CN101100891A - 与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统，由于采用了与这种建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统相适配的坡顶、尖顶或是复合顶，使得太阳能利用系统的集能板能成为一体化结合的建筑屋顶构件，共同构成这种建筑屋顶结构的坡面，并且能在这种一体化结构的屋顶上设置与系统功率要求相匹配面积的太阳能集能板，由该建筑屋顶结构所构成的顶层平面上可以满足与该系统配套设备的安装使用与检修维护条件，并使得建筑屋顶的造价大大降低。

Description

与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统

技术领域

本发明属太阳能利用领域，尤其是涉及一种与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统。

背景技术

太阳能利用集成系统包括太阳能光热或光电利用集成系统，太阳能利用集成系统的应用越来越向着与建筑一体化包括与建筑屋顶结构一体化结合而成为建筑屋顶结构的构件的方向发展，成为当代绿色建筑发展的主要标志，太阳能利用集成系统与建筑屋顶结构一体化的基本要求是：使得该系统与建筑一体化结合，集成系统设备的安装、检修与维护方便安全，太阳能利用集成系统的设备安装施工所需成本要低；其改进方向是：在满足集成系统设备使用的条件下，使得该系统尽可能与建筑屋顶结构最大程度地一体化结合，最大限度地利用向阳坡面构成太阳能利用集热板的安装面积，扩大太阳能利用系统的功能与输出能力及应用范围，尽可能减少系统对建筑室内面积的占用，造型上与现有城市建筑的内外风格保持相和谐一致，且降低建筑屋顶造价与配置太阳能利用系统的造价。

现有的太阳能利用集成系统如太阳能光电利用系统中一直是采用系统光电板矩阵在室外向阳设置，配套的设备如蓄电池组和逆变器在室内设置，由此占用了大量的室内面积与空间，设置成本很高。又如太阳能光热利用系统如集中热水工程系统中一直是沿用集热器矩阵向阳或水平设置、水箱等在平顶平面上露天安置、配套设备部分或全部安置在建筑室内的组合设置方式，例如【太阳能】杂志2005年第1期第45页中介绍的一种现有技术中典型的太阳能集中热水工程系统方案，其采用了采储分离，即太阳能集热器在屋顶摆放设置，水箱置于低位室内，两者远距离拉开设置，因而不但占用了较多的室内面积与空间，而且两者远距离拉开设置还使管线加长和热损增加，设置成本较高，并且配套设备与建筑平顶屋面设置的集热器相互分离还给系统的安装维护与调试检修带来不便，不但外观极为不佳，并且使得建筑内、外部的造型风格不一致，损害了现有城市建筑风貌的统一与和谐。现有技术的太阳能集能器设置及与建筑平顶屋面结构的安装设计与施工中，还由于集能器安装要求必须向阳或受光设置，且平顶设置中前后间还要留出避免阴影遮挡的空距，因此，对于绝大多数多层以上的建筑，平顶上太阳能集能板可安装面积往往比建筑太阳能利用系统配套输出功率要求配置的面积小，此外，如屋面室外设置配套设备还要与集能器设置争面积，使其设置太阳能利用集成系统的应用范围或功能扩展受到很大的限制。采用这种露天架空设置的技术方案时，由于中高层建筑屋顶上风载大，即使采用真空集热管的保温条件也变差，产生输出热效率下降的问题，且冬季对建筑屋顶的室内热环境也不能起改善作用，随着住宅平改坡节能技术的逐步推广，这种顶层室外架空设置太阳能集能器的方法必然会被逐渐淘汰。

