CN101846396A - 高层建筑太阳能和风能补热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高层建筑太阳能真空管加热装置，特别是太阳能和风能补热装置。本发明所述装置的储水箱的冷水端出口与集热器冷水入口连接，储水箱的热水端入口与集热器热水出口连接，储水箱中装有温度传感器和电加热丝，风力直流发电机的输出分别连接蓄电池和电加热丝，温度传感器的输出连接控制器单元，控制器单元的输出通过接触器线圈控制设置在电加热丝通路中的接触器常开触点。本发明使用方便，投资少，节能，可保证全天候，全时段供应热水。

Description

高层建筑太阳能和风能补热装置
技术领域
本发明涉及一种高层建筑太阳能真空管加热装置，特别是太阳能和风能补热装置。
背景技术
目前市场上有很多的热水器。比如，电热水器，燃气热水器等，但是都各自存在不足。电热水器虽然能保证24小时供热水，但是消耗电能多，其耗能成本高；而燃气热水器要消耗不可再生资源，污染环境。
地球上可以利用的煤炭等资源逐渐减少，而且煤炭等资源排放出的气体会污染环境，给人类的生活环境造成很大的影响，现在中国实行节能降耗政策，开发绿色能源和二次能源，已经成了人类必须要去面对和解决的问题，以用来解决能源危机。
高层建筑楼顶由于受面积有限，使用太阳能热水器时难以保证全天候，全时段热水供应；高层建筑楼顶具有非常好的风力资源，但目前都没有得到很好的利用，因此需要开发适宜高层建筑使用的太阳能和风能补热装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高层建筑太阳能和风能补热装置，其使用方便，投资少，节水，可保证全天候，全时段热水供应。
解决本发明的技术问题所采用的技术方案是：储水箱的冷水端出口与集热器冷水入口连接，储水箱的热水端入口与集热器热水出口连接，储水箱中装有温度传感器和电加热丝，风力直流发电机的输出分别连接蓄电池和电加热丝，温度传感器的输出连接控制器单元，控制器单元的输出通过接触器线圈控制设置在电加热丝通路中的接触器常开触点。
所述的与温度传感器输出连接的控制器单元由电流放大器、A/D转换器、单片机、D/A转换器和比较器组成，电流放大器将温度传感器的信号放大，A/D转换器将放大的模拟信号转换成数字信号，单片机存储数据并对输入的数字信号处理，D/A转换器将单片机的数字信号转换成模拟信号，比较器对存储数据与输入的信号对比并将启动电流传输到接触器线圈；蓄电池的两极连接有蓄电池控制单元，由并联于蓄电池两端的电压检测控制电路、串联在充电回路的开关器件和串联于输出回路开关器件组成，电压检测控制电路对充电和输出电压检测并启动或断开对应的开关器件。
在蓄电池的输入和输出端都装有空气开关，在电加热丝通路中的接触器常开触点两端接入有空气开关，控制器单元中的单片机采用8031，温度传感器型号为KC503H395FM且测温范围为-10℃～100℃，风力直流发电机功率为11KW。
一系列集热器为逐级加热的串联结构，储水箱的冷水端出口高于集热器组的冷水入口，集热器组的热水出口高于储水箱的热水端入口，在储水箱顶设置有避雷针。
在晴天的时候，集热器的真空管吸收太阳能，储水箱的冷水经过集热器的真空管时候，集热器的真空管由于吸收太阳能而发热，给冷水加热，集热器的出口管经过一个手动球阀接在储水箱的上端，热水流入到储水箱的上端。如果太阳能提供的热量只在50℃左右，离大多数用户习惯的60℃还有一定的距离，甚至过了10分钟左右温度依然维持在50℃左右，这时候温度传感器的温度信号就会传给控制器单元，控制器单元就会输出一个指令，接触器线圈就会启动，风力直流发电机输出的接触器常开触点就会闭合，风能就会给储水箱的电加热丝提供电流。在阴雨天时候，手动合上风力直流发电机输出通路上空气开关，风能就会给电加热丝提供电流。在阴雨天时候，若风速很小，则可以手动合上蓄电池输出通路上的空气开关，蓄电池存储的电能就可以给储水箱的电加热丝加热。风力发电机的功率的确定：以昆明地区计算一高层建筑有25层楼高，每层楼房有2户，每户有3人，每人洗澡用水50公斤，每人每天都洗澡。一般在60℃时候就可以洗澡，阴雨天时太阳能集热器加热使水具有余温，设温度为30℃，则根据热量公式c*m*Δt＝4.2*10^3J/kg*℃*50*3*50*(60-30)＝9.45*10^8J，风力发电机一天24小时发电，其功率P*24*60*60＝9.45*10^8J，则P＝10937.5W，所以该高层建筑可配备风力发电机功率为11KW。
本发明的有益效果：
1，全天24小时供热水。当太阳能可以提供适当的温度热水时候，就使用太阳能。如果太阳能不能够提供适当的热水温度时候，就使用风能装置来提供适当的热水。
2减少环境污染。由于风能和太阳能是可再生能源，不会对环境产生负面的影响。
3.节约能源。天晴时候，使用太阳能加热，在阴雨天时候，由于太阳能加热时有一定余温，风能加热时就会温度升的更快。以昆明地区计算：一高层建筑有25层楼高，每层楼房有2户，每户有3人，每人洗澡用水50公斤，每人每天都洗澡。昆明平均气温15℃一般在60℃时候就可以澡，则根据热量公式c*m*Δt＝4.2*10^3J/kg*℃*50*3*50*(60-15)＝1417.5*10^6J，则一天消耗的电能为：W＝1417.5*10^6J/3.6*10^6＝393.75度。则一天电费为393.75度*0.5元/度＝196.875元，则一年每户平均用电费为196.875*365/50＝1437.1875元。由于本发明组合装置的风能和太阳能代替了常规能源-电能，所以可以为每户家庭一年节约1438元左右。
附图说明：
图1本发明的整体结构示意图。
图2本发明的风力补热装置控制器单元示意图。
图3本发明的蓄电池充放电控制器电路示意图。
图中：避雷针1，冒气孔2，球阀3，球阀4，集热器5，球阀6，电加热丝7，温度传感器8，球阀9，接地装置10，气开关(QF1)11，空气开关12，空气开关(QF2)13，接地装置14，风轮装置15，风力直流发电机16，控制器单元17，球阀18，球阀19，接触器线圈(KM1)20，连接器21，空气开关(QF3)22，蓄电池控制单元23，蓄电池24，真空管25，储水箱26，冷水端出口27，热水端入口28，接触器常开触点(KM1)29，比较器30，D/A转换器31，8031单片机32，电流放大器33，A/D转换器34，开关器件(K1)35，开关器件(K2)36，电压检测控制电路37。
具体实施方式
参见图1，在基建时候在楼顶地面上装好角铁钢架，把带有真空管的集热器5焊接在角铁钢架上，储水箱26装在一个用水泥基础搭起来的实心圆台上，在储水箱26上面装一个避雷针1，避雷针1用钢条连在墙上的防雷网上，而且是用焊接的方式。储水箱冷水管口经过球阀3和4接到集热器5上，储水箱的冷水端出口27比集热器5的冷水入口A高，冷水依靠重力流入到集热器5的真空管25中，储水箱26的热水端入口28比集热器5的热水出口B要低，热水的密度比冷水低，可更顺利地流入到储水箱26中。详见图2，在晴天的时候，若太阳能不足以提供足够的热量，水的温度在50℃左右维持10分钟没有什么变化，温度传感器8就会检测到一个温度值，该信号传给控制器单元17，控制器单元17就会按预先在单片机32中设定的指令发出一个驱动信号，接触器线圈20(KM1)得电，风力直流发电机16的接触器常开触点29(KM1)闭合。储水箱26中设置的电热丝7得电加热储水箱中热水，电热丝外层有一个保护套，电加热丝的额定电压为60V，而且接有保护接地装置10，以防止漏电。在阴雨天时候，风轮装置15由于风的动力作用，拖动风力直流发电机16旋转，机械能变成电能，当手动合上空气开关11(QF1)的时候，一方面给电加热丝7提供电能，另一方面风力直流发电机16发出的直流电用来给蓄电池24充电，蓄电池的额定电压为60V。详见图3，蓄电池24配置有蓄电池控制单元23，对蓄电池进行保护，若充电电压大于蓄电池24的额定电压时候，蓄电池控制单元23的电压检测控制电路37就会启动保护动作，切断充电回路上的开关器件35(K1)；若充电电压小于蓄电池24的额定电压时候，则切断输出回路开关器件36(K2)。蓄电池24装在室内，以保护蓄电池。若风速小，不足以拖动风力直流发电机16旋转时候，可以手动合上空气开关13和22(即QF2和QF3)，用蓄电池24存储的电能对电加热丝7加热。经过加热的热水经过球阀9和18进入住户，住户即可以使用热水。
本装置的各主要元件选型为：温度传感器8采用型号为KC503H395FM，测温范围为-10℃～100℃；风力直流发电机16功率为11KW；真空管25型号为Φ50，长1.8m。

