CN104912265A - 一种能充分利用太阳能和空气能的多功能屋顶系统 - Google Patents

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Abstract

一种能充分利用太阳能和空气能的多功能楼房屋顶系统,包括建筑顶层的水泥混凝土楼面及其四面墙体,楼面的钢结构支架;它是在所述楼面及其楼面的钢结构支架上安装有太阳能发电装置、太阳能热水装置和空气源热水制冷气设备;其中:所述太阳能发电装置是采用光伏薄膜组件,该光伏薄膜组件的背面附着有背胶,背胶上覆盖有隔离膜;所述太阳能热水装置采用平板太阳能热水器,由多块平板太阳能热水器平铺并固定在钢结构架上形成覆盖在楼面屋顶;所述屋顶能防风遮雨隔热;所述空气源热水制冷气设备包括主机及其配用的多套水箱。该系统适合各种住宅尤其是农村住宅的房顶使用,可提供热水,采暖,发电储电和送冷气服务。

Description

一种能充分利用太阳能和空气能的多功能屋顶系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种利用建筑屋顶的新能源技术领域,具体说是一种能充分利用太阳能和空气能的多功能楼房屋顶系统。
背景技术
[0002] 几千年来,国内外建筑屋顶一般都是用砖、瓦和木材等传统材料建成。这种屋顶只能起到挡风、遮雨和遮阳的作用。近些年来,随着新能源技术的发展,人们在屋顶的基础上架起了单个的太阳能热水设备、空气能热水设备或者光伏发电设施,这些仅是单一新能源技术屋顶利用方式。这种单一利用方式有如下缺陷:第一是性价比低;第二是与建筑外观不协调;第三是没有满足包括建筑开发商、物业管理方、和住户的急需,因为大多居住性建筑,一般只对热水、采暖、冷气、通风、遮阳挡雨有直接需求,而对发电只不过是间接需求;第四是没有直接做成屋面屋顶,从而增加建筑的有效使用面积和空间,减少新能源的综合使用成本;第五是没有将现在几种成熟的新能源技术集合在屋面屋顶上。如何进一步减少新能源使用的单位成本,最大程度满足建筑物所有者、使用者的多种需求及其经济利益,是广大房屋建筑设计者或新能源设备制造者正努力研宄和刻苦攻关的课题。
发明内容
[0003] 为克服现有新能源设备在房顶应用时功能单一、不能遮风防雨、又不能充分发挥等上述缺陷,本发明的目的是提供一种能充分利用太阳能和空气能的多功能楼房屋顶系统,充分利用楼房屋顶和新能源设备的优点,实现整栋楼房中央集成热水采暖、冷气通风、发电、遮阳挡雨多功能。
[0004] 为解决其技术问题,本发明人经过长时间的研宄和多次试验,终于设计出一种能充分利用太阳能、空气能的多功能楼房屋顶系统。设计出的这种楼房屋顶系统,包括建筑顶层的水泥混凝土楼面,构成四面墙及屋面的钢结构;它的特点是:
1、在所述楼面及其楼面的钢结构上安装有太阳能发电装置、太阳能热水装置和空气源热水制冷气设备;
其中:所述太阳能发电装置是采用光伏薄膜组件,该光伏薄膜组件的背面附着有背胶,背胶上覆盖有隔离膜,安装时,揭开隔离膜粘贴在屋面上,既减少了对建筑的压力,又方便了安装、维修屋面、检修太阳能平板及其管线;
其中:所述太阳能热水装置采用平板太阳能热水器,这种热水器能零下三十度工作,能耐用三十年,在各种室外条件下出色的工作,包括冰雹冲击、冰冻、暴晒等,能将热水温度控制在80摄氏度以下,减少管道及传感设备的损失和故障率,按年均热水使用成本计算是所有热水器中性价比最合理的,平板太阳能由钢化平板玻璃、铝合金边框和铜质热煤管道制成,故有平整、坚固的特点,为改造成屋顶构件提供了基础;