除此之外现有技术还可见的一种设置方式是：太阳能集能器完全附着设置在现有建筑坡屋顶外侧的坡面上，系统设备则在室内安装设置，要占用更多的室内面积与空间，此种方式设置方式可能产生的一个问题是给顶层的室内环境带来较大的热影响，由此安装设置太阳能利用系统后的顶层室内空间中往往还需要另行改造或设置通风及散热条件，增加了运行中常规能源的消耗与成本，同样，其设置太阳能利用集成系统的应用范围或功能扩展也受到很大的限制，因此，现有技术还不能满足当代绿色建筑发展的需要，有必要进行较大的改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统，使得该系统的太阳能集能板能在建筑构件水平上与建筑屋顶结构形成一体化，并且能在这种一体化结合的屋顶上有足够的安装面积设置与系统功率相匹配的太阳能集能器，从而使得系统的配套设备能在满足正常使用的条件下合适地安装在所构成的顶层平面上，最大程度地减少对顶层以外的室内面积的占用和取得与现有建筑内外造型风格上的和谐一致，有利于改善建筑顶部的热环境，并降低配置成本，使得其设置后应用范围不受限制。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明采用一种与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统，包括建筑屋顶结构与太阳能利用系统，其特征在于，所述的建筑屋顶结构是坡顶、尖顶或是复合顶，其太阳能利用系统的集热或集光板是组成该建筑屋顶结构的构件，与该建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成该建筑屋顶结构的坡面，所述的太阳能利用系统的配套设备可设置在由该建筑屋顶结构构成的顶层的平面上，所述的集热或集光板还可与在该建筑的向阳立面上配置安装的集热或集光板共同构成该太阳能利用系统的集能器群。所述的太阳能利用系统包括太阳能中央热水系统、太阳能中央热水与采暖系统、太阳能中央热水与空调(制冷)系统，其中，太阳能中央热水与空调(制冷)系统中可兼容太阳能中央热水系统或太阳能中央热水与采暖系统，太阳能中央热水与采暖系统可兼容太阳能中央热水系统，三者间构成建筑屋顶结构向阳坡面结构的集热或集热集光板部分相同。所述的太阳能利用系统中构成该建筑屋顶结构的坡面的集热或集热集光板，可以是平板式的集热或集热集光板、或是平板-真空管式的集热或集热集光板，构成该建筑屋顶结构的坡面顶端处可水平设置清洗喷水孔管。所述的构成建筑屋顶结构的坡面包括向阳坡面与背阳坡面，构成背阳坡面的平板式的集热或集热集光板、或平板-真空管式的集热或集热集光板系采用可任意角度安装设置的三维太阳能集热或集热集光板。所述的太阳能利用系统的配套设备设置在顶层平面上是指对于太阳能光电利用系统，其蓄电池组和逆变器设置在顶层平面上，或者对于太阳能光热利用系统，其水箱包括加热水箱和储热水箱、循环与控制装置、辅助加热装置等设置在顶层的平面上，其中，该太阳能中央热水系统配套的散热装置可设置在顶层的平面上，该太阳能中央热水与空调系统的制冷机组也可设置在顶层的平面上。所述的建筑屋顶结构坡顶是单一坡顶或复式坡顶，所述的建筑屋顶结构尖顶是对称尖顶或是非对称尖顶或是复式尖顶，所述的建筑屋顶结构复合顶是坡顶与平顶组成的复合顶或是尖顶与平顶组成的复合顶，复合顶还可以是复式的复合顶。所述的太阳能利用系统的集热或集光板可全部与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面，或是部分与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面，其中，部分与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面时，其余的部分可以构成在构件式的向阳坡面外设置一个或以上的组件式的受阳面。所述的部分与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面时，其余的部分可以构成在构件式的向阳坡面外设置一个或以上的组件式的受阳面是指在构件式的向阳坡面后外延设置一个或以上的组件式的受阳面，或是在构件式的向阳坡面外另行设置一个或以上的组件式的受阳面。所述的太阳能利用系统的集热或集光板与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的向阳坡面时，该建筑屋顶结构向阳坡面的顶端与底端处可分别设有供散热通风的可开闭风道。所述的坡顶与平顶组成的复合顶或是尖顶与平顶组成的复合顶中，露天平顶的三面设有安全围合墙。

本发明的优点是：由于采用了与这种建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统相适配的坡顶、尖顶或是复合顶，使得太阳能利用系统的集能板能成为一体化结合的建筑屋顶构件，共同构成这种建筑屋顶结构的坡面，并且能在这种一体化结构的屋顶上设置与系统功率要求相匹配面积的太阳能集能板，由该建筑屋顶结构所构成的顶层平面上可以满是与该系统配套设备的安装使用与检修维护条件，又由于采用了该太阳能利用系统的配套设备可设置在由该建筑屋顶结构构成的顶层的平面上，可以最大程度地减少该系统对顶层以外室内面积的占用，取得与现有建筑内外造型风格上的和谐一致，并能改善建筑顶部的热保温条件，还由于集热或集光板可与该建筑向阳立面上配置安装的集热或集光板或组件板共同构成该太阳能利用系统的集能器群，使得该系统的功率输出可得到进一步扩大，适合于该系统在实现从热水输出到制冷输出功能升级的同时使太阳能利用系统的配置成本也得到大幅度降低。

