一種太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電通風與供熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電通風與供熱系統(tǒng)，包括房屋主體，所述房屋主體包括地基、圍墻、門和窗戶，還包括太陽能熱氣流發(fā)電、通風與供熱系統(tǒng)，所述太陽能熱氣流發(fā)電、通風與供熱系統(tǒng)包括太陽能地面集熱器、太陽能外墻集熱器和太陽能屋頂集熱器，還包括太陽能熱氣流發(fā)電裝置、太陽能供暖裝置、太陽能通風裝置和太陽能熱氣流熱水裝置。該系統(tǒng)具有高效利用太陽能的特點，可以利用太陽能熱氣流加熱生活熱水、通風納涼、發(fā)電和供暖的功能，該系統(tǒng)具有成本低、安全可靠、穩(wěn)定性好、全年綜合高效利用太陽能的特點，可以解決北方地區(qū)單體建筑的生活熱水供應、冬季供暖、夏季發(fā)電和通風納涼的問題。
【專利說明】一種太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電通風與供熱系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及太陽能熱氣流發(fā)電和太陽能暖通【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電與建筑儲熱供暖相結(jié)合的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]從太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)看，現(xiàn)有的太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)與建筑的結(jié)合僅限于太陽能集熱器或太陽能煙?安裝在屋頂上或高層建筑外墻上，而沒有與建筑在功能上進行有效結(jié)合。其中有代表性的文章有:2008年華中科技大學博士研究生論文“基于西部太陽能煙囪熱氣流發(fā)電及應用研究”提出了三種山體復合式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)，2010年青島科技大學碩士研究生論文“立式集熱板太陽能熱氣流電站理論分析與數(shù)值模擬研究”提出了與城市高層建筑相結(jié)合的太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)。這些文獻主要基于太陽能熱氣流系統(tǒng)與山體或高層建筑的結(jié)合，沒有能夠與農(nóng)村單層獨體房屋結(jié)合，因此不能將熱氣流發(fā)電與建筑供暖相結(jié)合。檢索太陽能熱氣流發(fā)電的專利文獻，有I項成為與本專利技術(shù)最為接近的技術(shù)，其專利名稱是“建筑屋頂式太陽能熱氣流和風力聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)”的實用新型專利技術(shù)，其專利申請?zhí)枮?01120029443.5。該技術(shù)提出將太陽能空氣集熱器安裝在建筑的人字形屋頂上，在屋脊平面位置上安裝熱氣流煙?及風力發(fā)電裝置，該裝置可將熱氣流發(fā)電和風力發(fā)電聯(lián)運行，也可單獨運行，但的功能上沒有與建筑供暖相結(jié)合，這些文獻與技術(shù)都存在著低效率利用太陽能的問題。該項技術(shù)明顯存在著以下問題:1.目前太陽能熱氣流發(fā)電效率低于1%，而太陽能低溫光熱轉(zhuǎn)換效率高于50%，如果在冬季將太陽能產(chǎn)生的熱空氣用于發(fā)電而不供暖，則存在太陽能的低效率利用問題；2.僅利用建筑屋頂安裝太陽能空氣集熱器，太陽能空氣集熱器安裝面積小，系統(tǒng)效率較低；3.該裝置將太陽能儲熱裝置安裝在屋頂，增加了建筑承重負荷，不利于大容量儲熱；4.太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)與建筑用能需求之間不能產(chǎn)生較好結(jié)合。
[0003]從太陽能儲熱供暖技術(shù)看，以熱風為主的太陽能供暖與通風技術(shù)是一種新型技術(shù)。檢索已公開的文獻資料，有代表性的文章有2011年江蘇大學碩士研究生論文“太陽能供暖系統(tǒng)的研制”，研究了 一種主被動結(jié)合的無儲熱的南墻外立面太陽能空氣集熱供暖系統(tǒng)，采用直接向房間供熱風的模式實現(xiàn)供暖，該文主要研究的是集熱器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及太陽能供暖系統(tǒng)的性能，該系統(tǒng)以空氣為傳熱介質(zhì)，無儲熱系統(tǒng)，也無通風系統(tǒng)。2013年大連理工大學碩士研究生論文“熱風式太陽能地板儲熱系統(tǒng)熱性能研究”，建立了一種地板混凝土儲熱供暖系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型，并對熱氣流濕度及流速對系統(tǒng)性能進行了研究。檢索專利文獻，有兩項技術(shù)與本專利技術(shù)較為類似。
