CN101493264A - 屋顶太阳能集热装置 - Google Patents

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邢永杰
杨旭东
杨铭
叶建东
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/60—Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings
    • F24S20/67—Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings in the form of roof constructions
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Abstract

屋顶太阳能集热装置，涉及一种利用太阳能辐射热量加热流经集热装置的空气的设备。该屋顶太阳能集热装置在结构上包括：阳光板，空气层，上表面涂黑的热的良导体，上表面贴有铝箔的岩棉层，透气管，混凝土支架，密封胶和压条，进风管，出风管和密封塞。装置中各部件均采用常用的材料以及制作工艺，工艺简单，造价低廉，主要服务于北方村镇单体坡屋顶建筑，利用太阳能解决冬季白天部分热负荷，减少耗煤量的同时减少对环境的污染。

Description

屋顶太阳能集热装置
技术领域
本发明涉及一种利用太阳能辐射热量加热流经集热装置的空气的设备，它属于太阳能利用领域。
背景技术
在传统能能源(如煤炭、石油等)日趋紧张的今天，可再生能源(如太阳能、风能、水能、生物质能等)作为替代能源有了长足的发展。在我国北方地区，日照充沛，属于太阳能利用的I、II、III类地区([1]Chris C.S.Lau，Joseph C.Lam，Liu Yang，Climateclassification and passive solar design implications in China，Energy Conversion &Management，2007：2006~2015)，因此太阳能利用在北方地区有着良好的发展前景。由于我国北方地区气候寒冷，供暖能耗大，如果利用太阳能解决一部分供暖负荷，将对我国建筑节能减排，尤其是村镇建筑节能减排工作，起到重要的作用。
目前，太阳能利用主要有两种方式——主动式和被动式。所谓主动式太阳能利用就是在太阳能系统中安装常规能源驱动的系统，如泵、风机及一些辅助设备；所谓被动式太阳能利用是与主动式相对而言的，它不需要专门的泵或风机等常规能源驱动设备，而是与建筑本体很好结合，利用一些自然的方式(如辐射、自然对流、导热)将热量传热室内。如今在村镇常用的主动太阳能有太阳能热水器、太阳能供热系统等，被动式利用相对更普遍一些，如阳光间等([2]喜文华，被动式太阳房的设计与建造，化学工业出版社，2007：4～10)。与传统的主动式太阳能利用相比，被动式太阳能初投资和运行费用都比较低，因此更加适合于经济水平较低的村镇居民使用。
常用的被动太阳能利用主要有3中形式——直接受益窗、空气集热墙和阳光间。他们都有一共同的特点——集热面都处于建筑南向的立面上。如果农宅为四合院形式，院墙过高，或院内树木遮挡的话，南向集热面的集热效果很容易受到影响。而北方村镇建筑普遍比较低，农宅多以坡顶平房为主。因此，坡屋顶不易被遮挡且在其南向屋面上方便布置集热装置。现今在屋顶设置的集热装置多是传统主动式太阳能系统，以水作为热媒，利用电驱动泵作为热媒输送动力。但是这种系统的初投资在2～3万元(是被动式初投资的4～5倍)，且其运行费用和维护费用都要比被动式昂贵，因此村镇军民只有在政府扶持时才会考虑使用这种系统。如果能够设计出一种造价低廉，相对高效的屋顶集热装置，必将切实有利于我国北方村镇节能减排工作的推进。
发明内容
本发明的目的是设计一种适合于村镇单体坡屋顶建筑使用的低成本屋顶集热装置。
本发明技术方案如下：
一种屋顶太阳能集热装置，其特征在于：所述的屋顶集热装置包括阳光板1，上空气层2a，上表面涂黑的热的良导体3，下空气层2b，上表面贴有铝箔的岩棉层4，预制混凝土支架8，进风管10，出风管11以及透气管6；所述的阳光板1通过密封胶及压条7固定在预制混凝土支架8上，所述的上表面涂黑的热的良导体3放置在上空气层2a和下空气层2b之间，通过支柱9固定在上表面贴有铝箔的岩棉层4上；在上表面涂黑的热的良导体3和上表面贴有铝箔的岩棉层4上，预留出与进风管10和出风管11管径相同的开口；透气管6位于屋顶较高一侧的预制混凝土支架8上，在所述的透气管6的出口安装有密封塞13。