本发明有益效果的比较：以现有前例的同类产品太阳能热水中央系统或集中热水工程系统为案例对照有如下显著的进步：

A.在相同的系统输出功率条件下或集热器设置面积下，能达到建筑构件水平上与建筑屋顶坡面结构形成一体化，同时又使得比对照案例的露天平顶屋面上直接安装太阳能中央热水系统时大大改进了建筑的整体外观性，并能取得与现有建筑内外造型风格上的和谐一致，并能改善建筑顶部的热保温条件，尤其是在水箱等系统辅助配套设备的设置上比对照案例减少对顶层以外的室内面积的占用。

B.在相同的系统输出功率条件下或集热器设置面积下，由于采用了太阳能利用系统的集热或集光板与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的向阳坡面，不但使得该建筑屋顶的造价大为降低，而且解决了平顶改坡顶的外观改造与原顶层上的配套设备安装使用条件，使得在部分露天平顶上设置的室外配套设备的上方可设置外延或另行设置的太阳能利用集热或集光组件板受光面，并与建筑屋顶结构向阳坡面的太阳能集热或集光板以及需要时外加与该建筑向阳立面上配置安装的太阳能集热或集光板相连接，共同构成该太阳能利用系统的集能器群，因而能在这种一体化结合的屋顶上比对照案例有更大得多的安装面积，能设置足够与系统功率相匹配的太阳能集能器数量，并减少了太阳能利用系统配套设备安装所需的管线，大大降低了系统的配置成本。

C.在相同的系统输出功率条件下或集热器设置面积下，由于可最大程度地利用建筑屋面部分设置太阳能集光或集热板安装面积，且太阳能利用系统的配套可选择设备设置在该建筑屋顶结构构成坡顶部分的顶层平面上，满足了该太阳能利用系统的室内安装配套设备设置与使用条件，此外，还由于太阳能利用系统的可室外安装的配套设备也设置在平顶部分的露天屋面上，使系统的全部配套设备能在满足正常使用的条件下合适地安装在所构成的顶层平面上，使得太阳能利用系统的安装、检修与维护比对照案例更为方便及更加安全，太阳能利用系统的配置成本与运行成本也得到大幅度降低。

附图说明

图1是本发明与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统实施例的单一式坡顶的侧向剖面结构示意图。

图2是本发明与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统实施例的复式坡顶的侧向剖面结构示意图。

图3是本发明与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统实施例的坡顶与平顶的复合顶的侧向剖面结构示意图。

图4是本发明与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统实施例的尖顶与平顶的复合顶的侧向剖面结构示意图。

图5是本发明与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统实施例的另一种尖顶与平顶的复合顶包括其向阳坡面、背阳坡面及向阳立墙面上同时安装集热或集光板的侧向剖面结构示意图。

图6是本发明与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统实施例的不对称尖顶与后延向阳坡面的侧向剖面结构示意图。

图7是本发明与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统实施例的另一种不对称尖顶与背阳坡面安装集热或集光板的侧向结构示意图。

图8是本发明与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统实施例的对称尖顶与后延向阳坡面的侧向结构示意图。

图9是本发明与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统实施例的不对称尖顶与高架坡顶组成复合顶的侧向剖面结构示意图。

图10是本发明与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统实施例的对称尖顶与高架平顶组成复合顶的侧向结构示意图。

图11是本发明与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统实施例的对称尖顶的向阳坡面、背阳坡面及向阳立墙面上同时安装集热或集光板的侧向剖面结构示意图。

图12是本发明与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统实施例的坡面集热或集光板上端设置清洗喷水孔管的立体结构示意图。

具体实施方式

本发明的与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统包括建筑屋顶结构与太阳能利用系统。参见图1至图12所示，本发明的与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统由构件式集热或集光板坡面1、设备安装平面2、建筑水箱3、向阳坡面两侧边墙及通风窗4、露天或半露天平顶三面的安全围合墙5、坡面清洗喷水孔管6、太阳能利用系统的配套设备7、避雷装置8、散热可开闭风道9、组件式集热或集光受阳面10、墙面式三维集热器11等组成，其中，构件式集热或集光板坡面1包括向阳坡面101和背阳坡面102。

