CN104947795A - 一种适用于野外的环境自适应模块化智能建筑系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于野外的环境自适应模块化智能建筑系统，其包括：模块化组建的建筑主体结构、组装房用整体卫浴、组装房用整体厨房、组装房用碳纤维电发热地暖板、太阳能光伏发电系统、风力发电系统、由太阳能光伏发电系统和风力发电系统组成的风光互补用电系统、屋顶雨水收集系统、FRP化粪池、无土栽培阳光蔬菜棚和降温水帘等组件。本发明所述的建筑系统可利用太阳能光伏进行发电、利用发电的能源进行夏天制冷、冬天取暖、利用大自然的水资源进行回收使用，是一种即可减少环境污染和材料浪费又可降低供电等成本的模块化可移动建筑系统。

Description

一种适用于野外的环境自适应模块化智能建筑系统

技术领域

本发明涉及一种适用于野外恶劣环境如营房、军营哨所等的环境自适应模块化智能建筑系统，更进一步，本发明尤其涉及一种可充分利用太阳能和现有环境资源(如水资源)以降低建筑运行成本、提高舒适性的模块化智能建筑系统。

背景技术

野外营房或军营哨所是现场作业和国防必备的实施，由于通常处于远离人群的荒郊野外，电网难以普及，需要专门的供电设备，以保证各种用电和用水，目前，野营房一般使用柴油机发电，耗油量大又污染环境，体积庞大，噪音高。同时，所需要的柴油、水资源等在某些极端交通不发达的地区，运输是一个非常耗时耗力的问题，运行成本高。

此外，如上所述，野营房或军营房由于作业或者国防的需要，很多时候必须要建在环境极端恶劣的雪山顶、大山山腰等交通非常不便的环境，因此野营房或军营房如果要遵循传统房屋的建造程序，势必要花费巨大的人力、物力和财力，效率低下，不符合节约社会的要求。

再者，野营房或军营房出于作业或者任务的变动，此类建筑物属于流动性强，可搬迁的建筑物，有可能随时需要迁移，一旦迁移则必须拆装和运输，如原有的建筑物不能跟随迁移，那么这些建成的建筑很可能会因为无人居住而遗弃，从而形成极大的浪费。

最后，考虑到野外的恶劣环境，一个好的野营房或军营房不仅要满足居住的基本要求，还应需要使人们在其中的居住舒适度，对室外环境、室内环境及其舒适度、以及生态环保性能等都应有较高的要求。而目前现有的野营房功能都比较单一，仅仅只能为人们提供一个休息的场所，在冬季和夏季居住在里面很不舒适，一些野营房夏天承受烈日暴晒而无基本的制冷条件，冬天寒潮侵袭而没有基本的保暖设施，而这些要求，都是传统的固定建筑不能满足的，鉴于此，一些可移动、可组装、可拆卸的模块化建筑逐渐出现，用于替代传统的固定建筑，可适用于野外野营房或军营房中。

申请号为201210183736.8的一篇专利公开了一种模块化集成房屋，其特征在于包括：地梁，通过连接型材形成一杠式结构；地板，由数个地板单元通过可拆卸连接于一体，其整体边缘搭设于所述地梁杠式结构内侧上部；墙面板，由数个墙面板单元通过可拆卸连接形成横、纵向墙面板，并在所述地梁转角位置上分别国设一立柱，所述横、纵向墙面板的侧面及底面对应可拆卸设于所述立柱及所述地梁上形成集成房屋的整体墙面，在所述墙面板上成型有门、窗；屋顶板，由数个屋顶板单元可拆卸连接形成，通过设于墙面板顶部的横、纵向收边及屋脊定位于集成房屋顶部，该屋顶板一端可拆卸连接于所述屋脊上，另一端通过所述横、纵向收边固定定位。该发明专利公开的模块化集成房屋具有工业化、规模化、工厂化的模块化集成特点，具有快速建设、二次拆卸组装方便、利于仓储运输、不需专业人员安装等优点。然而，这一类集成房屋未充分使用环境中的现有资源，仍存在居住不舒适、运行成本高等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于野外的环境自适应模块化智能建筑系统，更进一步，本发明的建筑可利用太阳能光伏进行发电、利用发电的能源进行夏天制冷、冬天取暖、利用大自然的水资源进行回收使用，是一种即可减少环境污染和材料浪费又可降低供电等成本的模块化可移动建筑系统。本发明所述的环境自适应模块化智能建筑系统，既可以用于野外恶劣环境中的野外营房或军营哨所，还可以用于矿山、铁路桥梁等野外施工的临时办公室、临时住房，建筑施工临时用房等，具有广泛的用途。

