CN103244999B - 一种太阳能建筑供暖通风系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能建筑供暖通风系统，包括太阳能集热墙部分和太阳能遮阳装置部分，太阳能集热墙部分是在房屋南墙的窗户的一侧，设置由八条铝合金拐角支撑做骨架，五块玻璃墙围成长方体，配合南墙形成长方体空腔；在长方体空腔内的南墙上，设置上下两个通孔，并在下通孔处安装南墙下风机；在与南墙下通孔相对应的高度的玻璃墙上设置通孔；在长方体空腔顶板的中心开通风孔，与设置在上面的烟囱相通，在通风口的下面安装烟囱口排风机；南墙下风机和烟囱口排风机都通过导线和太阳能电池板的电极相连接；在房屋的北墙还设置了通风用北墙通孔。本发明最大限度地使用太阳能实现室内的冬季供热与夏季通风。

Description

一种太阳能建筑供暖通风系统
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，具体涉及一种利用太阳能实现夏季室内降温、冬季供热的太阳能建筑供暖通风系统。
背景技术
利用太阳能实现建筑物的冬季供热、夏季制冷一直是人类不断追求的目标。专利CN200610140285.4公开了一种太阳能集热供暖的系统装置，它采用太阳能集热器、系统补水器、水道转换器、强制水循环器、辅助加热器、热媒集配器、散热器连接系统，实现太阳能热量收集提供室内采暖的目的。专利CN200720011624.9公开了一种利用太阳能辐射热供暖的房屋，在向阳房间的窗口外设有窗体支架，固定于墙体外侧、窗口的外围；玻璃幕墙，主体由中空玻璃制成，安装于窗体支架上，其与墙体的保温层形成的封闭空间做为热量采集区；温度传感器，设于热量采集区内，与一温度控制器的信号输入端相连；通风扇，其进风口设于热量采集区内，出风口通过一风管设于需要热风的房间，控制端与温度控制器的输出端相连。专利CN200420032091.9公开了一种太阳能集热供暖装置，包括太阳能集热器、采暖器，其特点是设有一个储液箱，用管路将太阳能集热器、贮液箱和采暖器连接起来，管路中设有止回阀、循环泵、截止阀、感温元件、热量计、温控阀、贮液箱内设有电加热器、浮动管换热器、泄液阀、膨胀管。所形成的闭路循环装置中充满传热介质。有生活用水管路和换热器相连接。专利CN01212837.6公开了一种利用太阳能作主要能源的供暖装置，它包括加热器、与加热器依次相连的散热器、太阳能集热器，与加热器并联一储热器，储热器上的分流阀分别与散热器、加热器连接，太阳能集热器出口的三向分流阀分别与储热器、加热器、散热器连接，散热器出口的分流阀分别与三向分流阀、太阳能集热器连接。专利号CN200910187278.3公开了一种多功能建筑集成墙面安装太阳能空气集热器组合模块，安装在建筑外墙上，主要由建筑外墙、集热板、通风器、风机、逆止阀、中空钢化玻璃盖板和模板框架等组成。
上述现有技术，都是利用太阳能集热板进行集热供暖，不能在夏天利用太阳能进行通风降温，同时使用更换比较复杂。急需一种能够利用建筑物本身特点，综合实现能量有效地收集、传输和储存，被动式自然调节太阳能建筑全年室内环境舒适性的太阳能利用系统。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本发明的目的在于利用太阳能实现房屋的冬季采暖和夏季通风，同时使用方便，安装简单。
为了实现上述发明目的，本申请提供了如下技术方案：
一种太阳能建筑供暖通风系统，包括太阳能集热墙部分和太阳能遮阳装置部分，其特征在于：太阳能集热墙部分是在房屋南墙的窗户的一侧，设置由八条铝合金拐角支撑做骨架，五块玻璃墙围成长方体，配合南墙形成长方体空腔；在长方体空腔内的南墙上，设置上下两个通孔，并在下通孔处安装南墙下风机；在与南墙下通孔相对应的高度的玻璃墙上设置通孔；在长方体空腔顶板的中心开通风孔，与设置在上面的烟囱相通，在通风口的下面安装烟囱口排风机；南墙下风机和烟囱口排风机都通过导线和太阳能电池板的电极相连接；在房屋的北墙还设置了通风用北墙通孔。