其中:所述空气源热水制冷气设备为本系统的辅助部件,该空气源热水制冷气设备包括主机及水箱若干套,所述水箱外圈通过增加强度并与屋面钢结构相连接,可增加屋面及本系统的抗风能力;同时它附带产生的冷气和风压可为楼道通风换气;
2、所述楼面是建筑顶层现成的平整水泥地面,地面上固定有钢结构架;该钢结构架朝向为向南或者向西倾斜,由地面所砌墙体高度控制,一般低的一面墙体1.5米,高的一面墙体5米,适宜的两板墙距离为12米,即商品房建筑主体宽度,屋面的钢结构上安装有若干并行排列的太阳能平板,两列太阳能平板之间有40cm的间距,该间距间铺贴有光伏薄膜发电组件,用以遮住两列之间的间距,做到防水防风,两列之间的光伏薄膜发电组件下方架设有线桥,用于平板换热光伏发电管路及电路的管线铺设;
3、所述太阳能平板的下端边框均设计成“7”字型型材,每块平板的热媒交换口均设计成长边开孔,用以防止雨水顺板而下,向下滴漏的现象发生,为保证大面积平板冬天产热水不冻住,可用防冻液做热媒,在水箱与平板之间循环传热;在钢构上连接有伸出的避雷针或避雷网,用以预防雷电袭击;
4、所述空气能热水器的主机风扇口与通风管相连,并且主机风扇可在不产热水时单独工作,由中央控制柜控制,在通风管路上设置有若干湿帘冷气机,利用水蒸发制冷原理,送部分冷气,湿帘冷气机的水由水箱供给;
5、所述水箱与所有太阳能平板通过温差控制循环原理进行热交换,使水箱水升温,循环管里是防冻液可在零下30度工作,在水箱里也有循环管。每个水箱可独立进冷水送热水,系统保证部分水箱优先加热,同时部分水箱起备用冷水、温热热水箱作用;为保证热水及时效果,每个单元楼梯口既有送热水管又有热水回水管,热水用户可与热水管、回水管对接使用热水,采用IC卡水控开关计量交费;
6、所述储电送电及市电转换装置,通过电缆与光伏膜发电组件连接,与建筑公共部分用电系统:包括路灯、景观灯、指示灯、监控等的连接并送电,通过双向电表与电网相连,多余电能输出到国家电网,楼面上的四面墙用光伏薄膜贴装在钢结构上,光伏薄膜用半透明膜。
[0005] 与现有技术相比,本发明有如下特点和进步:
1、能源充足、价格低廉:由于本系统采用光伏薄膜的太阳能发电技术,这种光伏薄膜无需安装支架,无需屋顶打孔,无风载要求,可弯曲,适用于多种屋顶,直接粘贴固定,能够与屋顶表面完美结合,该技术采用发电量多高效的铜铟镓砸电池储电,该电池转换效率最高可达16%,适用于多种光线条件,阴影影响小,可平铺覆盖安装在整个屋顶的载体上,无角度要求因此本发明的五个钢结构面都用此太阳能薄膜发电装置;因此单位成本小发电价格低廉。我国太阳能资源极为充沛,并且可供安装太阳能平板的建筑面积很多且不断增加,所以能源充足,发电热水建筑一体化后节能效果更加显著。据介绍,我国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和消费国,每年的总产量已经超过1500万平方米,产值超过200亿元,占全世界推广量的70%以上,每年以25%以上的速度递增;所以本发明可以大面积推广;
2、不产生污染,有利于保护生态环境:本发明不影响建筑结构、不影响城市美观、施工快捷(钢结构)无有害污染物产生,相对于传统的能源,如煤、石油等,它不会因为燃烧产生废气废渣,太阳能是一种清洁能源,工作时不产生废气和废渣,有利于用户的身体健康和保护生态环境;
3、用途广阔,市场需求大:太阳能热水器在我国有着广阔的市场需求,特别在城市和城镇大部分商品房还在使用天源气、煤气、电来热水。本发明单位热水成本很少,新旧商品房是巨大的市场,本发明可用于:
⑴、商业住宅楼房、大型酒店和单位员工宿舍及学生宿舍:提供所有住户二十四小时热水和热水取暖工程;提供所有楼道冷气通风和简单照明;提供紧急停电、停水替补供应;提供生活、运动、健身场所;创造其它商业价值;
⑵、利用其“全屋顶”特征用于需要热水的工厂厂房、公共建筑、商业游泳馆,提供热水,提供电力,提供建筑房顶;
⑶大面积应用于农村房顶:农村及村镇人口约占全国总人口的80 %,约3亿个家庭,是光热建筑要充分发掘的潜在市场,本发明可以很好应用在农村屋顶上,分摊建筑屋顶的成本,热水发电节能明显,本发明可提供足量热水,采暖、光伏发电储电驱动空气能热水送冷气;且光伏发电还可并入国家电网获取得经济效益。
附图说明
[0006] 图1是本发明的结构示意主视图,
图2是是本发明的结构示意左视图,
图3是图1的俯视剖面图。
[0007] 图中:1、楼面地板,2、7字型排水勾,3、太阳能平板,4、光伏薄膜发电组件,5、钢性结构架,6、储电送电及市电转换装置,7、中央控制柜,8、水箱,9、进冷水管,10、送热水管,
11、热水循环增压泵,12、回热水管,13、空气能主机,14、通风冷气管,15、温差循环泵,16、湿帘冷气机。
具体实施方式
[0008] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明:
参见附图,在楼房屋顶的楼面地板I上,固定有多个钢性结构架5,在该钢性结构架上平铺固定有多块太阳能平板3,每相邻两块太阳能平板3之间留有便于安装人员穿行的间距,每条间距上均粘贴有光伏薄膜发电组件4,组成完整的屋面覆盖在楼房屋顶的楼面地板I上;其中,所述钢性结构架的高度为一端高,另一端低,其朝向为向南或者向西倾斜,一般低的一端高度为1.5米,高的一端高度为5米;
所述两钢性结构架之间的距离为12米,与商品房建筑主体宽度相近,钢结构架上方安装的若干并行排列的太阳能平板3,两列太阳能平板之间的间距为40cm,该间距间铺贴有光伏薄膜发电组件4,用以遮住两列之间的间距,做到防水防风,两列之间的伏薄膜发电组件4下方架设有线桥,用于平板换热光伏发电管路及电路的管线铺设;
所述太阳能平板3的下端边框均设计成“7”字型排水勾2 (当屋面上的其中一列几个平板,上下两块平板完全拼接时,上一块平板的下边框型材沿型材上表面有长5厘米左右的延伸、宽度同平板宽度),每块平板的热媒交换口均设计成长边开孔,用以防止雨水顺板而下,向下滴漏的现象发生,为保证大面积平板冬天产热水不冻住,可用防冻液做热媒,用温差循环泵15在水箱8与太阳能平板3之间循环传热;在钢性结构架上还连接有伸出的避雷针或避雷网,用以预防雷电袭击;在所述完整屋面下方的楼面地板I上,安装有储电送电及市电转换装置6,中央控制柜7,多个水箱8,进冷水管9,送热水管10,回热水管12,空气能热水器主机13,通风冷气管14,热水循环增压泵11和湿帘冷气机16 ;
所述空气能热水器的主机13的风扇口与通风管相连,并且该主机的风扇可在不产热水时单独工作,由中央控制柜7控制,在通风管路上设置有若干湿帘冷气机16,利用水蒸发制冷原理,送部分冷气,湿帘冷气机的水通过管道由水箱8供给;