所述的建筑是包括至少一个向阳坡面的住宅公寓、或是多层住宅楼宇、或是中高层住宅楼宇等建筑。系统的建筑屋顶结构可是坡顶，或是尖顶或，或是复合顶，其中，坡顶可是如图1所示的单一坡顶或是如图2所示的复式坡顶，尖顶可是如图8、11所示的对称尖顶，或是如图6、7所示的非对称尖顶，或是如图9所示的复式尖顶，复合顶可是如图3所示的坡顶与平顶组成的复合顶，或是如图4、5所示的尖顶与平顶组成的复合顶，复合顶还可以是如图10所示的复式的复合顶，复合顶中露天或半露天平顶部分的三面可按图3、图4、图5等所示设置安全围合墒5。

所述的建筑屋顶结构包括屋顶金属框架构件、屋面板，所述的建筑屋顶结构的屋顶金属框架构件可以是独立制成的金属框架或是依托建筑的墙、顶、梁结构共同构成的金属框架；屋面板系采用太阳能利用系统的集热或集光板经安装后组成该建筑屋顶结构的构件，与该建筑屋顶结构的屋顶框架构件共同构成该建筑屋顶结构的构件式集热或集光板坡面1。太阳能利用系统的配套设备7可设置在由该建筑屋顶结构构成的顶层的设备安装平面2上，所述的集热或集光板还可与在该建筑的向阳立面上配置安装的集热或集光板共同构成该太阳能利用系统的集能器群。

所述的其太阳能利用系统的集热或集光板是组成该建筑屋顶结构的构件，具有通常所说的建筑屋顶结构的功能，而透风透雨的建筑屋顶式外加结构不属于建筑屋顶结构，因此，建筑屋顶式外加结构带有太阳能集热或集光板不属于建筑构件而属于建筑组件。

太阳能利用系统的集热或集光板可全部与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面，或是部分与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面，其中，部分构成与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面时，其余的部分可以构成在构件式的向阳坡面101外设置一个或以上的组件式的集热或集光受阳面10，参见图2至图6及图8至图10所示。

所述的太阳能利用系统中构成该建筑屋顶结构的坡面1和组件式集热或集光板受阳面10均可设有避雷装置8。

太阳能利用系统包括太阳能光热或光电利用系统，所述的太阳能利用系统中包括太阳能中央热水系统、太阳能中央热水与采暖系统、太阳能中央热水与空调(制冷)系统。三者间，太阳能中央热水与空调(制冷)系统中可兼容太阳能中央热水系统或太阳能中央热水与采暖系统，太阳能中央热水与采暖系统可兼容太阳能中央热水系统，三者间构成建筑屋顶结构向阳坡面结构的集热或集热集光板部分相同。所述的太阳能中央热水与空调(制冷)系统可兼容太阳能中央热水系统或太阳能中央热水与采暖系统、太阳能中央热水与采暖系统可兼容太阳能中央热水系统是指前者的功能中包含了后者的功能，且前者可通过后者增加配套设备后进行升级而形成，其构成建筑屋顶结构坡面结构的集热板部分相同，不需要进行更换。

如图3、图4、图5所示，所述的太阳能利用系统中构成该建筑屋顶结构的坡面的集热或集热集光板可以是透光的或非透光的利用空气或液流循环换热的光热板、或是光电板、或是光热光电复合板，也可以是透明的采光板，或者是上述各种集热板或组件板间的组合。构成集热或集热集光板的形式可以是平板式的集热或集热集光板、或是平板-真空管式的集热或集热集光板。如图12所示，构成该建筑屋顶结构的坡面顶端处可水平设置清洗喷水孔管6，以定期与定时地对向阳坡屋面的集热板或组件板冲洗灰尘，以利于提高采光或集热效率。

构成建筑屋顶结构的坡面1包括向阳坡面101与背阳坡面102，构成背阳坡面的平板式的集热或集热集光板、或平板-真空管式的集热或集热集光板可以采用可任意角度安装设置的高效三维太阳能集热或集热集光板或集热集光式混合集热器；所述的在该建筑的向阳立面上配置安装的集热或集光板可是墙面式集热或集光构件或组件板，对此可参见中国专利ZL022155217.2《一种太阳能热水器》中的墙面式平板三维集热器、ZL02264999.9《一种透明玻璃真空管太阳能集热器》中的真空管三维集热器、ZL200420023657.1《调温式平板透明光伏混合集热器》中集热集光式混合集热器、ZL200420090394.6《采用玻璃集热管结构的平板集热器》中平板-真空管式集热器等相关专利所公开的各种功能的太阳能集能器介绍。

