CN102563794A - 零能耗无人值守的电厂厂房太阳能屋面通风装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种零能耗无人值守的电厂厂房太阳能屋面通风装置，它由通风器和太阳能光伏驱动装置组成；在所述的通风器中设有至少一组阀板以及与阀板相连接的电机，电机受太阳能光伏驱动装置的驱动动作；所述的太阳能光伏驱动装置包括太阳能光伏板，太阳能光伏板与蓄电池串联连接，蓄电池连接智能控制器和电机，其中智能控制器的输入端连接温度传感器，其输出端连接电机。本发明首先将太阳能光伏发电技术应用于屋面通风器，首次实现采用太阳能这一新能源形式承担屋面通风器的全部电气组件的电力需求，无需接入公共电网，实现了零人工化能耗。实现太阳能光伏驱动装置的一体化设计，用户只需将这一太阳能光伏驱动装置替代原有人工输配电系统，即可对原有屋面通风器实现新能源驱动运行控制，并降低了施工复杂性。

Description

零能耗无人值守的电厂厂房太阳能屋面通风装置及方法

技术领域

本发明属于屋面通风器和新能源技术领域，具体涉及一种零能耗无人值守的电厂厂房太阳能屋面通风装置。

背景技术

电厂厂房为排除生产过程中产生的有害粉尘、气体污染物，消除余热余湿，并满足工作区人员卫生要求，通常需要采取全面通风，其中利用室内热内外热压作用和室外风压作用的屋面通风器是控制全面通风运行的一种主要形式，相比于依靠大型通风机控制通风量的方式而言节省了风机的电耗及其运行费用。但是，现有屋面通风器控制阀板所用的电机仍然需要设置外接输配电设备，工程施工中往往需要铺设很长的电缆，由于电厂厂房施工现场设备、管线复杂，带来了屋面通风器的施工复杂性及其施工成本，同时在全年运行中要求运行管理人员及时调整通风量以满足室内空气状况要求，增加了管理工作量，而且调节电机及日常通电待机条件下均会耗费电力。

而太阳能光伏发电产品近年来已经逐渐走向成熟，例如各类太阳能路灯等产品，采用太阳能光伏板、蓄电池和路灯装置构成一体化装置，目前已大规模推广。为有效解决现有屋面通风器存在的问题，可考虑采用太阳能这一新能源驱动的电机来控制屋面通风器的全年运行调节。

另一方面，电厂厂房屋面通风器可调节控制厂房内全面通风运行状况，相比于依靠大型通风机控制通风量的方式而言节省了风机的电耗及其运行费用。但是，现有屋面通风器透光性较差，厂房内照明通常还需依靠室内电灯，耗费大量电能，其照明系统的初投资和灯具损耗更换费用也较大。为此，已有专利采用透光板制作屋面通风器的挡雨板和阀板，从而将太阳能引入室内，则白天可无需开启电灯照明。但是该方式具如下重大缺点或可靠性问题。

（1）夏季白天太阳光辐射较大时，厂房内的光通量可能过高以至于影响人的视觉，进入室内的辐射得热也最大，将大幅度增加室内通风的冷负荷，原则上需要进一步提高通风量来进行补偿，增大了通风系统的初投资与运行费用。

（2）冬季日落后特别是晴天时，厂房内围护结构表面和设备表面等可与室外天空形成辐射放热效应，进一步较低了室内温度，增加人员的不舒适感，当有采暖措施时还会增大其热负荷。

（3）透光板存在老化或破碎的潜在可靠性问题。当采用钢化玻璃等玻璃制品时，由于冷热、风雨、冰雹等的外扰冲击，存在破裂导致损坏生产线及其配套设备乃至危害人身安全的潜在危险，如采用类似高档办公楼的玻璃幕墙或中庭天窗等采用的高端玻璃制品时，虽然安全性更高，但是价格过高以至于在工业厂房中不经济。如采用高强度塑料制品，则可能由于紫外光等的长期外扰冲击导致加速老化变形，并影响其透光率。

发明内容

本发明的第一个目的是：设计一种全新的电厂厂房屋面通风装置，采用太阳能光伏发电并蓄存于蓄电池内，由智能控制器调节屋面通风器的全年运行状况，实现零人工化石能耗、无人值守功能，成为真正的新能源屋面通风方式。

本发明的第二个目的是：设计一种全新的电厂厂房屋面通风器，采用基于反射原理而非透射原理设计一种光通量可自动调节的自然采光屋面通风器，可安全有效的采用太阳能照明替代电灯照明。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种零能耗无人值守的电厂厂房太阳能屋面通风装置，它由通风器和太阳能光伏驱动装置组成；在所述的通风器中设有至少一组阀板以及与阀板相连接的电机，电机受太阳能光伏驱动装置的驱动动作；所述的太阳能光伏驱动装置包括太阳能光伏板，太阳能光伏板与蓄电池串联连接，蓄电池连接智能控制器和电机，其中智能控制器的输入端连接温度传感器，其输出端连接电机。

