CN104838217B - 太阳能空气加热/降温系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使用太阳能来使空间通风的系统，所述空间尤其是建筑的内部，但也可使其它结构通风，例如粮仓、海水淡化厂、玻璃房和发电厂。所述系统可在不同模式下操作，使得太阳能根据需要被用来使所述空间加热或降温。所述系统的一部分是太阳能集热器，其吸收可用的太阳能。所述太阳能集热器包括两个单独的通道，所述通道能够接收来自不同来源的空气，并以逆向流来递送所述空气。所述通道使用高效的引起湍流的结构来在其间传递热量，所述结构使所述系统能够在所述不同模式下操作，来使空间加热或降温。

Description

太阳能空气加热/降温系统

发明领域

本发明涉及太阳能空气加热/降温/通风系统，和/或用于此系统中的太阳能集热器/热交换器。

发明背景

将太阳能用作人类需要的能量来源正日渐增长。然而，密集生活区中有限的朝阳表面导致需要效率和空间经济性增加的使用太阳能的系统，例如那些用于加热或降温通风、水能或光伏(PV)或风能发电的系统。

太阳能空气加热和降温系统已用于通风建筑，但也用于商业环境中，例如用于干燥生产。来自加拿大的SolarWall系统通过无光朝阳穿孔铝壁将空气汲取到商业、工业或公寓建筑中。这种类型的太阳能空气加热器属于渗透性太阳能空气集热器，具有广泛应用，例如风干谷物、有高通风要求的制造和装配工厂、分层天花板加热，或通常建筑物中的负压。混合版本已包括在太阳能空气加热器前面使用光伏容量，其被发现通过减少过热来增强PV的性能。

一些系统用于较住宅化的环境中，如Grammer Solar(总部也在加拿大)的有光泽的隔热平板单程面板，且具有各种矩形大小，其可互锁以形成较大的空气区域或较长的空气通道。这些系统可引入新鲜空气，和/或再循环温暖的浑浊空气。

太阳能加热/降温系统的其它实例包括自制系统，其例如使用安装在墙壁、屋顶以及一些情况下窗户上的有光泽隔热框架内的首尾相连依次排开布置的饮料罐或蛇形管。

另一实例是如SolarVenti(来自新西兰)等非隔热有光泽类型，其通过具有内部PV容量的面板背侧上的数百个小孔将空气供应到面板，来使风扇运转。

欧洲专利公开第2310760号描述一种与热量回收系统组合的太阳能空气加热器，所述热量回收系统沿垂直于前壁铺设的通道间隔具有逆流空气。所述系统使用新鲜空气、回收利用来自建筑的空气或来自在建筑物下通过的空气的储存热量。

在气流受限的情况下，或在空气直接与系统的难以清理的零件接触的情况下，此系统中出现低效性。

当可组合太阳能使用时，尤其当一者能增强另一者的性能时，产生经济效益。举例来说，呈相变材料(PCM)的形式的储热可导致被加热或降温的空气在太阳能空气加热/通风系统中的更均匀分布。这有助于在通常需要较多被太阳能加热的空气的白天晚些时候供应被太阳能加热的空气。这也可有助于防止系统中存在的任何PV面板过热。鉴于所有这些情况，引导空气的任何太阳能空气加热/通风系统适合结合其它太阳能用途来使用是合意的。

举例来说，对具有呈PCM形式的热量储存的双程太阳能空气加热器进行并在KingSaid大学和工程科学杂志中发表的实验研究发现PCM在下午4点之后三个小时的时间使热能有明显的升高。

PCT公开第85/00212号描述一种被设计来储存PCM的平板单向太阳能空气加热器。然而，此系统并不提供使其能够用于若干模式(例如在冬季用于加热，且在夏天用于降温)的灵活性。

加拿大专利第1082544号描述使用蜂窝构造作为有效手段来将热量诱捕在太阳能集热器板与透明墙壁之间来改进热效率。对将蜂窝状结构接合到透明墙壁下面以便使辐射指向吸收元件，并阻止气流朝向前面的透明墙壁的有效性进行了测试。在此专利中，气流穿过由多孔不透明材料组成的吸收剂集热器元件，在大多数情况下，空气与蜂窝结构接触。集热器的内部组件易于被气流污染，这影响透明度且因此影响效率，且该设计使得集热器难以清理。

以太阳能烟囱发电站的形式大规模利用太阳能。位于烟囱基座处的大型温室屋顶集热器有时为数百米高，借助于上升气流或对流(烟囱效应)来发电。此气流驱动烟囱内部或基座处的风力涡轮机。举例来说，具有集热区域的中国内蒙古金沙湾(Jinshawan)的一个塔意在覆盖超过200公顷，从玻璃盖下面的热砂吸收热量。使用温室效应，热空气沿烟囱向上流动，并通过使烟囱内部的涡轮机旋转来发电。PCT公开第WO 2008/022372号描述一种类似装置，用于使用太阳能烟囱效应从太阳能发电。美国专利公开第2011/021133号描述使用太阳能烟囱效应经由特伦伯墙(trombe wall)到涡轮机的气流，作为一种加热、降温和通风手段。

所有类型的太阳能空气加热器的共性在于其经由吸收介质捕获太阳辐射，并接着加热空气。所述太阳能空气加热器有广泛的使用潜力，用来干燥谷物、玻璃房、脱盐工厂、商业、工业、住宅环境等。挑战是在短期和长期持续时间内增加效率。太阳能空气加热器在短期内效率良好，但因连续气流而堵塞，使它们在不长的期限内变得低效。举例来说，吸收器上方的区域可比吸收器下方的区域暖(对具有热能储存的双程太阳能空气加热器的实验研究，King Said大学工程科学杂志)。因此，透明前壁与吸收器板之间的空气流通在短期内将最大化热量的摄取，但可能快速减少热传输，且因此通过釉面下侧的污渍而降低效率。

太阳能空气加热器的集热器效率也取决于风扇流的比率。气流的减少导致最大化出口处的空气温度升高，但这是以太阳能空气加热系统的效率为代价。合意的气流取决于若干因素，例如外部空气温度差、太阳能空气加热器从吸收器提取热量的效率、太阳能空气加热器内的被阻气流、例如通过热量回收在入口预热/预冷空气的其它手段等。大多数太阳能空气加热器在40％到70％的效率范围内。

Omojaro和Aldabbagh已对使用同一空气来源的单程对双程布置的效率进行了实验。发现效率随着空气质量流率而增加。当为双程系统时，效率也增加。对于.038kg/s的空气质量流率，单程与双程空气加热器之间的最大效率差分别为59.62％和63.74％。当设计改进的太阳能空气加热技术时，可考虑这些因素。