Claims (4)

1.一种高层建筑太阳能和风能补热装置，其特征是：储水箱的冷水端出口与集热器冷水入口连接，储水箱的热水端入口与集热器热水出口连接，储水箱中装有温度传感器和电加热丝，风力直流发电机的输出分别连接蓄电池和电加热丝，温度传感器的输出连接控制器单元，控制器单元的输出通过接触器线圈控制设置在电加热丝通路中的接触器常开触点。
2.按权利要求1所述的高层建筑太阳能和风能补热装置，其特征是：与温度传感器输出连接的控制器单元由电流放大器、A/D转换器、单片机、D/A转换器和比较器组成，电流放大器将温度传感器的信号放大，A/D转换器将放大的模拟信号转换成数字信号，单片机存储数据并对输入的数字信号处理，D/A转换器将单片机的数字信号转换成模拟信号，比较器对存储数据与输入的信号对比并将启动电流传输到接触器线圈；蓄电池的两极连接有蓄电池控制单元，由并联于蓄电池两端的电压检测控制电路、串联在充电回路的开关器件和串联于输出回路开关器件组成，电压检测控制电路对充电和输出电压检测并启动或断开对应的开关器件。
3.按权利要求2所述的高层建筑太阳能和风能补热装置，其特征是：在蓄电池的输入和输出端都装有空气开关，在电加热丝通路中的接触器常开触点两端接入有空气开关，控制器单元中的单片机采用8031，温度传感器型号为KC503H395FM且测温范围为-10℃～100℃，风力直流发电机功率为11KW。
4.按权利要求2所述的高层建筑太阳能和风能补热装置，其特征是：一系列集热器为逐级加热的串联结构，储水箱的冷水端出口高于集热器组的冷水入口，集热器组的热水出口高于储水箱的热水端入口，在储水箱顶设置有避雷针。
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