种寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统和施工方法。
背景技术
据悉,国内寒区分布范围广,约占我国陆地总面积的43.5%,其上修建了2.2万余座水库大坝,有效保障了寒区的水安全、粮食安全和生态安全。但受寒区冬季低温天气影响,水位面附近水体易结冰形成冰盖,在冬季生长及春融前期温度升高会导致冰盖产生爬坡现象,对大坝面板产生了严重的冰推作用;冻结期水位变动亦会对大坝面板产生冰拔作用。此外,水位面附近的坝体因水分补给充足,其冻胀破坏严重。因此,寒区水坝存在明显的冰冻害问题,已严重威胁工程的安全运行。
现阶段,大坝防冰害主要采用压力水射流法、压缩空气吹泡法、电加热法、人工破冰法、防冰贴片(憎水涂层)和热管法等方法,其中,前三种方法均需利用外部电源,能耗大且存在漏电危险。人工破冰法费时费力且效率低,防冰贴片长期泡于水中易剥落,热管法提供热能有限导致其效果较差。
对于大坝防冻害,还采用保温板和电加热的方法,但是保温板因长期浸于水中导致其保温性能急剧降低,电加热法存在能耗较大问题。而且值得注意的是,上述各种方法仅能防治大坝冰害或冻害的一种,而并不能同时对多种大坝冰害或冻害防治。
发明内容
本申请的目的是提供一种寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统和施工方法,该寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统和施工方法能够充分利用太阳能资源进行大坝增温,以改善现有寒区大坝防冰冻能耗大、费时费力、效率低下等问题。
为了实现上述目的,第一方面,本发明提供一种寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统,系统包括太阳能热电收集装置、储能装置、储热水箱、散热器、第一出水管、第一进水管、第二出水管和第二进水管;
太阳能热电收集装置、第一出水管、储热水箱和第一进水管依次首尾连接,形成第一循环回路;储能装置连接到太阳能热电收集装置;太阳能热电收集装置用于收集太阳能,并将产生的热能通过第一循环回路中的传热介质存储到储热水箱,并将产生的电能存储到储能装置;其中,第一出水管和第一进水管用于布置在大坝的面板底部;
储热水箱、第二出水管、散热器和第二进水管依次首尾连接,形成第二循环回路;储热水箱用于将存储的热能传递到散热器,散热器用于安装到大坝的面板上靠近水位面的位置。
在可选的实施方式中,系统还包括控制盒、第一蠕动泵和第二蠕动泵;
第一蠕动泵安装在第一循环回路上,第二蠕动泵安装在第二循环回路上,控制盒与太阳能热电收集装置、储能装置、第一蠕动泵和第二蠕动泵连接。
在可选的实施方式中,太阳能热电收集装置包括弧形吸热反光器、热电收集器、太阳追踪器和伺服电机;
太阳追踪器、热电收集器和弧形吸热反光器从上至下依次设置,伺服电机与弧形吸热反光器连接,伺服电机用于根据太阳追踪器的指令驱动弧形吸热反光器转动,使弧形吸热反光器吸收最大的太阳辐射。
在可选的实施方式中,第一出水管包括出水主管、第一分出水管和第二分出水管,第一分出水管的一端连接到热电收集器,第一分出水管的另一端连接到出水主管的一端,第二分出水管的一端连接到弧形吸热反光器,第二分出水管的另一端连接到出水主管的一端,出水主管的另一端连接到储热水箱;
第一进水管包括进水主管、第一分进水管和第二分进水管,进水主管的一端连接到储热水箱,进水主管的另一端连接到第一分进水管和第二分进水管的一端,第一分进水管的另一端连接到热电收集器,第二分进水管的另一端连接到弧形吸热反光器。
在可选的实施方式中,弧形吸热反光器包括从上至下依次层叠设置的光谱选择性反射涂层、钢化玻璃、真空集热管矩阵和金属反射板,其中,真空集热管矩阵的两端分别连接第二分出水管和第二分进水管。
在可选的实施方式中,热电收集器包括从上至下依次层叠设置的顶面太阳能电池板、集热板和底面太阳能电池板,其中,集热板的两端分别连接第一分出水管和第一分进水管。
在可选的实施方式中,储热水箱包括低温水箱、高温水箱和电磁阀,低温水箱和高温水箱之间通过电磁阀连接,低温水箱与第一进水管连接,高温水箱与第一出水管连接。
在可选的实施方式中,散热器包括从上至下依次层叠设置的黑色高吸热涂层、铝合金散热板和软格栅,其中,软格栅中设置有饱和醋酸钠相变胶囊。
第二方面,本发明提供一种施工方法,施工方法应用于前述实施方式的寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统,施工方法包括以下步骤:
将系统中的第一出水管和第一进水管布置在大坝的面板底部;
将系统中的散热器安装到大坝的面板上靠近水位面的位置。