根据太阳能利用集成系统的不同用途，以下通过实施例作进一步的详细说明。

实施例一：如图1至图6所示，本发明的与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统实施例之一由构件式集光板坡面1、设备安装平面2、建筑水箱3、向阳坡面两侧边墙及通风窗4、坡面清洗喷水孔管6、太阳能利用系统的配套设备7、避雷装置8、散热可开闭风道9、组件式集热或集光受阳面10、墙面式三维集热器11等组成，其中，太阳能利用集成系统采用太阳能光电系统，构件式集光板坡面1包括向阳坡面101和背阳坡面102，配套设备7包括的控制装置、蓄电池组和逆变器等设置在构件式集光板坡面1下顶层的室内平面上。

建筑屋顶结构包括屋顶金属框架构件、屋面板，所述的建筑屋顶结构的屋顶金属框架构件可以是独立制成的金属框架或是依托建筑的墙、顶、梁结构共同构成的金属框架；屋面板系采用太阳能光电系统的集光板经安装后组成该建筑屋顶结构的构件，与该建筑屋顶结构的屋顶框架构件共同构成该建筑屋顶结构的构件式集光板坡面1。

按图1、图3所示，该建筑屋顶结构是坡顶或是复合顶，其太阳能光电系统的集光板是组成该建筑屋顶结构的构件，与该建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成该建筑屋顶结构的向阳坡面。坡顶还可是如图2所示的复式坡顶，在向阳坡面101的上方通过架设设置个组件式的集热或集光受阳面10，用以作为屋顶光电板可安装面积的补充。

所述的太阳能光电系统的配套设备设置在顶层平面上是指太阳能光电系统的蓄电池组和逆变器等设置在顶层平面2上。与建筑屋顶结构一体化的太阳能光电集成系统用于向该建筑提供太阳能发电解决建筑内的照明与电器常规能源替代供应。

所述的太阳能利用系统的集光板与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的向阳坡面时，该建筑屋顶结构向阳坡面的顶端与底端处可分别设置供散热通风的可开闭风道9，风道可以开或闭，如夏季为了顶层散热风道可以打开，经建筑立面上升的空气流从风道下口9进入顶层后沿坡顶内壁上升流动，经风道上口9流出，由此带出顶层的部分热量；冬季为了顶层保温风道可以关闭。由此可以改善建筑顶部的热保温条件。构成建筑屋顶结构的向阳坡面内的两侧可设有边墒，向阳坡面屋顶内的边墒上可设有通风换热的窗洞4，窗洞中还可设有风机，经通风窗洞及风机对屋顶阁层进行透气换热，除此之外，也可通过在背阳坡面上设置排气换热装置如通风器配合风道下口及边墙通风窗洞进行透气换热，以减少太阳能光电系统的坡顶及配套设备发热对建筑顶层环境的热影响

实施例二：按图3、图5所示，本发明的与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统实施例之二由构件式集热或集光板坡面1、设备安装平面2、建筑水箱3、向阳坡面两侧边墙及通风窗4、露天或半露天平顶三面的安全围合墙5、坡面清洗喷水孔管6、太阳能利用系统的配套设备7、避雷装置8、散热可开闭风道9、组件式集热或集光受阳面10、墙面式三维集热器11等组成，其中，太阳能利用系统采用太阳能中央热水系统；构件式集热或集光板坡面1包括向阳坡面101和背阳坡面102；设置在构件式集热或集光板坡面1内的配套设备用701表示，设置在露天或半露天顶层平面上的配套设备用702表示。

建筑屋顶结构包括屋顶金属框架构件、屋面板，所述的建筑屋顶结构的屋顶金属框架构件可以是独立制成的金属框架或是依托建筑的墙、顶、梁结构共同构成的金属框架；屋面板系采用太阳能利用系统的集热或集光板经安装后组成该建筑屋顶结构的构件，与该建筑屋顶结构的屋顶框架构件共同构成该建筑屋顶结构的构件式集热或集光板坡面1。按图3所示，背阳处可设置金属框架的支承依托围合墙，围合墙上可设有连续的或非连续设置的换热通风与采光窗4，用于挡风遮雨和保温及采光，其太阳能利用系统的集热或集光板成为组成该建筑屋顶结构的构件。