加拿大专利第2393273号描述一种太阳能空气加热系统，其通过剪切管的若干段时期向内弯曲以形成鳍片来在管内部的通道中形成湍流，来努力最大化效率。然而，此系统导致管内部的流被中断，且因此增压。流的中断限制了穿过管的空气的体积，且因此限制了可加热的空气的量。这些鳍片也可能非常难以清理。

可通过屋顶集成太阳能空气加热系统来实现经济效益。Sreekumar进行了经济分析，并发现屋顶集成系统是高效的且经济上可行的，且这是依靠干燥菠萝的实验。因此，以使其能够进行屋顶集成或集成到建筑的任何部分中的方式来设计太阳能空气加热系统是合意的。

Hammou和Lacroix对使用相变材料来同时管理来自太阳能和电能的热量的储存的混合热能储存系统进行研究。结果是用于空间加热的电消耗减少了32％。当考虑到储存的热量在90％的电力被消耗时的峰值周期期间释放时，这是重要的。

发明目标

本发明的目标是提供一种改进的太阳能空气加热/降温/通风系统。

或者，本发明的目标是提供一种改进的太阳能集热器或热交换器。

或者，本发明的目标是解决与现有技术相关联的前述问题中的一个或多个。

或者，本发明的目标是至少向公众提供有用选择。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供一种用于通风系统中的太阳能集热器，所述集热器包括：

多个邻近布置的上部空气通道；

顶部面板，其定位在所述上部空气通道上方，以界定所述顶部面板与所述上部空气通道之间的太阳能吸收空间，所述上部空气通道与所述太阳能吸收空间热连通；以及

用于与定位在所述上部空气通道下面并与之热连通的所述多个上部空气通道交换热能的装置；

其中上部和下部空气通道被配置来从不同来源接收空气，且未流体连接。

优选的是，所述用于交换热能的装置包括至少一个下部空气通道。

优选的是，上部和下部空气通道被配置来在相对方向上引导空气。

优选的是，所述太阳能集热器包括密封外壳，其中含有上部空气通道和下部空气通道，所述外壳的上表面包括顶部面板。

更优选的是，所述顶部面板、所述外壳的一个或多个侧壁以及所述上部空气通道的上表面界定太阳能吸收空间。

优选的是，所述太阳能吸收空间是气密密封的。更优选的是，所述外壳包括所述外壳的顶部面板与所述外壳的侧壁中的一个之间的一个或多个密封件，其中所述密封件被配置来允许外壳的顶部面板打开。

所述太阳能吸收空间优选含有热量吸收介质，例如空气。

优选的是，所述外壳包括隔热装置，其被配置来将热量诱捕在所述外壳中。

优选的是，所述上部空气通道包括用于在通道内部形成气流的湍流的装置。更优选的是，所述用于形成湍流的装置包括螺旋形鳍片，其在纵向方向上沿每一通道延伸。更优选的是，所述螺旋形鳍片以可移动方式安装在通道内部。或者或另外，所述用于形成湍流的装置可包括所述通道的内部表面上的一个或多个突起。

优选的是，所述用于交换热能的装置包括用于储存太阳能热能的装置。更优选的是，所述用于储存太阳能热能的装置包括相变材料。更优选的是，所述用于储存太阳能热能的装置定位成与所述一个或多个下部空气通道热连通。

优选的是，所述太阳能集热器包括一个或多个管，每一管界定所述上部空气通道中的一个。更优选的是，所述一个或多个管包括用于将邻近管连接在一起的连接装置。所述连接装置可包括互锁机构。

根据本发明的第二方面，提供一种用于通风系统中的太阳能集热器，所述集热器包括：

多个空气通道；

顶部面板，其定位在所述空气通道上方，以界定太阳能吸收空间，所述空气通道与所述太阳能吸收空间热连通；以及

用于在所述空气通道内部形成气流的湍流，而不实质上阻碍空气沿所述空气通道的流动的装置。

优选的是，所述用于形成湍流的装置包括螺旋形鳍片，其在纵向方向上沿每一通道延伸。更优选的是，所述螺旋形鳍片以可移动方式安装在通道内部。

或者或另外，所述用于形成湍流的装置可包括所述通道的内表面上的一个或多个突起。

优选的是，所述多个空气通道包括布置成邻近排列的多个上部空气通道，所述太阳能吸收空间位于所述顶部面板与所述上部空气通道之间。

优选的是，所述集热器包括用于与所述多个上部空气通道交换热能的装置，所述多个上部空气通道定位在所述上部空气通道的下面，并与之热连通。

更优选的是，所述用于交换热能的装置包括至少一个下部空气通道，其中所述上部和下部空气通道被配置来从不同来源接收空气，且未流体连接。

优选的是，所述上部和下部空气通道被配置来在相对方向上引导空气。

优选的是，所述太阳能集热器包括密封外壳，其中包含上部空气通道和下部空气通道，所述外壳的上表面包括所述顶部面板。

更优选的是，所述顶部面板、所述外壳的一个或多个侧壁以及所述上部空气通道的上表面界定太阳能吸收空间。

优选的是，所述太阳能吸收空间是气密密封的。更优选的是，所述外壳包括所述外壳的顶部面板与所述外壳的侧壁中的一个之间的一个或多个密封件，其中所述密封件被配置来允许外壳的顶部面板打开。

所述太阳能吸收空间优选含有热量吸收介质，例如空气。

优选的是，所述外壳包括隔热装置，其被配置来将热量诱捕在所述外壳中。

优选的是，所述用于交换热能的装置包括用于储存太阳能热能的装置。更优选的是，所述用于储存太阳能热能的装置包括相变材料。更优选的是，所述用于储存太阳能热能的装置定位成与所述一个或多个下部空气通道热连通。

优选的是，所述太阳能集热器包括一个或多个管，每一管界定所述上部空气通道中的一个。更优选的是，所述一个或多个管包括用于将邻近管连接在一起的连接装置。所述连接装置可包括互锁机构。

根据本发明的第三方面，提供一种用于建筑的太阳能空气加热/降温系统，所述系统包括：

太阳能集热器，其包括：

一个或多个上部空气通道，其定位成接收入射太阳能；以及

用于与定位在所述上部空气通道下面并与之热连通的所述上部空气通道交换热能的装置；

第一排气导管，其将所述上部空气通道的上端流体连接到外部空气；

第一内部空气导管，其将所述上部空气通道的上端与建筑内部流体连接；

空气进入导管，其将所述上部空气通道的下端与所述外部空气流体连接；

用于驱动空气朝建筑内部穿过所述第一内部空气导管的装置；

第一流量控制装置，其被配置来选择性地阻塞所述第一排气导管；以及

第二流量控制装置，其被配置来选择性地阻塞所述第一内部空气导管，

其中当所述第二流量控制装置打开时，所述第一流量控制装置是闭合的，且反之亦然。

将理解，关于不同导管所使用的标签是用于区分不同导管的目的，且不限制导管的位置或功能。举例来说，“内部导管”指代流体连接到建筑内部的导管，且所述术语不要求导管本身位于内部。