太阳能遮阳装置部分包括滑轨，支撑杆，球铰座，太阳能电池板，铰链，动滑轮，定滑轮，手动绞轮，横梁，在房屋南墙的窗户的两侧分别安装一条滑轨，在两条滑轨上对称安装上滑块和下滑块，在两个上滑块上安装着横梁，横梁与太阳能电池板的四周支架通过两个铰链连接，使太阳能电池板能够绕铰链转动并沿着滑轨上下滑动；在两个下滑块上分别安装有球铰座，球铰座上连接着支撑杆的一端，支撑杆的另一端也通过一个球铰座固定在太阳能电池板的内侧支架上，下滑块顶在滑轨的下端固定块上，可以在滑轨上向上滑动；在横梁的两端安装了两个动滑轮；在门的一侧的墙面上安装一个手摇绞轮；钢丝绳的一端固定在一侧滑轨的顶端，钢丝绳绕过两个动滑轮后，向上绕过安装在另一根滑轨顶端的定滑轮后连接到手摇绞轮的滚筒上。
该发明的有益效果为：用太阳能电池板实现南向窗的夏季遮阳，在减少辐射进入室内的热量的同时，太阳能电池板的发电还通过太阳能集热墙以及风机增加室内的通风，从而改善了室内环境；在冬季，太阳能电池板竖直立于门窗上方，不影响室内的阳光辐射，同时太阳能电池板的发电带动风机与太阳能集热墙相配合，实现太阳能对室内的供热。这样最大限度地使用太阳能实现室内的冬季供热与夏季通风。
附图说明
图1是太阳能建筑供暖通风系统的夏季遮阳示意图；
图2是太阳能建筑供暖通风系统的冬季供暖运行示意图；
图3是遮阳机构的局部示意图；
图4是太阳能建筑供暖通风系统冬季供暖气流示意图；
图5是太阳能建筑供暖通风系统夏季通风气流示意图。
其中，1是滑轨，2是支撑杆，3是球铰座，4是太阳能电池板，5是铰链，6是动滑轮，7是定滑轮，8是手动绞轮，9是横梁，10是南墙，11是窗户，12是南墙上通孔，13是南墙下风机，14是铝合金拐角支撑，15是玻璃墙通孔，16是玻璃墙，17是烟囱，18是烟囱口排风机，19是钢丝绳，20是下滑块，21是上滑块，22是电线，23是门，24是北墙通孔，25是堵头。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步详细介绍本发明的具体结构及工作原理。
本发明所述的一种太阳能建筑供暖通风系统的实施例，如图1至图5所示，包括太阳能集热墙部分和太阳能遮阳装置部分。
如图1和图2所示，太阳能集热墙部分是在房屋南墙10的窗户11的一侧，设置由8条铝合金拐角支撑14做骨架，5块玻璃墙16围成长方体，配合南墙10形成长方体空腔。在长方体空腔内的南墙10上，设置上下两个通孔，上通孔为12，在下通孔处安装南墙下风机13；在与南墙下通孔相对应的高度的玻璃墙16上设置玻璃墙通孔15；在长方体空腔顶板的中心开通风孔，与设置在上面的烟囱17相通，在通风孔下面设置烟囱排风机18。南墙下风机13和烟囱排风机18都用导线和太阳能电池板4的电极相连接。在房屋的北墙还设置通风用的后墙通孔24。
如图3所示，太阳能遮阳装置部分包括滑轨1，支撑杆2，球铰座3，太阳能电池板4，铰链5，动滑轮6，定滑轮7，手动绞轮8，横梁9。在房屋南墙窗户11的两侧分别安装一条滑轨1，在两条滑轨1上对称安装上滑块21和下滑块20，在两个上滑块21上安装着横梁9，横梁9与太阳能电池板4的四周支架通过两个铰链5连接，使太阳能电池板4能够绕铰链5转动并沿着滑轨1上下滑动。在2个下滑块20上分别安装球铰座3，球铰座3上连接着支撑杆2的一端，支撑杆2的另一端也通过一个球铰座3固定在太阳能电池板4的内侧支架上，下滑块20顶在滑轨1的下端固定块上，可以在滑轨1上向上滑动。在横梁9的两端安装了两个动滑轮6。在门的一侧的墙面上安装一个手摇绞轮8。钢丝绳19的一端固定在一侧滑轨1的顶端，钢丝绳19绕过两个动滑轮6后，向上绕过安装在另一根滑轨1顶端的定滑轮7后连接到手摇绞轮8的滚筒上。
