CN102878694A - 充分利用采光面的锚桩结构太阳能系统及其陶瓷太阳板 - Google Patents

Abstract

充分利用采光面的锚桩结构太阳能系统及其陶瓷太阳板，涉及锚桩结构陶瓷太阳能房顶、锚桩结构陶瓷太阳能系统、陶瓷太阳板的组成、材料、结构和施工工艺，无缝锚桩结构陶瓷太阳能集热系统采用一组对角各有一个管口、下管口是凸管口、上管口是凹管口、具有中水道的陶瓷太阳板或者一组对角上各有一个凸管口，在另一组对角上各有一个凹管口的陶瓷太阳板；除最下层的陶瓷太阳板以外每一片陶瓷太阳板下面只有一个锚桩件，锚桩件在凹管口的区域内，在管口与侧壁之间的空挡中。

Description

充分利用采光面的锚桩结构太阳能系统及其陶瓷太阳板

技术领域

本发明涉及太阳能利用系统，涉及太阳能集热体，陶瓷太阳板的结构，特别涉及锚桩结构陶瓷太阳能房顶、锚桩结构陶瓷太阳能系统、陶瓷太阳板的组成、材料、结构和施工工艺。

背景技术

一般房顶是实心房顶，由上下防水层、保温层、找平层组成，采用湿法施工，一般斜房顶采用各种瓦片作为上防水层。这些结构都比较复杂，施工过程比较长，消耗材料、人工工时比较多，成本比较高。通常在现有房顶上安装的太阳能集热器或称作太阳能集热系统结构也很复杂，材料昂贵，建造成本很高。

一般太阳能热水器由内装集热体的集热器、水箱、支架、控制系统等组成，将组装好的太阳能热水器安装在房顶上以取得热水。

与传统太阳能热水器、传统太阳能热水系统相比，锚桩结构陶瓷太阳能房顶、锚桩结构陶瓷太阳能系统成本低、寿命长、效率高。

现有的“锚桩结构陶瓷太阳能集热系统”、“玻璃中空房顶”、“可用于热空气发电的玻璃中空房顶”锚桩结构陶瓷太阳能集热系统的技术方案中在上下陶瓷太阳板之间总是存在一个空挡，空挡中没有陶瓷太阳板，太阳能没有得到充分利用，降低了锚桩结构陶瓷太阳能集热系统的效率，并且阳光直接照射空挡中的保温材料，使保温材料容易老化，缩短了锚桩结构陶瓷太阳能集热系统使用寿命。

发明内容

本发明的目的是改进锚桩结构陶瓷太阳能房顶、锚桩结构陶瓷太阳能系统、陶瓷太阳板的组成、材料、结构和施工工艺，消除上下陶瓷太阳板之间的空挡，提高效率、延长寿命。

本发明是这样实现的：

传统太阳能集热体主要是真空玻璃管和金属管板(平板集热体)，陶瓷太阳板也是平板集热体，传统平板式太阳能集热器一般是用铝合金框、底板、平板集热体组成的，成本比较高。陶瓷太阳能利用系统针对新建的斜房顶和平房顶采用两种使用方式，一种是在新建的斜房顶的混凝土板的四周设置边框，中间设置台阶条框架，形成混凝土框架结构，横向台阶条框架上有缺口，上下陶瓷太阳板的管口在缺口处连接，如图1、图2所示；另一种是在平房顶上以钢架支撑斜钢板，在钢板上安装薄彩钢板台阶条框架结构，上下陶瓷太阳板的管口在缺口处连接。台阶条框架结构可以固定陶瓷太阳板，台阶条框架结构的顶面用于支撑透明盖板，透明盖板一般采用钢化玻璃板。

陶瓷太阳板全称黑瓷复合陶瓷太阳板，黑瓷复合陶瓷太阳板的基体是普通陶瓷，表面层是黑瓷，即其基体是用普通陶瓷原料制造的陶瓷中空板，表面层是黑瓷或是黑色、粗糙、布满微小孔洞的黑瓷，这种表面层也称作立体网状黑瓷表面层。

陶瓷太阳板的表面层黑瓷，是普通黑瓷或钒钛黑瓷或废渣黑瓷或矿物黑瓷；普通黑瓷是指采用陶瓷工业长期使用的传统黑色陶瓷着色剂与其它陶瓷原料的混合物制造的黑瓷；钒钛黑瓷是指采用提钒尾渣与其它陶瓷原料的混合物制造的黑瓷；废渣黑瓷是指采用除提钒尾渣以外的其他富含第四周期过渡金属元素的工业废渣与其它陶瓷原料的混合物制造的黑瓷；矿物黑瓷是指采用富含第四周期过渡金属元素的工业矿物与其它陶瓷原料的混合物制造的黑瓷。