将理解，术语“建筑”表示具有屋顶和墙壁且含有内部空间的任何结构。依据本发明，所述术语意在被广泛地解释，且可不仅包括通常已知为建筑的结构，而且包括可通风的任何其它结构。包含在如本文所使用的“建筑”的含义内的结构的非限制实例为：玻璃房、温室、粮仓、谷仓、工厂、仓库、车间等。

优选的是，所述用于交换热能的装置包括用于从建筑回收热能的热回收装置。

更优选的是，所述热回收装置包括一个或多个下部空气通道，所述上部和下部空气通道未流体连接，且

所述系统还包括：

第二内部空气导管，其将所述下部空气通道的上端与建筑内部流体连接；

第二排气导管，其将所述下部空气通道的下端与外部空气流体连接；以及

用于驱动空气离开所述建筑内部而穿过所述第二内部空气导管的装置。

优选的是，所述系统包括：

第三内部空气导管，其将所述上部空气通道的下端与建筑内部流体连接；

第三流量控制装置，其被配置来选择性地阻塞所述空气进入导管；以及

第四流量控制装置，其被配置来选择性地阻塞所述第三内部空气导管，

其中当所述第四流量控制装置打开时，所述第三流量控制装置是闭合的，且反之亦然。

优选的是，所述第一和第三内部空气导管经由单独的开口流体连接到建筑内部。更优选的是，所述系统包括流体连接所述第一与第三内部空气导管的连接导管。

优选的是，所述上部和下部空气通道布置成使得空气在上部通道中在与下部通道相反的方向上流动。

在优选实施方案中，所述集热器位于建筑的屋顶中或屋顶上。更优选的是，所述第一、第二和第三内部空气导管位于屋顶下。然而，将了解，这不是限制性的，且集热器可位于其它位置中，例如墙壁上。

优选的是，用于驱动空气的装置包括一个或多个风扇。

优选的是，所述流量控制装置包括一个或多个风门。

更优选的是，所述系统包括一个或多个控制器，其被配置来控制所述流量控制装置，以选择性地阻塞相应的空气导管。更优选的是，所述一个或多个控制器被配置来控制用于驱动空气的装置的操作。

优选的是，所述系统包括一个或多个温度传感器，其被配置来在达到建筑内部的一个或多个阈值温度时，操作所述一个或多个控制器。

优选的是，所述系统包括一个或多个压力传感器，其被配置来与所述一个或多个控制器通信，使得所述控制器基于导管中和/或建筑内部检测到的一个或多个压力来操作所述系统。

优选的是，所述系统还包括一个或多个光伏电池，其定位成与所述集热器热连通。举例来说，所述光伏电池可位于太阳能集热器之上。

优选的是，所述用于交换热能的装置包括用于储存太阳能热能的装置。更优选的是，所述用于储存太阳能热能的装置包括相变材料。更优选的是，所述用于储存太阳能热能的装置定位成与所述一个或多个下部空气通道热连通。

优选的是，所述系统包括定位在第一排气导管中的风能发电机。

根据本发明的第四方面，提供一种用于使建筑通风的太阳能通风系统，其包括：

太阳能集热器，其包括具有下端和上端的空气通道，所述太阳能集热器被配置来接收太阳能，并加热流经所述空气通道的空气；

排气导管，其流体连接到集热器空气通道的上端；

第一空气进入导管，其将所述集热器空气通道的下端与建筑内部流体连接；

第二空气进入导管，其将所述集热器空气通道的下端流体连接到外部空气；以及

流量控制装置，其被配置来选择性地阻塞第一和第二空气进入导管到集热器空气通道的流体连接。

优选的是，集热器空气通道的下端经由多个开口流体连接到建筑内部。举例来说，所述开口位于多个房间中。

优选的是，所述流量控制装置包括风门，其位于第一和第二空气进入导管与集热器空气通道之间的导管结合点中。

更优选的是，所述通风系统包括切换装置，其被配置来控制所述流量控制装置，来选择所述第一和第二空气进入导管中的一个到所述集热器空气通道的流体连接。

优选的是，所述通风系统包括温度传感器，其被配置来在达到建筑内部的一个或多个阈值温度时操作切换装置。更优选的是，所述切换装置被配置来在建筑内部的温度降到阈值温度以下时，阻塞第一空气进入导管。

优选的是，所述系统包括一个或多个压力传感器，其被配置来与所述切换装置通信，以基于导管中和/或建筑内部检测到的一个或多个压力来控制所述流量控制装置。

优选的是，所述太阳能通风系统还包括一个或多个光伏电池，其定位成与所述集热器空气通道热连通。举例来说，所述光伏电池可位于太阳能集热器之上。

优选的是，所述系统包括风能发电机，其位于排气导管中。

本领域的技术人员在阅读提供本发明的实际应用的至少一个实例的以下描述后，应明白在所有其新颖方面中考虑的本发明的进一步方面。

附图简述

下文将参考以下图式仅作为实例来描述本发明的一个或多个实施方案，且所述实施方案无意为限制性的，其中：

图1是根据本发明一个实施方案的太阳能集热器或热交换器的平面图；

图2是图1的太阳能集热器的仰视图；

图3是越过图1的太阳能集热器的空气通道的横向截面图；

图4是图1的太阳能集热器的空气通道方向上的纵向截面图；

图5是图4的太阳能集热器的标记为C的区的放大视图；

图6是图4的太阳能集热器的标记为D的区的放大视图；

图7是图1的太阳能集热器的等距截面图；

图8是图1的集热器中的气流的截面剖面图；

图9是根据本发明一个实施方案的用于建筑的太阳能空气加热和降温系统的示意图；

图10是图9的系统在“冬季太阳能加热”模式下操作的图；

图11是图9的系统在“冬季回收热量”模式下操作的图；

图12是图9的系统在“夏季太阳能降温”模式下操作的图；

图13是图9的系统在“夏季加热器降温”模式下操作的图；以及

图14是图9的系统在“夏季非太阳能降温”模式下操作的图。

具体实施方式

本发明大体上涉及用于使用太阳能来使空间，尤其是建筑的内部通风的系统，但也可使其它结构通风，例如粮仓、脱盐工厂、玻璃房和发电厂。所述系统可在不同模式下操作，使得根据需要使用太阳能来使空间加热或降温。所述系统的一部分是太阳能集热器，其吸收可用的太阳能。

太阳能集热器

图1到图7示出根据本发明一个实施方案的太阳能集热器或热交换器100。图1和图2分别为平面图和仰视图。图3是越过空气通道的横向截面图，且图4是在空气通道方向上的纵向截面图。图5和图6分别是图4的标记为C和D的区的放大图。图7是等距截面图。在图1到图7中，始终使用相同参考来指代相同部分。

