CN107587609A - 一种模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房，包括房屋主体和屋顶，房屋主体的内部和屋顶的上方安装有供热系统，供热系统包括太阳能集热管、立面毛细管和水箱，立面毛细管和水箱之间连接有循环水泵，太阳能集热管和水箱之间连接有集热水泵，毛细管的进、出水连接管路上设置有第一、第二阀门，水箱和水‑制冷剂板式换热器的连接管路上设置有第三、第四阀门，水箱和太阳能集热管的连接管上设置有第五、第六阀门；立面毛细管的末端连接有空气源热泵系统。本发明集太阳能、空气能冷暖装置为一体，具有舒适度高、无污染、寿命长的特点；房屋主体采用航运集装箱，具备抗震性好、可移动性、快速施工特性、成本低的优点。

Description

一种模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房

技术领域

本发明涉及建筑与可再生能源结合技术领域，尤其涉及一种模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房。

背景技术

目前，一方面新农村建设正处于快速发展阶段，尤其是京津冀地区的新农村建设速度更快，建设规模更大，但当前的新农村建设方式仍然采用了传统的砖混结构，该方式特点是：工程施工难度大、周期长、造价高、抗震等级低、不可移动，所用的水泥、砖等材料不可回收，并且在生产这些材料的时候能耗高、环境污染严重，这些问题很大程度上制约了新农村的进程。据统计，新农村建筑采用传统的砖混结构，生产砖、水泥、钢筋等建筑材料能耗高、环境污染严重；在我国建筑能耗占据一次能源消耗量的20-40％，在发展较快的地区该比例高达45％，建筑行业的高能耗现状已成为制约我国可持续发展的瓶颈。

同时，对于一个普通用户，建设一个传统的砖混住宅，高昂的建造成本难以承担。另一方面，根据调研京津冀地区农村采暖方式主要是煤炭型小锅炉，这种采暖方式的主要特点是：环境污染严重、维护复杂、运行成本相对较高、系统寿命短、温度梯度大、环境热舒适度低、不能制冷等。通过调研发现，供暖空调系统的能耗占据整个建筑能耗的65％，并且我国用能效率低，和气候条件相近的发达国家相比，我国每平方米建筑供暖能耗是其2-3倍，而污染物排放量是其1-2倍。随着环境污染问题的日益突出，燃煤小锅炉已经不能满足时代需求、环境标准和用户的舒适度要求。

因此，如何提供一种新型的住宅建筑，以消除目前水泥砖混结构房屋工程施工难度大、周期长、造价高、抗震等级低、不可移动，取暖能耗高、环境污染严重的问题成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房，解决现有技术水泥砖混结构房屋工程施工难度大、周期长、造价高、抗震等级低、不可移动，且取暖能耗高、环境污染严重的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房，包括房屋主体，所述房屋主体上安装有屋顶，所述房屋主体的内部和屋顶的上方安装有供热系统，所述供热系统包括太阳能集热管、立面毛细管和水箱，所述太阳能集热管安装在所述屋顶的上方，所述立面毛细管和水箱均安装在所述房屋主体的内部，所述立面毛细管的出水端和所述水箱之间连接有循环水泵，所述立面毛细管的进水端和所述水箱通过管路连通，所述太阳能集热管和所述水箱之间连接有集热水泵，所述水箱和所述集热管的连接管路上设置有第五阀门和第六阀门所述立面毛细管和所述水箱的连接管路上设置有第一阀门和第二阀门；所述立面毛细管的末端连接有用于供暖、制冷的空气源热泵系统。

进一步的，所述空气源热泵系统包括空气源热泵室外机和水-制冷剂板式换热器，所述空气源热泵室外机和水-制冷剂板式换热器通过管道闭合连接在一起。

再进一步的，所述水-制冷剂板式换热器的进出水测通过管路并列连接到所述集热水泵和所述水箱形成的闭合管路上，所述水箱和所述水-制冷剂板式换热器的连接管路上设置有第三阀门和第四阀门。

再进一步的，所述水-制冷剂板式换热器具体采用板式换热器结构形式，通过水和制冷剂的热交换实现供暖、制冷两种效果的需求。

再进一步的，所述房屋主体包括主架体和墙板，所述主架体采用航运集装箱，所述墙板采用夹芯板，所述墙板经过标准模数系列进行空间组合后通过螺栓连接或焊接连接在所述主架体上。

再进一步的，所述水箱内的水用于室内的空调用水，所述太阳能集热管的出水端连接在所述水箱的上部，所述太阳能集热管的进水端连接在所述水箱的下方；所述循环水泵的出口端连接在所述水箱的底部，所述立面毛细管的进水端连接在所述水箱的上部。

