CN104420660A - 基于太阳能的居住区能源控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种建筑体的温度调控系统，特别是基于太阳能的居住区能源控制装置及方法。本发明集太阳热能、光能、水存贮能、水发电、水温调控技术、地暖技术、园林设计技术综合在建筑设计当中，使建筑群体在很少利用外部电力的情况下，通过自身环境能源的利用，结合农村地多、空间大的特别，在总体节省土地的情况下，进行住房设计，使环境、生活居住、生态调控、能源节省、环保健康融入在农村现代化改造过程中。
Description
本案是针对申请名称“基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制系统及方法”、申请日2013-8-23、申请号2013103716288的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种建筑体的温度调控系统，特别是基于太阳能的居住区能源控制装置。
背景技术
在现有城市化过程中，将小城市住房、县城住房、农村住房按现有的大城市建筑标准设计和建造，在农村一是失去了原有的田源风光，二是要使农民、城市居民必需有足够的经济基础向物业交水电费、管理费，使原有的低成本生存变成了必需有支付能力的生存，所带来的问题好坏现在还远远不能评估。
楼房的结构需要有水电供给，有条件的需要有天然气供给，天然气作为天然能源有枯竭的风险，一旦天然气枯竭，将给居住者带来严重的生活问题。可以供济的是电能使用，通过生活电器代替天然气。因此降低生活用电，又不会因降低电能使用给生活带来不便，是现代人居住的一个重要话题。
为了节省电力，通过太阳能利用获取能源，太阳能中最常用的有热能和光能，太阳热能通过辐射方式到一种热管上，热管具有高效吸收太阳热能的能力，热管特性 ：1、 超强的导热性：可在温度30℃一1000℃范围内传导热量，单根导热效率98％。2、优良的等温性：热管一端输入100℃，另一端可导出95℃。良好的等温性使热管在很小的温差下，传递很大的热通量， 传热阻力小。 3 、热流密度可变性：在管径一定的情况下供热量可根据需要不断变化。 4 、热流方向可逆性：热管两端均可吸热、放热。 5 、使用安全性：管内压力低于外界大气压，热管不会发生爆炸。目前，太阳热能主要用于生活洗澡用。
太阳光能利用是通过光伏电池接收太阳光输出电能，其效率为16.7％，为了使太阳光能产生的电能在晚上使用，光伏电池产生的电能充入相应容量的蓄电池内，由蓄电池蓄电，蓄电池虽然能存贮电能，但蓄电池在制造过程中将会产生大量的污染源，而消毁过程中同样会产生大量的污染物，长期大量使用会严重影响人类生存环境。
地热利用在我国是近年来应用起来的技术，地热同样是太阳能的一种变化形式，地热是储藏在地下的热能，通过水介质和地源热泵技术，可以将地热用于地暖或水冷中央空调，由于受环境影响，只能在有条件的地方使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种既能提供田源风光、又能改善生活环境，同时能大大利用自然能源、节能、环保的基于太阳能的居住区能源控制装置及方法。
本发明的目的是这样实现的，基于太阳能的居住区能源控制装置，其特征是：至少包括：综合居住建筑区，综合居住建筑区采用三级供电，一是太阳能供电，二是水势能供电，三是220v交流供电，三级供电由混合电源控制和调配，太阳能电池、水轮发电机和 220v交流供电输入到混合电源的输入端，混合电源通过对太阳能电池、水轮发电机和 220v交流电压和电流检测，进行统一分配和调控，只有到太阳能电池和水轮发电机供济不足，或不稳定时，由220v交流供电，当太阳能电池和水轮发电机供济稳定后，由控制器在切断220v交流供电。
综合居住建筑区，用于提供生活居住环境，它由逐渐面积减少的楼层过渡成梯形住宅结构，在综合居住建筑区上层有上层水缓冲区，在综合居住建筑区下层有下层水缓冲区，上层水缓冲区和下层水缓冲区之间有水轮发电机和直流水泵，水轮发电机在上层水缓冲区和下层水缓冲区之间的45度布置的水管路下端；在上层水缓冲区分布有太阳能板和热管，白天太阳能板向直流水泵供直流电，电压在24-28v之间；直流水泵将下层水缓冲区的水抽入上层水缓冲区，上层水缓冲区包括加热水温区、保温水温区、缓冲水区，缓冲水区与输入水管管道连接，保温水温区与输出水管管道连接，保温水温区在加热水温区与缓冲水区之间，加热水温区与热管连接，通过热管使加热水温区水形成对流，对加热水温区水加热，加热水温区水温到恒定温度时，加热水温区水置入保温水温区水，加热水温区重接入缓冲水区水。
