CN106245856A - 一体化太阳能智能恒温生态采光天棚及控温方法 - Google Patents

Abstract

一种一体化太阳能智能恒温生态采光天棚及控温方法，其技术要点是，包括内侧玻璃、外侧玻璃，以及温控单元，环境监测系统，内侧玻璃以及外侧玻璃之间形成独立的中空层，温控单元连接在中空层内，智能选择工作模式实现智能控温，在降低耗能的同时尽可能的让中空层温度维持在一恒定值。

Description

一体化太阳能智能恒温生态采光天棚及控温方法

技术领域

本发明涉及采光天棚，特别涉及一种一体化太阳能智能恒温生态采光天棚及控温方法。

背景技术

采光天棚，又称采光顶，是建筑屋顶的一种形式，现代化建筑很多都采用了采光天棚，如大型商场、办公楼等建筑，这类建筑对其内部环境的舒适性具有较高要求，一般都配备有空调系统进行制冷或制热，使室内保持恒温，但是这也带来了极大的空调能耗问题，采光天棚作为室内和室外热交换的中间体，在建筑内恒温环境的保持中起到重要作用。

顺应上述趋势，双层采光天棚逐渐进入人们的视野，图6示意了现有技术中的一种双层采光天棚，它包括内层玻璃1、外层玻璃2以及两者之间形成的中空层3，中空层3构成空气缓冲层，减少室内外之间的热交换，使室内温度相对稳定，减少室内热能的损失，从而节约能源和空调运行维修费用，但是这种双层采光天棚，空调系统在开启制冷或制热时能耗依旧较大，节能性能不足；其次，该采光天棚是分体设置需要分多次安装玻璃以及横梁，安装麻烦；再次，该采光天棚需要通过外界电源供电。

发明内容

本发明的目的一是提供一种一体化太阳能智能恒温生态采光天棚，其具有更为节能、安装方便的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种一体化太阳能智能恒温生态采光天棚，包括一体化的单元式模块，单元式模块安装在建筑物顶部，所述的单元式模块包括内侧玻璃以及外侧玻璃，所述的内侧玻璃以及外侧玻璃之间形成独立的中空层，所述的中空层内形成设有通风格栅，所述的内侧玻璃为单层玻璃，所述的外侧玻璃为双层玻璃，所述的双层玻璃的其中一块为太阳能玻璃，该采光天棚体现还包括太阳能发电装置，所述的太阳能发电装置包括太阳能电池板、控制器、蓄电池以及逆变器；所述的太阳能电池板为所述的太阳能玻璃，所述的一体化太阳能智能恒温生态采光天棚还包括单片机，所述的单片机耦接有：

第一启闭机构，用于控制循环风口的启闭；

室外温度传感器，设置于室外，用于检测室外的温度并输出温度信号To；

中空层温度传感器，设置于中空层，用于检测中空层温度并输出温度信号Tm；

温控单元，设置于中空层内，受单片机的控制实现制冷模式或制热模式并结合风口启闭的执行方案以实现调节中空层的温度使中空层温度维持在预设温度信号Tx，执行方案包括：

运行策略一、在室外温度传感器检测到环境温度To＞25摄氏度时，当To＞Tm＞Tx时，单片机控制第一启闭机构动作，使得循环风口开启，在循环风的作用下带走一部分热量以降低中空层的温度直至Tm趋于一稳定值,若Tm＞Tx，则单片机控制循环风口关闭并强制启动温控单元进行制冷模式，使得Tm＝Tx；

运行策略二、在室外温度传感器检测到环境温度To为22-25摄氏度时，单片机控制循环风口处于常开状态，以实现循环通风，使得Tm＝Tx；

运行策略三、在室外温度传感器检测到环境温度To＜22摄氏度时，单片机控制第一启闭机构动作，使得循环风口处于关闭状态，并强制启动温控单元进行制热模式，使得Tm＝Tx。