再进一步的，所述水箱内的水形成两条循环路线，其中一条通过所述水箱、所述集热水泵和所述太阳能集热管相互连通组成，形成集热循环；另一条通过所述水箱、所述循环水泵和所述立面毛细管相互连通组成，形成室内供暖、供冷循环。

再进一步的，所述太阳能集热管采用利用相变介质实现换热的热管式太阳能集热管，所述集热管路按照并联形式连接在一起。

再进一步的，所述立面毛细管的材料采用PE管材，其结构具体设计为U字型管路，所述U字型管路按照并联形式连在一起。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房，包括房屋主体和屋顶连接而成的房屋，屋顶的上方安装有太阳能集热管，屋内安装有立面毛细管和水箱，水箱、立面毛细管和循环水泵连通组成室内的水循环系统，太阳能集热管、水箱和集热水泵连通组成太阳能供热系统，立面毛细管的末端连接有用于供暖、制冷的空气源热泵系统。具体来说其有益效果主要体现在以下几点：

1)环保经济：房屋主体采用航运集装箱作为建筑基础，夹芯板作为墙板材料，集装箱通过标准模数系列进行空间组合，最后采用螺栓连接或焊接连接，可以方便快捷地进行组装和拆卸，且材料可以实现二次利用，树立了环保节能、经济高效的建筑理念；

2)节能：采用太阳能和空气源热泵系统作为该一体房的冷热源，利用可再生能源太阳能和空气能，减少了一次能源的消耗和污染物的排放，高效、节能；

3)热舒适度高，室内环境好：采用立面毛细管辐射末端实现室内供暖和供冷，使室内达到热平衡，该方式温度场均匀、无吹风感、噪声小，给人安静舒适的感觉；立面毛细管作为辐射末端，安全可靠，清洁卫生，能够营造良好的室内环境，而传统的风机盘管空调系统需要在室内布置送回水管和冷凝水管，吊装风机盘管和风口，水盘容易滋生细菌，造成室内空气环境的恶化；

4)节省建筑空间：毛细管网辐射末端没有设备没有冷凝水排放，安装厚度仅为10cm左右，可安装区域涵盖了地面、吊顶和立面，既节省了空间也降低了安装难度。

综上所述，本发明模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房，该一体房集太阳能、空气能冷暖装置为一体，房屋主体采用航运集装箱经过标准模数系列进行空间组合后通过螺栓连接或焊接连接而成，具备抗震性、可移动性、轻质性、快速施工特性、成本低的优点，同时太阳能和空气能组合模式的冷暖装置具有舒适度高、维护简单、无污染、寿命长的特点，环保耐用。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房结构图；

图2为本发明模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体空调系统图；

图3为本发明毛细管辐射空调系统流程图；

附图标记说明：1、房屋主体；2、屋顶；3、太阳能集热管；4、空气源热泵室外机；5、循环水泵；6、集热水泵；7、水箱；8、立面毛细管；9、水-制冷剂板式换热器；10、第一阀门；11、第二阀门；12、第三阀门；13、第四阀门；14、第五阀门；15、第六阀门。

具体实施方式

如图1-3所示，一种模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房，包括房屋主体1，所述房屋主体1上安装有屋顶2，所述房屋主体1的内部和屋顶2的上方安装有供热系统，所述供热系统包括太阳能集热管3、立面毛细管8和水箱7，所述太阳能集热管3安装在所述屋顶2的上方，所述立面毛细管8和水箱7均安装在所述房屋主体1的内部，所述立面毛细管8的出水端和所述水箱7之间连接有循环水泵5，所述立面毛细管8的进水端和所述水箱7通过管路连通，所述太阳能集热管3和所述水箱7之间连接有集热水泵6，所述水箱7和所述集热管3的连接管路上设置有第五阀门14和第六阀门15，所述立面毛细管8和所述水箱7的连接管路上设置有第一阀门10和第二阀门11；所述立面毛细管8的末端连接有用于供暖、制冷的空气源热泵系统。

所述空气源热泵系统包括空气源热泵室外机4、水-制冷剂板式换热器9，所述空气源热泵室外机4和所述水-制冷剂板式换热器9通过管道闭合连接在一起。

所述水-制冷剂板式换热器9的进出水测通过管路并列连接到所述集热水泵6和所述水箱7形成的闭合管路上，所述水箱7和所述水-制冷剂板式换热器9的连接管路上设置有第三阀门12和第四阀门13。

