CN104033985B - 一种基于风光互补技术的通风系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于风光互补技术的通风系统，进风口内设置有隔板分成若干个风道，进风口的任一风道上安装有无扇叶风扇；引风扇叶安装在设置在进风口内的主动轴上；主动轴上安装有密封板；密封板下方的管道周围均匀设置有风孔；进风口上方设置有新风管道；进风口下方设置有风阀，风阀上连接有换热器，换热器侧面上设置有旧风管道与引风扇叶同轴的太阳能集热管道相连接，太阳能集热管道上连接有排风扇；换热器的下部连接有蜗壳旋流器。该发明装置能利用太阳能电池板发电蓄能和加热排气，形成自生通风，无污染可持续，能实现零能耗高效率通风。

Description

一种基于风光互补技术的通风系统

技术领域

本发明涉及一种基于风光互补技术的通风系统，属于通风技术领域。

背景技术

进入21世纪，人类社会面临着严重的能源紧缺和环境污染。开发利用无污染、可再生的新能源成为当务之急。就我国目前的新能源建筑开发市场情形来看，普遍采用高新技术建造生态建筑是不现实的，但是我们可以从某些基本环节入手，开发适宜技术，在技术和经济之间找到平衡点。就冬季通风而言，室内污浊的空气不仅仅使人感到不适，更重要的是会对人体的健康产生危害。

现今我国冬季使用的通风设备主要是空调，对于散热器供暖的地区，则用门窗进行通风。空调供暖通风虽能达到良好的通风效果，但存在制热能耗和维修费用高，需要定期更换制冷剂等问题；采用门窗通风，不仅会造成人体不适，而且室内热量损失较大。因此，有必要予以改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于风光互补技术的通风系统，以便能够克服现有技术的缺点，提供一种安装维护成本低，且有零能耗、高效率、无污染的优点，能体现可持续发展的理念的通风系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种基于风光互补技术的通风系统，包括进风口和引风扇叶，进风口内设置有隔板分成若干个风道，进风口的任一风道上安装有无扇叶风扇；引风扇叶安装在设置在进风口内的主动轴上；主动轴上安装有密封板；密封板下方的管道周围均匀设置有风孔；进风口上方设置有新风管道；进风口下方设置有风阀，风阀上连接有换热器，换热器侧面上设置有旧风管道与引风扇叶同轴的太阳能集热管道相连接，太阳能集热管道上连接有排风扇；换热器的下部连接有蜗壳旋流器。

进一步地，主动轴上部设置有太阳能电池板。

进一步地，太阳能集热管道向阳面设置有透明有机玻璃层，背阳面内壁涂有集热涂层。

该发明系统，由捕风装置、余热回收装置、送风装置、太阳能储能装置和旧风排出装置组成。捕风装置由一个360度的进风口和引风扇叶组成。传统的捕风装置主要采用直接引入自然风和风机强制通风两种方式，本系统对两种方式进行优化改进。一方面通过一个360度的全周进风口引入自然风，这种设计弥补了传统进风口单向进风的缺陷；另一方面通过自然风驱动垂直轴扇叶转动，带动同一轴上的引风扇将空气引入风道，实现了零能耗捕风。

为确保室内通风的连续性，本系统引入无扇叶风扇。无扇叶风扇是一种高效能通风设备，由电机驱动。工作时，电机带动内部的扇叶将外界空气吸入风扇内部，再由环形出口的缝隙均匀喷出，在圆环内形成局部负压区，卷吸后部和前方的空气，实现风力倍增。相比同等电耗的风机，无扇叶风扇的最大可卷吸15倍的空气，而且可以实现无极变速，达到低能耗高效通风的效果。当自然风力不足时，本系统可通过太阳能蓄电池带动无扇叶风扇，将外界的大量空气引入风道。

余热回收装置为套管换热器，管内气体为室外新风，管外为室内排出的热空气。室外新风经过捕风装置后均匀流入各内管，与管外的热空气对流换热。换热器整体采用逆流布置，增大换热温差，采用4～6根内管布置，增大两种气体的换热面积，改善空气对空气的换热效果，提高了余热回收的效率。