当摇动手摇绞轮8，放松钢丝绳19时，两个上滑块21沿着滑轨1下移，横梁9也下移，使太阳能电池板4的角度趋于水平，见图1；当反向摇动手摇绞轮8，拉紧钢丝绳19，两个上滑块21沿着滑轨1上移，使横梁9也上移，使太阳能电池板4的角度趋于竖直，从而实现太阳能电池板的角度调节。当进一步摇动手摇绞轮8，钢丝绳19拉动上滑块21、横梁9以及太阳能电池板4进一步上移，使太阳能电池板4竖直立于窗户11的上方，不起遮阳的作用，见图2。
如图4所示，在冬季，用堵头27封闭烟囱17的通风口，用堵头26封闭玻璃墙通孔15，用堵头25封闭后墙通孔24，这样玻璃墙与南墙形成的一与南墙上下通孔相通的玻璃空腔。当阳光照射玻璃空腔后，会将玻璃腔内的空气加热，同时太阳能电池板4发电驱动南墙风机13转动，实现室内与玻璃空腔内的空气进行循环流动，室内低处较低温度的空气由南墙下风机13吸入到玻璃空腔内，被太阳光照射而加热后上升，通过南墙上通孔12进入室内，在室内经过循环后，温度降低后再进入玻璃空腔内。这样周而复始，实现太阳能热量通过空气循环带入室内。
如图5所示，在夏季，用堵头28封闭南墙下风机13的下通口，拆下堵头25、堵头26和堵头27。太阳能电池板4发电驱动烟囱口排风机18转动，在烟囱口排风机18的抽吸作用下，室外的空气从玻璃墙下通孔进入玻璃空腔通过烟囱17排出，一方面对玻璃空腔空间进行冷却，另一方面玻璃空腔内形成一定的负压，使得室内热空气从南墙上通孔12排入玻璃空腔后通过烟囱17排出房间，而较凉爽的空气会由北墙通孔24进入室内，从而促进了房间的通风。
本发明所述的一种太阳能建筑供暖通风系统的节能分析：
现以一5m×4m×3m(深×宽×高)坐北朝南的住宅为例进行计算，南向外墙布置有1.5m×1.2m(宽×高)双层中空玻璃窗，其中用于此外窗夏季遮阳及四季发电的太阳能电池板尺寸为1.7m×1m；太阳能集热墙部分是由5mm的单层玻璃组成的尺寸为1.2m×2.8m×10mm(宽×高×厚)封闭腔。
1.计算外窗的太阳辐射得热形成的逐时冷负荷
以北京地区为列，根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012)中7.2.7中的式(7.2.7-4)和(7.2.7-5)计算得到表1的计算结果。
表1无外窗太阳辐射得热形成的逐时冷负荷
由表1中数据可算出有外遮阳比没有外遮阳空调冷负荷平均减少164.63W，每日遮阳按12小时计算，夏季年空调季取120天，共节省237.1kW·h的制冷量。空调的制冷系数取2.8，，共节约电能为84.8kW·h的电。发电煤耗取0.38kg标准煤/1kW·h，折合节省标准煤约为32.2kg/年。
2.太阳能电池板产生电能
北京地区水平面太阳总辐射年总辐射照量为5178.7MJ/(m2·年)，太阳能电池板的发电效率取15％，太阳能电池板发电量为366.8kW·h/年，将这部分能量用于供给太阳能集热墙排风扇进行通风换气。发电煤耗取0.38kg标准煤/1kW·h，折合节省标准煤为139.4kg/年。
3.太阳能集热墙部分
太阳能集热墙冬季加热室内循环空气，把热量带到室内。取北京地区冬季白天平均辐射照度为300W/m2，太阳能集热墙集热效率为80％，每日集热时间按8小时计算，冬季采暖季取125天，整个采暖季集热墙向室内供应热量为2903MJ热量，设供热煤的利用效率为80％，折合节约标准煤123.7kg/年。
采用本发明的实施例在没有计算太阳能集热墙夏季强化通风效果的基础上，每年共计节约能源折合标准煤295.3kg。
本发明采用太阳能电池板实现南向窗的夏季遮阳，在减少辐射进入室内的热量的同时，太阳能电池板的发电还通过太阳能集热墙以及风机增加室内的通风，从而改善了室内环境；在冬季，太阳能电池板竖直立于门窗上方，不影响室内的阳光辐射，同时太阳能电池板的发电带动风机与太阳能集热墙相配合，实现太阳能对室内的供热。这样最大限度地使用太阳能实现室内的冬季供热与夏季通风。

