本發(fā)明涉及太陽能建筑一體化利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可監(jiān)測效果的集成光伏驅(qū)動的地下空間用自然通風(fēng)與采光裝置。

背景技術(shù)：

地下空間通常采用人工照明與機械通風(fēng)，依賴大量非再生能源消耗，易導(dǎo)致實際使用時風(fēng)機停開、地下室內(nèi)空氣污濁和照明燈具少開照度不夠等地下室內(nèi)環(huán)境指標不合格的問題。

太陽能具有非再生能源所無法比擬的清潔性、安全性、資源廣泛性等優(yōu)點。光伏照明和光導(dǎo)照明裝置利用太陽能進行采光照明，綠色環(huán)保。然而，此類裝置往往只注重自然采光和光伏照明其中一個方面，可調(diào)性差、效率低下且光強不足。同時，此類裝置沒有通風(fēng)系統(tǒng)，無法實現(xiàn)地下空間的通風(fēng)換氣，不能達到建筑一體化的目的。此類裝置也無法對裝置運行狀況進行監(jiān)測，實用性不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊且維修方便的通風(fēng)采光裝置及其調(diào)控方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)可調(diào)性差、效率低下、照度不夠、無法對系統(tǒng)運行狀況進行監(jiān)測和無法同時實現(xiàn)通風(fēng)采光等問題。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種可監(jiān)測效果的集成光伏驅(qū)動的地下空間用自然通風(fēng)與采光裝置，包括光導(dǎo)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)。

所述光導(dǎo)系統(tǒng)為中空密封的手電筒結(jié)構(gòu)，包括從上到下依次連接的采光罩、光導(dǎo)管和漫射器。所述采光罩位于通風(fēng)井外。所述光導(dǎo)管貫穿于通風(fēng)井內(nèi)外。所述漫射器位于地下空間內(nèi)。室外太陽光由采光罩收集，光導(dǎo)管將采集的光線傳輸至地下空間，漫射器將光導(dǎo)管傳輸?shù)墓饩€均勻的分散到地下空間內(nèi)，提供自然采光照明。

所述照明系統(tǒng)包括led燈條。所述led燈條圍繞在漫射器的底部外側(cè)。

所述通風(fēng)系統(tǒng)包括若干臺風(fēng)機和若干個通風(fēng)管。所述風(fēng)機安裝在通風(fēng)井的兩側(cè)墻壁上。所述通風(fēng)管連通通風(fēng)井與地下空間。所述風(fēng)機可調(diào)節(jié)檔位。所述通風(fēng)管的管道下端為進風(fēng)口。所述進風(fēng)口位于地下空間的天花板上。

所述光伏系統(tǒng)包括若干塊光伏板、蓄電池和逆變器。所述若干塊光伏板均支撐擺放在通風(fēng)井的屋面上。所述蓄電池與光伏板線路相連。所述led燈條和風(fēng)機通過連接線路與蓄電池相連。所述逆變器安裝在蓄電池的輸出線路上。

當(dāng)室外光照微弱時，蓄電池所儲蓄能源供led燈條進行照明。當(dāng)熱壓通風(fēng)量不足以滿足地下空間通風(fēng)要求時，風(fēng)機利用蓄電池提供的電能進行送風(fēng)。

所述監(jiān)測系統(tǒng)包括單機片和數(shù)據(jù)監(jiān)測設(shè)備。所述數(shù)據(jù)監(jiān)測設(shè)備包括若干個太陽總輻射傳感器、若干個溫度傳感器、功率傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、照度傳感器和若干個風(fēng)速傳感器。所述太陽總輻射傳感器和溫度傳感器安裝在光伏板上。所述功率傳感器安裝在光伏板與蓄電池相連線路上。所述電流傳感器和電壓傳感器安裝在蓄電池與逆變器相連線路上。所述照度傳感器置于地下空間內(nèi)。所述風(fēng)速傳感器置于進風(fēng)口斷面上。所述太陽總輻射傳感器、溫度傳感器和風(fēng)速傳感器均預(yù)設(shè)有閾值。所述單機片的輸出端連接有用戶界面。各數(shù)據(jù)監(jiān)測設(shè)備通過數(shù)據(jù)傳輸線將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳至單機片。單機片接收這些監(jiān)測數(shù)據(jù)后，根據(jù)預(yù)設(shè)的計算準則計算光伏系統(tǒng)的發(fā)電量、室內(nèi)通風(fēng)量和系統(tǒng)耗電量等性能指標，并將運行參數(shù)和性能指標顯示在用戶界面上。