太阳能集热器100包括外部外壳101，其内收纳其它组件。外部外壳101包括一系列互连侧壁102、基座103以及顶部面板104。所述侧壁优选设计成最小化穿过所述壁的热传输。举例来说，侧壁102由界定气隙106以及其中可保持隔热的区105的材料挤出成型形成。隔热区可至少为20mm厚，来减少热传输。在一些实施方案中，外壳101的外部由铝形成，内部由隔热材料形成，以最小化从集热器内部到铝框架的热损耗。

顶部面板104是透明的，以允许太阳辐射穿过，并加热下面的空间。可通过例如低铁、超清棱晶玻璃等玻璃的选择来实现太阳能获取。由于面板104上的任何污垢都可能影响其透明度，且因此影响能够被集热器吸收的太阳能的量，因此面板104能够被打开，因此其可在需要时被周期性地清理。提供侧壁102与顶部面板104之间的密封件107，以确保外壳101内部是气密密封的。所述密封件可由例如EPDM橡胶等隔热材料制成。在本发明的其它实施方案中，外壳101可能够以其它方式打开，例如通过打开外壳的端部中的一个，使得有可能容易地接近通道内部。在本发明的其中集热器集成到建筑结构中的实施方案中，外壳可能够从建筑内部打开，以便于接近。举例来说，集成到屋顶中的集热器可能够被从屋顶空区接近和服务。

内部外壳101为多个管110，其界定空气可流经的通道。管110彼此邻近布置，且在所示的实施方案中，是平行的且位于同一平面内。其它实施方案中的管可不同地布置，例如来界定曲线或扇形平放布置，如适合建筑上的安装位置可能需要。在管110与顶部面板104之间的是空间111。空间111中的空气吸收穿过面板104的太阳能，并加热。

所述管是由导热材料制成，例如铝(其具有高传输能力)，使得流经管110的空气与空间111中的空气热连通，且热能能够在期间传递。举例来说，空间111中的被太阳加热的空气的热量可传到经过管材料，来加热管中的空气。通道壁厚度也在去往/来自通道内的介质的热传递的效率中起作用。可使壁厚度保持最小，理想的是小于1.6mm，在制造工艺、材料类型和结构强度所控制的必要折衷内。

管110可通过合适的连接机构，例如通过管侧面的互锁部件连接在一起。在本发明的一个实施方案中，邻近管被配置来通过将一个管侧面上的阳部件滑入邻近管侧面中的阴部件中而结合在一起。或者，所述管可钩在一起，或用粘合剂来接合。着有助于加强和对准管阵列。在一个实施方案中，可通过将两片波纹铁紧固或接合在一起(相对的谷部形成通道)来形成管阵列的低成本版本。

由于管110的弯曲上部形状，管阵列的上表面是波纹状的。这给予所述管较大的上表面积，从而增加所述管直接吸收的太阳能的量，因此增加流经所述管的空气的加热量。管110的弯曲上表面使太阳能集热器能够对准，以最大化太阳能垂直入射在所述管上的时间量。如果管110是暗色且具有无光泽的粗糙表面处理，那么太阳能吸收也可增加。

在管110的下面定位用于与上部空气通道110交换热能的装置。在一个实施方案中，热量交换装置包括用于从集热器100安装在其上的建筑回收热量的装置。在图1到图7的实施方案中，外壳界定另一空气空间115。由于管110的导热性，空气空间115也与管110内部的通道中的空气热连通。热量可因此在空气空间115与通道之间传递。在本发明的其它实施方案中，空间115可包括第二系列的通道，其各自与管110中的通道中的一个或多个热连通。

对角部件114接纳管110，并将其支撑在外壳的基座上方的适当位置处，以界定空气空间115。

外壳101的基座包括若干开口或管道112、113、116和117，其中两个开口接近集热器的一端，且两个开口接近另一端。每一端处一个开口，在所示实施方案中，开口112和113流体连接到管110，以允许空气退出和进入外壳(取决于流动方向)，且经过管110。每一端处一个开口，在所示的实施方案中，开口116和117，流体连接到管110下面的空间115，且允许空气退出或进入外壳(取决于流动方向)，且大体上在集热器100的纵向方向上(即，平行于管110的方向)经过空间115。开口116和117对角地越过彼此的定位也在垂直方向上形成气流分量，这可另外辅助集热器的上部区与下部区之间的热传递。图8在集热器100的截面剖面图中示出气流方向。

使用对角部件114来将外壳的内部分为流体上分开的部分，使得管110和空间115虽然热连通，但未流体连接。对角部件114被定位成在集热器的每一段处的开口之间经过，即一个对角部件在开口112与开口116之间经过，且另一对角部件在开口113与开口117之间经过。举例来说，进入开口112的空气北对角部件114阻塞而无法进入空间115，而是向上流入管110的端开口中，并穿过其中的通道。进入开口116的空气被对角部件114阻塞而无法向上移动到管110中，而是沿空间115流动，并从开口117流出。对角部件114优选由低导热性的材料构成以减少不想要的向集热器外部的热损耗，例如塑料、玻璃或乳胶。

开口116和117可定位成彼此对角越过，以促进空气在集热器的整个宽度上的流动，从而增加管110与空间115之间的热传递的量。在一些实施方案中，越过空间115放置挡板，其鼓励空气越过集热器的宽度而支出。

在一些实施方案中，空间115的下表面，即基座103的与空间115交互的上表面，可为波纹状的。所述波纹可与管110底部上的波纹垂直对准。Gao等人的研究(Gao W、Lin W、Liu T、Xia C，对交叉波纹和平板太阳能空气加热器的热性能的分析和实验研究。应用能源2007:84:425-41)已显示具有此设置的卓越热性能。然而，空间115的下表面上的波纹也可与管110底部的波纹对准。在此实施方案中，气流将越过这两种波纹，且热量将有效地传递。此布置也可使集热器内部的清理较容易。

此研究以及其它研究已指示，太阳能加热器的波纹顶部使热性能增加至多达11％。在一些实施方案中，顶板104的上表面可因此为波纹状的，由透明材料或不透明材料制成。

虽然在本发明的不同实施方案中，集热器以及其中的流体流通道的长度可不同，但一些实施方案利用一些最近研究的发现，所述研究已发现在具有1.5m到2.5m，或小于3m的通道长度的太阳能空气加热器中获得较高效率。

集热器100的基座103可包括隔热区118。基座103底部的安装装置119使集热器100能够安装在所要位置中，例如在建筑的屋顶上。或者，集热器可能够垂直安装在墙上。

湍流结构

管110具有形状或配置来增加其内部的气流的湍流，或它们包括具有此效应的结构。在图1到图7中示出的本发明的实施方案中，两个机构增加湍流，如现在将描述。在其它实施方案中，可仅适用一个此类机构，且在其它实施方案中，可存在其它用于形成湍流的装置。