通过采用上述技术方案，将该采光天棚装饰在建筑物的顶部，通过温度传感器检测室外温度以及中空层温度以及结合循环风口的启闭情况选择使中空层温度保持在预设温度信号Tx的控制方式，当处于制冷模式时，打开循环风口使得中空层内的空气进行循环，降低一部分的热量后再通过空调强制制冷使得中空层的温度通过空调维持在预设温度Tx，就相当于给建筑物增加了一层恒温保温层，可以有效防止室内热量的散失，由于外侧玻璃为双层玻璃，在夏天的时候可以有效减小太阳的辐射，有效阻隔室外热量进入到中空层内，进而降低中空层的制冷功耗，同时内侧玻璃为单层玻璃的设置也使得中空层内的热量的往室内传递，而不会往室外传递进一步降低制冷功耗；在冬天室外温度较低的时候，由于双层玻璃的作用也可以有效具有更好的保温效果，中空层内形成温室效应，可以降低制热的功耗；有恒温保温层的存在可以阻隔室外温度对室内温度的影响，使得室内温度能长期保持在某一温度，不需要频繁的启动室内空调，以达到节能的效果。

作为优选的，还包括用于将采光天棚安装到建筑物上顶部的安装结构，所述的安装结构包括固定于建筑物上的固定座、连接相邻内侧玻璃之间的安装框以及连接安装框与固定座之间的第一角码。

通过采用上述技术方案，可以更为方便的将该采光天棚安装在建筑物上。

作为优选的，所述的安装框包括用于与建筑物连接的第一横梁以及第二横梁、用于夹持玻璃的压条以及连接在压条外部的外框，第一衡梁与第二衡梁通过型材以及立柱连接。

通过采用上述技术方案，这种方式可以使得采光天棚安装更加简单方便。

作为优选的，所述的压条中部通过螺栓与横梁连接，所述压条两侧的端面向内凹陷形成卡槽，所述外框两侧的内端面向内凸出形成与卡槽配合的卡块。

通过采用上述技术方案，压条通过螺栓拧紧的过程中，可能会使中部过度受力而导致两端翘起降低中空层的密封性能，增加中空层热量的散失提高耗能；而当压条两端卡在外框可以在压条中部过度受力时有效防止压条两端翘起以提高密封性能，从而减小中空层热量的散失。

作为优选，所述的通风格栅上设有用于开启或者关闭的第三启闭机构。

作为优选的，其中一个所述的第一横梁上设有通风口，所述的通风口上设有用于开启或关闭的第二启闭机构。

通过采用上述技术方案，单片机控制通风口的启闭更为简单方便。

作为优选的，所述的第一启闭机构、第二启闭机构以及第三启闭机构为电动百叶窗。

通过采用上述技术方案，电动百叶窗的控制方式更为方便简单。

作为优选，所述的中空层温度传感器型号为DS18B20。

通过采用上述技术方案，DS18B20体积小，适于各种环境安装，对恶劣环境抵抗力强，且为数字输出，节约了模数转换，硬件开销低，采用三线制连接单片机，简化方案，以及还具有抗干扰能力强，精度高的特点。

通过采用上述技术方案，作为优选的，所述的压条中部与横梁之间连接有密封条。

通过采用上述技术方案，可以提高两者之间连接的稳定性。

本发明的目的二是提供一种控温方法，其具有更为节能的优点。

本发明的上述技术目的二是通过以下技术方案得以实现的：

一种控温方法，其运用了上述的一体化太阳能智能恒温生态采光天棚；

按季节不同，采光天棚主动执行三种运行策略，并对应三种系统运行模式；单片机可选择执行环境实时监测驱动和手动输入驱动的两种工作模式，实现对采购天棚的自主温控操作或单独温控操作 ；

所述的三种运行策略依据三种季节工况对应执行三种运行模式，受单片机的控制实现制冷模式或制热模式并结合风口启闭的以实现调节中空层的温度使中空层温度维持在预设温度信号Tx；其中预设温度信号Tx为22-25摄氏度的某一温度值；