本发明所述的上空气层与下空气层厚度相同，分别为25～50mm；所述的上表面涂黑的热的良导体的厚度为0.18～1.00mm。所述的进风管10和出风管11位于所述的屋顶集热装置的对角线处。所述的透气管6采用PVC管。
本发明具有以下优点及突出性效果：
本发明主要服务于北方村镇单体坡屋顶建筑。所述的屋顶集热装置各部件均采用常用的材料以及制作工艺，工艺简单，造价低廉。该种集热装置的造价在300元/m2集热面积左右。而且，村镇居民可以根据屋顶可利用面积、预期太阳能供暖率或初投资自由选择集热面积大小，从而较为自由的控制初投资。通过前期计算发现，10m2集热面积的集热装置用在供热面积为100m2的保温良好的北京农宅中，可以解决20％左右的热负荷，其初投资在3000元左右，经济回收期在5～6年。集热装置的使用寿命至少在10年以上，因此该种集热装置的经济性很好，符合当地居民的经济水平。另外，每年减少20％左右的传统煤耗，根据当地情况，相当于减少1吨左右的CO2排放量，对减少环境污染也起到一定的作用。因此，屋顶空气集热装置兼有良好的经济性与环境效益，具有良好的发展潜力。
附图说明
图1屋顶空气集热装置结构图及与屋顶结合节点图。
图2屋顶空气集热装置进风管与出风管位置示意图。
图中各部件表示：1-阳光板；2a-上空气层；2b-下空气层；3-上表面涂黑的热的良导体；4-上表面贴有铝箔的岩棉层；5-屋顶；6-透气管；7-密封胶及压条；8-预制混凝土支架；9-支柱；10-进风管；11-出风管；12-空气流向；13-密封塞
具体实施方式
下面结合附图对本发明的工作原理、具体结构作进一步的说明。
所述的屋顶太阳能集热装置的工作原理为利用太阳能辐射热量透过阳光板1加热上表面涂黑的热的良导体3，进而通过对流换热的方式加热流经上表面涂黑的热的良导体3表面的空气。
图1为本发明提供的屋顶空气集热装置结构图及与屋顶结合节点图，所述的屋顶集热装置包括阳光板1，上空气层2a，上表面涂黑的热的良导体3，下空气层2b，上表面贴有铝箔的岩棉层4，预制混凝土支架8，进风管10，出风管11以及透气管6；所述的阳光板1通过密封胶及压条7固定在预制混凝土支架8上，所述的上表面涂黑的热的良导体3放置在上空气层2a和下空气层2b之间，通过支柱9固定在上表面贴有铝箔的岩棉层4上；在上表面涂黑的热的良导体3和上表面贴有铝箔的岩棉层4上，预留出与进风管10和出风管11管径相同的开口；透气管6位于屋顶较高一侧的预制混凝土支架8上，在所述的透气管6的出口安装有密封塞13。
本发明所述的上空气层与下空气层厚度相同，分别为25～50mm；所述的上表面涂黑的热的良导体的厚度为0.18～1.00mm。所述的进风管10和出风管11位于所述的屋顶集热装置的对角线处。所述的透气管6采用PVC管。
阳光板1作为透光材料，相比于玻璃板而言，具有较高的透过率，而且有材质轻，不易破损等特点，使其更适合作为屋顶集热装置的透光部件；相对于上表面不涂黑的热的良导体而言，上表面涂黑的热的良导体3具有较高的吸收率，可以使所述的热的良导体3快速升温，以便快速加热流经其表面的空气；所述的岩棉层4可以起到一定的保温作用，使得热量不会散失到屋顶5中，而且岩棉层4的上表面贴有一层铝箔可以减少岩棉层的太阳能吸收率，使其不易吸收太阳能辐射热量，将太阳能辐射热量尽可能地被上表面涂黑的热的良导体3吸收，有利于进一步提高上表面涂黑的热的良导体3的温度，进而快速加热流经空气集热装置的空气；所述的PVC透气管6具有抗腐蚀、材质轻等特点，它的主要用途在于不使用空气集热装置时，可以使得空气通过自然对流方式流出空气集热装置，避免高温空气损坏阳光板1；密封性能对整体空气集热装置的性能有较大的影响，在所述的PVC透气管6出口处安装密封塞13就可以保证冬季使用过程中的密封性能，在不使用空气集热装置时，拔掉密封塞13，可以使得空气通过PVC透气管6自然流出空气集热装置，避免阳光板1的损坏；进风管10和出风管11对角线布置(如图2所示)，可以使得空气在集热装置的流动距离加长，有助于提高出风管11中的空气温度。
本发明主要服务于北方村镇单体坡屋顶建筑，所述的屋顶集热装置各部件均采用常用的材料以及制作工艺，工艺简单，造价低廉。该种集热装置的造价在300元/m2集热面积左右。而且，村镇居民可以根据屋顶可利用面积、预期太阳能供暖率或初投资自由选择集热面积大小，从而较为自由的控制初投资。通过前期计算发现，10m2集热面积的集热装置用在供热面积为100m2的保温良好的北京农宅中，可以解决20％左右的热负荷，其初投资在3000元左右，经济回收期在5~6年。集热装置的使用寿命至少在10年以上，因此该种集热装置的经济性很好，符合当地居民的经济水平。另外，每年减少20％左右的传统煤耗，根据当地情况，相当于减少1吨左右的CO2排放量，对减少环境污染也起到一定的作用。因此，屋顶空气集热装置兼有良好的经济性与环境效益，具有良好的发展潜力。