在可选的实施方式中,将系统中的第一出水管和第一进水管布置在大坝的面板底部的步骤,包括:
根据大坝的材料,划分出大坝的加热区和绝热区;
将第一出水管和第一进水管埋入加热区的部分,作为放热段;将第一出水管和第一进水管设置在绝热区的部分,作为绝热段。
通过上述技术方案,太阳能热电收集装置利用太阳辐射转化为电能和热能,电能可存储到储能装置,并用于对系统内的用电设备供电,热能可存储到储热水箱,并最终通过散热器对大坝的面板水位面附近的位置加热,可阻止面板上冰盖的生成,系统中的第一出水管和第一进水管可布置在大坝的面板底部,可加热大坝,起到防冻胀的效果。这样,系统充分利用太阳能资源进行大坝增温,可有效避免冬季坝体冻胀和面板冰推冰拔等病害的产生,且改善现有寒区大坝防冰冻能耗大、费时费力、效率低下等问题。
本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统安装后的结构示意图;
图2为图1中弧形吸热反光器的结构示意图;
图3为图1中热电收集器的结构示意图;
图4为图1中储热水箱的结构示意图;
图5为图1中散热器的结构示意图。
图标:2-弧形吸热反光器;21-光谱选择性反射涂层;22-钢化玻璃;23-真空集热管矩阵;24-金属反射板;3-热电收集器;31-顶面太阳能电池板;32-集热板;33-底面太阳能电池板;4-太阳追踪器;5-伺服电机;6-储能装置;7-控制盒;8-储热水箱;81-低温水箱;82-高温水箱;83-电磁阀;84-集肤效应伴热电缆;85-保温棉;86-复合土工膜;87-钢纤维水泥砂浆;9-散热器;91-黑色高吸热涂层;92-铝合金散热板;93-软格栅;94-饱和醋酸钠相变胶囊;10-出水主管;11-第一分出水管;12-第二分出水管;13-进水主管;14-第一分进水管;15-第二分进水管;16-第二出水管;17-第二进水管;18-第一蠕动泵;19-第二蠕动泵;20-水位面;30-面板。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“内”、“外”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,或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本实施例提供一种寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统(以下简称:系统),该系统能够充分利用西北寒区丰富的太阳能资源,并将其转化为电能和热能,通过循环加热的水体对水位面20附近的坝体和面板30进行加热,可有效避免冬季坝体冻胀和面板30冰推冰拔等病害的产生。
具体的,请查阅图1,系统包括太阳能热电收集装置、储能装置6、储热水箱8、散热器9、第一出水管、第一进水管、第二出水管16、第二进水管17、控制盒7、第一蠕动泵18和第二蠕动泵19。
太阳能热电收集装置、第一出水管、储热水箱8和第一进水管依次首尾连接,形成第一循环回路,第一蠕动泵18安装在第一循环回路上。储能装置6连接到太阳能热电收集装置;太阳能热电收集装置用于收集太阳能,并将产生的热能通过第一循环回路中的传热介质存储到储热水箱8,并将产生的电能存储到储能装置6;其中,第一出水管和第一进水管用于布置在大坝的面板30底部。
储热水箱8、第二出水管16、散热器9和第二进水管17依次首尾连接,形成第二循环回路,第二蠕动泵19安装在第二循环回路上。储热水箱8用于将存储的热能传递到散热器9,散热器9用于安装到大坝的面板30上靠近水位面20的位置。
控制盒7与太阳能热电收集装置、储能装置6、第一蠕动泵18和第二蠕动泵19连接。
其中,太阳能热电收集装置包括弧形吸热反光器2、热电收集器3、太阳追踪器4和伺服电机5;太阳追踪器4、热电收集器3和弧形吸热反光器2从上至下依次设置,伺服电机5与弧形吸热反光器2连接,伺服电机5用于根据太阳追踪器4的指令驱动弧形吸热反光器2转动,使弧形吸热反光器2吸收最大的太阳辐射。
通过太阳追踪器4可实时追踪太阳位置,并将光信号传递至控制盒7,控制盒7可发出指令控制伺服电机5工作,使弧形吸热反光器2吸收最大的太阳辐射。
第一出水管包括出水主管10、第一分出水管11和第二分出水管12,第一分出水管11的一端连接到热电收集器3,第一分出水管11的另一端连接到出水主管10的一端,第二分出水管12的一端连接到弧形吸热反光器2,第二分出水管12的另一端连接到出水主管10的一端,出水主管10的另一端连接到储热水箱8。