运行策略一、在室外温度传感器检测到环境温度To＞25摄氏度时，当To＞Tm＞Tx时，单片机控制第一启闭机构动作，使得循环风口开启，在循环风的作用下带走一部分热量以降低中空层的温度直至Tm趋于一稳定值,若Tm＞Tx，则单片机控制循环风口关闭并强制启动温控单元进行制冷模式，使得Tm＝Tx；

运行策略二、在室外温度传感器检测到环境温度To为22-25摄氏度时，单片机控制循环风口处于常开状态，以实现循环通风，使得Tm＝Tx；

运行策略三、在室外温度传感器检测到环境温度To＜22摄氏度时，单片机控制第一启闭机构动作，使得循环风口处于关闭状态，并强制启动温控单元进行制热模式，使得Tm＝Tx。

综上所述，本发明具有以下有益效果：综上所述，本发明具有以下有益效果：该采光天棚安装在建筑物的顶部，就相当于给建筑物裹上了一层保温层，可以减小外界环境对室内温度的影响，在冬季时可以有效防止室内温度的散失，使得即使室内温度能长时间维持在某一温度，而不需要经常性的启动室内空调；在夏季的时候有保温层的存在可以阻隔室外高温对室内低温的影响，使得室内温度能长期保持在某一温度，不需要频繁的启动室内空调，以达到节能的效果；当通过温控单元以循环风口启闭结合的方式，可以使得中空层达到恒温更为节能，通过采用一体化的单元式模块可以使得该采光天棚安装更为方便。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图；

图2为图1中的A部放大图；

图3是电路控制图；

图4为实施例三的结构示意图；

图5为实施例四的结构示意图；

图6为现有技术的结构示意图。

图中， 1、内侧玻璃； 2、外侧玻璃； 3、中空层；4、空调；51、室外温度传感器；51a、室外温度传感器；51b、室外温度传感器；51c、室外温度传感器；52、中空层温度传感器；52a、中空层温度传感器；52b、中空层温度传感器；52c、中空层温度传感器；6、密封条；71、固定座； 721a、第一横梁；721b、第二横梁；7211、主体；72111、第一凸块；7212、盖板；722、压条；7221、卡槽；723、外框；7231、卡块；7232、第二凸块；724、第二角码；7241、第一卡槽；73、第一角码；74、立柱；107、墙体;108、通风格栅。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：参见图1，一种一体化太阳能智能恒温生态采光天棚系统，包括机械部分以及电路部分，该智能恒温采光天棚系统所采用的内侧玻璃1为单层玻璃，外侧玻璃2为中空双层玻璃，单层玻璃、双层玻璃以及建筑物之间形成一个中空层 3，中空层3两侧设有循环风口21；循环风口21上设有第一启闭机构，在型材上设有通风格栅108，并在中空层内设置一个温控单元，如此设置就使得中空层 3内空气形成循环而不会与外界的空气进行气流交换，更为节能。

该采光天棚还包括太阳能发电装置，其中太阳能发电装置包括太阳能电池板、控制器、蓄电池以及逆变器；太阳能电池板为设置在外侧玻璃幕墙上的太阳能玻璃，另外由于太阳能发电装置属于现有技术，因此在本专利中并未对其做具体说明，该太阳能发电装置为采光天棚系供电量，电量有结余时可以通过蓄电池储电为室内提供电量。

参见图3所示，该采光天棚的电路部分，单片机型号为AT89C51其中输入端耦接中空层温度传感器52以及室外温度传感器51，输出端耦接第一启闭机构以及温控单元其中中空层温度传感器52以及室外温度传感器的型号为DS18B20，温控单元为变频空调4。

此外，当然可以将变频空调4设置在中空层3外侧，然后将变频空调4的进风口以及出风口均连接在中空层3内，如此设置就使得中空层 3内空气形成循环而不会与外界的空气进行气流交换，更为节能。