室内布风采用多点送风，每一送风口即为一蜗壳旋流器。相对其他送风方式，蜗壳旋流器可以在较小的空间范围内实现新风与室内空气的良好混合，提高送风温度，且无明显风感，增加送风舒适度。

气流由垂直方向进入旋流器，经叶片导流后改变运动方向，沿水平轴向导出，出口气流为旋转射流。旋转射流的流场按物理旋涡的概念分为旋涡核心区和外围区域。由于旋转离心力的作用，在旋涡核心处产生明显的负压区，形成强回流区；除中心回流区外，由于射流外边界的强烈卷吸作用，还会产生外回流区。因此，相对直流射流而言，旋转射流卷吸周围介质的能力强。本装置利用这一特点，使出风口气流与室内空气强烈混合换热，从而达到高效换热的效果。另外由于旋转射流的轴向速度衰减较快，射程较短，出风不会使用户有强烈的风感。

排风装置由安装在垂直轴扇叶轴上的排风扇和太阳能集热管道组成。室内空气的排出主要是通过两个途径来实现的。一方面，当自然风力充足时，垂直轴扇叶转动，带动同一轴上的排风扇工作，将室内空气排出。另一方面，空气在太阳能集热管道中吸收太阳辐射热，在密度差的作用下，沿管道排出室外。

太阳能集热管道中，太阳光透过透明管壁辐射到集热管道内，吸热涂层吸收太阳辐射并把热量传给管道内的空气，空气温度不断升高，密度逐渐降低，与下游空气形成密度差，在此密度差的作用下，热空气沿管道上升，排出室外。

由于北方地区拥有充裕的太阳能资源，为实现可再生能源的利用，本系统引入太阳能蓄能装置，为无扇叶风扇和自动控制模块提供电能。

该装置由单晶太阳能电池板、蓄电池和控制器组成。使用时将电池板对着12点太阳方向，电池板与地面呈30～45度夹角，以达到最佳发电效果。控制器能有效控制太阳能电池板向蓄电池的充电过程和蓄电池向负载的放电过程，使蓄电池在安全工作电压、电流范围内工作，它的控制性能将直接影响蓄电池的使用寿命和系统效率。

系统工作时，垂直轴叶片将自然风动能转化为轴功，驱动引风扇叶和排风扇叶转动，实现同时进风与排风，进入风道的新风经过换热升温后由旋流器进入室内，与室内热空气充分混合；同时，室内的旧风经过余热回收后，在排风扇和集热管的作用下排出室外。

该发明的有益效果在于：该发明装置中，自然捕风装置采用两种途径进风，充分利用风力资源，加装无扇叶风扇能在风力不足时提供所需风量。该发明装置，采用余热回收技术提高送风温度；利用旋流加快新风和室内空气混合，实现高效换热，降低吹风感。该装置，一方面利用太阳能电池板发电蓄能，另一方面利用太阳能加热排气，形成自生通风。从这两方面利用太阳能，无污染可持续。采用风光互补来维持系统工作，使系统能持续稳定地运行。同时，该装置采用自动控制技术，通过对室内进风风量的监控，调节风道内的风阀开度以及无扇叶风扇的启停和转速，确保室内进风量稳定。

附图说明

图1为本发明实施例装置结构示意图。

图2为本发明实施例装置中无扇叶风扇模块结构示意图。

图3为本发明实施例装置中无扇叶风扇模块工作状态示意图。

图4为本发明实施例装置中太阳能集热管道结构示意图。

图5为本发明实施例装置中太阳能集热管道工作状态示意图。

图中标记说明：1、太阳能电池板；2、主动轴；3、排风扇；4、密封板；5、风孔；6、引风扇叶；7、新风管道；8、太阳能集热管道；9、进风口；10、隔板；11、旧风管道；12、无扇叶风扇；13、换热器；14、蜗壳旋流器；15、风阀；16、透明有机玻璃层；17、集热涂层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。

