CN103196248B - 太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构 - Google Patents

Abstract

“太阳能集热系统内刚性垫板(6)支撑结构”涉及太阳能集热系统，特别涉及大面积太阳能集热系统的内部支撑结构。在太阳能集热系统边框内铺设硬质保温材料层(7)，在硬质保温材料层(7)上面铺设刚性垫板(6)，在刚性垫板(6)上安装支撑件，在支撑件之间安装太阳能集热体(4)，支撑件支撑上面的透明盖板，并且支撑件同时起到阻止太阳能集热体(4)下滑的作用。太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构可以大幅度简化太阳能集热系统的结构、大幅度降低建造成本。

Description

太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构

技术领域

本发明涉及太阳能集热系统，特别涉及大面积太阳能集热系统的内部支撑结构。

背景技术

太阳能利用包括光电利用和光热利用，光电利用主要指太阳能电池，光热利用主要指聚光太阳能发电装置、太阳能集热系统、太阳能集热器，应用比较广泛的太阳能集热器是太阳能热水器。我国太阳能集热器或太阳能热水器主要采用真空玻璃管集热体，国外主要采用金属平板式集热体。传统平板式太阳能集热器由平板集热体、透明盖板、保温材料、金属外壳等组成，金属外壳起到支撑、固定透明盖板和平板集热体的作用，由多台平板式太阳能集热器可以组成大面积的平板式太阳能集热系统。

通常单台平板式太阳能集热器尺寸只能达到2平方米左右，主要由于以下原因：1、平板式太阳能集热器依靠周边的金属外壳起到支撑透明盖板的作用，通常透明盖板采用钢化玻璃板，为方便生产、运输、安装，适用于太阳能集热器厚度3-5毫米的钢化玻璃单板尺寸一般不超过2-3平方米2、仅仅依靠周边的金属外壳支撑透明盖板，中间没有支撑点的情况下，大尺寸玻璃板如达到3-4平方米的玻璃板中间会明显下垂。

对于大面积的太阳能集热系统，如太阳能房顶，即将整座房顶做成一个太阳能集热系统，一般面积达到几十平方米，甚至上千平方米，或者在沙漠、荒坡上建造的太阳能集热系统一般面积达到几千平方米，甚至上百平方公里，按照传统办法就是将一台一台的单台面积为2平方米左右的平板式太阳能集热器拼接起来，达到上述面积。这种情况有3个缺点：1、使用大量金属材料，造价昂贵2、金属外壳暴露在自然环境中，容易腐蚀，使用寿命短3、太阳能集热系统都需要维护，大型太阳能集热系统更需要定期维护，如果在每一台太阳能集热器周围都留维护通道，整个系统会占用很大的面积，如果将太阳能集热器密排安装，维护人员必然踩在太阳能集热器的外壳边框上进行维护操作，这种情况下要求外壳边框具有很高的强度，进一步提高系统的成本，仅仅依靠目前通用的金属外壳只能支撑玻璃板本身，无法承受操作人员的体重。

申请人最近提出的锚桩结构太阳能集热系统是将棒状物如金属棒作为锚桩件，插入基层并与基层固定的结构，以与基层固定的锚桩支撑陶瓷太阳板和透明盖板，以与基层固定的锚桩支撑陶瓷太阳板，防止陶瓷太阳板下滑并且承担透明盖板的重量。所述“基层”对于房顶来说是指房顶的混凝土结构层，建筑上一般称作混凝土屋面板，对于沙漠、荒坡来说是指土质、沙质等软质坡面或碎石戈壁、岩石等。上述锚桩结构用于太阳能混凝土房顶，可以用传统预埋、打孔插入、孔内加入建筑结合剂固定等方法进行固定，用于荒坡、荒山、荒漠、沙漠、戈壁、石漠地区时，对于土质、沙质等软质坡面或碎石戈壁滩坡面可以采用锤击打入固定的方法。对于石漠地区，在大面积岩石上可以采用与在混凝土上打孔插入固定相同或类似的方法进行固定。

锚桩结构太阳能集热系统与传统平板式太阳能集热器相比，大幅度简化了太阳能房顶、沙漠、荒坡太阳能集热系统的结构，大幅度提高施工效率、降低了建造成本，由锚桩件支撑的钢化玻璃板可以承受操作人员的体重。但是，锚桩结构太阳能集热系统仍然存在以下不足：1、锚桩件插入、打入、预埋、固定在基层中，工作量比较大，成本比较高2、对沙漠、荒坡太阳能集热系统来说锚桩件比较长、插入的深度比较深，对不同地质条件需要采用不同的锚桩件、不同的安装固定方法，费料、费工、费时3、对太阳能房顶来说，根据建筑屋面施工规范，对于插入、打入、预埋、固定在基层中的锚桩件需要进行严格的防水处理，也比较费料、费工、费时4、在已经安装了锚桩件的基层上安装保温材料等工作效率比较低。