[0004]第一項是已授權(quán)的“農(nóng)村住房太陽能供暖裝置”的實用新型專利技術(shù)，其專利申請?zhí)枮?009201010823。該技術(shù)也是以空氣作為傳熱介質(zhì)，以設(shè)置在地下的卵石作為儲熱介質(zhì)，兼有主動式和被動式集熱模式，其方法是在建筑物朝陽屋頂上再設(shè)置太陽能空氣集熱器，與設(shè)置在地下的兩個卵石儲熱池之間聯(lián)通，通過主動方式進行儲熱和供熱，并在南墻外立面設(shè)置熱虹吸式空氣集熱器作為被動式采暖模式，通過太陽能主被動結(jié)合加電輔助加熱的模式實現(xiàn)建筑物的供暖。第二項是已公開的“一種利用太陽能蓄熱形式的太陽能供暖及通風系統(tǒng)”的發(fā)明專利技術(shù)，其專利申請?zhí)枮?012104710621。該技術(shù)提出以空氣作為傳熱介質(zhì)，以相變儲熱材料作為儲熱介質(zhì)，通過主被動相結(jié)合的方法實現(xiàn)太陽能的供暖與通風，其方法通過蓄熱空間內(nèi)的玻璃頂采光，太陽能光直接照射到相變儲熱材料上將其加熱，相變儲熱材料再將周圍的空氣加熱，需要時通過風機將蓄熱空間內(nèi)的熱空氣吹入室內(nèi)實現(xiàn)供暖的目標，在需要通風時打開蓄熱空間兩側(cè)的通風口實現(xiàn)自然通風或風機強迫通風，該項技術(shù)利用相變儲熱材料進行儲熱供暖，因建筑耗能量大，因此需要大體量的儲熱材料，其相變材料儲熱成本較高，該技術(shù)采用自然通風或風機強迫方式通風，在無風無電時不能實現(xiàn)有效通風，并且依靠風機通風需要消耗額外的電能。在兩項技術(shù)中明顯存在著以下問題:1.太陽能資源浪費問題。在采暖期太陽能集熱器收集的熱量用于建筑供暖，而在非采暖期，太陽能集熱器收集的熱量無法利用，集熱器溫度過高，反而對集熱器不利；2.太陽能空氣集熱器只能產(chǎn)生熱能，不能滿足建筑對電能的需求；3.太陽能空氣集熱器與建筑一體化程度差，存在重復建造問題。
[0005]所以無論是太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)還是太陽能供暖技術(shù)都明顯存在著以下不足和問題:
[0006]1.太陽能產(chǎn)生的熱空氣流不合理利用問題。目前太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)效率普遍低于1%，而太陽能低溫熱空氣供暖技術(shù)效率高于30%，如果在采暖期將太陽能產(chǎn)生的熱空氣用于發(fā)電而不供暖，則存在太陽能的低效率利用問題；另一方面，在非采暖期，建筑不需要大量熱能，太陽能熱空氣供暖技術(shù)中集熱器產(chǎn)生的熱空氣的熱量無法利用，造成熱能的浪費，并且集熱器溫度過高，反而對集熱器不利，而此時建筑需要的電能，太陽能供暖技術(shù)滿足不了。
[0007]2.上述太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)還是太陽能供暖技術(shù)都沒有考慮滿足建筑生活熱水和夏季通風納涼的需要。
[0008]3.上述建筑屋頂式太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)僅利用建筑屋頂安裝太陽能空氣集熱器，太陽能空氣集熱器安裝面積小，系統(tǒng)效率較低，且太陽能空氣集熱器與建筑一體化程度差，存在重復建造問題。
[0009]4.上述建筑屋頂式太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)將太陽能儲熱裝置安裝在屋頂，增加了建筑承重負荷，不利于大容量儲熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本實用新型的目的是提高一種太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電通風與供熱系統(tǒng)。
[0011]本實用新型是太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電通風與供熱系統(tǒng)，它包括房屋主體，所述房屋主體包括地基、圍墻35、門15和窗戶10，還包括太陽能熱氣流發(fā)電、通風與供熱系統(tǒng)，在朝陽的圍墻35上安裝有窗戶10，在圍墻35上需要人通行的地方設(shè)有門15，在所有圍墻35外均鋪設(shè)有第一保溫層36，在朝陽的圍墻35的第一保溫層36外設(shè)有太陽能光熱轉(zhuǎn)換層39，在太陽能光熱轉(zhuǎn)換層49外安裝有透光層51，透光層51與第一保溫層36周邊用密封材料密封，朝陽圍墻的第一保溫層36、光熱轉(zhuǎn)換層49和透光層51組成太陽能外墻集熱器；在房屋圍墻35頂部設(shè)有屋頂支架32，在屋頂支架32上固定有第二保溫層52，在第二保溫層52上邊是光熱轉(zhuǎn)換層19,光熱轉(zhuǎn)換層19由支架53支撐,與第二保溫層52保持一定間距，在光熱轉(zhuǎn)換層19上邊是透光層20，透光層20與光熱轉(zhuǎn)換層19之間也有一定間距，第二保溫層52與透光層20周邊用封邊密封，在第二保溫層52與透光層20之間、光熱轉(zhuǎn)換層19上下形成屋頂通風道54，屋頂支架32、第二保溫層52、光熱轉(zhuǎn)換層19、透光層20、屋頂通風道54組成太陽能屋頂集熱器；所述太陽能外墻集熱器和太陽能屋頂集熱器通過通風口相聯(lián)通；太陽能屋頂集熱器后端設(shè)有太陽能熱氣流匯流槽21，在匯流槽頂端安裝有太陽能煙囪24，太陽能煙? 