所述水-制冷剂板式换热器9具体采用板式换热器结构形式，通过水和制冷剂的热交换实现供暖、制冷两种效果的需求。

所述房屋主体1包括主架体和墙板，所述主架体采用航运集装箱，所述墙板采用夹芯板，所述墙板经过标准模数系列进行空间组合后通过螺栓连接或焊接连接在所述主架体上。具体来说，采用航运集装箱作为建筑基础，具备抗震性好、可移动性强、可实现快速施工的特性、且成本非常低、可回收利用等优势，可以大大减少钢筋、水泥等建筑材料的消耗。

所述水箱7内的水用于室内的空调用水，所述太阳能集热管3的出水端连接在所述水箱7的上部，所述集热管3的进水口一端连接在所述水箱7的下方；所述循环水泵5的出口端连接在所述水箱7的下部，所述立面毛细管8的进水端连接在所述水箱7的上部。所述水箱7内的水形成两条循环路线，其中一条通过所述水箱7、所述集热水泵6和所述太阳能集热管3相互连通组成，形成集热循环；另一条通过所述水箱7、所述循环水泵5和所述立面毛细管8相互连通组成，形成室内供暖、供冷循环。具体来说，采用节能型水箱，该水箱只承担室内的空调用水而不负责生活用水，这样水箱的容积将大大缩减，水箱上向外的管路的连接充分利用水箱的分层原理，水箱上集热管路和循环管路的进出水口位置均合理布置，提高了循环水的运行效率，改善了立面毛细管8空气温度调节的效果。

所述太阳能集热管3采用利用相变介质实现换热的热管式太阳能集热管，所述集热管路按照并联方式连在一起。具体来说，太阳能集热管3的工作原理是：太阳能透过玻璃照射到吸热板上，吸热板吸收的热量使热管内的工质汽化，被汽化的工质升到热管冷凝端，放出汽化潜热后冷凝为液体，同时加热循环水，工质在重力的作用下回到热管的下端，如此反复循环，不断地将吸收的辐射能传递给需要加热的介质水。该集热管按照并联方式设置，20根左右为一组，需要的具体组数通过空间大小设计计算确定。同时，热管式太阳能集热管利用相变介质蓄热，较普通集热管提高了集热效率。由于循环水只在集管中流过，减小了循环水量，缩短了排空时间，同时充分利用坡度，使得冻管和炸管问题得到了解决。

所述立面毛细管8的材料采用PE管材，其结构具体设计为U字型管路，所述U字型管按照并联方式连在一起。具体来说，采用立面毛细管作为温度辐射末端，由于辐射换热的作用，冬季综合温度高于空气温度，夏季综合温度低于空气温度。在相同热舒适的情况下，采用毛细管辐射空调末端，冬季室内设计温度可适当降低，夏季室内设计温度可适当升高。并且由于毛细管网的高密度特性，供暖时，循环水温度只需要达到30℃便可满足室温要求；供冷时，循环水温保持在18℃左右便可，大大提高系统的运行效率，高效节能。

本发明的工作过程如下：

本发明的工作原理为：在冬季，当室外太阳辐照充足的时候，利用太阳能水供暖；太阳能不能满足要求时，切换为空气源热泵，水箱中的水通过水-制冷剂板式换热器吸收制冷剂的热量从而实现加热过程，然后通过立面毛细管向室内散热。在夏季，运行空气源热泵，水箱中的水通过水-制冷剂板式换热器将热量传递给制冷剂，实现制冷过程，然后通过立面毛细管向室内供冷。

如图3所示，为毛细管辐射空调系统流程图，具体分为冬季和夏季使用方法：

冬季使用时，天气状况良好，太阳辐射充足时，开启供热系统，打开集热水泵6和第五阀门14、第六阀门15，屋顶2上的太阳能集热管3吸收太阳能，水箱7中的循环水吸收太阳能集热管3中的热量后逐渐升温转变为热水，因太阳能集热管3的出水端连接在水箱7的上部，太阳能集热管的进水口一端连接在水箱7的下方，在集热水泵6的动力作用下，太阳能集热管3内热水通过管道进入到水箱7中，反复循环加热水箱7中的循环水；与此同时，开启循环水泵5和第一阀门10、第二阀门11，因循环水泵5的出口端连接在水箱7的下部，立面毛细管8的进水端连接在水箱7的上部，所以水箱7中的热水在循环水泵5的作用下进入立面毛细管8中，通过立面毛细管8的辐射作用实现室内温度的升高，在辐射热交换的过程中，水温会逐步降低，热水在室内散热后回流到水箱7内，如此循环水温会逐步稳定并不断向室内供热，达到取暖的目的。