经过长时间研究，并对各种板材，各种厚度板材的强度、开孔后的强度、在各种方向的力矩作用下孔边缘的破坏情况，板材耐候性、耐热性、在长时间阳光暴晒下性能衰减的幅度和性能衰减的速率进行了测试；对各种保温材料，各种密度的保温材料进行了承重后的变形量的测定，提出了太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构。

发明内容

本发明是这样实现的

本发明所述的太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构是这样实现的，在太阳能集热系统边框内部铺设硬质保温材料层，在硬质保温材料层上面铺设刚性垫板，在刚性垫板上安装支撑件，在支撑件之间安装太阳能集热体，支撑件支撑上面的透明盖板，并且支撑件同时起到阻止太阳能集热体下滑的作用。

所述硬质保温材料是指硬质聚氨酯泡沫板、聚苯乙烯泡沫板、高密度玻璃棉板、高密度矿渣棉板、泡沫水泥板等相对硬质的保温材料。

所述刚性垫板是指玻镁板、菱镁板、硅酸钙板、水泥纤维板、无机材料板、金属板等具有一定刚性的板材。

所述支撑件是指螺杆、螺栓、直角型金属件、丁字型金属件、金属棒、起到支撑作用的金属件等。

在刚性垫板上安装支撑件是指以下方式：以螺杆、螺帽固定的方式形成支撑件；用螺栓固定直角型金属件、丁字型金属件的方式；用木螺丝、自攻丝螺丝固定直角型金属件、丁字型金属件等方式在刚性垫层上安装支撑件。

所述支撑件是螺杆，用螺帽固定在刚性垫板上，螺杆另有长螺帽，旋转长螺帽可以调节支撑件的高度，使所有支撑件的顶端与钢化玻璃板接触，起到支撑作用。

所述的支撑件是螺杆，螺杆上有长螺帽，螺丝将钢化玻璃板固定在长螺帽上。

所述太阳能集热体是指金属平板太阳能集热体、陶瓷平板太阳能集热体，陶瓷平板太阳能集热体一般称作陶瓷太阳板。陶瓷太阳板也称作复合陶瓷太阳板，全称黑瓷复合陶瓷太阳板，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，表面层是黑色、粗糙、布满微小孔洞的黑瓷的复合陶瓷中空太阳能集热板，这种表面层也称作立体网状黑瓷表面层。

在支撑件上端与透明盖板之间设置软质、耐老化的硅橡胶帽或塑料帽，硅橡胶帽或塑料帽套在支撑件上，起到隔热、缓冲的作用。

透明盖板之间采用搭接的方法并且采用建筑幕墙通用的硅橡胶将透明盖板之间、透明盖板与边框之间结合为牢固的整体。

太阳能集热系统内部采用硬质保温层，在硬质保温层上采用刚性垫板，在刚性垫板上安装支撑件，形成支撑结构可以比传统太阳能集热系统大幅度简化结构，大幅度降低成本，透明盖板一般采用钢化玻璃板，维护人员及钢化玻璃板的重量通过支撑件传递到刚性垫板，刚性垫板与硬质保温层之间有很大的接触面积，重力在刚性垫板上分散了，压在单位面积硬质保温层上的力量并不大，硬质保温层完全可以承受上述压力，不能采用软质保温层如低密度玻璃棉板或低密度矿渣棉板等，采用软质保温层会导致结构不够稳定。

上述太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构可以低成本建造大面积、大规模的太阳能集热系统，只要支撑件的布置达到合理的密度，太阳能集热系统的面积和规模几乎没有限制，可以实现几十平方米、上千平方米的太阳能房顶，也可以实现沙漠、荒坡上建造的一般面积达到几十万平方米，甚至上百平方公里的太阳能集热系统。

太阳能集热系统内部采用硬质保温层、刚性垫板支撑结构可以解决造价昂贵、金属外壳暴露在自然环境中，容易腐蚀，使用寿命短等问题。

太阳能集热系统内部采用硬质保温层、刚性垫板支撑结构也可以解决锚桩件插入基层中，工作量大、成本高，效率低，需要严格处理防水问题等不足之处。

目前现有的部分太阳能使用装置使用太阳能的成本高于常规能源，即得到一个单位能量时，消耗多于一个单位能量的常规能源，需要更多货币，主要原因是目前太阳能利用装置结构复杂、制造成本高。太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构可以大幅度简化太阳能集热系统的结构、大幅度降低建造成本，是更加经济的使用太阳能的新方法和新装置。