所述的通风器包括底座以及架设在底座上的支架和外护板，在所述的支架上设置挡雨板和阀板；所述挡雨板的上下侧面、外护板的内侧面和/或阀板的下侧面和/或上侧面均涂覆或抛光为太阳光反射层。

所述的太阳光反射层为高反射率表面漆层、铝箔层、铝合金层中的任意一种。

所述的阀板为钢制、铝合金或透明塑料阀板。

所述的外护板的两侧分别设置向阳侧内涡壳和背光侧内涡壳，所述的向阳侧内涡壳和背光侧内涡壳为曲面形状的向下聚光结构。

所述的电机为低电压直流步进电机。

所述的太阳能光伏板设置于厂房屋顶外侧或倾斜设置于通风器的向阳侧。

零能耗无人值守的电厂厂房太阳能屋面通风方法，温度传感器采集户外的温度值，并将采集到的温度值送入智能控制器中，所述的智能控制器根据采集到的温度值判断通风器的通风运行方式；通风器的通风运行方式包括三种：S1夏季、S2过渡季和S3冬季，其中：

S1：夏季通风阶段，所述的智能控制器根据感测的室内外温度水平及比对结果，开启全部通风器阀板，直到室内温度低于所设定的夏季低限值，转入S2；

S2：过渡季通风阶段，所述的智能控制器根据感测的室内外温度水平及比对结果，控制阀板开启的数量或角度以不低于室内温度的过渡季设定范围，当温度超过夏季低限值时转入S1，低于过渡季低限值时转入S3；

S3：冬季通风阶段，所述的智能控制器根据感测的室内外温度水平及比对结果，关闭全部通风器阀板，或者当厂房有最小通风量要求时控制阀板开启的数量或角度以不低于最小通风量所需最低开启数量设定范围，直到室内温度高于所设定的过渡季低限值，转入S2。

采用上述技术方案的本发明，首先将太阳能光伏发电技术应用于屋面通风器，首次实现采用太阳能这一新能源形式承担屋面通风器的全部电气组件的电力需求，无需接入公共电网，实现了零人工化能耗。实现太阳能光伏驱动装置的一体化设计，用户只需将这一太阳能光伏驱动装置替代原有人工输配电系统，即可对原有屋面通风器实现新能源驱动运行控制，并降低了施工复杂性。智能控制器可实现屋面通风器全系统的全年自动运行调节，全年运行可做到无人值守。因此，本发明从根本上改变了电厂厂房屋面通风器的系统组成、施工和运行管理方式，全年运行实现零能耗、无人值守，具有显见的节能环保与经济优势效益，适于规模生产应用。

另一方面，本发明采用反射原理将太阳能引入到厂房内，以替代或减少灯光照明及其耗电。随着太阳高度角的不同，太阳光引入通道内接受太阳光的角度或截面积也会发生变化，夏季太阳高度角大时自动减少进入室内的阳光及其辐射热，每天早晚、过渡季等条件下太阳高度角减少时自动增强辐照度，从而将室内光通量控制在一定范围，即不太高以至于影响人员视觉或生产过程及设备安全性，也不至于太低以至于需要开灯照明。冬季也可通过选择透明阀板材料引入太阳光照明并提高室内辐射热量，同时可避免冬季夜间室内通过与天空辐射换热较低室温。因此，本发明从根本上改变了电厂厂房屋面通风器的透光性能，可在全年保证所需光通量的前提下，该装置无需人工干预既可在引入太阳能照明的同时实现全年自动平衡光通量与室内得热量、失热量的平衡控制，节省照明耗电及运行费用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明由通风器5和太阳能光伏驱动装置组成；在通风器5中设有至少一组阀板8以及与阀板相连接的电机6，电机6受太阳能光伏驱动装置的驱动动作。上述的太阳能光伏驱动装置包括太阳能光伏板1，太阳能光伏板1与蓄电池3构成独立的串联电路连接，蓄电池3与荷载部分组成串联供电连接，当有多组蓄电池时，蓄电池之间组成并联连接，荷载部分的电机6、智能控制器4组成并联电路连接，整个电路实现孤岛运行，与公共电网无连接。其中智能控制器4的输入端连接温度传感器2，其输出端连接电机6。

需要说明的是，在设置时，太阳能光伏驱动装置为一体化结构，并通过电缆及信号线与电机6、温度传感器2相连。太阳能光伏板1倾斜设置于通风器5的向阳侧，当应用于河南地区时其高度角可按35°～45°确定。

通风器5配用的电机6采用24V直流步进电机。

阀板8的控制可采用电机6的自动控制和电机6失效时的手工启停两种模式。

为实现本发明的第二个目的，对本发明中的通风器5作进一步限定。通风器5包括底座11以及架设在底座11上的支架9和外护板10，在支架9上设置挡雨板7和阀板8。阀板8为钢制、铝合金或透明塑料阀板，当阀板8为透明塑料阀板时，须在其上下表面涂覆高反射率材料，上述的高反射率材料为涂覆的银色漆等等，它能够反光即可满足上述要求。

上述挡雨板7的上下侧面、外护板10的内侧面和/或阀板8的下侧面和/或上侧面均涂覆或抛光为太阳光反射层。上述的太阳光反射层为高反射率表面漆层、铝箔层、铝合金层中的任意一种。

