CN103216961B - 太阳能集热系统内保温材料的支撑结构 - Google Patents

Abstract

“太阳能集热系统内保温材料的支撑结构”涉及太阳能集热系统，涉及太阳能集热系统的内部支撑结构，特别涉及大面积太阳能集热系统内保温材料的支撑结构。在太阳能集热系统边框内部由下而上依次是防水层、刚性保护层、保温材料层、刚性垫板、太阳能集热体、透明盖板，在刚性垫板上安装螺杆、螺栓，在螺杆之间安装太阳能集热体，螺杆支撑上面的透明盖板，并且同时起到阻止太阳能集热体下滑的作用，在刚性保护层与刚性垫板之间有支撑件，支撑件使刚性保护层与刚性垫板之间保持稳定的距离，使保温材料层不承受压力。适用于低成本建造太阳能房顶等太阳能集热系统。

Description

太阳能集热系统内保温材料的支撑结构

技术领域

本发明涉及太阳能集热系统，涉及太阳能集热系统的内部支撑结构，特别涉及大面积太阳能集热系统内保温材料的支撑结构。

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。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。

申请人曾经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。

进一步的方法是：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。

上述方法也有一定的缺点：所述的聚氨酯泡沫板、聚苯乙烯泡沫板、高密度玻璃棉板、高密度矿渣棉板在刚性垫板、太阳能集热体、透明盖板(通常采用钢化玻璃板)、太阳能集热体中的水的长期重量的压力下，会发生少量收缩；太阳能集热系统中的长期高温也会使聚氨酯泡沫板、聚苯乙烯泡沫板发生少量收缩；尤其是大面积太阳能集热系统在维修时维修人员需要在钢化玻璃板上行走和操作，也会引起聚氨酯泡沫板、聚苯乙烯泡沫板、高密度玻璃棉板、高密度矿渣棉板的局部压缩、变形，有时会使钢化玻璃板之间的硅酮胶发生开裂。而泡沫水泥板在上述情况下容易断裂、压碎。

上述方法不能采用更加廉价的软质保温材料，如低密度玻璃棉、矿渣棉等。

为此，提出太阳能集热系统内保温材料的支撑结构。

本发明是这样实现的

本发明所述的大面积太阳能集热系统内保温材料的支撑结构是这样实现的：在太阳能集热系统边框内部由下而上依次是防水层、刚性保护层、保温材料层、刚性垫板、太阳能集热体、透明盖板，在刚性垫板上安装螺杆、螺栓，在螺杆之间安装太阳能集热体，螺杆支撑上面的透明盖板，并且同时起到阻止太阳能集热体下滑的作用，在刚性保护层与刚性垫板之间有支撑件，支撑件使刚性保护层与刚性垫板之间保持稳定的距离，使保温材料层不承受压力。

将所述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顶端的高度，使顶端与钢化玻璃板接触，起到支撑钢化玻璃板的作用，在多台风、大风地区可以用螺丝将钢化玻璃板固定在长螺帽上。

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。

所述刚性保护层是指玻镁板、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，厚度小于刚性垫板。

当采用氨酯泡沫板、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作为保温材料层时，将长度与保温材料层厚度相同的铁钉垂直插入保温材料层中作为支撑件，铁钉成为刚性保护层与刚性垫板之间的支撑件，使刚性保护层与刚性垫板之间保持稳定的距离，使保温材料层不承受压力，见图1、图2。

当采用低密度玻璃棉(板)、矿渣棉(板)等相对软质的保温材料作为保温材料时，采用通螺纹的长螺杆，用双螺帽将长螺杆固定在刚性垫板上，刚性保护层与刚性垫板之间的螺杆长度等于保温材料层厚度，螺杆成为刚性保护层与刚性垫板之间的支撑件，使刚性保护层与刚性垫板之间保持稳定的距离，使保温材料层不承受压力，见图3、图4。

所述太阳能集热体是指金属平板太阳能集热体或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，黑瓷表面层形成阳光陷阱，阳光吸收比很高，阳光吸收比不会衰减。

在螺杆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螺杆上，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。

所述的大面积太阳能集热系统内保温材料的支撑结构，使刚性保护层与刚性垫板之间保持稳定的距离，使保温材料层不承受压力，使大面积太阳能集热系统长期保持稳定，减少维修量，降低维修成本，延长大面积太阳能集热系统的使用寿命。

附图说明：

图1表示采用氨酯泡沫板、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作为保温材料时，将长度与保温材料厚度相同的铁钉垂直插入保温材料中作为支撑件，使刚性保护层与刚性垫板之间保持稳定的距离，使保温材料层不承受压力。

图2是图1的局部放大图。

图3表示采用低密度玻璃棉(板)、低密度矿渣棉(板)等相对软质的保温材料作为保温材料时，将螺杆换成通螺纹的长螺杆，用双螺帽将螺杆固定在刚性垫板上，增加的螺杆长度等于保温材料厚度，作为支撑件，使刚性保护层与刚性垫板之间保持稳定的距离，使保温材料层不承受压力。