24底部與匯流槽21頂端通過喇叭狀聚風管26聯(lián)接在一起，在喇叭狀聚風管26頂部安裝有風力渦輪機25，風力渦輪機25通過聯(lián)接軸28與固定在墻體上的發(fā)電機31相聯(lián)接，匯流槽21、太陽能煙囪24、聚風管26、風力渦輪機25和發(fā)電機31組成太陽能熱氣流發(fā)電裝置；在背陽的圍墻35為夾層圍墻，圍墻35內(nèi)側(cè)設(shè)有進風風道38，進風風道38頂端與太陽能屋頂通風道54聯(lián)通，進風風道38下端與地下儲熱體11聯(lián)通，在聯(lián)接處設(shè)有通風口 39，進風風道38中間設(shè)有與室內(nèi)相聯(lián)通的通風口 37，在通風口 37上設(shè)有第一閥門或塞子57，在進風風道38上檔風板63和下檔風板64聯(lián)接處安裝有風機33，風機33下面設(shè)有第二閥門56，在朝陽的圍墻35下部設(shè)有通風口 43，通風口 43處設(shè)第三閥門或塞子59，通風口 43聯(lián)通地下儲熱體與太陽能外墻集熱器，在朝陽的圍墻35上開設(shè)有與室內(nèi)相聯(lián)通的下通氣孔16與上通氣孔17，屋內(nèi)地面水泥層41以下與圍墻35中間是地下儲熱體11，地下儲熱體11內(nèi)是固定形狀的儲熱材料，在定形儲熱材料下面是地面保溫層40，地面保溫層40下面是房屋地基，地下儲熱體11通過通風口 39和通風口 43直接與進風風道38和太陽能墻體集熱熱器相聯(lián)通。
[0012]本實用新型的有益效果為:
[0013]1、本實用新型實現(xiàn)了太陽能產(chǎn)生的熱空氣的高效合理利用，提高了太陽能的利用效率。由于從太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能的效率高且成本便宜，本發(fā)明首先利用太陽能產(chǎn)生的熱氣流加熱生活熱水，其次利用太陽能產(chǎn)生的熱氣流直接用于建筑供暖，此兩種利用方式都是太陽能高效率的利用方式，再次在夏季需要通風納涼時節(jié)，利用太陽能熱虹吸效應實現(xiàn)通風納涼，這也是太陽能高效率利用方式之一，最后，利用多余的熱能產(chǎn)生的熱空氣對流發(fā)電，避免夏季太陽能資源的浪費。
[0014]2、本實用新型不僅在結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了太陽能器件與建筑的一體化，而且在建筑用電、生活熱水供應、通風納涼、供暖等建筑基本用能需求上實現(xiàn)了與太陽能器件功能的高度協(xié)調(diào)一致，利用太陽能熱氣流實現(xiàn)多種目標。
[0015]3、本實用新型通過將建筑屋頂設(shè)計成單坡屋頂、在建筑朝陽墻面安裝集熱裝置、將室內(nèi)地平面設(shè)計高出室外地平面以增加南墻外立面高度、在南墻窗戶以下位置將太陽能集熱器向外傾斜等方式增加了太陽能集熱面積，也提高了太陽能熱氣流的上升高度，可使太陽能集熱面積達到建筑面積的1.5?3.0倍，前后高度差達到8.0?10.0米，提高了太陽能供暖的保證率和可靠性，也提高了太陽能熱氣流發(fā)電的效率。
[0016]4、本實用新型還可以在室外地平面太陽能集熱器入口處增加太陽能集熱器面積，進一步提高太陽能的供熱量和發(fā)電量。
[0017]5、本實用新型在室外地面上放置儲熱體，使得儲熱體的安裝簡單方便、成本低，該儲熱體既可用夏季儲熱發(fā)電，延長發(fā)電時間，也可用于冬季儲熱供暖，提高供暖平穩(wěn)性。
[0018]6、本實用新型在室內(nèi)地面以下大面積設(shè)置儲熱體，使得儲熱體的安裝簡單方便、成本低、儲熱量大，保證了冬季無太陽時的建筑熱能需求。
[0019]7、本實用新型在室內(nèi)地面以下、以及室外窗戶以下位置設(shè)置儲熱體，符合加熱時從下往上加熱原理，可利用空氣自然對流實現(xiàn)供暖，達成被動式供暖目標，供暖過程不再額外消耗能量，既經(jīng)濟又安全可靠，并且利用通風孔閥門和地毯控制供暖功率，實現(xiàn)供暖功率高度可調(diào)目標，使室內(nèi)溫度波動更平穩(wěn)，舒適性更高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面根據(jù)實施例和附圖對本實用新型專利作進一步詳細說明。