所述水箱8与所有太阳能平板3通过温差控制循环泵15进行热交换,使水箱水升温,循环管里是防冻液可在零下30度工作,在水箱里也有循环管。每个水箱通过进冷水管9和相应的电磁阀独立进冷水,通过送热水管10和相应的电磁阀、热水循环增压泵11独立向用户送热水,系统保证24小时供热水,部分水箱优先加热,同时部分水箱起备用冷水、温热水水箱作用;为保证热水一开就是热水的效果,每个单元楼梯口既有送热水管10又有热水回水管12,回水管上有温度探头和电磁阀、设定温度用温度控制回水电磁阀开关;热水用户可与热水管、回水管对接使用热水,若热水管较长如20米以上,可在室内采用专利号为201320438027.X的装置,保证热水效果,热水用户也可不接回水管;
所述储电送电及市电转换装置6,通过电缆与光伏膜发电组件4连接,与建筑公共部分用电系统:包括路灯、景观灯、指示灯、监控等连接并送电,通过双向电表与电网相连,多余电能输出到国家电网,楼面上的四面墙用光伏薄膜发电组件4贴装在钢结构上与储电送电及市电转换装置6通过电缆连接,光伏薄膜可用半透明膜。

Claims (5)

1.一种能充分利用太阳能和空气能的多功能楼房屋顶系统,包括建筑顶层的水泥混凝土楼面及其四面墙体,楼面的钢结构支架;其特征是:在所述楼面及其楼面的钢结构支架上安装有太阳能发电装置、太阳能热水装置和空气源热水制冷气设备;其中:所述太阳能发电装置是采用光伏薄膜组件,该光伏薄膜组件的背面附着有背胶,背胶上覆盖有隔离膜; 其中:所述太阳能热水装置采用平板太阳能热水器,该平板太阳能热水器由钢化平板玻璃、铝合金边框和铜质热煤管道制成,由多块平板太阳能热水器平铺并固定在钢结构架上形成覆盖在楼面屋顶; 其中:所述空气源热水制冷气设备为本系统的辅助部件,该空气源热水制冷气设备包括主机及其配用的多套水箱,该水箱的外壁通过固定板与屋面钢结构架相连接,以增加屋面及本系统的抗风能力;同时它附带产生的冷气和风压可为楼道通风换气。
2.根据权利要求1所述能充分利用太阳能和空气能的多功能楼房屋顶系统,其特征是:所述楼面是建筑顶层现成的平整水泥地面,该水泥地面上砌有多条砖块墙的钢结构支架;每条钢结构支架的朝向为向南或者向西倾斜,一般低的一端墙体为1.5米,高的一端墙体为5米,两条砖块墙之间的距离为12米,楼面的钢结构支架上安装有多块并行排列的平板太阳能热水器,两列平板太阳能热水器之间设有40cm的间距,该间上铺贴有光伏薄膜发电组件,用以遮住两列之间的间距和防水防风,在两列之间的伏薄膜发电组件下方架设有线桥和储电送电及市电转换装置,用于平板换热光伏发电管路及电路的管线铺设。
3.根据权利要求1或2所述能充分利用太阳能和空气能的多功能楼房屋顶系统,其特征是:所述平板太阳能热水器的下端边框均设计成“7”字型结构,每块平板太阳能热水器的热媒交换口均设计成长边开孔,用以防止发生雨水顺板向下滴漏,在平板太阳能热水器与水箱之间设有热水循环增压泵,以防止平板太阳能热水器冬天结冰冻坏;在钢构支架上还连接有避雷针或避雷网,用以预防雷电袭击。
4.根据权利要求1所述能充分利用太阳能和空气能的多功能楼房屋顶系统,其特征是:所述空气能热水器的主机风扇口与通风管相连,,且主机风扇可在不产热水时单独工作或由中央控制柜控制工作,在通风管路上设置有若干湿帘冷气机,利用水蒸发制冷原理送出部分冷气,所述湿帘冷气机的水由水箱供给。
5.所根据权利要求1所述能充分利用太阳能和空气能的多功能楼房屋顶系统,其特征是:所述水箱内设有循环管,该循环管内充有防冻液,循环管与所有平板太阳能热水器均通过温差控制循环泵进行热交换,使水箱水升温,使其可在零下30度工作;每栋楼房的每个单元楼梯口,均设有送热水管和热水回水管,热水用户可与热水管、回水管对接使用热水。
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