管110内部定位着螺旋形鳍片120，其沿通道的纵向方向延伸。湍流由从内部通道比突出以形成单向流的鳍片引起，所述单向流在围绕通道壁的内部螺旋时，吸收或释放热量。螺丝锥型叶片可不与通道一样长；较短的鳍片仍将引起空气中的旋转。通道和鳍片的圆对称性以促进热量去往管110的上方和下方/从管110的上方和下方的同等传递的方式形成空气的湍流混合。

鳍片120可为能够插入管110中和从管110去除的单独组件。这允许其在需要时容易清理。在一些实施方案中，集热器外壳的一端可能够打开，使得螺旋形鳍片可容易被取出来进行清理目的，且通道也可容易清理。单独的组件也可实现制造的容易性，因为管和螺旋形的鳍片可分开制作。

在管110的内表面上是小突起121，其沿管110的长度纵向铺设。这些进一步促进了管中的空气湍流。也可使用其它结构，例如锯齿状突起，或使用任何其它方式来使通道内部的表面粗糙。连同螺旋形鳍片120一起，这些突起增加了管中的流体湍流。

增加的湍流已知用来增加传递到流体介质中或从流体介质中传递出来的热量的量。管110内部的湍流促进结构因此增加了管110与空间111之间以及管110与空间115之间的热传递。增加的热传递增加了系统的效率，不管是用于加热还是降温通风、回收还是诱捕热量。从集热器出来向外部的热损耗，例如通过从前面板的再辐射，也因集热器内的热量的快速传递而减少。

用于增加根据本发明的集热器的气流通道中的气流的湍流的装置以实质上不阻碍气流穿过通道的方式来这样做可为优选的。通过最低限度地阻碍气流，气流穿过管110的速率得以最大化，从而增加在给定时间周期内能够被加热或降温的空气的体积。

可应用流体力学理论来确定用来增加热传递的通道的大小和数目。举例来说，可使用Reynold数字的计算来确定用于高效湍流热传递的通道的优选直径和数目。在一个此类计算中，11个通道(各自直径为65mm，流率为700m³/h)给出Reynold数字22,083。Reynold数字4000被认为是湍流的下限，因此含有具有高于此数字的Reynold数字的流的管可为合意的。

屋顶集成集热器

在本发明的一个实施方案中，集热器集成到建筑结构中。举例来说，代替于集热器安装在屋顶上，集热器集成到屋顶本身中。举例来说，在具有波纹状铁或钢屋面的房子上，集热器的顶部面板可由集成到屋顶中的波纹状材料的透明面板形成。这在美学上可能更吸引人，且最小化太阳能集热器的空间影响。

在另一实施方案中，可通过使用波纹屋面的一部分来界定集热器中的气流通道的上部分，屋面的另一部分固定在下面以形成气流通道的下部分，来将集热器集成到建筑中。可使用表面贴装的透明顶部面板来界定通道上方的密封空气空间，以界定热量吸收空间，如在先前所描述的实施方案中，来增加热量吸收和效率。为了使此实施方案中的通道阵列防风雨，可将所述透明顶部面板在顶端藏进凸起脊状结构中，并在边缘周围用侧面的波纹状屋檐填充物和其它填充物来支撑和密封。或者，可将透明结构向上安装，并超过屋脊。

在另一实施方案中，集热器可能够定位在顶部排气的屋顶窗户下。现有建筑特征的此使用可有助于降低安装成本，并且节约空间。

太阳能空气加热和降温系统

图9是根据本发明一个实施方案的用于建筑801的太阳能空气加热和降温系统800的示意图。建筑801具有内部804，以及界定屋顶空间805的屋顶803。

系统800包括集热器802，其在成角度位置中安装在屋顶803之上，所述位置通常为面向太阳的位置，使得集热器的一端高于另一端。集热器802包括一个或多个上部空气通道806以及一个或多个下部空气通道807，其彼此未流体连通。所述上部和下部空气通道优选彼此平行，且定向成使得通道的一端高于另一端。上部空气通道807接收太阳能，其加热所述通道中的空气。下部空气通道807定位在上部空气通道806下方，且因此被上部空气通道遮蔽而不接受太阳辐射。集热器802被配置成使得下部空气通道807与上部空气通道806热连通，即热能可在穿过两个通道或通道集合的空气之间传递。

上部通道和下部通道两者的上端和下端连接到开口，空气可流经所述开口以进入或退出所述通道。

集热器802可为上文参考图1到图7所述类型的集热器。在本发明的另一实施方案中，集热器可集成或嵌入到屋顶中。

上部通道和下部通道的端部中的开口连接到一系列导管，其形成图9中所示的系统800。现在将描述示例性系统800的导管连接，但熟练受众将清楚，在本发明的其它实施方案中，可使用导管连接的其它配置，其维持导管之间的流体连接，即使连接的位置在实施方案之间不同也是如此。

连接到上部空气通道806的上开口的是排气导管810和内部空气导管811在图9中所示的实施方案中，排气导管810和内部空气导管811经由导管结合点流体连接到中间导管812，但在其它实施方案中，可不存在中间导管。排气导管810向外部空气或大气开放，例如通过罩813，其可用来减少沿排气导管810的回流。内部导管811的另一端经由开口814流体连接到建筑内部。风扇815，或任何其它用于驱动流体的装置，被定位成在建筑内部的方向上沿导管811驱动空气。成风门819和820的形式的流量控制装置可操作来分别选择性地阻塞排气导管810和内部空气导管811。下文将进一步阐释风门的操作。或者可使用能够阻塞或控制流体经过导管的流动的其它装置。

连接到上部空气通道806的下开口的是空气进入导管816，以及优选地，另一内部空气导管817空气进入导管816和内部空气导管817两者可经由导管结合点流体连接到中间导管818，如图9中所示。进入导管816流体连接到外部空气，例如经由建筑801的拱腹中的开口821。内部导管817可经由开口822流体连接到建筑内部804。开口822和814可位于建筑801的不同部分中，例如不同房间中。在替代实施方案中，开口822和814可为同一开口。流量控制装置，再次优选呈风门823和824的形式，可操作来分别选择性地阻塞沿内部空气导管817和进入导管816的气流。

集热器802的下部空气通道807的上端经由开口825和内部空气导管826流体连接到建筑内部804。风扇827或其它空气驱动装置能够在集热器802的方向上沿导管826驱动空气。下部空气通道807的下端流体连接到排气导管828，排气导管828连接到外部空气。在图9中所示的实施方案中，排气导管828包括位于集热器802下侧的开口。

空气导管829可流体连接内部空气导管811和内部空气导管817。

太阳能空气加热和降温系统的操作

现在将根据本发明的一个实施方案来描述图9的太阳能空气加热和降温系统800的操作。将描述若干操作模式。将理解，本发明其它实施方案的太阳能空气加热和降温系统可能够在任何一个或多个所描述模式下操作，且本发明不一定限于可在所有模式下操作的系统。