Claims (1)

1.一种太阳能建筑供暖通风系统，包括太阳能集热墙部分和太阳能遮阳装置部分，其特征在于：所述太阳能集热墙部分是在房屋南墙(10)的窗户(11)的一侧，设置由八条铝合金拐角支撑(14)做骨架，五块玻璃墙(16)围成长方体，配合南墙(10)形成长方体空腔；在长方体空腔内的南墙(10)上，设置上、下两个通孔，在下通孔处安装南墙下风机(13)；在与南墙下孔相对应的高度的玻璃墙(16)上设置通孔(15)；在长方体空腔顶板的中心开通风孔，与设置在上面的烟囱(17)相通，在通风口下安装烟囱口排风机(18)；南墙下风机(13)和烟囱口排风机(18)都通过电线(22)和太阳能电池板(4)的电极相连接；在房屋的北墙还设置了用于通风的北墙通孔(24)，所述太阳能遮阳装置部分包括滑轨(1)、支撑杆(2)、球铰座(3)、太阳能电池板(4)、铰链(5)、动滑轮(6)、定滑轮(7)、手动绞轮(8)和横梁(9)，在房屋南墙的窗户的两侧分别安装一条滑轨(1)，在两条滑轨(1)上对称安装上滑块(21)和下滑块(20)，在两个上滑块(21)上安装着横梁(9)，横梁(9)与太阳能电池板(4)的四周支架通过两个铰链(5)连接，使太阳能电池板(4)能够绕铰链(5)转动并沿着滑轨(1)上下滑动；在2个下滑块(20)上分别安装有球铰座(3)，球铰座(3)上连接着支撑杆(2)的一端，支撑杆(2)的另一端也通过一个球铰座(3)固定在太阳能电池板(4)的内侧支架上，下滑块(20)顶在滑轨(1)的下端固定块上，能够在滑轨(1)上向上滑动；在横梁(9)的两端安装了两个动滑轮(6)；在门的一侧的墙面上安装一个手摇绞轮(8)；钢丝绳(19)的一端固定在一侧滑轨(1)的顶端，钢丝绳(19)绕过两个动滑轮(6)后，向上绕过安装在另一根滑轨(1)顶端的定滑轮(7)后连接到手摇绞轮(8)的滚筒上。
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Address after: 100044 Beijing exhibition building, Xicheng District, Beijing, 1

Applicant after: Beijing University of Civil Engineering and Architecture

Address before: 100044 Beijing Road, Xicheng District exhibition hall, Beijing University of architecture, 1

Applicant before: Beijing Engineering and Architecture School

CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Xu Shuhui

Inventor after: Guo Yang

Inventor after: Yang Guoqiang

Inventor after: Sun Dongyuan

Inventor after: Ni Wusheng

Inventor after: Wu Mengyang

Inventor after: Xu Shuhui, Guo Yang, Yang Guoqiang, Sun Dongyuan, Ni Wusheng, Wu Mengyang, Xi Haiming

Inventor before: Xu Shuhui

Inventor before: Yang Guoqiang

Inventor before: Sun Dongyuan

Inventor before: Ni Wusheng

Inventor before: Wu Mengyang

Inventor before: Xu Shuhui, Yang Guoqiang, Sun Dongyuan, Ni Wusheng, Wu Mengyang, Xi Haiming

COR Change of bibliographic data
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Granted publication date: 20151118

Termination date: 20170509