進一步，所述采光罩和光導(dǎo)管的連接處安裝有防雨圈。

進一步，所述單機片安裝在通風(fēng)井外側(cè)墻壁上。

進一步，所述風(fēng)速傳感器與進風(fēng)口斷面平行。所述照度傳感器距地下空間地面1米且與地下空間地面平行。所述太陽總輻射傳感器平行于光伏板的采光面。

本發(fā)明還公開一種上述監(jiān)測系統(tǒng)的調(diào)控方法，包括以下步驟：

1)監(jiān)測設(shè)備獲取裝置當(dāng)前的監(jiān)測數(shù)據(jù)。其中，所述監(jiān)測數(shù)據(jù)包括太陽輻照量q、光伏板表面溫度、光伏板輸出功率、蓄電池的輸出電壓u、蓄電池的輸出電流i、地下空間室內(nèi)照度和進風(fēng)口風(fēng)速v。

2)各監(jiān)測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸線傳輸至單片機。其中，當(dāng)?shù)叵驴臻g室內(nèi)照度低于閾值時，單片機控制照明系統(tǒng)運行。當(dāng)進風(fēng)口風(fēng)速v低于閾值時，單片機控制通風(fēng)系統(tǒng)運行。

3)單片機接收監(jiān)測數(shù)據(jù)后，根據(jù)預(yù)設(shè)的計算準則分析計算得出裝置當(dāng)前運行的性能指標。其中，計算準則如下：

(a)室內(nèi)通風(fēng)量q：

q＝a×v×3600，式中，q為風(fēng)量(m³/h)。a為進風(fēng)口斷面面積(m⁾，由通風(fēng)管參數(shù)確定。v為進風(fēng)口斷面平均流速(m/s)，由風(fēng)速傳感器測得。

(b)光伏日發(fā)電量w1：

w＝q×a×η1×η2，式中，w為光伏組件的發(fā)電量(kwh/日)。q為太陽輻照量(kj/m²日)，由太陽總輻射傳感器測得。a為光伏板的面積(m⁾，由光伏板參數(shù)確定。η1為光電轉(zhuǎn)換效率，由光伏板參數(shù)確定。η2為實際發(fā)電效率，由光伏板參數(shù)確定。

(c)裝置日耗電量w2：

式中，i為蓄電池與逆變器相連線路的電流(a)，由電流傳感器測得。u為蓄電池與逆變器相連的線路的電壓(v)，由電壓傳感器測得。t為時間(h)。

4)各監(jiān)測數(shù)據(jù)和性能指標顯示在用戶界面上。

5)管理人員實時監(jiān)測裝置的運行情況和運行效果。當(dāng)管理人員發(fā)現(xiàn)指標參數(shù)異常時，結(jié)合現(xiàn)場實際情況對裝置采取相應(yīng)的調(diào)控措施。

本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的：

a)通風(fēng)裝置和照明采光裝置集成于一個系統(tǒng)里，結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全，維護方便，達到了高效的建筑一體化；

b)利用光伏發(fā)電提供照明和通風(fēng)，充分利用了可再生能源，大大降低了建筑能耗；

c)可實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)并且計算分析相關(guān)性能指標，可與歷史數(shù)據(jù)相比較；

d)管理人員可輕松掌握系統(tǒng)的運行情況和運行效果，便于及時發(fā)現(xiàn)問題，根據(jù)實際情況解決問題并進行優(yōu)化。

附圖說明

圖1為裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為通風(fēng)井結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為通風(fēng)管與漫射器位置關(guān)系示意圖；

圖4為監(jiān)測系統(tǒng)的運行流程示意圖。

圖中：采光罩1、防雨圈2、光導(dǎo)管3、漫射器4、led燈條5、風(fēng)機6、光伏板7、蓄電池8、連接線路9、逆變器10、太陽總輻射傳感器11、溫度傳感器12、功率傳感器13、電流傳感器14、電壓傳感器15、照度傳感器16、通風(fēng)管17、風(fēng)速傳感器18、進風(fēng)口19、通風(fēng)井20、數(shù)據(jù)傳輸線21、單機片22。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

實施例1：

本實施例公開一種可監(jiān)測效果的集成光伏驅(qū)動的地下空間用自然通風(fēng)與采光裝置，包括光導(dǎo)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)。

