CN107514822A - 一种利用太阳能和风能综合作用的多路集热通风排水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用太阳能和风能综合作用的多路集热通风排水装置，及其集热和通风方法，包括雨水进口管、U型雨水水封、同轴双风扇、多组第一排水/集热直管、多组第二排水/通风直管、支管控制阀门、多个出口支管、集热切换阀门、通风切换阀门、底部集箱、底部进气直管、底部集箱和底部进气直管之间设置的隔板、控制器和强化换热波纹板，所述装置的动力源取自自然界大量存在的绿色清洁能源‑太阳能和风能，并可以根据季节温度的变化，多通道管路在不同温度情况下可以分别进行集热和通风，同时可以进行排水。

Description

一种利用太阳能和风能综合作用的多路集热通风排水装置
技术领域
本发明属于建筑节能技术领域，具体涉及一种利用太阳能和风能综合作用的多路集热通风排水装置。
背景技术
我国目前既有建筑面积达500多亿平方米，同时每年新建16亿至20亿平方米。我国建筑95％以上是高耗能建筑，如果达到同样的室内舒适度，单位建筑面积能耗是同等气候条件发达国家的2至3倍。对既有建筑进行节能改造，节能减排的潜力巨大。同时，“十一五”期间，建筑节能承担了我国全部节能任务的20％。如果切实执行50％的节能标准，局部地方执行65％的节能标准，那么，到2020年就能每年节约3.54亿吨标准煤，占同期国家节能目标任务的30.7％。绿色建筑在实现建筑节能的同时，可为用户提供一个舒适健康安全的室内环境，代表着世界建筑的发展趋势，前景十分广阔。
近年来，为了改善宜居环境，我国致力于发展清洁能源，它们具有清洁、可再生、永不枯竭的优点。其中，我国太阳能与风能资源非常丰富，2/3地区的太阳年日照时数大于2000h，辐射总量高于2400kW/m2.yr，并且全国陆面70m高度以上的地区年平均风速约5.5m/s。另一方面，通常民用建筑外普遍安装有排水装置，只是单一的具有排水功能。
因此，发明一种经过结构优化并进行创新设计后，综合利用太阳能与风能作为动力驱动，考虑不同季节的温度特点，实现集热、通风、排水综合功能，减少室内通风和供暖能耗的多路集热通风排水装置，从而达到建筑节能的目的。
同时考虑我国东北部地区冬天日照减少、部分南方地区多雨和夏季日照强烈的情况，系统设置辅助电加热、自动补水及自动通风装置，做为系统动力源的补充。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用太阳能和风能综合作用的多路集热通风装置，动力源取自自然界大量存在的绿色清洁能源-太阳能和风能，并可以根据季节温度的变化，多通道管路在不同温度情况下可以分别进行集热和通风，同时可以进行排水。
本发明涉及一种利用太阳能和风能综合作用的多路集热通风排水装置，包括雨水进口管、U型雨水水封、同轴双风扇、多组第一排水/集热直管、多组第二排水/通风直管、支管控制阀门、多个出口支管、集热切换阀门、通风切换阀门、底部集箱、底部进气直管、底部集箱和底部进气直管之间设置的隔板；其中，雨水进口管与U型雨水水封连通，U型雨水水封与多组第一排水/集热直管、多组第二排水/通风直管连通，同轴双风扇设置在多组第一排水/集热直管、多组第二排水/通风直管的上部，多个出口支管与多组第一排水/集热直管、多组第二排水/通风直管连通，多个出口支管上设置支管控制阀门，集热切换阀门设置在多组第一排水/集热直管的下部，通风切换阀门设置在多组第二排水/通风直管的下部，多组第一排水/集热直管和多组第二排水/通风直管经底部集箱、底部进气直管与地下车库环境连通；同轴双风扇由室外环境风驱动，多组第一排水/集热直管收集太阳光的热量。