陶瓷太阳板是中空平板，在对角上各有一个凸管口，为增加陶瓷太阳板承受内压力的强度，中空平板上相隔一定距离有加强筋，加强筋将中空平板分隔成多条水道，板的下端有下水道，板的上端有上水道，为有利于水流运动，一般采用纵向水道，上下水道即上下横水道用于分流和汇集水流，为提高阳光吸收率，在上表面即面对阳光的表面烧结黑瓷层，粗糙、布满微小孔洞的黑瓷层具有更高的阳光吸收率。如图3所示。

陶瓷太阳能集热系统采用传统结构或者采用混凝土台阶条框架结构或彩钢板台阶条框架结构，这些结构都比较复杂，施工过程比较长，消耗材料、人工工时比较多。为此发展了锚桩结构，锚桩结构就是用锚桩件代替台阶条，每片陶瓷太阳板下面有两根锚桩件同样可以起到固定陶瓷太阳板，支撑透明盖板的作用，而结构大为简化，大幅度提高施工效率，成本明显下降，如图4、图5所示。

陶瓷太阳能集热系统运行原理是这样的，保温水箱可以容纳全系统的水量，没有阳光时全部水在保温水箱中，陶瓷太阳板和高于满水箱水面的管道中没有水；控制器是这样设计的：房顶陶瓷太阳板温度高于水箱水温8℃时，水泵启动上水循环进行加热，当水箱水温接近陶瓷太阳板温度或达到100℃时，水泵停止运行，全部水回落到水箱中；由于任何原因陶瓷太阳板温度高于水箱水温30℃以上时，水泵不会启动，陶瓷太阳板中没有水。平时全部水在保温水箱中，减少了能量损失，避免冬天冻坏陶瓷太阳板和管道。

但是现有锚桩结构陶瓷太阳能集热系统存在一个缺点，即在上下陶瓷太阳板之间总是存在一个空挡，空挡中没有陶瓷太阳板，玻璃板下的面积称作采光面，采光面下的太阳能没有得到充分利用，降低了锚桩结构陶瓷太阳能集热系统的效率，并且在锚桩结构中阳光直接照射空挡中的保温材料，使保温材料容易老化，缩短了锚桩结构陶瓷太阳能集热系统使用寿命。

为了充分利用采光面下的太阳能，使陶瓷太阳板尽量填补锚桩结构中上下陶瓷太阳板之间的空挡，必须改变陶瓷太阳板的结构，同时减少锚桩件用量以减少锚桩件周围产生的空挡。

本申请是对陶瓷太阳板、锚桩结构陶瓷太阳能房顶、锚桩结构陶瓷太阳能集热系统的改进，现有陶瓷太阳板在上下对角上各有一个凸管口，如图3所示，为充分利用采光面和消除阳光对保温材料的直接照射，提出无缝对接陶瓷太阳板：无缝对接陶瓷太阳板是在现有陶瓷太阳板在上下对角上各有一个凸管口的基础上在另一组上下对角上各增加一个凹管口，即在陶瓷太阳板的上下一组对角上各有一个凸管口，在另一组上下对角上各有一个凹管口，如图11所示的7；每增加一对管口就会增加一个柔性连接管，增加二个管箍，为了不增加柔性连接管和管箍，提出另一种无缝对接陶瓷太阳板，即对角各有一个管口、下管口是凸管口、上管口是凹管口、具有中水道的陶瓷太阳板，如图9所示的5。

有多种结构可以形成无缝对接陶瓷太阳板，但是有些结构存在比较大的缺点，比如：如图6所示的2，是一组上下对角上各有一个凹管口，缺点是陶瓷太阳板中最下面的水放不出来，冬天会冻裂陶瓷太阳板，大部分加强筋上端高于上管口的出水口，不利于热水循环。如图7所示的3，是下面两角各有一个凸管口、上面两角各有一个凹管口的陶瓷太阳板，缺点是大部分加强筋上端高于上管口的出水口，不利于热水循环。如图8所示的4，是下面两角各有一个凸管口、上面两角各有一个凹管口，加强筋上端处于同一水平面并且低于上管口的出水口的陶瓷太阳板，缺点是虽然解决了热水循环问题，但是陶瓷太阳板的大面积区域中没有加强筋，导致陶瓷太阳板的抗内压力强度很低，限制了陶瓷太阳板的使用范围。如图10所示的6，是下面两角各有一个凸管口、上面两角各有一个凹管口、具有中水道的陶瓷太阳板缺点是使用效果与如图9所示的5相近，却增加一个柔性连接管，增加二个管箍。