太阳能中央热水集成系统的集热板可全部与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面，或是部分与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面，其中，参见图2至图6及图8至图10所示，部分与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面时，其余的部分可以构成在构件式的向阳坡面101外设置一个或以上的组件式的集热受阳面10。所述的部分与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面时，其余的部分可以构成在构件式的向阳坡面外设置一个或以上的组件式的受阳面是指在构件式的向阳坡面后外延设置一个或以上的组件式的受阳面，或是在构件式的向阳坡面外另行设置一个或以上的组件式的受阳面。这种受阳面的设置美观性是解决太阳能利用系统与已建尖顶建筑一体化结合的关键之一，参见图1至图12给出了符合这种与已建尖顶建筑一体化结合美观性要求的实施例。

如图2至图6等所示，所述的外延设置或另行设置是指将太阳能利用系统的集热或集热集光组件板经支架等支承后设置在建筑尖顶之外或之后的上方、或是背阳屋顶坡面102的上方，该组件式的受阳面的周围还可设置镜反射面进行集光加强。如图5所示，与建筑屋顶结构一体化的太阳能中央热水集成系统的集热或集热集光构件或组件板还可与墙面上悬置或竖置安装的墙面式集热或集热集光构件或组件板相连接，共同构成该太阳能中央热水系统的集能器群。

受阳面的组件式集热或集热集光板可以采用真空管式的集热或集热集光板、或平板式的集热或集热集光板、或是平板-真空管式的集热或集热集光板，由于建筑顶层的风载大，采用现有技术的真空管式集热器组件板中真空集热管的保温条件变差，会产生输出热效率下降的问题，为此，可以采用同样具有接收阳光自跟踪性的、且保温性能更高的平板-真空管式的集热或集光或集热集光组件板，对于风载不大的低层建筑顶部，为了降低成本也可以采用平板式的集热或集光或集热集光组件板。

太阳能中央热水集成系统的集热板，其循环连接的管道可经集热板单元的侧向型材边条或箱底板处引出与连接，以利于屋面构件及组件的安装维护及保温和增进外观。所述的太阳能中央热水系统的集热与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的向阳坡面时，该建筑屋顶结构向阳坡面的顶端与底端处可分别设置供散热通风的可开闭风道9，风道可以开或闭，如夏季为了散热风道可以打开，冬季为了保温风道可以关闭。所述的构成建筑屋顶结构的向阳坡面的两侧带有边墙4，边墙上可设有通风窗洞，可经通风窗洞及风机进行屋顶搁层的透气换热，减少太阳能中央热水系统集热或集热集光板的屋顶和配套设备发热对建筑顶层环境的影响，由此改善建筑顶部的热保温条件。

太阳能利用系统采用太阳能中央热水系统时，其基本配套设备7除了包括循环与控制装置、水箱、辅助加热装置、储能水箱，所述的太阳能中央热水系统还包括散热装置，其水箱(包括加热水箱和储热水箱)、循环与控制装置、辅助加热装置设置在顶层的平面上，其中，该太阳能中央热水系统特有的夏季散热装置702可设置在露天或半露天顶层平面上。

所述的太阳能中央热水系统包括太阳能-热泵中央热水系统，其中，所述的热泵包括电热泵和燃气热泵，除了热泵外还可包括燃气或是燃油等辅助能源加热炉及电热储能等配套设备。所述的太阳能中央热水与采暖系统包括太阳能-热泵中央热水与采暖系统，二者间，太阳能中央热水与采暖系统可兼容太阳能中央热水系统，二者间构成建筑屋顶结构坡面结构的集热或集热集光板部分相同。

为了便于配套设备的安装与维护的安全，背阳的露天或半露天平顶的三面可设有女儿墙5，同时也有利于对下方视线的遮挡与建筑顶层外观的改善。背阳的平顶上可带有排水槽，太阳能收集屋面板构件的下沿可水平设置引水道。

实施例三：本发明的与建筑屋顶结构体化的太阳能利用集成系统实施例之三由构件式集热或集光板坡面1、设备安装平面2、建筑水箱3、向阳坡面两侧边墙及通风窗4、露天或半露天平顶三面的安全围合墙5、坡面清洗喷水孔管6、太阳能利用系统的配套设备7、避雷装置8、散热可开闭风道9、组件式集热或集光受阳面10等、墙面式三维集热器11组成，其中，太阳能利用系统是太阳能中央热水与空调(制冷)系统，按图7、图9、图11所示，构件式集热或集光板坡面1包括向阳坡面101和背阳坡面102，设置在构件式集热或集光板坡面1内的配套设备用701表示，设置在露天或半露天顶层平面上的配套设备用702表示。