附图说明：

图1表示在太阳能集热系统的边框内部铺设硬质保温材料层，在硬质保温材料层上面铺设刚性垫板，在刚性垫板上安装支撑件，在支撑件之间安装太阳能集热体，以支撑件支撑上面的透明盖板，并且支撑件同时起到防止太阳能集热体下滑的作用。

图2表示以螺杆、螺帽固定的方式形成支撑件；用木螺丝、自攻丝螺丝固定直角型金属件、丁字型金属件等方式在刚性垫层上安装支撑件。

图3表示用作支撑件的直角型金属件。

图4表示用作支撑件的丁字型金属件。

图5表示支撑件是螺杆，用螺帽固定在刚性垫板上，螺杆另有长螺帽，旋转长螺帽可以调节支撑件的高度，使所有支撑件的顶端与钢化玻璃板接触，起到支撑作用，螺丝将钢化玻璃板固定在长螺帽上。

图中标记的说明：

1、下边框2、以螺杆、螺帽固定的方式形成的支撑件3、钢化玻璃板4、太阳能集热体5、用木螺丝、自攻丝螺丝固定直角型金属件形成的支撑件6、刚性垫板7、硬质保温材料层8、房顶基础层或荒漠、沙漠、戈壁、石漠地区的土质、沙质、碎石、戈壁滩、岩石基础层9、上边框10、螺帽11、丁字型金属件12、硅橡胶帽或塑料帽13、长螺帽14、螺丝

具体实施例：

1、在混凝土结构斜房顶上建造陶瓷太阳能房顶，总面积600平方米，采用太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构，用传统方法建造混凝土边框，边框厚60毫米，两侧和上面的边框高160毫米，最下面的边框高170毫米，在混凝土边框内铺贴防水卷材形成防水层，在防水层上放置厚度70毫米密度为每立方米重量40公斤以上的聚苯乙烯泡沫板，上面再放置厚度20毫米硬质聚氨酯泡沫板形成硬质保温材料层，在硬质保温材料层上面放置事先安装好螺杆、螺帽固定的方式形成支撑件的10毫米厚度的玻镁板作为刚性垫板，螺杆上部另有长螺帽，金属平板太阳能集热体放置在刚性垫板上，支撑件在金属平板太阳能集热体下面，阻止金属平板太阳能集热体下滑，旋转长螺帽调节支撑件的高度，使所有支撑件的顶端与钢化玻璃板接触，起到支撑作用，在支撑件上端安装硅橡胶帽，厚度4毫米的钢化玻璃板放置在硅橡胶帽和边框的上面，钢化玻璃板是上下、左右搭接的，钢化玻璃板之间、钢化玻璃板与混凝土边框之间采用硅酮胶胶结，钢化玻璃板的重量由支撑件和混凝土边框共同承担，钢化玻璃板和在钢化玻璃板上面进行维护操作人员的重量通过支撑件传递到玻镁板上。重力在玻镁板上分散了，压在单位面积硬质聚氨酯泡沫板上的力量并不大，不会使硬质聚氨酯泡沫板产生变形。有进出管口的金属平板太阳能集热体通过上下汇集管、上下循环管与水箱联通。阳光透过玻璃板照射在金属平板太阳能集热体上，加热金属平板太阳能集热体中的水，与保温水箱中的水不断循环，加热保温水箱中的水。

2、在沙漠上建造陶瓷太阳能集热场，总面积10平方公里即1000万平方米，每1万平方米为一个系统，将沙漠推成砂质斜坡，采用太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构，用传统方法建造混凝土边框，边框厚60毫米，两侧和上面的边框高出地面160毫米，最下面的边框高出地面170毫米，边框深入地下500毫米，在混凝土边框内不设防水层，在砂质斜坡上放置厚度90毫米的密度为每立方米重量80公斤以上玻璃棉板形成硬质保温材料层，在硬质保温材料层上面放置事先安装好丁字型金属件作为支撑件的12毫米厚度的水泥纤维板作为刚性垫板，陶瓷太阳板放置在刚性垫板上，支撑件在陶瓷太阳板下面，阻止陶瓷太阳板下滑，在支撑件上端安装硅橡胶帽，厚度5毫米的钢化玻璃板放置在硅橡胶帽和边框的上面，钢化玻璃板是上下、左右搭接的，钢化玻璃板之间、钢化玻璃板与混凝土边框之间采用硅酮胶胶结，钢化玻璃板的重量主要由支撑件承担，钢化玻璃板和在钢化玻璃板上面进行维护操作人员的重量通过支撑件传递到水泥纤维板上。重力在水泥纤维板上分散了，压在单位面积高密度玻璃棉板上的力量并不大，不会使高密度玻璃棉板产生变形。有进出管口的陶瓷太阳板通过上下汇集管、上下循环管与水箱联通。阳光透过玻璃板照射在陶瓷太阳板上，加热陶瓷太阳板中的水，与保温水箱中的水不断循环，加热保温水箱中的水，在山东济南、福建泉州阳光可以将封闭的陶瓷太阳板中的自来水加热到110℃以上，在沙漠中可以达到更高的温度，更大的压力，进行沙漠光热发电，淡化海水、苦咸水，变沙漠为耕地。