本发明的优点是：由于本发明集太阳热能、光能、水存贮能、水发电、水温调控技术、地暖技术、园林设计技术综合在建筑设计当中，使建筑群体在很少利用外部电力的情况下，通过自身环境能源的利用，结合农村地多、空间大的特别，在总体节省土地的情况下，进行住房设计，使环境、生活居住、生态调控、能源节省、环保健康融入在农村现代化改造过程中。
这种设计不但能节约建造费用，扩大农业产品的生产规模和农副产品产业化，同时，带动光伏产业、房地产产业、园林设计、地暖技术发展、水温调控技术及众多产业化项目得到持续健康发展。
附图说明
下面结合本实施例及附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例结构示意图；
图2是气温在20℃以下时，温控系统结构示意图；
图3是气温在20℃以上时，温控系统结构示意图；
图4是气温在20℃以上时，带有发电的温控系统结构示意图；
图5水温调节阀结构示意图；
图6是水能发电单元发电原理图；
图7地热单元11供热是通过上层水缓冲区3的温水池的水经热管2加热形成热水原理图；
图8综合居住建筑区采用三级供电原理图。
图中，1、太阳能板；2、热管；3、上层水缓冲区；4、水管路；5、水轮发电机；6、综合居住建筑区；7、下层水缓冲区；8、冷藏室；9、冷藏室保温层；10、直流水泵；11、地热单元；12、室外水；13、水调控单元；14、压缩机组件；15、过滤器；16、水调控组件；17、热水进水管；18、冷水进水管；19、恒温水出水管；20、温度传感器；21、控制器；22、调节阀；23、蒸发器；24、节流装置；25、冷凝器；26、压缩机；27、混合电源；28、1ed灯。
具体实施方式
如图1所示，基于太阳能的居住区能源控制装置及方法，它至少包括：
综合居住建筑区6，用于提供生活居住环境，它由逐渐面积减少的楼层过渡成梯形住宅结构，在不考虑占地面积的情况下，这种结构有利于节省成本、降低建设费用，提高住宅使用寿命(200年以上)。在综合居住建筑区6上层有上层水缓冲区3，在综合居住建筑区6下层有下层水缓冲区7，上层水缓冲区3和下层水缓冲区7之间有水轮发电机5和直流水泵10，水轮发电机5在上层水缓冲区3和下层水缓冲区7之间的45度布置的水管路下端；在上层水缓冲区3分布有太阳能板1和热管2，白天太阳能板1向直流水泵10供直流电，电压在24-28v之间。直流水泵10将下层水缓冲区7的水抽入上层水缓冲区3，上层水缓冲区3包括加热水温区、保温水温区、缓冲水区，缓冲水区与输入水管管道连接，保温水温区与输出水管管道连接，保温水温区在加热水温区与缓冲水区之间，加热水温区与热管连接，通过热管使加热水温区水形成对流，对加热水温区水加热，加热水温区水温到恒定温度时，加热水温区水置入保温水温区水，加热水温区重接入缓冲水区水。
如图6所示，直流水泵10将下层水缓冲区7的水抽入上层水缓冲区3后，在没有光照的情况下，则利用水能发电单元发电，水能发电单元包括太阳能电池1、直流水泵10、上层水缓冲区水3、下层水缓冲区水7、连接上层水缓冲区水和下层水缓冲区的水管路4，直流水泵电压是24v，吸程4米，扬程40米，见表1。太阳能板1将太阳能电池产生的输出与直流水泵电源电连接，上层水缓冲区水与下层水缓冲区水通过管路连接，管路上的发电机是水轮发电机5，当太阳能板1电池有电流输出时，太阳能电池输出电压加载在直流水泵上，通过直流水泵10将下层水缓冲区水扬程到上层水缓冲区水的缓冲水区。产生的电能供给LED照明和控制系统工作。
表1
下层水缓冲区7下端有冷藏室8，冷藏室8由冷水的冷藏室保温层9保温和降温，水轮发电机5通过太阳能板1直接供电，它不需要蓄电池蓄电，一方面降低发电费用，同时环保，不造成环境污染。综合居住建筑区6分不同季节使供电、供热、供水按系统要求工作。