[0021]圖1是本實用新型外觀及局部剖面示意圖，圖2是太陽能熱氣流發(fā)電工作方式示意圖，是圖1中A-A向剖視圖，圖3是另一太陽能熱氣流通風工作方式示意圖，也是圖1中A-A向剖視圖，圖4是本發(fā)明專利的太陽能熱氣流供暖工作方式示意圖，是圖1中A-A向剖視圖，圖5是本發(fā)明專利的進風風道示意圖，是圖1中B-B向剖視圖，圖6是實施例2進風風道不意圖，也是圖1中B-B向首I]視圖，圖7是實施例3進風風道不意圖，是圖1中B-B向剖視圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型是太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電通風與供熱系統(tǒng)，它包括房屋主體，所述房屋主體包括地基、圍墻35、門15和窗戶10，還包括太陽能熱氣流發(fā)電、通風與供熱系統(tǒng)，在朝陽的圍墻35上安裝有窗戶10，在圍墻35上需要人通行的地方設(shè)有門15，在所有圍墻35外均鋪設(shè)有第一保溫層36，在朝陽的圍墻35的第一保溫層36外設(shè)有太陽能光熱轉(zhuǎn)換層39，在太陽能光熱轉(zhuǎn)換層49外安裝有透光層51，透光層51與第一保溫層36周邊用密封材料密封，朝陽圍墻的第一保溫層36、光熱轉(zhuǎn)換層49和透光層51組成太陽能外墻集熱器；在房屋圍墻35頂部設(shè)有屋頂支架32，在屋頂支架32上固定有第二保溫層52，在第二保溫層52上邊是光熱轉(zhuǎn)換層19，光熱轉(zhuǎn)換層19由支架53支撐，與第二保溫層52保持一定間距，在光熱轉(zhuǎn)換層19上邊是透光層20，透光層20與光熱轉(zhuǎn)換層19之間也有一定間距，第二保溫層52與透光層20周邊用封邊密封，在第二保溫層52與透光層20之間、光熱轉(zhuǎn)換層19上下形成屋頂通風道54，屋頂支架32、第二保溫層52、光熱轉(zhuǎn)換層19、透光層20、屋頂通風道54組成太陽能屋頂集熱器；所述太陽能外墻集熱器和太陽能屋頂集熱器通過通風口相聯(lián)通；太陽能屋頂集熱器后端設(shè)有太陽能熱氣流匯流槽21，在匯流槽頂端安裝有太陽能煙? 24，太陽能煙? 24底部與匯流槽21頂端通過喇叭狀聚風管26聯(lián)接在一起，在喇叭狀聚風管26頂部安裝有風力渦輪機25，風力渦輪機25通過聯(lián)接軸28與固定在墻體上的發(fā)電機31相聯(lián)接，匯流槽21、太陽能煙囪24、聚風管26、風力渦輪機25和發(fā)電機31組成太陽能熱氣流發(fā)電裝置；在背陽的圍墻35為夾層圍墻，圍墻35內(nèi)側(cè)設(shè)有進風風道38，進風風道38頂端與太陽能屋頂通風道54聯(lián)通，進風風道38下端與地下儲熱體11聯(lián)通，在聯(lián)接處設(shè)有通風口 39，進風風道38中間設(shè)有與室內(nèi)相聯(lián)通的通風口 37，在通風口 37上設(shè)有第一閥門或塞子57，在進風風道38上檔風板63和下檔風板64聯(lián)接處安裝有風機33，風機33下面設(shè)有第二閥門56，在朝陽的圍墻35下部設(shè)有通風口 43，通風口43處設(shè)第三閥門或塞子59，通風口 43聯(lián)通地下儲熱體與太陽能外墻集熱器，在朝陽的圍墻35上開設(shè)有與室內(nèi)相聯(lián)通的下通氣孔16與上通氣孔17，屋內(nèi)地面水泥層41以下與圍墻35中間是地下儲熱體11，地下儲熱體11內(nèi)是固定形狀的儲熱材料，在定形儲熱材料下面是地面保溫層40，地面保溫層40下面是房屋地基，地下儲熱體11通過通風口 39和通風口 43直接與進風風道38和太陽能墻體集熱熱器相聯(lián)通。
[0023]如圖1、圖2所示，在太陽能屋頂集熱器內(nèi)部設(shè)有太陽能熱氣流熱水器，太陽能熱氣流熱水器安裝在太陽能屋頂集熱器中間頂部位置，所述太陽能熱氣流熱水器設(shè)有U型盤管1，在U型盤管I上套有導熱翅片2，導熱翅片2呈豎向平行排列，在斜坡式太陽能屋頂、建筑內(nèi)吊頂與圍墻35組成的三角形空間內(nèi)安裝有水箱7，在水箱7內(nèi)設(shè)有換熱器6，U型盤管I兩端分別與換熱器6通過循環(huán)管路5相聯(lián)接，在一個聯(lián)接管路中串聯(lián)有管道泵3和膨脹罐4，在熱水儲存器下端設(shè)有冷水進水口 8，在熱水儲存器上端設(shè)有熱水出水口 9。
[0024]如圖2、圖6所示，進風風道38還可以設(shè)計成成單通道式截面形狀為長方形或圓形的管道狀，在進風口 65下方設(shè)計有匯流槽66，在匯流槽66中間設(shè)有通風孔，在通風孔下方設(shè)計有豎向進風風道70，豎向進風風道70將匯流槽66和地下儲熱體11聯(lián)在一起，在豎向進風風道70在上端安裝有風機35，在風機35下方安裝有第二閥門56，在第二閥門56的下方開設(shè)有與室內(nèi)相聯(lián)通的通風孔67，在通風孔67處設(shè)計有第四閥門68，通風孔67和第四閥門68有I個，或有2?3個。