本发明所采用技术方案如下：

一种适用于野外的环境自适应模块化智能建筑系统，主要由模块化组建的建筑主体结构、组装房用整体卫浴、组装房用整体厨房、组装房用碳纤维电发热地暖板、太阳能光伏发电系统、风力发电系统、由太阳能光伏发电系统和风力发电系统组成的风光互补用电系统、智能化控制系统、屋顶雨水收集系统、FRP化粪池、无土栽培阳光蔬菜棚和降温水帘等组件组成。

其中上述模块化组建的建筑主体结构，主要包括：模块化建筑顶棚、模块化建筑墙板、模块化建筑底板、模块化框架组件和模块化门窗组件等组成而成。这些模块化的组件均可以作为标准模块由工厂流水线生产，具有易于组装、组装效率高的优点。

所述的模块化建筑顶棚从外到内分别由波纹彩钢板、顶棚增强层、顶棚保温层、平面彩钢板组合而成，所述的顶棚增强层选自玻璃棉增强层或玄武岩增强层的一种或多种，所述的顶棚保温层选自玻璃棉保温层、岩棉保温层或者玄武岩保温层的一种或多种；所述的模块化建筑墙板由从外到内分别由波纹彩钢板、墙板保温层和平面彩钢板组成，所述的墙板保温层选自玻璃棉保温层、岩棉保温层或者玄武岩保温层的一种或多种；所述的模块化建筑底板从外到内分别由波纹彩钢板、保温层、实木复合板、无机纤维-碳纤维电发热地暖板和PVC防火防水地板压制组装而成，所述的地板保温层选自玻璃棉保温层、岩棉保温层或者玄武岩保温层的一种或多种，所述的无机纤维-碳纤维电发热地暖板由玄武岩纤维保温板或者岩棉保温板和碳纤维电发热丝组装而成，所述的模块化框架组件由PVC框架组成；所述的模块化门窗组件由塑钢门窗或者纤维增强复合材料(FRP)制备的门窗组成。

特别地，FRP材料制品由于高强质轻，便于运输，导热系数低，有利于整个建筑体系的保温隔热，所以FRP材料在建筑中应用日益广泛，本发明还可以进一步优选使用玻璃钢板材制品替代本发明的彩钢板如波纹彩钢板和平面彩钢板等，更进一步，本发明所述的FRP复合材料中的纤维增强组分选自与玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维中的一种或多种，所述的树脂组分选择于不饱和树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种，更进一步，为了建筑的防火安全考虑，本发明所述的树脂优选自于阻燃树脂。

本发明所述的组装房用模块化整体卫浴包括模块底板、模块天花板、座便器、洗脸台、化妆镜、水嘴、毛巾架、浴巾架、浴帘、卷纸器、换气扇，柔光防水灯、平开门等组件组成，可以满足洗浴、入厕、洗漱、梳妆等所有功能，进一步本发明所述的整体卫浴还可使用隔断门将其隔断为由沐浴室和卫生间两部分组成的区域，使得淋浴区域和如厕区域达到干湿分离的目的。