当太阳辐射量不足时，室内温度不能满足要求，开启空气源热泵系统辅助供热。首先，关闭第五阀门14、第六阀门15，开启第三阀门12、第四阀门13，其余保持正常开启，水箱7中的水通过水-制冷剂板式换热器9吸收制冷剂的热量后回流到水箱7内形成热水，反复循环完成循环水的加热过程，同时水箱7中的热水在循环水泵5的作用下进入立面毛细管8中进行散热，满足室温要求。

夏季使用时，关闭第五阀门14、第六阀门15，开启空气源热泵系统，打开循环水泵5和集热水泵6，打开第三阀门12、第四阀门13，水箱7中的循环水在集热水泵6的作用下，通过水-制冷剂板式换热器9向制冷剂释放热量后变成低温水进入水箱7中，同时，水箱7中的低温水在循环水泵5的作用下进入立面毛细管8中，通过辐射热交换实现室内温度的降低，吸收室内空气热量后，水温会逐步升高后流回水箱7，反复循环从而达到空调降温的作用。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房，其特征在于：包括房屋主体(1)，所述房屋主体(1)上安装有屋顶(2)，所述房屋主体(1)的内部和屋顶(2)的上方安装有供热系统，所述供热系统包括太阳能集热管(3)、立面毛细管(8)和水箱(7)，所述太阳能集热管(3)安装在所述屋顶(2)的上方，所述立面毛细管(8)和水箱(7)均安装在所述房屋主体(1)的内部，所述立面毛细管(8)的出水端和所述水箱(7)之间连接有循环水泵(5)，所述立面毛细管(8)的进水端和所述水箱(7)通过管路连通，所述太阳能集热管(3)和所述水箱(7)之间连接有集热水泵(6)，所述水箱(7)和所述集热管(3)的连接管路上设置有第五阀门(14)和第六阀门(15)，所述立面毛细管(8)和所述水箱(7)的连接管路上设置有第一阀门(10)和第二阀门(11)；所述立面毛细管(8)的末端连接有用于供暖、制冷的空气源热泵系统。

2.根据权利要求1所述的模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房，其特征在于：所述空气源热泵系统包括空气源热泵室外机(4)、水-制冷剂板式换热器(9)，所述空气源热泵室外机(4)和所述水-制冷剂板式换热器(9)通过管道闭合连接在一起。

3.根据权利要求2所述的模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房，其特征在于：所述水-制冷剂板式换热器(9)的进出水侧通过管路并列连接到所述集热水泵(6)和所述水箱(7)形成的闭合管路上，所述水箱(7)和所述水-制冷剂板式换热器(9)的连接管路上设置有第三阀门(12)和第四阀门(13)。

4.根据权利要求3所述的模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房，其特征在于：所述水-制冷剂板式换热器(9)具体采用板式换热器结构形式，通过水和制冷剂的热交换实现供暖、制冷两种效果的需求。

5.根据权利要求1所述的模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房，其特征在于：所述房屋主体(1)包括主架体和墙板，所述主架体采用航运集装箱，所述墙板采用夹芯板，所述墙板经过标准模数系列进行空间组合后通过螺栓连接或焊接连接在所述主架体上。

6.根据权利要求1所述的模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房，其特征在于：所述水箱(7)内的水用于室内的空调用水，所述太阳能集热管(3)的出水端连接在所述水箱(7)的上部，所述太阳能集热管(3)的进水端连接在所述水箱(7)的下方；所述循环水泵(5)的出口端连接在所述水箱(7)的底部，所述立面毛细管(8)的进水端连接在所述水箱(7)的上部。

7.根据权利要求6所述的模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房，其特征在于：所述水箱(7)内的水形成两条循环路线，其中一条通过所述水箱(7)、所述集热水泵(6)和所述太阳能集热管(3)相互连通组成，形成集热循环；另一条通过所述水箱(7)、所述循环水泵(5)和所述立面毛细管(8)相互连通组成，形成室内供暖、供冷循环。

8.根据权利要求1所述的模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房，其特征在于：所述太阳能集热管(3)采用利用相变介质实现换热的热管式太阳能集热管，所述集热管路按照并联形式连接在一起。

9.根据权利要求1所述的模块速成被动式太阳能、空气能冷暖一体房，其特征在于：所述立面毛细管(8)的材料采用PE管材，其结构具体设计为U字型管路，所述U字型管路按照并联形式连在一起。