CN106678733A - 一种蓄热型太阳能光伏光热与光导照明复合系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓄热型太阳能光伏光热与光导照明复合系统，涉及太阳能利用技术领域。本发明提供一种集成光导照明、自然通风、采暖和防尘于一体的建筑物太阳能复合利用系统，本发明将光导照明装置，光伏光热集成器和通风防尘装置相结合，结构设计合理，具有运行成本低且安装方便的优势，适用于大规模生产应用；本系统充分利用太阳能资源，不消耗常规能源就可以维持建筑物内的舒适环境以及照明问题，能够实现建筑的低能耗甚至零能耗。

Description

一种蓄热型太阳能光伏光热与光导照明复合系统
技术领域
本发明涉及太阳能利用技术领域，特别涉及一种蓄热型太阳能光伏光热与光导照明复合系统。
背景技术
随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，建筑能耗占社会总能耗比例逐年上升，目前我国能源紧张，这种建筑能耗势必加剧能源供求矛盾。因此，零能耗建筑成为目前研究者关注的热点。
零能耗建筑不消耗常规能源，完全依靠太阳能或者其它可再生能源，满足建筑照明、采暖、通风、空调等系统运行的能耗需求。由于太阳能被认为是开发潜力无限的清洁能源，因此逐渐成为建筑节能设计的首选，同时，发展太阳能建筑也是解决现代社会中能源消耗过大的有效途径。
目前太阳能在建筑中的应用方式主要有太阳能光热利用和光伏发电，为提高太阳能利用率，一种能同时实现太阳能光热利用和光伏发电的光伏光热(PV/T)系统得到快速发展。此外，自然采光技术也是建筑节能的重要方面，光导照明技术就是其中之一。然而，由于太阳能资源具有密度低、分散、间断、不稳定等特点，导致其供需在时间、空间和强度上不匹配，如在夜间和阴雨天使用受到很大限制。因此，如何实现太阳能在建筑中的综合利用，以及如何更高效率、低成本地实现低能耗甚至零能耗成为人们关注的重点。
发明内容
基于上文所述，本发明提供一种集成光导照明、自然通风、采暖和防尘于一体的建筑物太阳能复合利用系统，本系统充分利用太阳能资源，不消耗常规能源就可以维持建筑物内的舒适环境以及照明问题，进而实现建筑的低能耗甚至零能耗。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种蓄热型太阳能光伏光热与光导照明复合系统，包括光导照明装置，能量转换与储存装置，通风装置和空气过滤器；
其中，光导照明装置包括设于室外接收太阳能的采光罩，贯穿于室内外的导光管和设于室内的漫射器；
通风装置包括依次通过管道连接的进风口、风机和送风口，管道包括送风管道、连接管道和进风管道，其中：进风管道始端形成进风口设置于室外，且进风口处设置有空气过滤器，送风管道套设于导光管外围形成同心套管结构，送风管道和导光管之间设置有间隙作为气流通道，送风管道外壁包裹有相变层，送风管道终端形成送风口设置于室内；
能量转换与储存装置包括PV/T集热器，储能设备，加热设备和辅助照明设备，加热装置连接于风机和PV/T集热器之间管道上，储能装置的输入端与PV/T集热器的电输出端连接，储能装置的输出端分别与加热装置，辅助照明设备和风机连接。
根据本发明具体实施例，本发明中储能设备为蓄电池。
进一步地，为了避免光线进入送风管道从而影响到漫射器发射出光线的照明效果，所述送风口位于漫射器上方。
进一步地，为了节约室内使用空间，所述辅助照明设备安装于导光管内壁面。
进一步地，为使得进入室内的空气洁净且加热，空气过滤装置设置在进风口与PV/T集热器之间的连接管道上。