图10是在“冬季太阳能加热”模式下操作的系统的图。系统的模式将仅出于方便而以此方式命名。所述名称不限制本发明，以及其使用方式。在“冬季太阳能加热”模式下，风扇815接通，而风扇827断开。风门820和824是打开的(即，其允许空气经过)，而风门819和823是闭合的。风扇815用于汲取外部空气穿过进入导管816且穿过集热器802的上部通道806。入射在集热器802上的太阳辐射致使空气在穿过集热器时被加热。风扇接着驱动空气穿过导管811和829及其相应的开口到建筑内部804中。

在此模式下，系统800充当正压加热/通风(PPV)系统，将被太阳能加热的空气驱动到建筑内部中。这优于许多现有PPV系统，在现有的PPV系统中，屋顶空间中的温暖的浑浊空气被驱动到建筑内部中，因为这些系统遭受来自屋顶空间中的大火的烟被驱动到内部中的风险。在本发明的系统中，仅新鲜的外部空气被驱动到内部。

图11是在“冬季回收热量”模式下操作的系统的图。在此模式下，风扇815和827两者均接通。风门820和824是打开的，而风门819和823是闭合的。以与图10中所示的“冬季太阳能加热”模式相同的方式，风扇815从外部汲取新鲜空气穿过集热器802，在集热器802中，所述空气被太阳加热(在太阳能可用的情况下)，并在内部被驱动。另外，来自建筑内部804的经预加热的空气通过风扇827被汲取到内部导管826。此空气被驱动穿过集热器的下部通道807，在此，其热量被传递给穿过集热器的上部通道806的新鲜空气。

在此模式下，系统800充当压力平衡式通风系统。穿过集热器的经预热空气中的热量增加了集热器的上部通道中的新鲜空气的加热，从而减少了来自建筑内部804的热能损耗。在此模式下操作，所述系统能够保存建筑中的热量，同时仍提供新鲜空气通风，即使阳光不灿烂也是如此。

图12是在“夏季太阳能降温”模式下操作的系统800的图。在此模式下，风扇815和827两者均断开。风门819和823是打开的，而风门820和824是闭合的。太阳加热集热器802的上部通道806中的空气。这导致空气变暖并上升，汲取空气向上穿过所述系统。建筑内部804中的空气被汲取向上穿过导管811和817，穿过集热器的上部通道806，并穿过排气导管810和罩813到达外部空气。此模式以太阳能烟囱的方式利用被动太阳能加热，来将温暖空气汲取到建筑内部之外，从而形成负压。这导致新鲜的、凉爽空气被汲取到建筑中(例如通过窗户和门)，从而致使所述建筑变凉且通风。

然而，本发明并不依靠来自建筑内的细流通风。现代建筑越来越好地隔离，且当封闭时，不允许外部空气穿透。当是这种情况时，风门824可打开，从而允许太阳能空气加热器用外部新鲜空气来降温。空气将逃出所述系统，例如经由罩813，构建到屋顶窗户顶部或某一类型的屋脊盖下的管道中的排气口。从另一来源汲取空气的选择可不仅有助于在太阳能集热器缺乏来自住处内部的空气时使太阳能集热器降温，而且允许建筑中的其它降温手段继续(例如，热泵)。

图13是在“夏季加热器降温”模式下操作的系统800的图。在此模式下，风扇815和827两者是断开的。风门819和824是打开的，而风门820和823是闭合的。太阳加热集热器802的上部通道806中的空气。这导致空气变暖并上升，汲取空气向上穿过所述系统。新鲜的外部空气被汲取向上穿过进入导管816，穿过集热器的上部通道806，并穿过排气导管810和罩813到达外部空气。此模式再次以太阳能烟囱的方式利用被动太阳能加热，但此时通过集热器汲取凉爽的新鲜空气。此模式可对使太阳能空气加热器降温有用，尤其在房子没人住且系统不在全面操作的情况下有用。如果例如光伏电池等其它组件结合太阳能空气加热系统一起使用，且需要防止那些组件过热，那么太阳能空气加热器的降温可为需要的。

图14是在“夏季非太阳能降温”模式下操作的系统800的图。在此模式下，风扇815和827两者是接通的。风门820和824是打开的，而风门819和823是闭合的。风扇815通过导管816和集热器802中的上部通道806从外部汲取新鲜空气，并通过导管811和829汲取到建筑内部804中。同时，风扇827将建筑内部804中经预降温的浑浊空气汲取到导管826中，且穿过集热器802的下部通道807。外部空气的热量在集热器802(其也充当热交换器)传递给下部通道中的预降温的空气，从而使被推入建筑内部中的外部空气降温。处于此模式的系统的作用是通过使用与现有的预降温空气的热量差使引入的新鲜空气降温，来使建筑内部降温。

系统800可通过任何合适手段在上述模式中的一个或多个之间切换。在优选实施方案中，所述系统可操作来基于感测到的条件在模式之间自动切换，以便实现所要的加热或降温效果。熟练的受众在阅读以上描述后将明白可使用温度传感器、可由用户编程来设定一个或多个所要建筑内部温度的控制，以及风扇和风门控制器来实现此目的的方式。

在本发明的一个实施方案中，所述系统如下操作，且包括：温度传感器，其定位在建筑内部和外部以及所述导管的一个或多个中；以及控制器，其接收来自温度传感器的温度度数、所要的温度设定，且被编程来相应地控制所述系统。除非在内部温度比外部温度冷，且需要降温时，或在内部温度比经太阳能加热的温度暖时，否则风扇827总是断开。除非在外部温度超过预定义的水平时，否则风扇815总是接通的。当这种情况发生时，风扇815断开，且风门819被打开，以允许空气经由排气导管810逃逸。

所述系统还可包括位于导管中和/或建筑内部中和/或建筑外部的一个或多个压力传感器。所述压力传感器可与系统控制器通信，使得所述控制器可致使所述系统基于在系统中或接近系统感测到的压力(例如，所述压力是否达到或超过压力阈值)而在模式之间切换。所述压力阈值可相对于系统内的其它压力，而不是绝对阈值。

在一些实施方案中，所述控制器可包括时钟或定时器，其可操作所述系统以基于日时在模式之间切换。在一些实施方案中，所述系统可包括用于检测入射在太阳能集热器上的日光的量的装置，使得所述系统可相应地在模式之间切换。

风门可使用任何适当机构来操作。在一个实施方案中，风门823连接到压力传感器，使得其在空气经由门或窗(或其它空区)被吸入建筑内部804中并向上去往集热器802处的热源时打开。当其上不存在向上空气压力时(例如，如果房子的窗和门关闭)，风门823可闭合。当风门823打开时，风门824闭合，且反之亦然。风门823和824可连接到电动双转向分支。