本发明所述的整体厨房包括模块橱柜、抽油烟机、电发热灶具、消毒柜、电烤箱、水盆、抽屉拉篮等组件组成，所述的整体厨房，完全可满足传统厨房的一般功能。

本发明所述的组装房用碳纤维电发热地暖板至少由碳纤维导电加热线和无机纤维保温板组成，本发明使用的碳纤维导电加热线中所述的碳纤维是一种力学性能优异的新材料，密度约为1.75g/cm³，其抗拉强度、弹性模量高，抗蠕变，耐腐蚀，耐疲劳，耐高温性能性优越，热膨胀系数小，和树脂结合制备的树脂基碳纤维复合筋其纵向拉伸强度可达2000Mpa。此外，碳纤维还具有宝贵的电学、热学性能。碳纤维由于可导电作为发热体应用，可充分发挥材料的耐酸碱腐蚀，抗氧化，高稳定性，长寿命等特点，碳纤维发热体产品在300℃下普遍能够达到稳定工作100000小时的时间，并且发热过程中同时发热时不发光，其热转换率非常高，达到98％以上，电热转化效率比金属发热提高30％。所以，本发明所述的碳纤维电热线一种密度比铝小、比不锈钢还耐腐蚀的一种新型发热材料，具有比传统电热线无法比拟的优点，因此碳纤维电热线比起传统的金属电热线特别是铁或不锈钢电热线具有耐腐蚀、耐潮气和寿命长等特点。本发明所述的碳纤维导电加热线所选取的碳纤维规格型号、直径大小和电阻值可以根据实际的使用和施工需求选取，如可以选用3k、6k、12k、24k等不同规格的碳纤维。本发明导电加热复合筋不限制其所包含的碳纤维导电电加热线数量，可以是一束，也可以是数束。进一步，为了生产方便的需要，本发明优选的碳纤维导电加热线是一种已经在表面包覆绝缘层的碳纤维导电加热线，所述的绝缘层材料优先使用聚四氟乙烯、硅橡胶、聚氯乙烯或交联聚乙烯材料。本发明所述的碳纤维导电线可以是两端已经接好导电线接头的产品，其两端可通过导电线与电源相连接。本发明所用的导电加热线不限制其接入的电压值，可以是220V、110V或36V等，电流可以是交流电，也可以是直流电，和传统的电热线所用电流电压无异。本发明所述的无机纤维保温板选择于玄武岩纤维保温板、玻璃纤维保温板或岩棉保温板中的一种或多种，本发明所述的保温板，可以是完全以无机纤维通过压力压制或其它工艺处理得到的毡的形式或者板的形式，也可以适当添加少量(少于保温板总量的15％)的阻燃树脂如酚醛树脂经粘合而成的保温板。本发明所述的玄武岩纤维是以纯天然的火山岩(玄武岩等)为唯一的原料，在1450℃～1500℃的高温下，经过铂铑合金拉丝漏板拉制得到的纤维，玄武岩纤维被誉为21世纪的绿色环保新材料，可广泛应用于消防、环保、航空航天、军工、车船制造、工程塑料、建筑等军工和民用领域，具有良好的综合力学性能。

本发明所述的太阳能光伏发电系统由太阳能光伏电池组板、太阳能控制器、蓄电池组和可输出220V交流电的逆变器等组成。所述的太阳能光伏电池板的作用是将太阳的辐射能力转换为电能，然后电能直接或通过逆变器推动负载工作，也可以通过蓄电池存储起来。