建筑屋顶结构包括屋顶金属框架构件、屋面板，所述的建筑屋顶结构的屋顶金属框架构件可以是独立制成的金属框架或是依托建筑的墙、顶、梁结构共同构成的金属框架；屋面板系采用太阳能利用系统的集热或集光板经安装后组成该建筑屋顶结构的构件，与该建筑屋顶结构的屋顶框架构件共同构成该建筑屋顶结构的构件式集热或集光板坡面1。

太阳能利用系统采用太阳能中央热水与空调(制冷)系统时，其基本系统包括：太阳能集热板或与集热组件板、循环与控制装置、水箱、辅助加热装置、中高温储能水箱、储能装置、空调散热装置、吸收式热水制冷机组，其水箱包括加热水箱和储热水箱。所述的室外配套设备设置在背阳的露天平顶屋面上是指：系统的水箱和中高温储能水箱可设置在向阳坡面屋顶内的平顶屋面上，系统的辅助加热装置可设置在向阳坡面外侧的露天或半露天的平顶屋面上，系统的制冷机组也可设置露天或半露天的平顶屋面上，系统的散热装置设置在露天平顶屋面的最外侧边缘端。

同上所述，太阳能中央热水与空调(制冷)系统包括太阳能-热泵中央热水与空调(制冷)系统，太阳能中央热水与空调(制冷)系统中可兼容太阳能中央热水系统或太阳能中央热水与采暖系统，三者间构成建筑屋顶结构坡面结构的集热或集热集光板部分相同。参见图5及图11所示，与建筑屋顶结构一体化的太阳能热水与空调(制冷)集成系统还可与墙面上悬置或竖置安装的墙面式三维集热器构件或组件板11相连接，构成同属于所述的太阳能光热利用系统的集能器群，建筑屋顶结构一体化的太阳能中央热水与空调(制冷)系统用于向该建筑提供太阳能热水与空调(制冷)以解决该建筑内的生活与空调等能耗的常规能源替代供应。

按图2、图3、图5所示，该建筑屋顶结构可以采用坡顶或是尖顶或是复合顶，其太阳能太阳能热水与空调(制冷)系统的集热或集热集光板是组成该建筑屋顶结构的构件，与该建筑屋顶结构的坡顶或是尖顶框架构件共同构成该建筑屋顶结构的坡面。如采用尖顶还可是如图5所示的复式尖顶，在背阳坡面102的上方通过架设设置一个组件式的集热或集热集光受阳面10，用以作为屋顶集热或集热集光板可安装面积的补充。如图7所示，背阳坡面102的背阳围合墙上和包括两侧墙上也可设有连续的或非连续设置的换热通风与采光窗，并可用于冬季的挡风遮雨和保温及采光，或也可用于夏季的通风与散热及采光，其太阳能利用系统的集热或集热集光板也成为组成该建筑屋顶结构的构件。

太阳能中央热水与空调(制冷)系统的集热或集热集光板可全部与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面如图7所示，或是部分与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面，其中，部分与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面时，其余的部分可以构成在构件式的向阳坡面101外设置一个或以上的组件式的集热或集热集光受阳面10，参见图2至图6及图8至图10所示。

如图4、图10所示，为了便于设备的安装与维护的安全，背阳的露天或半露天平顶的三面可设有女儿墙5，同时也增强了下方视线遮挡效果与与建筑顶层外观的改善。背阳的平顶上可带有排水槽，太阳能收集屋面板构件的下沿可水平设置引水道。

此外，本发明的与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统还可进一步与该建筑所属的地下设置的埋地式地源热泵或地下储能液库式地源热泵进行配套组合，达到100％完全解决该建筑所需全部建筑能耗的零能耗绿色建筑的发展目标。