更优地，还包括设置在U型雨水水封上的水位传感器、补水管、补水阀门。
更优地，还包括设置在多组第一排水/集热直管和多组第二排水/通风直管上的电动风扇、风速仪。
更优地，设置在多组第一排水/集热直管和多组第二排水/通风直管上的电动风扇与同轴双风扇设置在同一高度。
更优地，还包括设置在多组第一排水/集热直管和多组第二排水/通风直管上的温度传感器。
更优地，还包括设置在多组第一排水/集热直管上的强化换热波纹板。
更优地，所述强化换热波纹板为双层换热板，其与楼宇的油烟废气管道连通，利用油烟的废热加热多组第一排水/集热直管空气。
更优地，还包括设置在多组第一排水/集热直管上的强化换热波纹板。
更优地，还包括控制器，所述水位传感器、风速仪和/或温度传感器与所述控制器电连接，通过接收的水位、风速和/或温度信号发送至所述控制器。
更优地，所述水位传感器、风速仪和/或温度传感器接收的水位、风速和/或温度信号发送至所述控制器，分别与所述控制器内设置的预设水位、风速和/或温度进行比较。
更优地，还包括出水阀门，所述出水阀门设置在底部集箱的底部。
进一步，本发明涉及一种所述的多路集热通风排水装置的集热和通风方法，所述方法包括：
需要给室内送入热空气期间，打开多组第一排水/集热直管下部的集热切换阀门，关闭多组第二排水/通风直管下部的通风切换阀门，雨水通过雨水进口管流入，一定体积的雨水在U型雨水水封处汇集具有密封性能，避免排水装置内的热空气由此排入大气，高于水封表面的雨水顺多组第一排水/集热直管排入底部集箱，由出水阀门进行定期排放或连续排放；同轴双风扇在外界风速的驱动下，将地下室下部较暧空气经底部进气直管吸入地下室空气，穿过隔板上部进入底部集箱，在向上流经多组第一排水/集热直管，在管内上下部存在温差的情况下，低温气体在向上流动过程中，吸收第一排水/集热直管储存的阳光辐射热量，管内气体温度逐渐升高密度变小，通过控制阀门经多个出口支管进入室内，同时高温气体在向上流动过程中，受到U型雨水水封的阻碍，在雨水水封和第一排水/集热直管相连接处的管内，形成回流，强化管内换热；
需要给室内送入凉空气期间，关闭多组第一排水/集热直管下部的集热切换阀门，打开多组第二排水/通风直管下部的通风切换阀门，雨水通过雨水进口管流入，一定体积的雨水在U型雨水水封处汇集具有密封性能，避免排水装置内的凉空气由此排入大气，高于水封表面的雨水顺着多组第二排水/通风直管排入底部集箱，由出水阀门进行定期排放或连续排放；同轴双风扇在外界风速的影响下，将地下室下部空气经底部进气直管吸入地下室凉空气，穿过隔板上部进入底部集箱在向上流经多组第二排水/通风直管，通过控制阀门经多个出口支管进入室内，同时低温气体在同轴双风扇形成的抽力向上流动过程中，受到U型雨水水封的阻碍，在雨水水封和多组第二排水/通风直管相连接处的管内，形成回流，向下运动通过支管控制阀门经多个出口支管进入室内。
更优地，当水位传感器显示U型雨水水封水位低于水位要求时，控制器给补水阀门打开信号，通过补水管补水到U型雨水水封，当水位达到要求时，控制器给补水阀门关闭信号；风速仪反馈给控制器风速达不到设定要求时，控制器输出电动风扇的打开工作信号，电动风扇作为动力源替代同轴双风扇吸入地下室空气；温度传感器反馈给控制器风温达不到设定要求时，连通楼宇的油烟废气管道，利用油烟的废热加热多组第一排水/集热直管空气；同时地下室空气在向上流经强化换热波纹板时，空气打破流体流动的边界层，增加换热效果可以强化换热效果。