所述的太阳能控制器用于控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。所述的蓄电池组铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池或锂电池中的一种或多种，用于在有光照时将太阳能光伏电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来；更进一步，本发明所述的蓄电池组应该使用高原地埋式防冻防水系统进行防冻保护，所述的高原地埋式防冻防水系统，包括蓄电池地埋坑、防水蓄电池罩、排气孔、和水泥盖等，所述的蓄电池地埋坑是在建筑内部或周围深挖的一个足够大的地下空间，用于容纳蓄电池，通过将蓄电池埋于地埋坑中，可以充分保护蓄电池免受冬天寒冷气温的影响，所需要的深度应充分考虑当地的气温条件，如在某些西北、西藏地区有冻土层，则应该在冻土层以下；所述的防水蓄电池罩用于保护蓄电池不受雨水的侵袭；所述的排气孔可以起到排气、防水和通线的作用，位于电池罩的最下部；所述的水泥盖则主要是起到密封和保温的效果。

在条件差的地方，如东北、西北、西藏等温度较低条件比较恶劣的地区，蓄电池和电池板受温度的影响较大：蓄电池要做好防冻和防高温防护，以防止蓄电池在冬天低温环境下因受冻而报废不能使用，本发明所述的逆变器是一种将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能的装置，如可以通过太阳能发出的电能的电压12V直流电源(DC)、24V DC、48V DC等转换成220V AC的电源用于供给电器提供电能。

本发明所述的风力发电系统是风能是由风轮叶片、发电机组件、电杆等组件组成，风能是和太阳能、水能一样的可再生资源，风能目前最有效的利用形式是通过风轮机将风能转化为机械能，拖动发电机发电。风力发电的原理是利用空气流动的动能作用在叶轮上推动叶片旋转，将动能转换成机械能，如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连就会带动发电机发出电来，进一步，本发明风力发电系统还可以再通过增速器将旋转的速度提高来促使发电机发电。

本发明所述的风光互补发电系统，是一套风力发电机和太阳光伏电池两种发电设备共同发电的应用系统，该系统可利用太阳能光伏电池、风力发电机(将交流电转化为直流电)将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处如降温水帘用电、水泵用电、地暖用电、厨房用电、日常用电等。

本发明所述的屋顶雨水收集系统包括固定在顶棚的雨水收集凹槽、雨水输送管、雨水过滤系统、大型雨水储槽罐、水泵和雨水高位槽。为了便于收集雨水，本发明所述的顶棚可以具有一定的坡度以将雨水导引到指定的集水凹槽，本发明所述的雨水输送管使用常用水管如PPR水管，本发明所述的雨水过滤系统是利用雨水重力流动的特点，将雨水中的垃圾物和水自动分离开来，从而得到更加干净的雨水，从而将其用于日常生活的非饮用水中，其中所述的雨水储槽罐和雨水高位槽等均是使用FRP制备的设备，具有良好的耐腐蚀性能，可以长期使用，与建筑同寿命。

本发明所述的无土栽培阳光蔬菜棚，由顶棚主体结构和大棚控温系统所组成，所述的顶棚主体结构是三面有保温玻璃组成的保温墙和可自动收缩卷取的保温罩组成，保温罩可在白天自动收卷，让蔬菜棚中的植物蔬菜可充分吸收阳光，晚上可以自动摊开，让蔬菜大棚形成相对密封的空间，从而起到保温的效果；所述的大棚控温系统，是通过在大棚内部地板铺装碳纤维电发热地暖板并且并配合智能控温系统来实现，所述的智能控温系统具有如下功能：当蔬菜大棚温度较低时启动电热地暖板加热，待加热到所设定温度后切换成小功率加热以维持蔬菜大棚在设定的温度中，通过大棚控温系统可以维持蔬菜大棚在一个设定的合适温度，保证冬天蔬菜的生长。阳光大棚内可以通过放置无土栽培架等设备栽种无土栽培蔬菜、瓜果、鲜花等，具有良好的生态调节功能。