当风扇815接通时，风门819闭合，且风门823也可闭合。所述系统可因此被配置来基于风扇的状态而操作风门。

为了实现进入建筑和从建筑出来的流的平衡，风门可为可操作来部分的打开或闭合。所述系统也可能够考虑来自建筑的穿过厨房和浴室等中的排风扇的空气的损耗。合适的气流传感器可定位在导管中来检测气流的速率，并与控制器通信，所述控制器能够相应地控制所述系统的操作。另外，所述风扇驱动空气穿过其相应导管的速率也可由所述控制器控制，以实现进入建筑中和从建筑出来的气流的平衡。

所述系统可包括过滤器，来将灰尘和其它颗粒从穿过所述系统的空气中去除。在一个实施方案中，一个过滤器定位在进入导管816中来对传入的空气进行过滤，且另一过滤器定位在内部导管826中，来对来自建筑内部的传入的浑浊空气进行过滤。过滤器还可存在来在夏季模式下过滤去往集热器802的被动向上气流。优选的是，所述滤波器将不实际上限制空气的流动，而是用来使集热器802保持干净。举例来说，所述过滤器可定位在天花板管道814和822中。

图9到图14中示意性地示出根据本发明的系统的一个实施方案。将了解，可在其它实施方案中使用此布局和配置的变化。举例来说，可使用额外的进入、排气和内部导管，如可使用额外的风扇、风门和控制器。或者，图9到图14中所描述的实施方案的风扇或风门在一些系统中可不存在。

将了解，例如在参考图1到图7所述的实施方案中，太阳能集热器/热交换器802的设计增加了图9到图14的太阳能空气加热和降温系统的有效性和效率。

本发明的替代实施方案

在本发明的一个替代实施方案中，例如加拿大专利第1082544号中所描述的蜂窝结构可用来将热量诱捕在集热器的上部通道与顶部面板之间。然而，虽然使用蜂窝结构来减轻再辐射和自然对流的问题在一些安装中可能有用，但在其它安装中，集热器的顶部面板和其它组件的额外积垢可能不是合意的。

在本发明的一个实施方案中，太阳能空气降温系统配置有足以使其仅在上文所述的“夏季太阳能降温”或“太阳能烟囱”模式下操作的组件。这可在热带地区有用，以使用被动通风和自然热对流来使建筑降温。可使用单向风门，其对对流气流的向上压力敏感，所述向上压力的存在致使其打开。当系统关闭时，另一风门将打开，从而允许集热器使外部新鲜空气降温。

在本发明的一些实施方案中，用于与上部通道交换热能的装置包括用于储存太阳能热能的装置。在优选实施方案中，用于储存热能的装置定位成与集热器的下部空气通道热连通。在一个实施方案中，相变材料(PCM)层定位在集热器中，在下部空气通道下方。PCM可储存热能，从而使其能够以后在需要时释放。

在一个研究中发现，PCM在下午4点之后的三个小时时间内，使热能有明显的升高。PCT公开第WO 85/00212号描述一种被设计来储存PCM的平板、单向太阳能空气加热器。本发明中的PCM不仅储存和释放来自太阳能量的热量，而且也储存和释放由回收的空气升高的热量。将存在PCM需要降温以便凝固和释放热量的时间，例如在下午晚些时候/晚上，以实现热能的升高。在此情况下，定时器将关掉用于回收的热量的风扇827，且PCM将被允许完全凝固，从而释放其热能。本发明内的PCM储存容量对于太阳能烟囱功能也非常有用。当太阳能空气加热器在晚上冷却下来时，其将接着释放热能，这将延长建筑中的向上抽吸，且从而延长太阳能烟囱功能的降温时间。这将允许建筑在晚上完全冷却下来。

在一些情况下，对表面贴装太阳能空气集热器的高度可能存在垂直限制。在此类情况下，可能不存在用于下部空气通道和PCM层的空间。代替地，下层将用于热量回收(且因此收纳下部空气通道)，或用于经由PCM储存热量。除高度限制之外的其它原因也可推动集热器层的不同配置。在后者情况下，两个进入和退出开口可封闭且隔热，或所述开口可不存在。这些开口的各种循序排列是可能的。举例来说，在高度为25/30mmm的950mm x 1800mm通道中，储存具有大约1200Wh的最大储能容量的PCM的大约12mm x 450mm x 300mm的CSM面板将是可能的。这将在PCM开始凝固的冬季下午晚些时候/晚上提供有益热量，或在夏季的晚上，在“太阳能烟囱”操作的情况下，提供降温。

在本发明的其它实施方案中所述系统可与能够利用太阳能的其它系统组合。举例来说，光伏(PV)电池阵列或模块可安装为根据本发明的太阳能加热/降温系统的部分，或与根据本发明的太阳能加热/降温系统组合。举例来说，在集热器的顶部面板上可安装PV电池阵列。可尤其有利地使用新的透明PV电池。在本发明的建筑集成版本中，集热器可直接定位在所述PV电池下面。增加PV容量可抵消所述系统(例如，为风扇供电)的运转成本和温室占地面积。以此方式来组合太阳能空气加热器与PV电池也减少了太阳能装置在建筑上的物理占地面积。

如果足够流量的气流经由太阳能空气加热/降温系统排到排气导管，那么存在使用风能发电机来将此空气流的能量用来发电的可能性。透明墙壁下的优选通道矩阵当然可放大，来形成可应用于商业建筑的较大区域(倾斜或垂直)，例如除利用“烟囱效应”中的风能来发电之外，还用于通风。

除非上下文清楚地要求，否则在整个描述和所附权利要求中，词语“包括”和类似词语将在包括性意义而不是排它性或详尽意义上来解释，也就是说，在“包括但不限于”的意义上来解释。

上文和下文所陈述的所有申请、专利和公开(如果有的话)的全部公开内容以引用的方式并入本文中。

本说明书中对任何现有技术的参考不会且不应被视为对现有技术形成世界上任何国家的努力领域中的公知常识的一部分的承认或任何形式的暗示。

本发明也可广泛地包括本申请的说明书中所涉及或指示的零件、元件和特征，个别地或共同地，以所述零件、元件或特征中的两个或多个的任一或所有组合的形式。

虽然在前面的描述中，已参考了具有其已知均等物的整数或分量，但那些整数就像被个别陈述那样并入本文中。

应注意，本领域的技术人员将明白对本文所描述的目前优选实施方案的各种改变和修改。可在不脱离本发明的精神和范围的情况下，且在不减少其伴随优势的情况下，进行这样的改变和修改。因此，希望此类改变和修改包括在本发明内。

Claims (26)