第一进水管包括进水主管13、第一分进水管14和第二分进水管15,进水主管13的一端连接到储热水箱8,进水主管13的另一端连接到第一分进水管14和第二分进水管15的一端,第一分进水管14的另一端连接到热电收集器3,第二分进水管15的另一端连接到弧形吸热反光器2。
具体的,第一出水管和第一进水管的直径可以是6cm。第一进水管连接低温水箱81,第一出水管连接高温水箱82,第一出水管和第一进水管的部分布置于大坝的面板30下方。进水主管13离开坝体后,通过一进二出接头连接第一分进水管14和第二分进水管15,分别为集热板32和真空集热管矩阵23供水。集热板32和真空集热管矩阵23的出水口连接第一分出水管11和第二分出水管12,通过二进一出接头连接出水主管10,随后埋入坝体,将高温水体带入高温水箱82。
第二出水管16和第二进水管17的外部包裹保温材料进行绝热处理,其直径为4cm,循环速度约是第一出水管和第一进水管的2.2倍,可基本保证两套循环回路的流量一致,减少储热水箱8内水位波动。
请查阅图2,弧形吸热反光器2包括从上至下依次层叠设置的光谱选择性反射涂层21、钢化玻璃22、真空集热管矩阵23和金属反射板24,其中,真空集热管矩阵23的两端分别连接第二分出水管12和第二分进水管15。真空集热管矩阵23包括多根真空集热管。光谱选择性反射涂层21可充分吸收红外光加热内部循环水体。
请查阅图3,热电收集器3包括从上至下依次层叠设置的顶面太阳能电池板31、集热板32和底面太阳能电池板33,其中,集热板32的两端分别连接第一分出水管11和第一分进水管14。
可见光通过弧形吸热反光器2反射到热电收集器3上,使底面太阳能电池板33发电。顶面太阳能电池板31可直接吸收太阳辐射发电。集热板32由导热性能优良的铝合金制成,通过内部循环水体可带走顶面太阳能电池板31和底面太阳能电池板33的发热量,这不仅可降低顶面太阳能电池板31和底面太阳能电池板33的温度,增加发电效率,并且也能加热水体供大坝防冰冻使用。
请查阅图4,储热水箱8包括低温水箱81、高温水箱82、电磁阀83、集肤效应伴热电缆84、保温棉85、复合土工膜86和钢纤维水泥砂浆87。其中,低温水箱81和高温水箱82之间通过电磁阀83连接,低温水箱81与第一进水管连接,高温水箱82与第一出水管连接。集肤效应伴热电缆84设置在高温水箱82的底部,低温水箱81和高温水箱82的表面从内至外依次包覆有保温棉85、复合土工膜86和钢纤维水泥砂浆87。
在阴天或夜晚时可辅助采用集肤效应伴热电缆84进行加热,由储能装置6供电。夏、秋季通过太阳能进行储热,为达到热量夏蓄冬用的目的,入冬前保证低温水箱81和高温水箱82中水体温度在80℃以上,且水体占低温水箱81和高温水箱82总容积的95%以上。
具体的,通过将低温水箱81中的水体经过太阳能热电收集装置到达高温水箱82,高温水箱82中的水体过多时经过电磁阀83就回流到低温水箱81,如此循环就可以反复加热低温水箱81和高温水箱82中的水体,使温度均保持在80℃以上。若高温水箱82内水位计读数高于其高度,则自动打开电磁阀83,并配置泵,通过泵将高温水箱82内的水体下放一部分到低温水箱81;若低温水箱81内水位计读数高于其高度,则自动打开电磁阀83,并配置泵,将低温水箱81内的水体输送一部分到高温水箱82,进行局部水位调整,使系统内水体占低温水箱81和高温水箱82总容积的95%以上。
请查阅图5,散热器9的厚度约为4cm。散热器9包括从上至下依次层叠设置的黑色高吸热涂层91、铝合金散热板92和软格栅93,其中,软格栅93中设置有饱和醋酸钠相变胶囊94。铝合金散热板92内有循环水通道,通过连接第二出水管16和第二进水管17加热铝合金散热板92。黑色高吸热涂层91可充分吸收太阳辐射热,进一步加热铝合金散热板92,提高附近水体温度,减少表面冰盖生成。在散热器9周围水体温度低于0.5℃时,通过控制盒7打开第二蠕动泵19,利用散热器9对面板30增温。在温度高于0.5℃时,关闭第二蠕动泵19,以减少热能损失。在发生冻胀或冰推等极端事件时,面板30变形会挤压散热器9,使饱和醋酸钠相变胶囊94变形释放大量潜热,从而为面板30或坝体加热,减少大坝运行风险。
本实施例还提供一种施工方法,施工方法应用于前述实施方式的寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统,施工方法包括以下步骤:
S1:将系统中的第一出水管和第一进水管布置在大坝的面板30底部。
其中,首先,根据大坝的材料,划分出大坝的加热区和绝热区。
然后,将第一出水管和第一进水管埋入加热区的部分,作为放热段;将第一出水管和第一进水管设置在绝热区的部分,作为绝热段。