如图2所示，在20℃以下，太阳能热管2将上层水缓冲区3的水温加热到50℃以上，保温在上层水缓冲区3的温水池，温水池水通过水调控单元13的水调控组件16后，输出稳定的15℃-20℃（根据需要自动设定在15℃－20℃之间的某一值上）的恒温水，恒温水经压缩机组件14后，输出40-50℃的取暖水向地热单元11供暖。而压缩机组件14另一端的蒸发器连接的水回路，一端接室外水12，室外水水温低于10℃，通过蒸发器后，将水温调节在1℃-4℃输出，供给冷藏室8，使冷藏室8温度控制在1℃-8℃。冷藏室8将依据水果的水分特征分配冷藏室局部温度。见表2，表2给出了不同水果、蔬菜和饮料冷藏温度。
如图3所示，在20℃以上，室外水12或自来水接压缩机组件14的蒸发器连接的水回路，室外水或自来水水温低于20℃，通过蒸发器后，将水温调节在1℃-4℃输出，供给下层水缓冲区7的冷藏室，使冷藏室温度控制在1℃-8℃。冷藏室将依据水果的水分特征分配冷藏室局部温度。见表1。经冷藏室后，水温增高，但低于15℃，将低于15℃的水通过地热单元11，地热单元11使室内降温，通过地热单元11升温后，水进入上层水缓冲区3的温水池，温水池可以供游泳使用，温水池继续升温，通过过滤器15后，进入压缩机组件14的冷凝器，继续升温，通过冷凝器交换后升温至50度，供生活洗澡用。
如图4所示，在20℃以上的另一种实施方式是：室外水12或自来水接压缩机组件14的蒸发器连接的水回路，室外水或自来水水温低于20℃，通过蒸发器后，将水温调节在1℃-4℃输出，供给下层水缓冲区7的冷藏室，使冷藏室温度控制在1℃-8℃。冷藏室将依据水果的水分特征分配冷藏室局部温度。见表1。经冷藏室后，水温增高，但低于15℃，将低于15℃的水通过地热单元11，地热单元11使室内降温，水升温，升温水进入压缩机组件14的冷凝器，继续升温，通过冷凝器交换后升温至50度以上，通过过滤器15将水过滤，将水重新打入上层水缓冲区3的温水池，通过热管2继续加热，使水温升为90度以上的高温，用于发电或肉产品深加工。
如图5所示，水调控组件16包括调节阀22、热水进水管17，冷水进水管18、恒温水出水管19、温度传感器20和控制器21，上层水缓冲区3包括加热水温区、保温水温区、缓冲水区，加热水温区外有热管2，热管2将水温加热，放入保温水温区，保温水温区通过管道与热水进水管17连接，缓冲水区与冷水进水管18管道阀门连接（也可以是自来水与冷水进水管18管道阀门连接），热冷水进入调节阀22后，通过调节阀22对热冷水进行调节由恒温水出水管19输出，恒温水出水管19口有温度传感器20，温度传感器20连接有控制器21，控制器21驱动调节阀22左右转动，使进入调节阀22腔体内的热水量和冷水量按设定的温度混比进行输出。
表2
如图7所示，本发明中地热单元11供热是通过上层水缓冲区3的温水池的水经热管2加热形成热水，我们知道，上层水缓冲区3包括加热水温区、保温水温区、缓冲水区，缓冲水区的水是通过水泵将下层水缓冲区7的水入进行存贮，一方面用于无光照时发电，另一方面向加热水温区提供补充水，加热水温区与热管2的上端相连接，热管2将加热水温区水加热，在冬天加热水温区水温在50℃以上，直进通过加热水温区水供给地热单元11供热会产生热不稳定的问题，因此，本发明将加热水温区水和缓冲水区的水（也可以是自来水）通过水调控组件16调控，产生15-20℃的稳定低温热水，稳定低温热水通过压缩机单元后，由压缩机组件14的蒸发器23继续加热，输出40℃-50℃的热水，供给地热单元11，地热单元11输出端的水温低于40℃－50℃时，系统重新循环，保持地热单元11供热。这种方式与相有的地源热泵相比较，不需要地下挖井，适应性广。在单元房和集中式楼层设计中同样适用。压缩机组件14实际上是一个温度交换器，包括蒸发器23、节流装置24、冷凝器25、压缩机26。这里的压缩机26采用螺旋杆泵。
如图8所示，综合居住建筑区采用三级供电，一是太阳能供电，二是水势能供电，三是220v交流供电，三级供电由混合电源27控制和调配，太阳能电池1、水轮发电机5和 220v交流供电输入到混合电源27的输入端，混合电源27通过对太阳能电池1、水轮发电机5和 220v交流电压和电流检测，进行统一分配和调控，只有到太阳能电池1和水轮发电机5供济不足，或不稳定时，由220v交流供电，当太阳能电池1和水轮发电机5供济稳定后，由控制器在切断220v交流供电。