中空层温度传感器52设置于内侧玻璃1上，用于检测中空层3温度并向单片机反馈输出中空层3内温度信号Tm。

室外温度传感器51设置于外侧玻璃 2上，用于检测室外的温度并向单片机反馈输出室外温度信号To。

温控单元根据单片机接收该温度信号Tm与预设温度信号Tx进行比较从而控制空调4制冷或制热使中空层3温度维持在预设温度信号Tx。

温控单元，设置于中空层3内，受单片机的控制实现制冷模式或制热模式并结合风口启闭的以实现调节中空层的温度使中空层3温度维持在预设温度信号Tx。

在节能原理：从两个方面体现节能，其一在建筑物装修的时候，将该一体化太阳能智能恒温生态采光天棚装饰在建筑物的顶部，相当于给建筑物披上保温层以实现节能，其二是对中空层3达到恒温的方式进行节能。

下面对第一点做具体说明该温度感应智能恒温生态天棚，包裹在建筑物的顶部，就相当于给建筑物裹上了一层保温层，可以减小外界环境对室内温度的影响，在冬季时可以有效防止室内温度的散失，使得即使室内温度能长时间维持在某一温度，而不需要经常性的启动室内空调；在夏季的时候有保温层的存在可以阻隔室外高温对室内低温的影响，使得室内温度能长期保持在某一温度，不需要频繁的启动室内空调，以达到节能的效果；此外该方式还可以代替室内空调。

第二点、对中空层3恒温方式的选择。

具体如下：具体说明，按季节不同，采光天棚主动执行三种运行策略，并对应三种系统运行模式 ；单片机可选择执行环境实时监测驱动，实现对采光天棚的自主温控操作或单独温控操作 ；

三种运行策略依据三种季节工况对应执行三种运行模式，受单片机的控制实现制冷模式或制热模式并结合风口启闭的以实现调节中空层3的温度使中空层3温度维持在预设温度信号Tx；其中预设温度信号Tx为22-25摄氏度的某一温度值；本实施例中预设温度信号Tx取22摄氏度。

运行策略一、在室外温度传感器51检测到环境温度To＞25摄氏度时，当To＞Tm＞Tx时，单片机控制第一启闭机构动作，使得循环风口21开启，在循环风的作用下带走一部分热量以降低中空层3的温度直至Tm趋于一稳定值,若Tm＞Tx，则单片机控制循环风口21关闭并强制启动温控单元进行制冷模式，使得Tm＝Tx；其中中空层温度传感器52每隔1分钟检测一次中空层3内的温度并向单片机发射一个温度信号，单片机记录该信号为T1；反复检测3次，若T1、T2、T3的误差在1摄氏度，则可以得出Tm趋于一稳定值。

运行策略二、在室外温度传感器51检测到环境温度To为22-25摄氏度时，单片机控制循环风口21处于常开状态，以实现循环通风，使得Tm＝Tx；

运行策略三、在室外温度传感器51检测到环境温度To＜22摄氏度时，单片机控制第一启闭机构动作，使得循环风口21处于关闭状态，并强制启动温控单元进行制热模式，使得Tm＝Tx。

若当检测到室外温度To＝预设温度Tx时，单片机控制第二启闭机构打开以实现通风。

该实施例中第一启闭机构、第二启闭机构以及第三启闭机构为电动百叶窗6结构。

更为重要的是由于外侧玻璃 2为双层玻璃，在夏天的时候可以有效减小太阳的辐射，有效阻隔室外热量进入到中空层3内，进而降低中空层3的制冷功耗，同时内侧玻璃1为单层玻璃的设置也使得中空层3内的热量的往室内传递，而不会往室外传递进一步降低制冷功耗。