本发明有益效果是：本发明将光导照明和通风装置相结合以满足建筑物内对采光和通风的需求，这样既有利于节能又能够改善室内空气质量，进一步地，采用导光管和送风管道形成同心套管结构，有效减少了建筑中管道的占用空间；通过光伏光热集热器将太阳能转换为电能和热能，电能驱动风机、加热设备和其余用电设备，进一步地，还设置有储能设备和辅助照明设备，因此能够储存多余电能用于夜间或者阴天使用，解决了传统光导照明系统使用局限性的问题；同时，光伏光热集热器产生的热能在实际需要时能够作为热源，加热进入室内的空气从而实现采暖的功能，本发明设有加热设备进一步保证采暖功能的正常运行，此外本发明在送风管外壁包裹相变层，通过选择合适的相变层材料进行温度控制，减小室内温度波动，减轻加热装置的耗能，提高舒适度的同时实现多余热量的回收再利用。本系统结构设计合理，充分利用太阳能资源实现室内采光、采暖、供电、新风供应和排风功能的一体化，运行成本低且安装方便。
附图说明
图1为本发明提供的建筑物太阳能复合利用系统的结构示意图；
图2为本系统中导光管、送风管和相变层的结构示意图；
其中，1为采光罩，2为导光管，3为漫射器，4为送风管道，5为相变层，6为辅助照明设备，7为送风口，8为风机，9为电加热器，10为连接管道，11为PV/T集热器，12为空气过滤器，13为进风口，14为进风管道，15为蓄电池。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图，详细描述本发明的技术方案：
实施例：
如图1所示为本发明提供的蓄热型太阳能光伏光热与光导照明复合系统的结构示意图，包括光导照明装置，能量转换与储存装置，通风装置和空气过滤装置；
其中，光导照明装置包括设于室外接收太阳能的采光罩1，贯穿于室内外的导光管2和设于室内的漫射器3；
根据本领域技术人员可知，采光罩1外表面经过抛光处理，透光率高，用来收集室外的太阳光，根据不同环境的要求可有不同的外形和结构。通常在实际应用中，采光罩1外表面可以覆一层防紫外线的涂层，这样一方面可使进入装置内的紫外线大大减少，另一方面也能延缓采光罩1的老化过程，使装置经久耐用。此外，采光罩1表面覆有耐磨擦涂层必要时，还设置有防雨板。
光导管2的内壁镀有一层高反射率的薄膜，而从光导管2传至室内的光线不是完全均匀，因此要使室内的光线均匀分散，就要借助于漫射装置3的光散射特性。
通风装置包括依次通过管道连接的进风口13、风机8和送风口7，管道包括送风管道4、连接管道10和进风管道14，其中：进风管道14始端形成进风口13设置于室外，且进风口13与PV/T集热器11之间的进风管道14上设置有空气过滤器12，如图2所示，送风管道4套设于导光管2外围形成同心套管结构，送风管道4和导光管2之间设置有间隙作为气流通道，送风管道4外壁包裹有相变层5，送风管道4终端形成送风口7设置于室内；
当送风管道4内热空气温度在合理范围内时，相变层5与热空气进行热交换，将热空气中多余热量进行回收储存；当送风管道4内热空气温度不在合理范围内时，相变层5放热进行温度调控；当相变层5储存的热量不足以加热空气达到合适温度，此时启动辅助热源电加热器9直接对管道内的空气进行加热。
为了避免影响光导照明装置的正常运行，送风管道4终端形成的送风口7位于漫射器3上方，而送风管道4的顶部位于采光罩1下方；
能量转换与储存装置包括PV/T集热器11，蓄电池15，电加热器9和辅助照明设备6，电加热器连接于风机8和PV/T集热器11之间管道上，蓄电池15的输入端与PV/T集热器11的电输出端连接，蓄电池15的输出端分别与电加热器9，辅助照明设备6和风机8连接；
本发明具体实施例将辅助照明设备6安装在导光管2的内壁面，从而避免了在室内安装照明设备而占用室内空间。
以下详细阐述本系统的工作过程及原理：
根据照明模式的不同，本发明公开的建筑物太阳能复合利用系统的照明原理具体如下：
模式一：自然照明模式
在晴朗的白天，采光罩1采集自然光，自然光通过导光管2传输后由系统底部的漫射器3均匀地照射到室内，实现室内自然光照明。
模式二：辅助照明模式
在夜间或者阴天，PV/T集热器11将产生的多余电能储存于畜电池15中，蓄电池15中储存的电能可保证辅助照明设备6持续工作。
根据采热模式的不同，本发明公开的建筑物太阳能复合利用系统的采热原理具体如下：
模式一：自给模式
在采暖季晴朗的白天，采光罩1采集自然光，自然光通过导光管2传输后由系统底部的漫射器3均匀地照射到室内，实现室内自然光照明；