外护板10的两侧分别设置向阳侧内涡壳12和背光侧内涡壳13，向阳侧内涡壳12和背光侧内涡壳13为曲面形状的向下聚光结构。

本发明中，零能耗无人值守的电厂厂房太阳能屋面通风方法，是指：温度传感器2采集户外的温度值，并将采集到的温度值送入智能控制器4中，上述的智能控制器4根据采集到的温度值判断通风器5的通风运行方式；通风器5的通风运行方式包括三种：S1夏季、S2过渡季和S3冬季，其中：

S1：夏季通风阶段，智能控制器4根据感测的室内外温度水平及比对结果，开启全部通风器阀板8，直到室内温度低于所设定的夏季低限值，转入S2；上述设定的夏季低限值根据当地的气候而定，如郑州地区，可将其设定为20℃。

S2：过渡季通风阶段，智能控制器4根据感测的室内外温度水平及比对结果，控制阀板8开启的数量或角度以不低于室内温度的过渡季设定范围，当温度超过夏季低限值时转入S1，低于过渡季低限值时转入S3。上述设定的过渡季低限值根据当地的气候而定，如郑州地区，可将其设定为15℃。

S3：冬季通风阶段，智能控制器4根据感测的室内外温度水平及比对结果，关闭全部通风器阀板8，或者当厂房有最小通风量要求时控制阀板8开启的数量或角度以不低于最小通风量所需最低开启数量设定范围，直到室内温度高于所设定的过渡季低限值，转入S2。

需要指出的是，本发明的具体应用方式并不限于上述具体的描述，凡是在此基础上进行的简单变形应用均可认为是落在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种零能耗无人值守的电厂厂房太阳能屋面通风装置，其特征在于：它由通风器（5）和太阳能光伏驱动装置组成；在所述的通风器（5）中设有至少一组阀板（8）以及与阀板相连接的电机（6），电机（6）受太阳能光伏驱动装置的驱动动作；所述的太阳能光伏驱动装置包括太阳能光伏板（1），太阳能光伏板（1）与蓄电池（3）串联连接，蓄电池（3）连接智能控制器（4）和电机（6），其中智能控制器（4）的输入端连接温度传感器（2），其输出端连接电机（6）。

2.根据权利要求1所述的零能耗无人值守的电厂厂房太阳能屋面通风装置，其特征在于：所述的通风器（5）包括底座（11）以及架设在底座（11）上的支架（9）和外护板（10），在所述的支架（9）上设置挡雨板（7）和阀板（8）；所述挡雨板（7）的上下侧面、外护板（10）的内侧面和/或阀板（8）的下侧面和/或上侧面均涂覆或抛光为太阳光反射层。

3.根据权利要求2所述的零能耗无人值守的电厂厂房太阳能屋面通风装置，其特征在于：所述的太阳光反射层为高反射率表面漆层、铝箔层、铝合金层中的任意一种。

4.根据权利要求2所述的零能耗无人值守的电厂厂房太阳能屋面通风装置，其特征在于：所述的阀板（8）为钢制、铝合金或透明塑料阀板。

5.根据权利要求2所述的零能耗无人值守的电厂厂房太阳能屋面通风装置，其特征在于：所述的外护板（10）的两侧分别设置向阳侧内涡壳（12）和背光侧内涡壳（13），所述的向阳侧内涡壳（12）和背光侧内涡壳（13）为曲面形状的向下聚光结构。

6.根据权利要求1所述的零能耗无人值守的电厂厂房太阳能屋面通风装置，其特征在于：所述的电机（6）为低电压直流步进电机。

7.根据权利要求1所述的零能耗无人值守的电厂厂房太阳能屋面通风装置，其特征在于：所述的太阳能光伏板（1）设置于厂房屋顶外侧或倾斜设置于通风器（5）的向阳侧。

8.采用权利要求1所述装置的零能耗无人值守的电厂厂房太阳能屋面通风方法，其特征在于：温度传感器（2）采集户外的温度值，并将采集到的温度值送入智能控制器（4）中，所述的智能控制器（4）根据采集到的温度值判断通风器（5）的通风运行方式；通风器（5）的通风运行方式包括三种：S1夏季、S2过渡季和S3冬季，其中：

S1：夏季通风阶段，所述的智能控制器（4）根据感测的室内外温度水平及比对结果，开启全部通风器阀板（8），直到室内温度低于所设定的夏季低限值，转入S2；

S2：过渡季通风阶段，所述的智能控制器（4）根据感测的室内外温度水平及比对结果，控制阀板（8）开启的数量或角度以不低于室内温度的过渡季设定范围，当温度超过夏季低限值时转入S1，低于过渡季低限值时转入S3；

S3：冬季通风阶段，所述的智能控制器（4）根据感测的室内外温度水平及比对结果，关闭全部通风器阀板（8），或者当厂房有最小通风量要求时控制阀板（8）开启的数量或角度以不低于最小通风量所需最低开启数量设定范围，直到室内温度高于所设定的过渡季低限值，转入S2。

Images