[0025]如圖2、圖7所示，進風風道38還可以設(shè)計成多通道式截面形狀為長方形或圓形的管道狀，在進風口 65下方設(shè)計有匯流槽66，在匯流槽66中間設(shè)有通風孔，豎向進風風道70通過分流槽69將匯流槽66和地下儲熱體11聯(lián)在一起，在匯流槽66與分流槽69的聯(lián)接通道上安裝有風機35，在風機35下方設(shè)有第二閥門56，在第二閥門56下方設(shè)計有分流槽69，分流槽69下聯(lián)接有2?6個下進風風道70，在每個進風風道70下方均設(shè)計有通風孔71，在每個通風孔71處設(shè)計有第五閥門72，在每個下進風風道70上通風孔71和第五閥門72有I個，或有2?3個。
[0026]如圖1、圖2所示，在地下儲熱體11上面的地面水泥層41上鋪設(shè)有地毯42或毛氈兩種材料之一，地毯42或毛氈可根據(jù)供暖功率大小的需要卷曲和展開。
[0027]如圖2所示，太陽能外墻集熱器中間靠下位置的透光層51和光熱轉(zhuǎn)換層49可以設(shè)計成向外突出的形狀，在外突的光熱轉(zhuǎn)換層46下設(shè)有平行的保溫層45，在傾斜的透光層與室外地平面之間設(shè)有通風孔44。
[0028]如圖1、圖2所示，在太陽能外墻集熱器外墻通風道50內(nèi)、兩窗戶10中間靠下位置還可以安裝風力渦輪48，風力渦輪機48與發(fā)電機47相聯(lián)接，所述風力渦輪機48與發(fā)電機47既可以垂直安裝，也可以水平安裝，在每間房朝陽墻體外的風力渦輪發(fā)電機的數(shù)量可以在O?2個之間。
[0029]如圖1、圖2、圖3所示，在太陽能外墻集熱器與室外地平面之間設(shè)有通風孔44，在通風孔44前端可以再串設(shè)有地面太陽能集熱器，地面太陽能集熱器由設(shè)在地面上的保溫層40、保溫層40上的光熱轉(zhuǎn)換層46、光熱轉(zhuǎn)換層46上的透光層51以及周邊密封邊所組成的腔體組成，在地面太陽能集熱器前端設(shè)有通風孔14，在通風孔14上安裝有第六閥門或塞子58，地面太陽能集熱器可以根據(jù)場地的大小任意串并聯(lián)。
[0030]如圖2所示，在向外突出的保溫層45、室外地面保溫層40和朝陽圍墻35外保溫層36所組成的空間內(nèi)可以堆積有固定形狀的儲熱體。
[0031]本實用新型的太陽能熱氣流熱水器工作方式如圖1所示，在需要熱水時，向水箱7中注滿水，在循環(huán)管路5、U型盤管I和換熱器6所組成的換熱回路中注滿換熱介質(zhì)，換熱介質(zhì)可以是防凍液和水兩種介質(zhì)之一，在膨脹罐4中注入部分換熱介質(zhì)，部分是空氣，當太陽光和太陽光所形成的熱氣流照射或加熱導熱翅片2后，導熱翅片2將熱量傳遞給U型盤管1，將U型盤管I中的傳熱介質(zhì)加熱，當加熱到一定溫度時，管道泵3啟動，強迫換熱介質(zhì)流動，處于U型盤管I中的熱的換熱介質(zhì)流動到換熱器6中，通過換熱器6將水箱7中的水加熱。
[0032]本實用新型的太陽能熱氣流發(fā)電工作方式如圖1、圖2、圖3所示，關(guān)閉閥門56、閥門57、閥門59、閥門60和閥門61，打開閥門58，打開太陽能煙囪24內(nèi)的閥門55，則太陽光透過透光層19、透光層52照射到地面太陽能集熱器、外墻太陽能集熱器、層頂太陽能集熱器內(nèi)的光熱轉(zhuǎn)換層18和光熱轉(zhuǎn)換層50上，光熱轉(zhuǎn)換層18和光熱轉(zhuǎn)換層50吸收熱量變熱，并將周圍的空氣加熱，位于集熱器內(nèi)的空氣變熱而密度降低，與外界環(huán)境中的冷空氣由密度差引起壓力差，形成對流，位于集熱器內(nèi)的熱空氣形成上升氣流，沿地面集熱器、外墻集熱器、屋頂集熱器內(nèi)的通風道和太陽能煙?向上流動，形成熱氣流，熱氣流推動渦輪機25轉(zhuǎn)動，渦輪機25通過聯(lián)接軸28驅(qū)動發(fā)電機31發(fā)電。上升的熱氣流還可以推動安裝在外墻集熱器通風道50底部的渦輪機48轉(zhuǎn)動，渦輪機48驅(qū)動發(fā)電機47發(fā)電。
[0033]本實用新型的太陽能熱氣流通風工作方式如圖1、圖2、圖3所示，關(guān)閉閥門56、閥門57、閥門58和閥門60，打開閥門61和閥門55，太陽光將外墻集熱器、屋頂集熱器內(nèi)的空氣加熱，位于集熱器內(nèi)的空氣變熱而密度降低，與外界環(huán)境中的冷空氣由密度差引起壓力差，形成對流，位于集熱器內(nèi)的熱空氣形成上升氣流，沿屋頂集熱器內(nèi)的通風道和太陽能煙囪向上流動，形成上升熱氣流，在通風道5內(nèi)形成負壓，吸引房間內(nèi)的空氣通風上通風孔17進入層頂集熱器通風道54內(nèi)，而房間外的冷空氣通過門15和窗戶10進入房間內(nèi)，在房間內(nèi)形成循環(huán)流動的風，給房間降溫。
[0034]本實用新型的太陽能熱氣流被動式供暖工作方式如圖1、圖2、圖3、圖4所示，共有被動式直接供熱風和被動式儲熱供暖兩種方式。被動式直接供熱風的工作方式是，關(guān)閉閥門55、閥門58、閥門59和閥門60，打開閥門56、閥門57和閥門61，太陽光加熱地面、外墻和屋頂太陽能集熱器內(nèi)的空氣，位于集熱器內(nèi)的空氣相對變熱密度降低形成上升氣流，進風風道38內(nèi)的冷空氣密度相對較重形成下降氣流，進風風道38內(nèi)的冷空氣通過通風孔37進入房間內(nèi)，室內(nèi)冷空氣再通過通風孔17進入集熱器腔內(nèi)，形成循環(huán)通道，太陽能集熱器逐步將房間加熱；被動式儲熱供暖的工作方式是關(guān)閉閥門55、閥門57、閥門58、閥門60和閥門61，打開閥門56、閥門59閥門，進風風道38內(nèi)的冷空氣通過通風孔39進入地下儲熱體內(nèi)，地下儲熱體內(nèi)冷空氣再通過通風孔43進入集熱器腔內(nèi)，形成循環(huán)通道，太陽能集熱器逐步將地下儲熱體加熱，地下儲熱體再通過導熱、輻射和對流方式將熱量釋放到房間內(nèi)。