具体的,根据上游大坝的材料确定划分出大坝的加热区和绝热区,若上游大坝材料为堆石或砂砾石,则加热区为水位面20上方1m至储热水箱8连接处;若上游大坝材料为土,则加热区为水位面20上方2m至储热水箱8连接处,将第一出水管和第一进水管埋入加热区的部分,作为放热段;其余位置的第一出水管和第一进水管外侧均包裹保温材料,为绝热段。大坝内部的第一出水管和第一进水管由散热性能好、强度高、耐久性优良的铝合金制成,大坝外部的第一出水管和第一进水管则由耐高、低温的软管组成。无太阳时,第一循环回路则停止运行。
S2:将系统中的散热器9安装到大坝的面板30上靠近水位面20的位置。
本实施例提供的寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统的工作原理:
白天太阳光照射在弧形吸热反光器2上,经光谱选择性反射涂层21,其中的红外光射向真空集热管矩阵23,真空集热管矩阵23背后的金属反射板24进一步增加真空集热管矩阵23的吸热效果。其余可见光反射到热电收集器3的底面太阳能电池板33进行发电,而顶面太阳能电池板31可直接吸收太阳辐射发电,并收集于储能装置6中。热电收集器3中的集热板32内有循环水通道,用于收集顶面太阳能电池板31和底面太阳能电池板33的发热量。真空集热管矩阵23和集热板32内的高温水体通过第一出水管、第一进水管和第一蠕动泵18收集于高温水箱82内。
其中,第一出水管和第一进水管布置于面板30的底部,可加热坝体防冻胀。
在冬季,散热器9安装到大坝的面板30上靠近水位面20的位置,散热器9的黑色高吸热涂层91可充分吸收太阳辐射升温。当散热器9周围的温度低于0.5℃时,控制高温水箱82内水体通过第二出水管16、第二进水管17和散热器9对周围水体加热,阻止冰盖生成。
在阴天或夜晚时,可通过储能装置6对第一蠕动泵18、第二蠕动泵19、电磁阀83和伺服电机5供电,并通过集肤效应伴热电缆84加热水体,增加防冰效果。若低温水箱81或高温水箱82内水位计读数高于其高度,则自动打开电磁阀83进行局部水位调整。这样,可充分将夏季太阳能存储在储热水箱8内,入冬前保证低温水箱81和高温水箱82中水体温度在80℃以上,且水体占低温水箱81和高温水箱82总容积的95%以上,达到能量夏蓄冬用的目的,供大坝冬季加热防冰冻。若发生极端低温事件,水位面20附近坝体产生冻胀变形或形成冰推作用时,散热器9内部的饱和醋酸钠相变胶囊94变形会释放大量潜热,可进一步对大坝增温防冰冻。
本实施例提供的寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统和施工方法的有益效果包括:
1. 解决了寒区水库大坝冰害和冻害共同防治的难题。寒区水库冰冻害严重,但现有技术仅能防治大坝冰害或冻害的一种,防冰冻技术有限。本实施例通过水体蓄热太阳能的方式,采用散热器9、第一出水管、第一进水管对水位面20附近水体及其上方坝体易冻胀处进行加热,进而防治大坝冰冻害;
2. 解决了夏季强辐射等能量浪费问题。本实施例通过太阳能热电收集装置对夏季热能进行收集,将热能蓄集到储热水箱8内,保证冬季来临时,低温水箱81和高温水箱82的水体温度达到80℃以上。在夏季,顶面太阳能电池板31和底面太阳能电池板33的发电量通过储能装置6储存,以备冬季加热水体使用,真正实现了能量的夏蓄冬用。
3. 解决了太阳辐射利用率低的难题。太阳光中的红外光用来加热,而可见光用于光伏发电。本实施例的太阳能热电收集装置通过光谱选择性反射涂层21将太阳光分离成红外光和可见光。真空集热管矩阵23通过吸收红外光而加热水体,弧形吸热反光器2聚光并反射可见光至底面太阳能电池板33,可有效提高底面太阳能电池板33表面的太阳能能流密度,提高光电输出效率。此外热电收集器3的顶面太阳能电池板31发电的发热量通过集热板32内循环水体收集并带走,进而提升发电效率。整体上,本实施例通过光谱选择性反射涂层21和热电联供方式,大大提高了太阳能利用率。
4. 提高了大坝面板30防冰害的成功率。本实施例从三方面提高水位面20附近水体温度,减少冰盖生成率。重点通过循环高温水体加热,在此基础上结合黑色高吸热涂层91进行光热收集加热,最后给出了在极端事件发生情况下,通过饱和醋酸钠相变胶囊94变形释放大量潜热的方式加热。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例中的特征可以相互结合。
以上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。
Claims (10)
1.一种寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统,其特征在于,所述系统包括太阳能热电收集装置、储能装置(6)、储热水箱(8)、散热器(9)、第一出水管、第一进水管、第二出水管(16)和第二进水管(17);