地下车库与外部环境温度根据季节不同，具有冬暖夏凉的特点，并考虑其建设结构的形式、深度、口部位置、通风条件等因素，一般地下车库与外部环境温度差在5-10℃之间。冬季取自地下车库的新风，通常高于外界环境温度，并利用气体的密度随温度升高变化而上浮的现象。冬季通过太阳辐射将管路内空气加热，汇集在第一排水/集热直管内经支管及阀门送入室内。为了更好的吸收太阳辐射，冬季空气流过的管路可以选取高效吸收太阳能热量的材质，比如黑色的金属材质。夏季采用白色PVC管材做为第二排水/通风直管，这种材质不吸收太阳能的热量。夏季利用风扇的抽力，将地下车库内的凉爽空气抽入室内，换风的同时减少空调负荷。管道上部采用同轴双风扇设计，使用外界风力驱动外风扇，带动室内入口处的风扇转动，将地下车库空气抽入室内。管道顶部U型雨水水封设计和底部集箱结构既保证了通风效果也不影响排水管的排水功能。根据温度的变化，可以通过下部的阀门进行双路通风排水装置的使用切换。同时还考虑了以下几个问题：对于大型楼宇结构，设置多排第一排水/集热直管和第二排水/通风直管，多个排水/集热直管和排水/通风直管的气体出口可分别通过集管连接后再分支成多个支管，以将抽取空气分配到各个房间；考虑到U形雨水水封内的水在日照特别强的时候可能会被太阳晒干，因此在U形雨水水封设置水位传感器，当水位低于预设值时，通过补水管和补水阀门往U形水封内补水；考虑到室外风速达不到要求的情况，此时同轴双风扇的驱动力不足以将地下室的空气抽至第一排水/集热直管和第二排水/通风直管，增加一个电动风扇和风速仪，当风速仪检测的风速低于设定值时，启动电动风扇；考虑到冬天阳光不充足的时候，第一排水/集热直管不能收集足够多的太阳能，直管内的空气温度不高，因此管道内壁设计为波纹板结构，打破流体流动的边界层，增加换热效果，并且利用楼宇的油烟废气的废热；增加控制器，将控制器与上述中的水位传感器、风速仪和温度传感器连接，根据水位传感器、风速仪和温度传感器的检测值来控制补水阀门、电动风扇及连通油烟废气管道。
附图说明
图1为通风排水装置示意图；
图2为图1的左视图；
图3为强化换热波纹板工作原理图。
其中，1-雨水进口管、2-U型雨水水封、3-水位传感器、4-补水管、5-补水阀门、6-同轴双风扇、7-电动风扇、8-风速仪、9-多组第一排水/集热直管、10-多组第二排水/通风直管、11-支管控制阀门、12-多个出口支管、13-温度传感器、14-集热切换阀门、15-通风切换阀门、16-底部集箱、17-出水阀门、18-底部进气直管、19-隔板、20-控制器、21-强化换热波纹板。
具体实施方式
参见附图1-3，本发明涉及一种利用太阳能和风能综合作用的多路集热通风排水装置，包括雨水进口管1、U型雨水水封2、同轴双风扇6、多组第一排水/集热直管9、多组第二排水/通风直管10、支管控制阀门11、多个出口支管12、集热切换阀门14、通风切换阀门15、底部集箱16、底部进气直管18、底部集箱16和底部进气直管18之间设置的隔板19；其中，雨水进口管1与U型雨水水封2连通，U型雨水水封2与多组第一排水/集热直管9、多组第二排水/通风直管10连通，同轴双风扇6设置在多组第一排水/集热直管9、多组第二排水/通风直管10的上部，多个出口支管12与多组第一排水/集热直管9、多组第二排水/通风直管10连通，多个出口支管12上设置支管控制阀门11，集热切换阀门14设置在多组第一排水/集热直管9的下部，通风切换阀门15设置在多组第二排水/通风直管10的下部，多组第一排水/集热直管9和多组第二排水/通风直管10经底部集箱16、底部进气直管18与地下车库环境连通；同轴双风扇6由室外环境风驱动，多组第一排水/集热直管9收集太阳光的热量。