參見圖1，所述光導(dǎo)系統(tǒng)為中空密封的手電筒結(jié)構(gòu)，包括從上到下依次連接的采光罩1、光導(dǎo)管3和漫射器4。所述采光罩1位于通風(fēng)井20外。所述光導(dǎo)管3貫穿于通風(fēng)井20內(nèi)外。所述漫射器4位于地下空間內(nèi)。室外太陽光由采光罩1收集，光導(dǎo)管3將采集的光線傳輸至地下空間，漫射器4將光導(dǎo)管3傳輸?shù)墓饩€均勻的分散到地下空間內(nèi)，提供自然采光照明。在本實施例中，所述采光罩1和光導(dǎo)管3的連接處安裝有防雨圈2，有利于雨水快速導(dǎo)流，確保裝置正常運作以及系統(tǒng)的完好性。

參見圖3，所述照明系統(tǒng)包括led燈條5。所述led燈條5圍繞在漫射器4的底部外側(cè)。

參見圖1和圖3，所述通風(fēng)系統(tǒng)包括2臺風(fēng)機6和4個通風(fēng)管17。所述2臺風(fēng)機6分別安裝在通風(fēng)井20的兩側(cè)墻壁上。所述風(fēng)機6可調(diào)節(jié)檔位。所述通風(fēng)管17均連通通風(fēng)井20與地下空間。在本實施例中，4個通風(fēng)管17呈矩形排列，圍繞在漫射器4周圍。所述通風(fēng)管17的管道下端為進風(fēng)口19。所述進風(fēng)口19位于地下空間的天花板上。通風(fēng)井20內(nèi)空氣溫度高于地下空間內(nèi)空氣的溫度，兩處空氣密度不同形成熱壓，空氣經(jīng)過進風(fēng)口19、通風(fēng)管17和通風(fēng)井20自下而上地流動，形成自然通風(fēng)。

所述光伏系統(tǒng)包括2塊光伏板7、蓄電池8和逆變器10。所述光伏板7支撐擺放在通風(fēng)井20的兩個斜屋面上。所述蓄電池8與光伏板7線路相連。線路置于通風(fēng)井20內(nèi)，蓄電池8置于地下空間內(nèi)。光伏板7利用太陽能進行發(fā)電，并將電能通過連接線路9儲存至蓄電池8中。所述光伏板7還為通風(fēng)系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)擋雨。所述led燈條5和風(fēng)機6通過連接線路9與蓄電池8相連。所述逆變器10安裝在蓄電池8的輸出線路上，將蓄電池輸出的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，供led燈條5照明和風(fēng)機6運轉(zhuǎn)。

所述監(jiān)測系統(tǒng)包括單機片22和數(shù)據(jù)監(jiān)測設(shè)備。所述單機片22安裝在通風(fēng)井20外側(cè)墻壁上。所述數(shù)據(jù)監(jiān)測設(shè)備包括2個太陽總輻射傳感器11、2個溫度傳感器12、功率傳感器13、電流傳感器14、電壓傳感器15、照度傳感器16和4個風(fēng)速傳感器18。每塊光伏板7上安裝有1個太陽總輻射傳感器11和1個溫度傳感器12。所述太陽總輻射傳感器11用于監(jiān)測太陽輻照量,作為計算光伏板發(fā)電量的依據(jù)。所述溫度傳感器12用于監(jiān)測光伏板表面溫度,判斷光伏板是否正常運行的參數(shù)。所述太陽總輻射傳感器11平行于光伏板7的采光面。所述功率傳感器13安裝在光伏板7與蓄電池8相連線路上，用于監(jiān)測光伏板輸出功率。所述電流傳感器14和電壓傳感器15安裝在蓄電池8與逆變器10相連線路上，用于監(jiān)測蓄電池的輸出電流和電壓。所述照度傳感器16置于地下空間內(nèi)，距地下空間地面1米且與地下空間地面平行，用于監(jiān)測地下空間室內(nèi)照度。所述照度傳感器16所述風(fēng)速傳感器18置于進風(fēng)口19斷面上，且與進風(fēng)口19斷面平行，用于監(jiān)測進風(fēng)口風(fēng)速。所述照度傳感器16、溫度傳感器12和風(fēng)速傳感器18均預(yù)設(shè)有閾值。所述單機片22的輸出端連接有用戶界面。各數(shù)據(jù)監(jiān)測設(shè)備通過數(shù)據(jù)傳輸線21將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳至單機片22。單機片22接收這些監(jiān)測數(shù)據(jù)后，根據(jù)預(yù)設(shè)的計算準則計算光伏系統(tǒng)的發(fā)電量、室內(nèi)通風(fēng)量和系統(tǒng)耗電量等性能指標，并將運行參數(shù)和性能指標顯示在用戶界面上。