所述太阳能热电收集装置、所述第一出水管、所述储热水箱(8)和所述第一进水管依次首尾连接,形成第一循环回路;所述储能装置(6)连接到所述太阳能热电收集装置;所述太阳能热电收集装置用于收集太阳能,并将产生的热能通过所述第一循环回路中的传热介质存储到所述储热水箱(8),并将产生的电能存储到所述储能装置(6);其中,所述第一出水管和所述第一进水管用于布置在大坝的面板(30)底部;
所述储热水箱(8)、所述第二出水管(16)、所述散热器(9)和所述第二进水管(17)依次首尾连接,形成第二循环回路;所述储热水箱(8)用于将存储的热能传递到所述散热器(9),所述散热器(9)用于安装到大坝的面板(30)上靠近水位面(20)的位置。
2.根据权利要求1所述的寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统,其特征在于,所述系统还包括控制盒(7)、第一蠕动泵(18)和第二蠕动泵(19);
所述第一蠕动泵(18)安装在所述第一循环回路上,所述第二蠕动泵(19)安装在所述第二循环回路上,所述控制盒(7)与所述太阳能热电收集装置、所述储能装置(6)、所述第一蠕动泵(18)和所述第二蠕动泵(19)连接。
3.根据权利要求2所述的寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统,其特征在于,所述太阳能热电收集装置包括弧形吸热反光器(2)、热电收集器(3)、太阳追踪器(4)和伺服电机(5);
所述太阳追踪器(4)、所述热电收集器(3)和所述弧形吸热反光器(2)从上至下依次设置,所述伺服电机(5)与所述弧形吸热反光器(2)连接,通过所述太阳追踪器(4)可实时追踪太阳位置,并将光信号传递至所述控制盒(7),所述控制盒(7)可发出指令控制所述伺服电机(5)工作,使所述弧形吸热反光器(2)吸收最大的太阳辐射。
4.根据权利要求3所述的寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统,其特征在于,所述第一出水管包括出水主管(10)、第一分出水管(11)和第二分出水管(12),所述第一分出水管(11)的一端连接到所述热电收集器(3),所述第一分出水管(11)的另一端连接到所述出水主管(10)的一端,所述第二分出水管(12)的一端连接到所述弧形吸热反光器(2),所述第二分出水管(12)的另一端连接到所述出水主管(10)的一端,所述出水主管(10)的另一端连接到所述储热水箱(8);
所述第一进水管包括进水主管(13)、第一分进水管(14)和第二分进水管(15),所述进水主管(13)的一端连接到所述储热水箱(8),所述进水主管(13)的另一端连接到所述第一分进水管(14)和所述第二分进水管(15)的一端,所述第一分进水管(14)的另一端连接到所述热电收集器(3),所述第二分进水管(15)的另一端连接到所述弧形吸热反光器(2)。
5.根据权利要求4所述的寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统,其特征在于,所述弧形吸热反光器(2)包括从上至下依次层叠设置的光谱选择性反射涂层(21)、钢化玻璃(22)、真空集热管矩阵(23)和金属反射板(24),其中,所述真空集热管矩阵(23)的两端分别连接所述第二分出水管(12)和所述第二分进水管(15)。
6.根据权利要求4所述的寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统,其特征在于,所述热电收集器(3)包括从上至下依次层叠设置的顶面太阳能电池板(31)、集热板(32)和底面太阳能电池板(33),其中,所述集热板(32)的两端分别连接所述第一分出水管(11)和所述第一分进水管(14)。
7.根据权利要求1所述的寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统,其特征在于,所述储热水箱(8)包括低温水箱(81)、高温水箱(82)和电磁阀(83),所述低温水箱(81)和所述高温水箱(82)之间通过所述电磁阀(83)连接,所述低温水箱(81)与所述第一进水管连接,所述高温水箱(82)与所述第一出水管连接。
8.根据权利要求1所述的寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统,其特征在于,所述散热器(9)包括从上至下依次层叠设置的黑色高吸热涂层(91)、铝合金散热板(92)和软格栅(93),其中,所述软格栅(93)中设置有饱和醋酸钠相变胶囊(94)。