本发明所述的降温水帘是由表面积很大的蜂窝状湿帘、风机、水循环系统、补水浮球阀、机壳及电器元件等装置组成，其工作原理是当风机运行时家用冷风机腔内产生负压、使机外空气通过吸水性很强的湿帘进入腔内，湿帘上的水在绝热状态下蒸发，带走大量潜热，净化、冷却的冷气被风机送入房间，通过不断对流，从而使房间达到制冷的效果，降温水帘降温主要利用水蒸发过程中水吸收空气中的热量，使空气温度下降的物理学原理，最终效果是可使空气中大量热量进行转化处理从而迫使进入室内的空气降低10-15℃，并不断的引入室内进行防暑降温。

更进一步，本发明所述的建筑系统中还可以在电路系统中添加智能控制系统，所述智能化控制系统主要包括：a)、智能插座模块，用于直接控制家电开关；b)、室内控制模块，用于接受远程控制指令，并集中控制室内家电；c)、远程网络控制模块，用于通过互联网远程控制家电开关；d)、远程子机控制模块，用于利用智能手机远程控制家电开关。通过智能手机的智能插座模块发出的指令依次通过远程网络控制模块、室内控制模块后到达家居内的智能插座模块，进而控制家电。智能控制系统提供了一种高效、易用、可靠的智能家居远程控制的手段，可精确掌握每个电器的用电情况，有利于建筑系统的节能精细化管理和使用。

本发明的有益效果：

1、本发明所述的适用于野外的环境自适应模块化智能建筑系统的房屋的主体部件均是模块化的组件组成而成，这些模块化的组件均可以作为标准模块由工厂流水线生产，包装运输方便，易于组装，还减少了了的施工程序和工艺，组装效率高的优点；

2、本发明所述的适用于野外的环境自适应模块化智能建筑系统，如附图2所示，充分利用自然资源中的太阳能和风能进行发电，利用发电的能源进行夏天制冷、冬天取暖、利用大自然的水资源进行回收使用、从而达到减少环境污染、降低供电成本的环保效果；

3、本发明中所述的使用的保温地暖板均是使用防火性能好、耐腐蚀、使用寿命长的材料制备，本发明所述的玄武岩纤维保温板中用的保温材料玄武岩纤维属于无机材料，具有防火保温的双重效果；而碳纤维作为导电发热材料效率高，达99％，具有优越的发热效率，同时，碳纤维、玄武岩纤维、等化学性能稳定，耐腐蚀性能良好，其使用寿命比不锈钢材料长得多，在恶劣的潮湿环境下可实现与建筑同寿命，特别适合在以外的恶劣环境下使用；

4、本发明所述的建筑中使用了屋顶雨水收集系统，如附图3所示，通过该系统可充分使用大自然中自然降落的水资源并加以充分利用，不使用新的能源，生态环保，适应了低碳的可持续发展要求；

5、本发明所述的无土栽培阳光蔬菜棚可以无土栽培蔬菜、瓜果、鲜花等，具有良好的生态调节功能。

附图说明

图1为本发明建筑系统的外观效果参考图，部位名称及所对应的标记为：1—风力发电系统，2—屋顶雨水收集系统，3—太阳能光伏发电系统，4—建筑主体结构，5—无土栽培阳光蔬菜棚，6—碳纤维电地暖板。