[0035]本實用新型的太陽能熱氣流主動式供暖工作方式如圖1、圖2、圖3、圖4所示，共有主動式直接供熱風和主動式儲熱供暖兩種方式。主動式直接供熱風的工作方式是，關(guān)閉閥門55、閥門58、閥門59和閥門60，打開閥門56、閥門57和閥門61，太陽光加熱地面、外墻和屋頂太陽能集熱器內(nèi)的空氣，風機33啟動強迫進風風道38內(nèi)的空氣流動起來，能過通風孔37進入房間內(nèi)，房間內(nèi)的空氣再在壓力作用下通過通風孔17進入集熱器腔內(nèi)，形成循環(huán)通道，太陽能集熱器逐步將房間加熱；主動式儲熱供暖的工作方式是關(guān)閉閥門55、閥門57、閥門58、閥門60和閥門61，打開閥門56、閥門59，風機33啟動強迫進風風道38內(nèi)的空氣流動起來，能過通風孔39進入地下儲熱體內(nèi)，地下儲熱體內(nèi)的空氣再在壓力作用下通過通風孔43進入集熱器腔內(nèi)，形成循環(huán)通道，太陽能集熱器逐步將地下儲熱體加熱，地下儲熱體再通過導熱、輻射和對流方式將熱量釋放到房間內(nèi)。
[0036]本實用新型的儲熱體向房間供暖工作方式如圖1、圖2、圖3、圖4所示，在寒冷季節(jié)的晚上、連陰天或雨雪天氣下，關(guān)閉太陽能煙囪24內(nèi)的閥門55以阻止房頂?shù)臒峥諝饬魇?，同時關(guān)閉進風風道38內(nèi)的閥門56，關(guān)閉閥門58和閥門59，首先打開閥門60和閥門61，則儲熱體12加熱周圍空氣向上運動，通過上通風孔17進入房間，房間內(nèi)的冷空氣通過下通風孔16進入到儲熱體12中，形成循環(huán)，儲熱體12中的熱量不斷通過對流循環(huán)進入到房間內(nèi)，當儲熱體12內(nèi)的熱能釋放完后，關(guān)閉閥門60和閥門61，切斷房間與太陽能集熱器腔體的通道。另外，根據(jù)房間需要的供暖功率的大小，通過兩種方式調(diào)節(jié)室內(nèi)地下儲熱體11向房間供暖功率:一是調(diào)整鋪在地上的地毯42覆蓋面積，需要供暖功率大時卷曲或折疊地毯42，需要供暖功率小時伸展開地毯42 ;二是調(diào)整進風風道38上的通風孔37內(nèi)設(shè)置的閥門57的開度，需要供暖功率大時閥門57開大，需要供暖功率小時閥門57開小。這兩種調(diào)節(jié)方式可以單獨進行，也可以聯(lián)合進行，以最大限度調(diào)節(jié)供暖功率。這兩種調(diào)節(jié)方式也可以與前述的儲熱體12供暖調(diào)節(jié)方式聯(lián)合運行，以在不同季節(jié)不同時間點調(diào)整房間的供暖功率。
[0037]以上6種工作方式可以單獨運行，也可以聯(lián)合起來組合運行，本實用新型包含所有這些運行模式，但不限于這幾種方式。
[0038]實施例2:在實施例1的基礎(chǔ)上，將在圖5中的X型夾層式進風風道38做成單通道式截面形狀為長方形或圓形的管道狀，如圖6所示，這時在進風口 65下方設(shè)計有匯流槽66，在進風風道下方設(shè)計有通風孔67，通風孔67處設(shè)計有閥門68，通風孔67和閥門68可以有I個，也可以有2?3個。需要說明的是:夾層式進風風道風阻小，供熱面積大，但建造成本高，而單通道式截面形狀為長方形或圓形的管道狀風道建造成本低，但對流供熱效率相對較差。
[0039]實施例3:在實施例1的基礎(chǔ)上，將在圖5中的X型夾層式進風風道38做成多通道式截面形狀為長方形或圓形的管道狀，如圖7所示，這時在進風口 65下方設(shè)計有匯流槽66，在風機下方設(shè)計分流槽69，分流槽69下聯(lián)接有2?6個下進風風道70，在每個進風風道70下方均設(shè)計有通風孔71，在每個通風孔71處設(shè)計有閥門72，在每個下進風風道70上通風孔71和閥門72可以有I個，也可以有2?3個。需要說明的是:單通道式截面形狀為長方形或圓形的管道狀風道建造成本低，但對流供熱效率相對較差，而多通道式截面形狀為長方形或圓形的管道狀風道建造成本高，但對流供熱效率好。
[0040]實施例4:在實施例1的基礎(chǔ)上，將在圖1中的水箱7中的換熱器6去掉，用水泵3直接抽取水箱中的水進入U型管I中，可以提高熱效率，此時管路中還可以省去膨脹罐4，構(gòu)成太陽能直接加熱系統(tǒng)。需要說明的是:這種直接加熱系統(tǒng)雖然簡單，效率高，但存在水在U型管中結(jié)垢的問題，并且在冬季還要防止管道中的水凍結(jié)的問題。