9.一种施工方法,其特征在于,所述施工方法应用于权利要求1所述的寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统,所述施工方法包括以下步骤:
将所述系统中的第一出水管和第一进水管布置在大坝的面板(30)底部;
将所述系统中的散热器(9)安装到大坝的面板(30)上靠近水位面(20)的位置。
10.根据权利要求9所述的施工方法,其特征在于,所述将所述系统中的第一出水管和第一进水管布置在大坝的面板(30)底部的步骤,包括:
根据大坝的材料,划分出大坝的加热区和绝热区;
将所述第一出水管和所述第一进水管埋入所述加热区的部分,作为放热段;将所述第一出水管和所述第一进水管设置在所述绝热区的部分,作为绝热段。
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| CN202411426327.5A CN118958226B (zh) | 2024-10-14 | 2024-10-14 | 寒区水库大坝的太阳能热电联供增温防冰冻系统和施工方法 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014000079A1 (en) * | 2012-06-27 | 2014-01-03 | W&E International (Canada) Corp. | Insulating glass style solar heat collector and building using solar energy for heating and cooling employing same |
| CN103733000A (zh) * | 2011-08-19 | 2014-04-16 | W&E国际(加拿大)公司 | 非正交的太阳能集热器与太阳能热电联产 |
| CN109341109A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-02-15 | 西北农林科技大学 | 一种用于寒区冬季输水渠道基土辅热的光热蓄集系统 |
| CN111778934A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-10-16 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种用于寒区水库大坝的保温蓄热防冻结构 |
| CN212388472U (zh) * | 2020-07-23 | 2021-01-22 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种寒区水库大坝加热阻冷系统 |
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2024
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103733000A (zh) * | 2011-08-19 | 2014-04-16 | W&E国际(加拿大)公司 | 非正交的太阳能集热器与太阳能热电联产 |
| WO2014000079A1 (en) * | 2012-06-27 | 2014-01-03 | W&E International (Canada) Corp. | Insulating glass style solar heat collector and building using solar energy for heating and cooling employing same |
| CN109341109A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-02-15 | 西北农林科技大学 | 一种用于寒区冬季输水渠道基土辅热的光热蓄集系统 |
| CN111778934A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-10-16 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种用于寒区水库大坝的保温蓄热防冻结构 |
| CN212388472U (zh) * | 2020-07-23 | 2021-01-22 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种寒区水库大坝加热阻冷系统 |
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