更优地，还包括设置在U型雨水水封2上的水位传感器3、补水管4、补水阀门5，通过水位传感器的检测来确保U型雨水水封内所需的水量。
更优地，还包括设置在多组第一排水/集热直管9和多组第二排水/通风直管10上的电动风扇7、风速仪8，当环境风速较低，不能驱动地下室的风时，利用电动风扇替代同轴双风扇工作。
更优地，还包括设置在多组第一排水/集热直管9和多组第二排水/通风直管10上的电动风扇7与同轴双风扇6设置在同一高度。
更优地，还包括设置在多组第一排水/集热直管9和多组第二排水/通风直管10上的温度传感器13，通过温度传感器的温度检测来确保多组第一排水/集热直管和多组第二排水/通风直管内的空气温度。
更优地，还包括设置在多组第一排水/集热直管9上的强化换热波纹板21，以进一步增强换热。
更优地，所述强化换热波纹板21为双层换热板，其与楼宇的油烟废气管道连通，利用油烟的废热加热多组第一排水/集热直管9内空气，进一步利用楼宇本身的废热，在实现了废热利用的同时也减少了环境污染。
更优地，还包括控制器20，所述水位传感器3、风速仪8和/或温度传感器13与所述控制器20电连接，通过接收的水位、风速和/或温度信号发送至所述控制器20。
更优地，所述水位传感器3、风速仪8和/或温度传感器接收的水位、风速和/或温度信号发送至所述控制器20，分别与所述控制器20内设置的预设水位、风速和温度进行比较。
更优地，还包括出水阀门17，所述出水阀门17设置在底部集箱16的底部。
进一步，本发明涉及一种所述的多路集热通风排水装置的集热和通风方法，所述方法包括：
需要给室内送入热空气期间，打开多组第一排水/集热直管9下部的集热切换阀门14，关闭多组第二排水/通风直管10下部的通风切换阀门15，雨水通过雨水进口管1流入，一定体积的雨水在U型雨水水封2处汇集具有密封性能，避免排水装置内的热空气由此排入大气，高于水封表面的雨水顺多组第一排水/集热直管9排入底部集箱16，由出水阀门17进行定期排放或连续排放；同轴双风扇6在外界风速的驱动下，将地下室下部空气经底部进气直管18吸入地下室空气，穿过隔板19上部进入底部集箱16，在向上流经多组第一排水/集热直管9，在管内上下部存在温差的情况下，低温气体在向上流动过程中，吸收第一排水/集热直管9储存的阳光辐射热量，管内气体温度逐渐升高密度变小，通过控制阀门11经多个出口支管12进入室内，同时高温气体在向上流动过程中，受到U型雨水水封2的阻碍，在U型雨水水封2和第一排水/集热直管9相连接处的管内，形成回流，强化管内换热；
需要给室内送入凉空气期间，关闭多组第一排水/集热直管9下部的集热切换阀门14，打开多组第二排水/通风直管10下部的通风切换阀门15，雨水通过雨水进口管1流入，一定体积的雨水在U型雨水水封2处汇集具有密封性能，避免排水装置内的凉空气由此排入大气，高于水封表面的雨水顺着多组第二排水/通风直管10排入底部集箱16，由出水阀门17进行定期排放或连续排放；同轴双风扇6在外界风速的影响下，将地下室下部空气经底部进气直管18吸入地下室凉空气，穿过隔板19上部进入底部集箱16，在向上流经多组第二排水/通风直管10，通过控制阀门11经多个出口支管12进入室内，同时低温气体在同轴双风扇6形成的抽力向上流动过程中，受到U型雨水水封2的阻碍，在雨水水封2和多组第二排水/通风直管10相连接处的管内，形成回流，向下运动通过支管控制阀门11经多个出口支管12进入室内。
更优地，当水位传感器3显示U型雨水水封2水位低于水位要求时，控制器20给补水阀门5打开信号，通过补水管4补水到U型雨水水封2，当水位达到要求时，控制器20给补水阀门5关闭信号；风速仪8反馈给控制器20风速达不到设到要求时，控制器20输出电动风扇7的打开工作信号，电动风扇7作为动力源替代同轴双风扇6吸入地下室空气；同时地下室空气在向上流经强化换热波纹板21时，空气打破流体流动的边界层，增加换热效果可以强化换热效果。