综合居住建筑区采用LED灯28照明，可大大降低电力供给压力。
本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (2)
1.基于太阳能的居住区能源控制装置，其特征是：至少包括：综合居住建筑区（6）采用三级供电，一是太阳能供电，二是水势能供电，三是220v交流供电，三级供电由混合电源（27）控制和调配，太阳能电池（1）、水轮发电机（5）和 220v交流供电输入到混合电源（27）的输入端，混合电源（27）通过对太阳能电池（1）、水轮发电机（5）和 220v交流电压和电流检测，进行统一分配和调控，只有到太阳能电池（1）和水轮发电机（5）供济不足，或不稳定时，由220v交流供电，当太阳能电池（1）和水轮发电机（5）供济稳定后，由控制器在切断220v交流供电。
2.根据权利要求1所述的基于太阳能的居住区能源控制装置，其特征是：综合居住建筑区（6），用于提供生活居住环境，它由逐渐面积减少的楼层过渡成梯形住宅结构，在综合居住建筑区（6）上层有上层水缓冲区（3），在综合居住建筑区（6）下层有下层水缓冲区（7），上层水缓冲区（3）和下层水缓冲区（7）之间有水轮发电机（5）和直流水泵（10），水轮发电机（5）在上层水缓冲区（3）和下层水缓冲区（7）之间的45度布置的水管路下端；在上层水缓冲区（3）分布有太阳能板（1）和热管（2），白天太阳能板（1）向直流水泵（10）供直流电，电压在24-28v之间；直流水泵（10）将下层水缓冲区（7）的水抽入上层水缓冲区（3），上层水缓冲区（3）包括加热水温区、保温水温区、缓冲水区，缓冲水区与输入水管管道连接，保温水温区与输出水管管道连接，保温水温区在加热水温区与缓冲水区之间，加热水温区与热管连接，通过热管使加热水温区水形成对流，对加热水温区水加热，加热水温区水温到恒定温度时，加热水温区水置入保温水温区水，加热水温区重接入缓冲水区水。
Priority Applications (1)
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| CN201310458186.0A CN104420660A (zh) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | 基于太阳能的居住区能源控制装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201310458186.0A CN104420660A (zh) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | 基于太阳能的居住区能源控制装置 |
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Publications (1)
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| CN104420660A true CN104420660A (zh) | 2015-03-18 |
Family
ID=52970715
Family Applications (1)
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| CN201310458186.0A Withdrawn CN104420660A (zh) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | 基于太阳能的居住区能源控制装置 |
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-
2013
- 2013-08-23 CN CN201310458186.0A patent/CN104420660A/zh not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C04 | Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20150318 |