与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统存在的问题与改进提高方向分析：太阳能集热组件板受阳面设置在屋面时承受较大的风载，因此需要对外延或高架设置的太阳能集热组件板安装固定进行可靠的抗风加固，同时也可考虑进一步充分利用太阳能集热组件板受阳面因设置在屋面时承受较大的风载而产生的聚风效果进一步设置风力发电装置与太阳能利用系统进行昼夜互补供能，此外，循环与控制装置、水箱(包括加热水箱和储热水箱)、辅助加热装置、中高温储能水箱、空调散热装置，制冷机组等配套设备也因设置在顶层的室内或室外平面上，会对顶层下楼层的室内热环境产生一定的影响，需要采取一定的隔热保温等措施包括对顶层地面等的隔热措施进行处理，由此也会产生一定的设置和运行成本，还需要进一步考虑降低成本。

Claims (10)

1.与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统，包括建筑屋顶结构与太阳能利用系统，其特征在于，所述的建筑屋顶结构是坡顶、尖顶或是复合顶，其太阳能利用系统的集热或集光板是组成该建筑屋顶结构的构件，与该建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成该建筑屋顶结构的坡面，所述的太阳能利用系统的配套设备可设置在由该建筑屋顶结构构成的顶层的平面上，所述的集热或集光板还可与在该建筑的向阳立面上配置安装的集热或集光板共同构成该太阳能利用系统的集能器群。

2.根据权利要求1所述的与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统，其特征在于，所述的太阳能利用系统包括太阳能中央热水系统、太阳能中央热水与采暖系统、太阳能中央热水与空调(制冷)系统，其中，太阳能中央热水与空调(制冷)系统中可兼容太阳能中央热水系统或太阳能中央热水与采暖系统，太阳能中央热水与采暖系统可兼容太阳能中央热水系统，三者间构成建筑屋顶结构坡面结构的集热或集热集光板部分相同。

3.根据权利要求1所述的与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统，其特征在于，所述的太阳能利用系统中构成该建筑屋顶结构的坡面的集热或集热集光板，可以是平板式的集热或集热集光板、或是平板-真空管式的集热或集热集光板，构成该建筑屋顶结构的坡面顶端处可水平设置清洗喷水孔管。

4.根据权利要求1所述的与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统，其特征在于，所述的构成建筑屋顶结构的坡面包括向阳坡面与背阳坡面，构成背阳坡面的平板式的集热或集热集光板、或平板-真空管式的集热或集热集光板系采用可任意角度安装设置的三维太阳能集热或集热集光板。

5.根据权利要求1所述的与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统，其特征在于，所述的太阳能利用系统的配套设备设置在顶层平面上是指对于太阳能光电利用系统，其蓄电池组和逆变器设置在顶层平面上，或者对于太阳能光热利用系统，其水箱(包括加热水箱和储热水箱)、循环与控制装置、辅助加热等装置设置在顶层的平面上，其中，该太阳能中央热水系统的配套散热装置可设置在顶层的平面上，该太阳能中央热水与空调系统的制冷机组也可设置在顶层的平面上。

6.根据权利要求1所述的与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统，其特征在于，所述的建筑屋顶结构坡顶是单一坡顶或复式坡顶，所述的建筑屋顶结构尖顶是对称尖顶或是非对称尖顶或是复式尖顶，所述的建筑屋顶结构复合顶是坡顶与平顶组成的复合顶或是尖顶与平顶组成的复合顶，复合顶还可以是复式的复合顶。

7.根据权利要求1所述的与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统，其特征在于，所述的太阳能利用系统的集热或集光板可全部与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面，或是部分与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面，其中，部分与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面时，其余的部分可以构成在构件式的向阳坡面外设置一个或以上的组件式的受阳面。

8.根据权利要求7所述的与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统，其特征在于，所述的部分与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的坡面时，其余的部分可以构成在构件式的向阳坡面外设置一个或以上的组件式的受阳面是指在构件式的向阳坡面后外延设置一个或以上的组件式的受阳面，或是在构件式的向阳坡面外另行设置一个或以上的组件式的受阳面。

9.根据权利要求1所述的与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统，其特征在于，所述的太阳能利用系统的集热或集光板与建筑屋顶结构的坡顶框架构件共同构成建筑屋顶结构的向阳坡面时，该建筑屋顶结构向阳坡面的顶端与底端处可分别设有供散热通风的可开闭风道。

10.根据权利要求1所述的与建筑屋顶结构一体化的太阳能利用集成系统，其特征在于，所述的坡顶与平顶组成的复合顶或是尖顶与平顶组成的复合顶中，露天平顶的三面设有安全围合墙。

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