本发明的优点和积极效果：
本发明的集热通风排水装置，通过自然界的太阳能和风能，不但可以利用太阳能传热给排水管进而预热空气，同时利用风能作为动力来源来驱动同轴风扇，供给室内凉风。双路第一排水/集热直管和第二排水/通风直管系统设计，充分利用了地下车库与外界环境相比冬暖夏凉的特点，在冬季给室内送入热风，减少供暖负荷；在夏季给室内送入凉风，减少空调负荷，可以起到节能减排的效果。对于大型楼宇结构，设置多排第一排水/集热直管和第二排水/通风直管，满足工作面积的要求。在全年大部分常规天气情况下，整个集热通风装置工作过程中，没有使用外部机械动力源，符合环保节能的要求，同时实现楼宇通风和排水功能；同时考虑我国东北部地区冬天日照减少、部分南方地区多雨和夏季日照强烈的情况，系统设置辅助电加热、自动补水及自动通风装置，做为系统动力源的补充，由控制器控制相应装置的打开和关闭。整体装置结构设计简单可靠，成本低，便于推广。

Claims (12)

1.一种利用太阳能和风能综合作用的多路集热通风排水装置，包括雨水进口管(1)、U型雨水水封(2)、同轴双风扇(6)、多组第一排水/集热直管(9)、多组第二排水/通风直管(10)、支管控制阀门(11)、多个出口支管(12)、温度传感器(13)、集热切换阀门(14)、通风切换阀门(15)、底部集箱(16)、底部进气直管(18)、底部集箱(16)和底部进气直管(18)之间设置的隔板(19)、控制器(20)；其中，雨水进口管(1)与U型雨水水封(2)连通，U型雨水水封(2)与多组第一排水/集热直管(9)、多组第二排水/通风直管(10)连通，同轴双风扇(6)设置在多组第一排水/集热直管(9)、多组第二排水/通风直管(10)的上部，多个出口支管(12)与多组第一排水/集热直管(9)、多组第二排水/通风直管(10)连通，多个出口支管(12)上设置支管控制阀门(11)，集热切换阀门(14)设置在多组第一排水/集热直管(9)的下部，通风切换阀门(15)设置在多组第二排水/通风直管(10)的下部，多组第一排水/集热直管(9)和多组第二排水/通风直管(10)经底部集箱(16)、底部进气直管(18)与地下车库环境连通；同轴双风扇(6)由室外环境风驱动，多组第一排水/集热直管(9)收集太阳光的热量。
2.根据权利要求1所述的多路集热通风排水装置，其特征在于：还包括设置在U型雨水水封(2)上的水位传感器(3)、补水管(4)、补水阀门(5)。
3.根据权利要求1或2所述的多路集热通风排水装置，其特征在于：还包括设置在多组第一排水/集热直管(9)和多组第二排水/通风直管(10)上的电动风扇(7)、风速仪(8)。
4.根据权利要求3所述的多路集热通风排水装置，其特征在于：设置在多组第一排水/集热直管(9)和多组第二排水/通风直管(10)上的电动风扇(7)与同轴双风扇(6)设置在同一高度。
5.根据权利要求4所述的多路集热通风排水装置，其特征在于：还包括设置在多组第一排水/集热直管9和多组第二排水/通风直管10上的温度传感器(13)。
6.根据权利要求1所述的多路集热通风排水装置，其特征在于：还包括设置在多组第一排水/集热直管(9)上的强化换热波纹板(21)。