Claims (4)

1.一种屋顶太阳能集热装置，其特征在于：所述的屋顶集热装置包括阳光板(1)，上空气层(2a)，上表面涂黑的热的良导体(3)，下空气层(2b)，上表面贴有铝箔的岩棉层(4)，预制混凝土支架(8)，进风管(10)，出风管(11)以及透气管(6)；所述的阳光板(1)通过密封胶及压条(7)固定在预制混凝土支架(8)上，所述的上表面涂黑的热的良导体(3)放置在上空气层(2a)和下空气层(2b)之间，通过支柱(9)固定在上表面贴有铝箔的岩棉层(4)上；在上表面涂黑的热的良导体(3)和上表面贴有铝箔的岩棉层(4)上分别预留出与进风管(10)和出风管(11)管径相同的开口；所述的透气管(6)位于屋顶较高一侧的预制混凝土支架(8)上，在所述的透气管(6)的出口安装有密封塞(13)。
2.按照权利要求1所述的屋顶集热装置，其特征在于：上空气层(2a)与下空气层(2b)厚度相同，分别为25～50mm；所述的上表面涂黑的热的良导体(3)的厚度为0.18～1.00mm。
3.按照权利要求1所述的屋顶集热装置，其特征在于：所述的进风管(10)和出风管(11)位于所述的屋顶集热装置的对角线处。
4.按照权利要求1、2或3所述的屋顶集热装置，其特征在于：所述的透气管(6)采用PVC管。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101787775B (zh) * 2010-02-03 2011-06-29 曹树梁 混凝土结构太阳能房顶
CN102320676A (zh) * 2011-08-23 2012-01-18 清华大学 太阳能海水淡化机组
CN107255081A (zh) * 2017-06-15 2017-10-17 新奥泛能网络科技股份有限公司 无动力风机

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