[0041]實施例5:在實施例1的基礎(chǔ)上，將在圖1中的導熱翅片2去掉，將U型管I直接焊接在光熱轉(zhuǎn)換層19的背面，利用光熱轉(zhuǎn)換層19的熱量加熱U型管I中的換熱介質(zhì)，可以省去加工安裝導熱翅片2的成本。需要說明的是:這種方式雖然成本低，但對太陽能熱氣流的利用效率不高。
[0042]實施例6:在實施例1的基礎(chǔ)上，將在圖1中的U型管的兩端可以直接聯(lián)接在一起，形成并聯(lián)連接方式，這樣可以減少換熱介質(zhì)的流阻，減少泵的耗能。需要說明的是:這種方式雖然耗能少，但換熱介質(zhì)的升溫小，需要多次循環(huán)才能將水箱7中的水加熱。
[0043]實施例7:在實施例1的基礎(chǔ)上，將在圖1中的水箱7還可以直接放在地面上，將水箱7設(shè)計成承壓式水箱，還可以將水箱7豎直放置，冷水入口在最底下，熱水出口在最上面，這樣可以利用冷水入口的水壓直接將熱水壓出。需要說明的是:這種方式雖然維護方便，但占用地面空間，并且需要自來水水壓大且穩(wěn)定的條件下，水箱7因設(shè)計成承壓水箱而成本上升。
[0044]實施例8:上述實施例4?實施例7可以任意組合設(shè)計。
[0045]實施例9:在實施例1的基礎(chǔ)上，將在圖2中水平安裝的渦輪機25和渦輪機48還可以垂直安裝，這樣渦輪機中心、軸和發(fā)電機將處于同一水平面中，可以取得與實施例1中同樣的發(fā)電效果。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電通風與供熱系統(tǒng)，它包括房屋主體，所述房屋主體包括地基、圍墻(35)、門(15)和窗戶(10)，還包括太陽能熱氣流發(fā)電、通風與供熱系統(tǒng)，其特征是:在朝陽的圍墻(35)上安裝有窗戶(10)，在圍墻(35)上需要人通行的地方設(shè)有門(15)，在所有圍墻(35)外均鋪設(shè)有第一保溫層(36)，在朝陽的圍墻(35)的第一保溫層(36 )外設(shè)有太陽能光熱轉(zhuǎn)換層(39 )，在太陽能光熱轉(zhuǎn)換層(49 )外安裝有透光層(51)，透光層(51)與第一保溫層(36)周邊用密封材料密封，朝陽圍墻的第一保溫層(36)、光熱轉(zhuǎn)換層(49 )和透光層(51)組成太陽能外墻集熱器；在房屋圍墻(35 )頂部設(shè)有屋頂支架(32 )，在屋頂支架(32 )上固定有第二保溫層(52 )，在第二保溫層(52 )上邊是光熱轉(zhuǎn)換層(19 )，光熱轉(zhuǎn)換層(19)由支架(53)支撐，與第二保溫層(52)保持一定間距，在光熱轉(zhuǎn)換層(19)上邊是透光層(20)，透光層(20)與光熱轉(zhuǎn)換層(19)之間也有一定間距，第二保溫層(52)與透光層(20)周邊用封邊密封，在第二保溫層(52)與透光層(20)之間、光熱轉(zhuǎn)換層(19)上下形成屋頂通風道(54)，屋頂支架(32)、第二保溫層(52)、光熱轉(zhuǎn)換層(19)、透光層(20)、屋頂通風道(54)組成太陽能屋頂集熱器；所述太陽能外墻集熱器和太陽能屋頂集熱器通過通風口相聯(lián)通；太陽能屋頂集熱器后端設(shè)有太陽能熱氣流匯流槽(21)，在匯流槽頂端安裝有太陽能煙囪(24)，太陽能煙囪(24)底部與匯流槽(21)頂端通過喇叭狀聚風管(26)聯(lián)接在一起，在喇叭狀聚風管(26 )頂部安裝有風力渦輪機(25 )，風力渦輪機(25 )通過聯(lián)接軸(28 )與固定在墻體上的發(fā)電機(31)相聯(lián)接，匯流槽(21)、太陽能煙囪(24)、聚風管(26)、風力渦輪機(25)和發(fā)電機(31)組成太陽能熱氣流發(fā)電裝置；在背陽的圍墻(35)為夾層圍墻，圍墻(35 )內(nèi)側(cè)設(shè)有進風風道(38 )，進風風道(38 )頂端與太陽能屋頂通風道(54 )聯(lián)通，進風風道(38)下端與地下儲熱體(11)聯(lián)通，在聯(lián)接處設(shè)有通風口( 39)，進風風道(38)中間設(shè)有與室內(nèi)相聯(lián)通的通風口(37)，在通風口(37)上設(shè)有第一閥門或塞子(57)，在進風風道(38)上檔風板(63)和下檔風板(64)聯(lián)接處安裝有風機(33)，風機(33)下面設(shè)有第二閥門(56)，在朝陽的圍墻(35)下部設(shè)有通風口(43)，通風口(43)處設(shè)第三閥門或塞子(59)，通風口(43)聯(lián)通地下儲熱體 與太陽能外墻集熱器，在朝陽的圍墻(35)上開設(shè)有與室內(nèi)相聯(lián)通的下通氣孔(16)與上通氣孔(17)，屋內(nèi)地面水泥層(41)以下與圍墻(35)中間是地下儲熱體(11)，地下儲熱體(11)內(nèi)是固定形狀的儲熱材料，在定形儲熱材料下面是地面保溫層(40)，地面保溫層(40 )下面是房屋地基，地下儲熱體(11)通過通風口( 39 )和通風口( 43 )直接與進風風道(38)和太陽能墻體集熱熱器相聯(lián)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電通風與供熱系統(tǒng)，其特征是:在太陽能屋頂集熱器內(nèi)部設(shè)有太陽能熱氣流熱水器，太陽能熱氣流熱水器安裝在太陽能屋頂集熱器中間頂部位置，所述太陽能熱氣流熱水器設(shè)有U型盤管(I )，在U型盤管(I)上套有導熱翅片(2)，導熱翅片(2)呈豎向平行排列，在斜坡式太陽能屋頂、建筑內(nèi)吊頂與圍墻(35 )組成的三角形空間內(nèi)安裝有水箱(7 )，在水箱(7 )內(nèi)設(shè)有換熱器(6 )，U型盤管(I)兩端分別與換熱器(6 )通過循環(huán)管路(5 )相聯(lián)接，在一個聯(lián)接管路中串聯(lián)有管道泵(3 )和膨脹罐(4)，在熱水儲存器下端設(shè)有冷水進水口(8)，在熱水儲存器上端設(shè)有熱水出水口(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電通風與供熱系統(tǒng)，其特征是:進風風道(38)還可以設(shè)計成成單通道式截面形狀為長方形或圓形的管道狀，在進風口(65)下方設(shè)計有匯流槽(66)，在匯流槽(66)中間設(shè)有通風孔，在通風孔下方設(shè)計有豎向進風風道(70 )，豎向進風風道(70 )將匯流槽(66 )和地下儲熱體(11)聯(lián)在一起，在豎向進風風道(70 )在上端安裝有風機(35 )，在風機(35 )下方安裝有第二閥門(56 )，在第二閥門(56 )的下方開設(shè)有與室內(nèi)相聯(lián)通的通風孔(67)，在通風孔(67)處設(shè)計有第四閥門(68)，通風孔(67)和第四閥門(68)有I個，或有2~3個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電通風與供熱系統(tǒng)，其特征是:進風風道(38)還可以設(shè)計成多通道式截面形狀為長方形或圓形的管道狀，在進風口(65 )下方設(shè)計有匯流槽(66 )，在匯流槽(66 )中間設(shè)有通風孔，豎向進風風道(70 )通過分流槽(69)將匯流槽(66)和地下儲熱體(11)聯(lián)在一起，在匯流槽(66)與分流槽(69)的聯(lián)接通道上安裝有風機(35 )，在風機(35 )下方設(shè)有第二閥門(56 )，在第二閥門(56 )下方設(shè)計有分流槽(69 )，分流槽(69 )下聯(lián)接有2~6個下進風風道(70 )，在每個進風風道(70 )下方均設(shè)計有通風孔(71)，在每個通風孔(71)處設(shè)計有第五閥門(72 )，在每個下進風風道(70 )上通風孔(71)和第五閥門(72)有I個，或有2~3個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電通風與供熱系統(tǒng)，其特征是:在地下儲熱體(11)上面的地面水泥層(41)上鋪設(shè)有地毯(42 )或毛氈兩種材料之一，地毯(42)或毛氈可根據(jù)供暖功率大小的需要卷曲和展開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電通風與供熱系統(tǒng)，其特征是:太陽能外墻集熱器中間靠下位置的透光層(51)和光熱轉(zhuǎn)換層(49)可以設(shè)計成向外突出的形狀，在外突的光熱轉(zhuǎn)換層(46)下設(shè)有平行的保溫層(45)，在傾斜的透光層與室外地平面之間設(shè)有通風孔(44)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電通風與供熱系統(tǒng)，其特征是:在太陽能外墻集熱器外墻通風道(50)內(nèi)、兩窗戶(10)中間靠下位置還可以安裝風力渦輪(48)，風力渦輪機(48)與發(fā)電機(47)相聯(lián)接，所述風力渦輪機(48)與發(fā)電機(47)既可以垂直安裝，也可以水平安裝，在每間房朝陽墻體外的風力渦輪發(fā)電機的數(shù)量可以在O~2個之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電通風與供熱系統(tǒng)，其特征是:在太陽能外墻集熱器與室外地平面之間設(shè)有通風孔(44)，在通風孔(44)前端可以再串設(shè)有地面太陽能集熱器，地面太陽能集熱器由設(shè)在地面上的保溫層(40)、保溫層(40)上的光熱轉(zhuǎn)換層(46)、光熱轉(zhuǎn)換層(46)上的透光層(51)以及周邊密封邊所組成的腔體組成，在地面太陽能集熱器前端設(shè)有通風孔(14)，在通風孔(14)上安裝有第六閥門或塞子(58)，地面太陽能集熱器可以根據(jù)場地的大小任意串并聯(lián)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能與建筑一體化的熱氣流發(fā)電通風與供熱系統(tǒng)，其特征是:在向外突出的保溫層(45)、室外地面保溫層(40)和朝陽圍墻(35)外保溫層(36)所組成的空間內(nèi)可以堆積有固定形狀的儲熱體。
【文檔編號】E04F17/04GK203742098SQ201420109274
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】王克振 申請人:蘭州理工大學