为充分利用采光面和消除阳光对保温材料的直接照射，提出无缝锚桩结构陶瓷太阳能房顶、无缝锚桩结构陶瓷太阳能集热系统，无缝锚桩结构陶瓷太阳能房顶是将以前锚桩结构陶瓷太阳能房顶中除最下层的陶瓷太阳板以外每一片陶瓷太阳板下面都由两个锚桩件改为只有一个锚桩件，这个锚桩件在凹管口的区域内，在管口与侧壁之间的空挡中，如图12、图13、图14、图15所示，陶瓷太阳板及其中水的重量主要压在下面的锚桩件上，少部分重量压在下面第二片陶瓷太阳板上传递到第二片陶瓷太阳板下面的锚桩件上，以此类推陶瓷太阳板及其中水的重量被交叉分布的锚桩件均匀承担了，试验也证明了这样的效果，无缝锚桩结构陶瓷太阳能集热系统与无缝锚桩结构陶瓷太阳能房顶结构、原理相同。

充分利用采光面的锚桩结构太阳能系统及其陶瓷太阳板可以实现无缝锚桩结构陶瓷太阳能房顶或无缝锚桩结构陶瓷太阳能系统，上下陶瓷太阳板之间是无缝对接的，使太阳能得到充分利用，提高了锚桩结构陶瓷太阳能集热系统的效率，阻挡阳光直接照射保温材料，使保温材料减缓老化，使相同面积的陶瓷太阳能房顶中锚桩件减少约50％，降低了造价，提高了锚桩结构陶瓷太阳能集热系统使用寿命。

无缝锚桩结构陶瓷太阳能房顶是无缝锚桩结构陶瓷太阳能集热系统中的一种，无缝锚桩结构陶瓷太阳能集热系统包括无缝锚桩结构陶瓷太阳能房顶。

附图说明：

图1表示在新建的斜房顶的混凝土板的四周设置边框，中间设置台阶条框架，形成混凝土框架结构，横向台阶条框架上有缺口，上下陶瓷太阳板的管口在缺口处连接，称作框架结构陶瓷太阳能房顶。

图2是图1的侧视图。

图3表示现有的对角各有一个凸管口的陶瓷太阳板，上下板间会形成空挡。

图4表示在新建的斜房顶的混凝土板的四周设置边框，每片陶瓷太阳板下面有两个锚桩件的现有锚桩结构陶瓷太阳能房顶。

图5是图4的侧视图。

图6表示对角各有一个凹管口的陶瓷太阳板，缺点是陶瓷太阳板中最下面的水放不出来，冬天会冻裂陶瓷太阳板，大部分加强筋上端高于上管口的出水口，不利于热水循环。。

图7表示下面两角各有一个凸管口、上面两角各有一个凹管口的陶瓷太阳板，缺点是大部分加强筋上端高于上管口的出水口，不利于热水循环。。

图8表示下面两角各有一个凸管口、上面两角各有一个凹管口、加强筋上端处于同一水平面的陶瓷太阳板，缺点是虽然解决了热水循环问题，但是陶瓷太阳板的大面积区域中没有加强筋，导致陶瓷太阳板的抗内压力强度很低，限制了陶瓷太阳板的使用范围。

图9表示对角各有一个管口、下管口是凸管口、上管口是凹管口、具有中水道的陶瓷太阳板，可以构成无缝锚桩结构陶瓷太阳能房顶，在上管口的出水口以上部分会有少量空气。

图10表示下面两角各有一个凸管口、上面两角各有一个凹管口、具有中水道的陶瓷太阳板可以构成无缝锚桩结构陶瓷太阳能房顶，在上管口的出水口以上部分会有少量空气，主要缺点是使用效果与如图9所示的5相近，却增加一个柔性连接管，增加二个管箍。