7.根据权利要求6所述的多路集热通风排水装置，其特征在于：所述强化换热波纹板(21)为双层换热板，其与楼宇的油烟废气管道连通，利用油烟的废热加热多组第一排水/集热直管(9)内空气。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的多路集热通风排水装置，其特征在于：还包括控制器(20)，所述水位传感器(3)、风速仪(8)和/或温度传感器(13)与所述控制器(20)电连接，通过接收的水位、风速和/或温度信号发送至所述控制器(20)。
9.根据权利要求8所述的多路集热通风排水装置，其特征在于：所述水位传感器(3)、风速仪(8)和/或温度传感器(13)接收的水位、风速信号和/或温度信号发送至所述控制器(20)，分别与所述控制器(20)内设置的预设水位、风速和温度进行比较。
10.根据权利要求1所述的多路集热通风排水装置，其特征在于：还包括出水阀门(17)，所述出水阀门(17)设置在底部集箱(16)的底部。
11.一种根据权利要求1-10中任一项所述的多路集热通风排水装置的集热和通风方法，所述方法包括：
需要给室内送入热空气期间，打开多组第一排水/集热直管(9)下部的集热切换阀门(14)，关闭多组第二排水/通风直管(10)下部的通风切换阀门(15)，雨水通过雨水进口管(1)流入，一定体积的雨水在U型雨水水封(2)处汇集具有密封性能，避免排水装置内的热空气由此排入大气，高于水封表面的雨水顺多组第一排水/集热直管(9)排入底部集箱(16)，由出水阀门(17)进行定期排放或连续排放；同轴双风扇(6)在外界风速的驱动下，将地下室下部空气经底部进气直管(17)吸入地下室较暧空气，穿过隔板(19)上部进入底部集箱(16)，在向上流经多组第一排水/集热直管(9)，在管内上下部存在温差的情况下，低温气体在向上流动过程中，吸收第一排水/集热直管(9)储存的阳光辐射热量，管内气体温度逐渐升高密度变小，通过控制阀门(11)经多个出口支管(12)进入室内，同时高温气体在向上流动过程中，受到U型雨水水封(2)的阻碍，在雨水水封(2)和第一排水/集热直管(9)相连接处的管内，形成回流，强化管内换热；
需要给室内送入凉空气期间，关闭多组第一排水/集热直管(9)下部的集热切换阀门(14)，打开多组第二排水/通风直管(10)下部的通风切换阀门(15)，雨水通过雨水进口管(1)流入，一定体积的雨水在U型雨水水封(2)处汇集具有密封性能，避免排水装置内的凉空气由此排入大气，高于水封表面的雨水顺着多组第二排水/通风直管(10)排入底部集箱(16)，由出水阀门(17)进行定期排放或连续排放；同轴双风扇(6)在外界风速的影响下，将地下室下部空气经底部进气直管(18)吸入地下室凉空气，穿过隔板(19)上部进入底部集箱(16)，在向上流经多组第二排水/通风直管(10)，通过控制阀门(11)经多个出口支管(12)进入室内，同时低温气体在同轴双风扇(6)形成的抽力向上流动过程中，受到U型雨水水封(2)的阻碍，在雨水水封(2)和多组第二排水/通风直管(10)相连接处的管内，形成回流，向下运动通过支管控制阀门(11)经多个出口支管(12)进入室内。
12.根据权利要求11所述的集热和通风方法，其特征在于：当水位传感器(3)显示U型雨水水封(2)水位低于水位要求时，控制器(20)给补水阀门(5)打开信号，通过补水管(4)补水到U型雨水水封(2)，当水位达到要求时，控制器(20)给补水阀门(5)关闭信号；风速仪(8)反馈给控制器(19)风速达不到预设要求时，控制器(20)输出电动风扇(7)的打开工作信号，电动风扇(7)作为动力源替代同轴双风扇(6)吸入地下室空气；同时地下室空气在向上流经强化换热波纹板(21)时，空气打破流体流动的边界层，强化换热效果。
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