Claims (9)

1.一种太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构，其特征在于在斜房顶上建造太阳能房顶，在房顶上建造边框，在边框内铺贴防水层，在防水层上铺设硬质保温材料层，在硬质保温材料层上面铺设安装支撑件的刚性垫板，支撑件是螺杆或直角型金属件或丁字型金属件；支撑件是螺杆时，用螺帽将螺杆固定在刚性垫板上，支撑件是直角型金属件或丁字型金属件时，用螺栓或木螺丝或自攻丝螺丝固定在刚性垫板上，太阳能集热体放置在刚性垫板上，支撑件在太阳能集热体下面，阻止太阳能集热体下滑，在支撑件上端安装硅橡胶帽或塑料帽，钢化玻璃板放置在硅橡胶帽或塑料帽和边框的上面，钢化玻璃板是上下、左右搭接的，钢化玻璃板之间、钢化玻璃板与边框之间采用硅酮胶胶结，至此形成太阳能房顶，阳光加热太阳能集热体中的水，与保温水箱中的水不断循环，加热保温水箱中的水；或者在沙漠上建造太阳能集热场，将沙漠推成斜坡，在斜坡上建造边框，边框深入地下，在斜坡上放置硬质保温材料层，在硬质保温材料层上面放置事先安装好支撑件的刚性垫板，支撑件及其在刚性垫板上的固定方式同上，太阳能集热体放置在刚性垫板上，支撑件在太阳能集热体下面，阻止太阳能集热体下滑，在支撑件上端安装硅橡胶帽或塑料帽，钢化玻璃板放置在硅橡胶帽或塑料帽和边框的上面，钢化玻璃板是上下、左右搭接的，钢化玻璃板之间、钢化玻璃板与边框之间采用硅酮胶胶结，至此形成沙漠太阳能集热场，用以进行沙漠光热发电，淡化海水、淡化苦咸水，变沙漠为耕地。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构，其特征在于所述的硬质保温材料是硬质聚氨酯泡沫板、聚苯乙烯泡沫板、高密度玻璃棉板、高密度矿渣棉板、泡沫水泥板。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构，其特征在于所述的刚性垫板是玻镁板、菱镁板、硅酸钙板、水泥纤维板或金属板。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构，其特征在于所述的在刚性垫板上安装支撑件是指以下方式：以螺杆、螺帽固定的方式形成支撑件；或者用螺栓固定直角型金属件或丁字型金属件的方式形成支撑件；或者用木螺丝、自攻丝螺丝固定直角型金属件或丁字型金属件的方式形成支撑件。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构，其特征在于所述的支撑件是螺杆，用螺帽将螺杆固定在刚性垫板上，螺杆上另有长螺帽，旋转长螺帽可以调节支撑件的高度，使所有支撑件的顶端与钢化玻璃板接触，起到支撑作用。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构，其特征在于所述的支撑件是螺杆，螺杆上有长螺帽，螺丝将钢化玻璃板固定在长螺帽上。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构，其特征在于所述的太阳能集热体是金属平板太阳能集热体、陶瓷平板太阳能集热体，陶瓷平板太阳能集热体即陶瓷太阳板。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构，其特征在于在所述的支撑件上端与钢化玻璃板之间设置软质、耐老化的硅橡胶帽或塑料帽，硅橡胶帽或塑料帽套在支撑件上，起到隔热、缓冲的作用。

9.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内刚性垫板支撑结构，其特征在于所述的钢化玻璃板之间采用搭接的方法并且采用建筑幕墙通用的硅橡胶将钢化玻璃板之间、钢化玻璃板与边框之间结合为牢固的整体。