图11表示一组对角各有一个凸管口、另一组对角各有一个凹管口的陶瓷太阳板，板内没有空气，缺点是比图9所示的5增加一个柔性连接管，增加二个管箍。

图12表示采用图9所示的陶瓷太阳板5组成的无缝锚桩结构陶瓷太阳能房顶。

图13是图12的侧视图。

图14表示采用图11所示的陶瓷太阳板7组成的无缝锚桩结构陶瓷太阳能房顶。

图15是图14的侧视图。

图16表示当不需要无缝锚桩结构陶瓷太阳能房顶产生热水时，可以将其改造成为产生热空气的无缝锚桩结构陶瓷太阳能房顶，热空气上升可以少量发电。

图17表示在现有平房顶上采用金属构件和图9所示的陶瓷太阳板5组成，由金属支架、金属边框建造的无缝锚桩结构陶瓷太阳能房顶。

图18是图17的侧视图。

图中标记的说明：

1、对角各有一个凸管口的陶瓷太阳板 2、对角各有一个凹管口的陶瓷太阳板 3、下面两角各有一个凸管口、上面两角各有一个凹管口的陶瓷太阳板 4、下面两角各有一个凸管口、上面两角各有一个凹管口、加强筋上端处于同一水平面的陶瓷太阳板 5、对角各有一个管口、下管口是凸管口、上管口是凹管口、具有中水道的陶瓷太阳板 6、下面两角各有一个凸管口、上面两角各有一个凹管口、具有中水道的陶瓷太阳板 7、对角各有一个凸管口、另一对角各有一个凹管口的陶瓷太阳板

11、上水道 12、纵水道 13、加强筋 14、凸管口 15、下水道 16、陶瓷太阳板黑瓷层17、陶瓷太阳板普通陶瓷基体 18、凹管口 19、大跨度中空部分 20、中水道21、上汇集管 22、陶瓷太阳板温度传感器 23、进出气管 24、边框 25、台阶条框架 26、保温层 27、下汇集管 28、透明盖板 29、房顶混凝土基础层 30、水泵31、下循环管 32、控制器 33、水箱温度传感器 34、水箱 35、上循环管 36、锚桩件

41、锚桩件隔热帽 42、热风道 43、风门 44、发电机 45金属型材边框 46、螺栓锚桩件 47、金属板基础层 48、螺帽 49、金属支持架 50、房顶或地面

具体实施例：

1、采用对角各有一个管口、下管口是凸管口、上管口是凹管口、具有中水道的陶瓷太阳板构成无缝锚桩结构农村住宅陶瓷太阳能房顶，陶瓷太阳板尺寸是710毫米×710毫米，数量160片，面积80平方米，水箱容量2.5立方米，水量2.4立方米，冬天水温50-65℃，提供住宅取暖；夏天水温经常接近或达到100℃，由同样的40家农户，为105千瓦溴化锂吸收式制冷机提供高温热水，进行制冷，分别向40家农户供应冷风空调。

2、采用对角各有一个凸管口、另一组对角各有一个凹管口的陶瓷太阳板建造无缝锚桩结构城市建筑陶瓷太阳能房顶，住宅楼30层，户均建筑面积100平方米，户均房顶面积3.3平方米，由于斜面面积大于平面面积、采用无缝锚桩结构陶瓷太阳能房顶，户均实际陶瓷太阳板使用面积达到3平方米，基本满足住宅楼居民对生活热水的需求。

Claims (3)

1.一种无缝锚桩结构陶瓷太阳能集热系统，其特征在于无缝锚桩结构陶瓷太阳能集热系统采用一组对角各有一个管口、下管口是凸管口、上管口是凹管口、具有中水道的陶瓷太阳板或者一组对角上各有一个凸管口，在另一组对角上各有一个凹管口的陶瓷太阳板；除最下层的陶瓷太阳板以外每一片陶瓷太阳板下面只有一个锚桩件，锚桩件在凹管口的区域内，在管口与侧壁之间的空挡中。

2.根据权利要求1所述的无缝锚桩结构陶瓷太阳能集热系统，其特征在于所述的上下陶瓷太阳板之间是无缝对接的。

3.根据权利要求1所述的无缝锚桩结构陶瓷太阳能集热系统，其特征在于所述的陶瓷太阳板全称黑瓷复合陶瓷太阳板，黑瓷复合陶瓷太阳板的基体是普通陶瓷，表面层是黑瓷，即其基体是用普通陶瓷原料制造的陶瓷中空板，表面层是黑瓷或是黑色、粗糙、布满微小孔洞的黑瓷，这种表面层也称作立体网状黑瓷表面层，陶瓷太阳板的表面层黑瓷，是普通黑瓷或钒钛黑瓷或废渣黑瓷或矿物黑瓷；普通黑瓷是指采用陶瓷工业长期使用的传统黑色陶瓷着色剂与其它陶瓷原料的混合物制造的黑瓷；钒钛黑瓷是指采用提钒尾渣与其它陶瓷原料的混合物制造的黑瓷；废渣黑瓷是指采用除提钒尾渣以外的其他富含第四周期过渡金属元素的工业废渣与其它陶瓷原料的混合物制造的黑瓷；矿物黑瓷是指采用富含第四周期过渡金属元素的工业矿物与其它陶瓷原料的混合物制造的黑瓷。

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