图4是图3的局部放大图。

图中标记的说明：

1、下边框2、螺杆、螺帽固定在刚性垫板上3、透明盖板4、太阳能集热体5、通螺纹长螺杆、螺帽固定在刚性垫板上6、刚性垫板7、相对硬质的保温材料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、铁钉12、硅橡胶帽或塑料帽13、长螺帽14、螺丝15、刚性保护层16、防水层17、相对软质的保温材料

具体实施例：

1、在混凝土结构斜房顶上建造太阳能房顶，总面积600平方米，采用太阳能集热系统内保温材料的支撑结构，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5毫米的玻镁板作为刚性保护层，将厚度70毫米聚苯乙烯泡沫板与厚度20毫米硬质聚氨酯泡沫板贴合在一起，在每平方米内均匀分布垂直穿入长度90毫米的铁钉5个，使两者结合在一起，聚苯乙烯泡沫板在下，硬质聚氨酯泡沫板在上放置在刚性保护层上，在保温材料层上面放置事先安装好螺杆、螺帽的12毫米厚度的玻镁板作为刚性垫板，螺杆上部另有长螺帽，在长螺帽上套装硅橡胶帽，旋转长螺帽调节硅橡胶帽顶端的高度，使所有顶端与钢化玻璃板接触，起到支撑作用，金属平板太阳能集热体放置在刚性垫板上，螺杆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，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螺杆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螺杆传递到12毫米厚的玻镁板上，重力在玻镁板上分散后通过铁钉、刚性保护层、防水层传递到基础层，保温材料没有承受压力，保持了基本稳定。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保温材料的支撑结构，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20公斤的玻璃棉板形成软质保温材料层，将螺杆换成通螺纹的长螺杆，用双螺帽将螺杆固定在刚性垫板上，刚性保护层与刚性垫板之间的螺杆长度等于保温材料厚度，作为支撑件，使刚性保护层与刚性垫板之间保持稳定的距离，使保温材料层不承受压力，螺杆上部另有长螺帽，在长螺帽上套装硅橡胶帽，旋转长螺帽调节硅橡胶帽顶端的高度，使所有顶端与钢化玻璃板接触，起到支撑作用，陶瓷太阳板放置在刚性垫板上，螺杆在金属平板太阳能集热体下面，阻止陶瓷太阳板下滑，厚度3.2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螺杆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螺杆传递到刚性保护层、防水层传递到基础层，保温材料没有承受压力，保持了基本稳定。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保温材料的支撑结构，其特征在于在太阳能集热系统边框内部由下而上依次是防水层、刚性保护层、保温材料层、刚性垫板、太阳能集热体、透明盖板，在刚性垫板上安装螺杆、螺栓，在螺杆之间安装太阳能集热体，螺杆支撑上面的透明盖板，并且同时起到阻止太阳能集热体下滑的作用，在刚性保护层与刚性垫板之间有支撑件，支撑件使刚性保护层与刚性垫板之间保持稳定的距离，使保温材料层不承受压力。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内保温材料的支撑结构，其特征在于当采用氨酯泡沫板、聚苯乙烯泡沫板、高密度玻璃棉板、高密度矿渣棉板、泡沫水泥板相对硬质的保温材料作为保温材料层时，刚性保护层与刚性垫板之间的支撑件是长度与保温材料层厚度相同的垂直插入保温材料层中的铁钉。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内保温材料的支撑结构，其特征在于当采用低密度玻璃棉、矿渣棉相对软质的保温材料作为保温材料层时，所述的刚性保护层与刚性垫板之间的支撑件是通螺纹的长螺杆，用双螺帽将长螺杆固定在刚性垫板上，刚性保护层与刚性垫板之间的螺杆长度等于保温材料层的厚度，刚性保护层与刚性垫板之间的支撑件是螺杆。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内保温材料的支撑结构，其特征在于所述的刚性保护层、刚性垫板是玻镁板、菱镁板、硅酸钙板、水泥纤维板或者金属板。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内保温材料的支撑结构，其特征在于所述的刚性保护层是厚度5毫米的玻镁板、菱镁板、硅酸钙板、水泥纤维板或者厚度1-2毫米的金属板。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内保温材料的支撑结构，其特征在于所述的刚性垫板是厚度12毫米的玻镁板、菱镁板、硅酸钙板、水泥纤维板。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内保温材料的支撑结构，其特征在于所述的太阳能集热体是陶瓷太阳板或金属平板太阳能集热体。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内保温材料的支撑结构，其特征在于所述的螺杆用螺帽固定在刚性垫板上，螺杆上另有长螺帽，旋转长螺帽可以调节顶端的高度，使顶端与钢化玻璃板接触，起到支撑钢化玻璃板的作用，在多台风、大风地区用螺丝将钢化玻璃板固定在长螺帽上。

9.根据权利要求1所述的一种太阳能集热系统内保温材料的支撑结构，其特征在于所述的螺杆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螺杆上，起到隔热、缓冲的作用。