PV/T集热器11将太阳能转换产生的电能一部分用于驱动风机8运行，剩余部分电能储存在蓄电池15中，环境冷空气由进风口13进入系统，经进风管道14上的空气过滤器12过滤后进入PV/T集热器11，当PV/T集热器11换热负荷较小时，空气吸收PV/T集热器11产生的热量而被加热；热空气被风机8送入送风管道4，然后通过送风口7进入室内，实现室内采暖和新风供应。
模式二：相变释热模式
当PV/T集热器11换热负荷较大时或PV/T集热器11停止运行时(例如在采暖季的夜间或者阴天)，相变层储存有热量，蓄电池15中储存的电能可保证辅助照明设备6和风机8持续工作，此时，环境冷空气由进风口13进入系统，经进风管道14上的空气过滤器12过滤，空气在送风管道4中被相变材料释放的能量加热；热空气被风机8送入送风管道4，然后通过送风口7进入室内，实现室内采暖和新风供应。
模式三：辅助热源加热模式
当PV/T集热器11换热负荷较大或PV/T集热器11停止运行(例如在采暖季的夜间或者阴天)，相变层的热量不足以加热空气时，蓄电池15中储存的电能可保证辅助照明设备6、风机8和电加热器9持续工作，此时开启电加热器9，环境冷空气由进风口13进入系统，经进风管道14上的空气过滤器12过滤后通过电加热器9进行加热；热空气被风机8送入送风管道4，然后通过送风口7进入室内，实现室内采暖和新风供应。
根据通风模式的不同，本发明公开的建筑物太阳能复合利用系统的通风原理具体如下：
模式一：新风模式
在采暖季，环境冷空气由进风口13进入系统，经进风管道14上的空气过滤器12过滤后，被风机8送入送风管道4，此间通过不同采热模式实现空气加热，然后通过送风口7进入室内，实现新风供应。
模式二：排风模式
在非采暖季，通过改变风机8的方向，实现通风装置的排风性能，此时，室内空气通过风机8的作用进入管道，通过空气被加热带走PV/T集热器11产生的热量，避免PV/T集热器11的温度升高影响正常工作。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用与限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改，等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种蓄热型太阳能光伏光热与光导照明复合系统，其特征在于，包括光导照明装置，能量转换与储存装置，通风装置和空气过滤器(11)；
其中，光导照明装置包括设于室外接收太阳能的采光罩(1)，贯穿于室内外的导光管(2)和设于室内的漫射器(3)；
通风装置包括依次通过管道连接的进风口(13)、风机(8)和送风口(7)，管道包括送风管道(4)、连接管道(10)和进风管道(14)，其中：进风管道(14)始端形成进风口(13)设置于室外，且进风口(13)处设置有空气过滤器(12)，送风管道(4)套设于导光管(2)外围形成同心套管结构，送风管道(4)和导光管(2)之间设置有间隙作为气流通道，送风管道(4)外壁包裹有相变层(5)，送风管道(4)终端形成送风口(7)设置于室内；
能量转换与储存装置包括PV/T集热器(11)，储能设备，加热设备和辅助照明设备(6)，加热装置连接于风机(8)和PV/T集热器(11)之间管道上，储能装置的输入端与PV/T集热器(11)的电输出端连接，储能装置的输出端分别与加热装置，辅助照明设备(6)和风机(8)连接。
2.根据权利要求1所述的一种蓄热型太阳能光伏光热与光导照明复合系统，其特征在于，所述储能设备为蓄电池(15)。
3.根据权利要求1所述的一种蓄热型太阳能光伏光热与光导照明复合系统，其特征在于，所述送风口(7)位于漫射器(3)上方。
4.根据权利要求1所述的一种蓄热型太阳能光伏光热与光导照明复合系统，其特征在于，所述辅助照明设备(6)安装于导光管内壁面。
5.根据权利要求1所述的一种蓄热型太阳能光伏光热与光导照明复合系统，其特征在于，空气过滤器(12)设置在进风口(13)与PV/T集热器(11)之间的连接管道(10)上。
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