图2是本发明建筑系统的电路简图；

图3是本发明建筑系统的水路简图。

具体实施方式

下面通过结合附图结合具体实施例对本发明做进一步说明。

参照附图1、附图2和附图3，本发明建筑系统中，主要由模块化组建的建筑主体结构、组装房用整体卫浴、组装房用整体厨房、组装房用碳纤维电发热地暖板、太阳能光伏发电系统、风力发电系统、由太阳能光伏发电系统和风力发电系统组成的风光互补用电系统、智能化控制系统、屋顶雨水收集系统、FRP化粪池、无土栽培阳光蔬菜棚和降温水帘等组件组成。其中建筑主体结构由模块化建筑顶棚、模块化建筑墙板、模块化建筑底板、模块化框架组件和模块化门窗组件等部件组成，而建筑顶棚从外到内分别由波纹彩钢板、顶棚增强层、玄武岩纤维保温层平面彩钢板组合而成，模块化建筑底板从外到内分别由波纹彩钢板、地板保温层、实木复合板、无机纤维-碳纤维电发热地暖板和PVC防火防水地板压制组装而成，地板保温层选用玄武岩纤维保温层，无机纤维-碳纤维电发热地暖板由玄武岩纤维保温板和碳纤维电发热丝组装而成；作为另外一种优选方式，本发明中的彩钢板还可以完全采用FRP复合材料替代之；无土栽培阳光蔬菜棚是三面有保温玻璃组成的保温墙和可自动收缩卷取的保温罩组成；屋顶雨水收集系统包括固定在顶棚的雨水收集凹槽、雨水输送管、雨水过滤系统、大型雨水储槽罐、水泵和雨水高位槽；智能化控制系统主要包括：a)、智能插座模块，用于直接控制家电开关；b)、室内控制模块，用于接受远程控制指令，并集中控制室内家电；c)、远程网络控制模块，用于通过互联网远程控制家电开关；d)、远程子机控制模块，用于利用智能手机远程控制家电开关。

Claims (10)

1.一种适用于野外的环境自适应模块化智能建筑系统，其特征在于其包括：模块化组建的建筑主体结构、组装房用整体卫浴、组装房用整体厨房、组装房用碳纤维电发热地暖板、太阳能光伏发电系统、风力发电系统、由太阳能光伏发电系统和风力发电系统组成的风光互补用电系统、屋顶雨水收集系统、FRP化粪池、无土栽培阳光蔬菜棚和降温水帘等组件。

2.根据权利要求1所述的环境自适应模块化智能建筑系统，其特征在于所述的模块化组建的建筑主体结构由模块化建筑顶棚、模块化建筑墙板、模块化建筑底板、模块化框架组件和模块化门窗组件等部件组成。

3.根据权利要求1所述的环境自适应模块化智能建筑系统，其特征在于所述的建筑顶棚从外到内分别由波纹彩钢板、顶棚增强层、岩棉保温层、玻璃棉保温层或者玄武岩纤维保温层平面彩钢板组合而成。

4.根据权利要求1所述的环境自适应模块化智能建筑系统，其特征在于所述的模块化建筑底板从外到内分别由波纹彩钢板、地板保温层、实木复合板、无机纤维-碳纤维电发热地暖板和PVC防火防水地板压制组装而成。

5.根据权利要求4所述的环境自适应模块化智能建筑系统，其特征在于所述的地板保温层选自玻璃棉保温层、岩棉保温层或者玄武岩保温层的一种或多种。

6.根据权利要求4所述的环境自适应模块化智能建筑系统，其特征在于所述的彩钢板完全采用FRP复合材料或者其它满足性能的材料替代。

7.根据权利要求4所述的环境自适应模块化智能建筑系统，其特征在于所述的无机纤维-碳纤维电发热地暖板由玄武岩纤维保温板或者岩棉保温板和碳纤维电发热丝组装而成。

8.根据权利要求1所述的环境自适应模块化智能建筑系统，其特征在于所述的无土栽培阳光蔬菜棚是三面有保温玻璃组成的保温墙和可自动收缩卷取的保温罩组成。

9.根据权利要求1所述的环境自适应模块化智能建筑系统，其特征在于所述的屋顶雨水收集系统包括固定在顶棚的雨水收集凹槽、雨水输送管、雨水过滤系统、大型雨水储槽罐、水泵和雨水高位槽。

10.根据权利要求1所述的环境自适应模块化智能建筑系统，其特征在于所述的用电系统中包括智能控制系统，所述智能化控制系统主要包括：a)、智能插座模块，用于直接控制家电开关；b)、室内控制模块，用于接受远程控制指令，并集中控制室内家电；c)、远程网络控制模块，用于通过互联网远程控制家电开关；d)、远程子机控制模块，用于利用智能手机远程控制家电开关。