此外，为了更一步的提高节能效果可以将外侧玻璃的双层玻璃替换成双层真空玻璃，可以更有效的防止中空层 3的热量散失到室外。

下面结合图1至图2对安装结构做以下说明，固定座71嵌在建筑物墙体107内，将横梁721通过第一角码73安装在固定座71上。

左右相邻内侧玻璃1之间通过第一横梁 721a以及压条722的作用实现固定，相邻的外侧玻璃2通过第二横梁721b以及压条722的作用实现固定。

下面对第一横梁721a的具体结构作如下说明，其包括主体7211以及盖板7212，主体7211两内侧壁沿长度方向设有第一凸块72111，第二角码724上设有与第一凸块72111卡接的第一卡槽7241。

将第一横梁 721a分成两个部分，可以先把所有立柱74都安装在建筑物外墙上，然后再安装第一横梁 721a，在安装第一横梁 721a时先把主体7211预固定在立柱74上，然后通过开口处将第二角码724放入到主体7211内，使得第二角码724在第一凸块72111以及第一卡槽7241的作用下竖直方向相对固定，然后通过螺栓将第二角码724固定在立柱74上，将盖板7212的弧形槽72122放入其中一个挡块72112中，然后通过卡钩72121与另一挡块72112卡接。如此设计就不需要一根立柱再一根横梁地安装，可以提高采光天棚的安装效率。

为了增强中空层3的密封性能，压条722中部与主体7211之间连接有密封条6。

实施例二、参见图4所示，一种一体化太阳能智能恒温生态采光天棚，与实施例一的区别在于，该实施例中型材上并没有设置通风口11，在温度适宜的情况下可以将。

实施例三、一种一体化太阳能智能恒温生态采光天棚，与实施例一的区别在于：可以将空调4替换成半导体制冷制热元件以实现对中空层3温度的调节。

实施例四、参见图5所示，一种一体化太阳能智能恒温生态采光天棚，与实施例一的区别在于：将室外温度传感器51设置为3个，其中室外温度传感器51a以及51c设置于循环风口的两侧，室外温度传感器51b设置在外侧玻璃2的中部；将中空层温度传感器52设置为3个，其中中空层温度传感器52a设置在外侧玻璃1左部，中空层温度传感器52b设置在外侧玻璃2中部，中空层温度传感器52c设置在内侧玻璃1右侧以进一步提高检测数据的准确性，从而提高节能效果。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种一体化太阳能智能恒温生态采光天棚，其特征是：包括一体化的单元式模块，单元式模块安装建筑物顶部，所述的单元式模块包括内侧玻璃（1）以及外侧玻璃（2），所述的内侧玻璃（1）以及外侧玻璃（2）之间形成独立的中空层（3），所述的中空层(3)内形成设有通风格栅，所述的内侧玻璃（1）为单层玻璃，所述的外侧玻璃（2）为双层玻璃，所述的双层玻璃的其中一块为太阳能玻璃，该采光天棚体现还包括太阳能发电装置，所述的太阳能发电装置包括太阳能电池板、控制器、蓄电池以及逆变器；所述的太阳能电池板为所述的太阳能玻璃，所述的一体化太阳能智能恒温生态采光天棚还包括单片机，所述的单片机耦接有：

第一启闭机构，用于控制循环风口（21）的启闭；

室外温度传感器（51），设置于室外，用于检测室外的温度并输出温度信号To；

中空层温度传感器（52），设置于中空层（3），用于检测中空层（3）温度并输出温度信号Tm；

温控单元，设置于中空层（3）内，受单片机的控制实现制冷模式或制热模式并结合风口启闭的执行方案以实现调节中空层（3）的温度使中空层（3）温度维持在预设温度信号Tx，执行方案包括：

运行策略一、在室外温度传感器（51）检测到环境温度To＞25摄氏度时，当To＞Tm＞Tx时，单片机控制第一启闭机构动作，使得循环风口（21）开启，在循环风的作用下带走一部分热量以降低中空层（3）的温度直至Tm趋于一稳定值,若Tm＞Tx，则单片机控制循环风口（21）关闭并强制启动温控单元进行制冷模式，使得Tm＝Tx；