當(dāng)室外光照微弱時，即當(dāng)?shù)叵驴臻g內(nèi)的照度傳感器16監(jiān)測到的室內(nèi)照度低于設(shè)定閾值時，蓄電池8輸出直流電。直流電經(jīng)逆變器10轉(zhuǎn)化為交流電，經(jīng)連接線路9輸送給led燈條5，單片機22控制led燈條5開啟，進行光照作用，使室內(nèi)維持亮度，以滿足室內(nèi)光照要求。當(dāng)熱壓通風(fēng)量不足以滿足地下空間通風(fēng)要求時，即當(dāng)風(fēng)速傳感器18監(jiān)測到進風(fēng)口風(fēng)速小于預(yù)設(shè)閾值時，風(fēng)速傳感器18經(jīng)線路21將信號傳輸至單片機22，單片機22控制風(fēng)機6開啟，蓄電池8輸出直流電，直流電經(jīng)逆變器10轉(zhuǎn)化為交流電，經(jīng)連接線路9輸送給風(fēng)機6，單片機22根據(jù)監(jiān)測到的風(fēng)速控制風(fēng)機6選擇合適的檔位，從而達到室內(nèi)空氣不斷流動的效果，以滿足地下空間的通風(fēng)要求。當(dāng)溫度傳感器12監(jiān)測到的光伏板溫度高于設(shè)定閾值時，溫度傳感12經(jīng)線路21將信號傳輸至單片機22，用戶界面上出現(xiàn)光伏板溫度過高的報警信號。

實施例2：

本實施例公開一種關(guān)于實施例1所述可監(jiān)測效果的集成光伏驅(qū)動的地下空間用自然通風(fēng)與采光裝置的調(diào)控方法，參見圖4，包括以下步驟：

1)監(jiān)測設(shè)備獲取裝置當(dāng)前的監(jiān)測數(shù)據(jù)。其中，所述監(jiān)測數(shù)據(jù)包括太陽輻照量q、光伏板表面溫度、光伏板輸出功率、蓄電池的輸出電壓u、蓄電池的輸出電流i、地下空間室內(nèi)照度和進風(fēng)口風(fēng)速v。

2)各監(jiān)測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸線21傳輸至單片機22。當(dāng)?shù)叵驴臻g室內(nèi)照度低于閾值時，單片機22控制照明系統(tǒng)運行。當(dāng)進風(fēng)口風(fēng)速v低于閾值時，單片機22控制通風(fēng)系統(tǒng)運行。

3)單片機22接收監(jiān)測數(shù)據(jù)后，根據(jù)預(yù)設(shè)的計算準則分析計算得出裝置當(dāng)前運行的性能指標。其中，計算準則如下：

(a)室內(nèi)通風(fēng)量q：

q＝a×v×3600，式中，q為風(fēng)量m³/h。a為進風(fēng)口斷面面積m²，由通風(fēng)管17參數(shù)確定。v為進風(fēng)口斷面平均流速(m/s)，由風(fēng)速傳感器18測得。

(b)光伏日發(fā)電量w1：

w＝q×a×η1×η2，式中，w為光伏組件的發(fā)電量kwh/日。q為太陽輻照量kj/m²日，由太陽總輻射傳感器11測得。a為光伏板7的面積m²，由光伏板7參數(shù)確定。η1為光電轉(zhuǎn)換效率，由光伏板7參數(shù)確定。η2為實際發(fā)電效率，由光伏板7參數(shù)確定。

(c)裝置日耗電量w2：

式中，i為蓄電池與逆變器相連線路的電流a，由電流傳感器14測得。u為蓄電池與逆變器相連的線路的電壓v，由電壓傳感器15測得。t為時間h。

4)各監(jiān)測數(shù)據(jù)和性能指標顯示在用戶界面上。

5)管理人員實時監(jiān)測裝置的運行情況和運行效果。當(dāng)管理人員發(fā)現(xiàn)指標參數(shù)異常時，結(jié)合現(xiàn)場實際情況對裝置采取相應(yīng)的調(diào)控措施。