实施例

如图1所示的基于风光互补技术的通风系统，包括进风口9和引风扇叶6，进风口9内设置有隔板10分成若干个风道，进风口9的任一风道上安装有有无扇叶风扇12；引风扇叶6安装在设置在进风口9内的主动轴2上；主动轴2上安装有密封板4；密封板4下方的管道周围均匀设置有风孔5；进风口9上方设置有新风管道7；进风口9下方设置有风阀15，风阀15上连接有换热器13，换热器13侧面上设置有旧风管道11与引风扇叶6同轴的太阳能集热管道8相连接，太阳能集热管道8上连接有排风扇3；换热器13的下部连接有蜗壳旋流器14。如图2、图3所示，进风口9的任一风道上安装有无扇叶风扇12。主动轴2上部设置有太阳能电池板1。如图4、图5所示，太阳能集热管道8向阳面设置有透明有机玻璃层16，背阳面内壁涂有集热涂层17。

捕风装置由一个360度的进风口9和顶部的引风扇叶6组成。为了加强进风效果，进风口9用隔板10分成若干个风道，使风能顺利进入管道，在某一风道上安装无扇叶风扇12，在风量不足的情况下工作以补充风量。引风扇叶6安装在由风力驱动的主动轴2上，其上方装有密封板4，以防止上方旧风管道11内的室内旧风倒吸入新风管道7，在密封板4下方的管道周围均匀设置有风孔5，以便引风扇叶6将管道外的新风吸入新风管道7。

余热回收装置为套管换热器13，管内气体为室外新风，管外为室内排出的热空气。室外新风经过捕风装置后均匀流入各内管，与管外的热空气对流换热。换热器13整体采用逆流布置，增大换热温差，采用四根内管布置，增大两种气体的换热面积，改善了空气对空气的换热效果，提高了余热回收的效率。

送风装置由多个蜗壳旋流器14组成，利用出口旋转气流实现新风与室内空气的充分混合换热。

太阳能储能装置由100W18V单晶太阳能电池板1，12V50Ah蓄电池和20A12V/24V控制器组成。使用时将电池板对着12点太阳方向，电池板与地面呈30--45度夹角，以达到最佳发电效果。控制器能有效控制太阳能电池板向蓄电池的充电过程和蓄电池向负载的放电过程，使蓄电池在安全工作电压、电流范围内工作，它的控制性能将直接影响蓄电池的使用寿命和系统效率。

旧风排出装置由与引风扇叶6同轴的排风扇3和太阳能集热管道8构成，太阳能集热管道8向阳面的材质是透明有机玻璃层16，背阳面内壁涂有集热涂层17，该涂层能有效吸收透过向阳面的太阳辐射能而加热该管道内部的空气，使空气产生密度差，与排风扇结合进而产生排气动力，能有效抽出室内多余的旧风。

系统工作时，自然新风通过捕风装置进入风道后，在余热回收管道内与排出的旧空气进行对流换热，充分利用排气的余热，提高新风的温度。经过加热的新风进入蜗壳旋流器，在出口形成旋转的气流，气流中心及四周存在回流区，卷吸室内空气，混合换热。室内的空气经过余热回收装置，在风力驱动的排风扇和太阳能加热管道的作用下排出室外。当外界风力不足时，太阳能储能装置驱动进风口处的无扇叶风扇运行，补偿管道内的新风，使系统持续稳定运行。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于风光互补技术的通风系统，其特征在于：包括进风口和引风扇叶，所述进风口内设置有隔板分成若干个风道，所述进风口的某一风道上设置有无扇叶风扇；所述引风扇叶安装在进风口内的主动轴上；所述主动轴上安装有密封板；所述密封板下方的管道周围均匀设置有风孔；所述进风口上方设置有新风管道；所述进风口下方设置有风阀，所述风阀上连接有换热器，所述换热器侧面上设置有旧风管道，旧风管道与太阳能集热管道相连接，所述太阳能集热管道上连接有排风扇；所述换热器的下部连接有蜗壳旋流器。

2.根据权利要求1所述的基于风光互补技术的通风系统，其特征在于：所述主动轴上部设置有太阳能电池板。

3.根据权利要求1所述的基于风光互补技术的通风系统，其特征在于：所述太阳能集热管道向阳面设置有透明有机玻璃层，背阳面内壁涂有集热涂层。