1.一种用于通风系统中的太阳能集热器，所述集热器包括：

多个空气通道；

顶部面板，其定位在所述空气通道上方，以界定太阳能吸收空间，所述空气通道与所述太阳能吸收空间热连通；以及

用于在所述空气通道内部形成气流的湍流、而不实质上阻碍空气沿所述空气通道的流动的装置，用于形成湍流的所述装置包括在纵向方向上沿每一通道延伸的螺旋形鳍片，并且包括在所述通道的内表面上的一个或多个突起，所述一个或多个突起沿着所述通道的长度纵向延伸。

2.如权利要求1所述的太阳能集热器，其中所述螺旋形鳍片以可移动方式安装在所述通道内部。

3.如权利要求1到2中任一项所述的太阳能集热器，其中所述集热器包括定位在所述空气通道下面并与之热连通的用于与所述多个空气通道交换热能的装置。

4.如权利要求1到2中任一项所述的太阳能集热器，其中所述多个空气通道包括布置成邻近排列的多个上部空气通道，所述太阳能吸收空间位于所述顶部面板与所述上部空气通道之间。

5.如权利要求4所述的太阳能集热器，其中所述集热器包括界定被定位在所述多个上部空气通道下的空腔的外壳，所述空腔被配置为存储或接收被配置为与所述上部空气通道中的空气交换热量的介质。

6.如权利要求5所述的太阳能集热器，其中所述空腔包括存储在所述空腔中的相变材料。

7.如权利要求4所述的太阳能集热器，其中所述集热器包括定位在所述空气通道下面并与之热连通的用于与所述多个空气通道交换热能的装置，且其中用于交换热能的所述装置包括至少一个下部空气通道，其中所述上部空气通道和下部空气通道被配置来从不同来源接收空气，且未流体连接。

8.如权利要求7所述的太阳能集热器，其中所述上部空气通道和下部空气通道被配置来在相对方向上引导空气。

9.如权利要求7到8中任一项所述的太阳能集热器，其中所述太阳能集热器包括密封外壳，其中含有所述上部空气通道和下部空气通道，所述外壳的上表面包括所述顶部面板。

10.如权利要求9所述的太阳能集热器，其中所述顶部面板、所述外壳的一个或多个侧壁以及所述上部空气通道的上表面界定所述太阳能吸收空间。

11.如权利要求10所述的太阳能集热器，其中所述外壳包括所述外壳的所述顶部面板与所述外壳的所述一个或多个侧壁中的一个之间的一个或多个密封件，其中所述密封件被配置来允许所述外壳的所述顶部面板打开。

12.如权利要求10到11中任一项所述的太阳能集热器，其中所述外壳包括隔热装置，其被配置来将热量诱捕在所述外壳中。

13.如权利要求5到8中任一项所述的太阳能集热器，其中所述太阳能集热器包括一个或多个管，每一管界定所述上部空气通道中的一个。

14.如权利要求13所述的太阳能集热器，其中所述一个或多个管包括用于将邻近管连接在一起的连接装置。

15.一种用于建筑的太阳能空气通风系统，所述系统包括：

太阳能集热器，其包括：

一个或多个上部空气通道，其定位成接收入射太阳能；以及

用于在所述上部空气通道内部形成气流的湍流、而不实质上阻碍空气沿所述上部空气通道的流动的装置，用于形成湍流的所述装置包括在纵向方向上沿每一通道延伸的螺旋形鳍片，并且包括在所述通道的内表面上的一个或多个突起，所述一个或多个突起沿着所述通道的长度纵向延伸；

多个空气导管，其将所述上部空气通道的上端和/或下端流体连接到外部空气和/或建筑内部，包括：

第一排气导管，其将所述上部空气通道的上端流体连接到外部空气；

第一内部空气导管，其将所述上部空气通道的上端与建筑内部流体连接；以及

空气进入导管，其将所述上部空气通道的下端与所述外部空气流体连接；

用于驱动空气朝建筑物内部穿过所述第一内部空气导管的装置；

第一流量控制装置，其被配置来选择性地阻塞所述第一排气导管；以及

第二流量控制装置，其被配置来选择性地阻塞所述第一内部空气导管，

其中当所述第二流量控制装置打开时，所述第一流量控制装置是闭合的，且当所述第一流量控制装置打开时，所述第二流量控制装置是闭合的。

16.如权利要求15所述的太阳能空气通风系统，其中所述螺旋形鳍片以可移动方式安装在所述通道内部。

17.一种用于使建筑通风的太阳能通风系统，其包括：

太阳能集热器，其包括：

空气通道，其具有下端和上端；以及

用于在所述空气通道内部形成气流的湍流、而不实质上阻碍空气沿所述空气通道的流动的装置，用于形成湍流的所述装置包括在纵向方向上沿每一通道延伸的螺旋形鳍片，并且包括在所述通道的内表面上的一个或多个突起，所述一个或多个突起沿着所述通道的长度纵向延伸，

其中所述太阳能集热器被配置来接收太阳能，并加热流经所述空气通道的空气；

排气导管，其流体连接到集热器空气通道的上端；

第一空气进入导管，其将所述集热器空气通道的下端与建筑内部流体连接；

第二空气进入导管，其将所述集热器空气通道的下端流体连接到外部空气；以及

流量控制装置，其被配置来选择性地阻塞所述第一空气进入导管和第二空气进入导管到所述集热器空气通道的流体连接。

18.如权利要求17所述的太阳能通风系统，其中所述螺旋形鳍片以可移动方式安装在所述通道内部。

19.如权利要求17到18中任一项所述的太阳能通风系统，其中所述集热器空气通道的所述下端经由多个开口流体连接到所述建筑内部。

20.如权利要求17或18所述的太阳能通风系统，其中所述流量控制装置包括定位在所述第一和第二空气进入导管与所述集热器空气通道之间的导管结合点中的风门。

21.如权利要求17到18中任一项所述的太阳能通风系统，其中所述通风系统包括切换装置，所述切换装置被配置来控制所述流量控制装置，以选择所述第一和第二空气进入导管中的一个到所述集热器空气通道的流体连接。

22.如权利要求21所述的太阳能通风系统，其中所述通风系统包括温度传感器，所述温度传感器被配置来在达到所述建筑内部的一个或多个阈值温度时，操作所述切换装置。

23.如权利要求22所述的太阳能通风系统，其中所述切换装置被配置来在所述建筑内部的温度下降到低于阈值温度时，阻塞所述第一空气进入导管。

24.如权利要求21所述的太阳能通风系统，其中所述系统包括一个或多个压力传感器，所述压力传感器被配置来与所述切换装置通信，以基于在所述导管和/或所述建筑内部检测到的一个或多个压力来控制所述流量控制装置。

25.如权利要求17到18中任一项所述的太阳能通风系统，其中所述太阳能通风系统还包括一个或多个光伏电池，其定位成与所述集热器空气通道热连通。

26.如权利要求17到18中任一项所述的太阳能通风系统，其中所述系统包括定位在所述排气导管中的风能发电机。