运行策略二、在室外温度传感器（51）检测到环境温度To为22-25摄氏度时，单片机控制循环风口（21）处于常开状态，以实现循环通风，使得Tm＝Tx；

运行策略三、在室外温度传感器（51）检测到环境温度To＜22摄氏度时，单片机控制第一启闭机构动作，使得循环风口（21）处于关闭状态，并强制启动温控单元进行制热模式，使得Tm＝Tx。

2.根据权利要求1所述的一体化太阳能智能恒温生态采光天棚，其特征是：还包括用于将采光天棚安装到建筑物上顶部的安装结构，所述的安装结构包括固定于建筑物上的固定座（71）、连接相邻内侧玻璃（1）之间的安装框以及连接安装框与固定座（71）之间的第一角码（73）。

3.根据权利要求2所述的一体化太阳能智能恒温生态采光天棚，其特征是：所述的安装框包括用于与建筑物连接的第一横梁（721a）以及第二横梁(721b)、用于夹持玻璃的压条（722）以及连接在压条（722）外部的外框（723），第一衡梁（721a）与第二衡梁（721b）通过型材以及立柱（74）连接。

4.根据权利要求3所述的一体化太阳能智能恒温生态采光天棚，其特征是：所述的压条（722）中部通过螺栓与横梁（721）连接，所述压条（722）两侧的端面向内凹陷形成卡槽（7221），所述外框（723）两侧的内端面向内凸出形成与卡槽（7221）配合的卡块（7231）。

5.根据权利要求1所述的一体化太阳能智能恒温生态采光天棚，其特征是：所述的通风格栅（108）上设有用于开启或者关闭的第三启闭机构。

6.根据权利要求3所述的一体化太阳能智能恒温生态采光天棚，其特征是：其中一个所述的第一横梁（721a）上设有通风口（11），所述的通风口（11）上设有用于开启或关闭的第二启闭机构。

7.根据权利要求2所述的一体化太阳能智能恒温生态采光天棚，其特征是：所述的第一启闭机构、第二启闭机构以及第三启闭机构为电动百叶窗（6）。

8.根据权利要求1所述的一体化太阳能智能恒温生态采光天棚，其特征是：所述的中空层温度传感器（52）型号为DS18B20。

9.根据权利要求7所述的一体化太阳能智能恒温生态采光天棚，其特征是：所述的压条（722）中部与横梁（721）之间连接有密封条（6）。

10.一种控温方法，其运用了如权利要求1至9任意一项所述的一体化太阳能智能恒温生态采光天棚；其特征是：

按季节不同，采光天棚主动执行三种运行策略，并对应三种系统运行模式；单片机可选择执行环境实时监测驱动和手动输入驱动的两种工作模式，实现对采光天棚的自主温控操作或单独温控操作 ；

所述的三种运行策略依据三种季节工况对应执行三种运行模式，受单片机的控制实现制冷模式或制热模式并结合风口启闭的以实现调节中空层的温度使中空层温度维持在预设温度信号Tx；其中预设温度信号Tx为22-25摄氏度的某一温度值；

运行策略一、在室外温度传感器检测到环境温度To＞25摄氏度时，当To＞Tm＞Tx时，单片机控制第一启闭机构动作，使得循环风口开启，在循环风的作用下带走一部分热量以降低中空层的温度直至Tm趋于一稳定值,若Tm＞Tx，则单片机控制循环风口关闭并强制启动温控单元进行制冷模式，使得Tm＝Tx；

运行策略二、在室外温度传感器检测到环境温度To为22-25摄氏度时，单片机控制循环风口处于常开状态，以实现循环通风，使得Tm＝Tx；

运行策略三、在室外温度传感器检测到环境温度To＜22摄氏度时，单片机控制第一启闭机构动作，使得循环风口处于关闭状态，并强制启动温控单元进行制热模式，使得Tm＝Tx。