CN108167989A - 一种建筑屋顶隔层与地下室节能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑屋顶隔层与地下室节能系统，所述节能系统包括储热系统、储冷系统和控制器，所述储热系统设置在建筑屋的阁楼和屋顶上，所述储冷系统设置在建筑屋的地下室内，所述控制器分别与储热系统和储冷系统连接。本发明通过收集使用太阳能辐射的能量并加以利用实现直接供暖、储热、供暖一储热三种能量输配工况，提高了太阳能利用效率，减少夜间空调、供暖等设备的启用，降低碳排放和经济支出，通过收集并储存低温夜间的空气冷量，在白天室内温度过高时能够起到调节室内温度，达到当人舒适的室内条件，减少了白天峰时电价下空调风扇等制冷设备的使用，通过将室外空气经过升温后与室内空气进行交换，达到了新风换气的目的。

Description

一种建筑屋顶隔层与地下室节能系统

技术领域

本发明涉及建筑节能领域，具体涉及一种建筑屋顶隔层与地下室节能系统。

背景技术

随着中国城市化进程推进、经济的快速发展，中国建筑能耗总量呈持续增长态势，并且增长速度也呈越来越快的趋势。供暖和空调能耗在国民生产总能耗中所占的比率逐渐增大，各国开始越来越重视建筑的节能问题。

太阳能作为可再生能源中最重要的基本能源，将在我国能源发展战略中起到举足轻重的作用。我国严寒和寒冷地区占国土面积的2/3以上，以燃煤为主的建筑供暖带来严重的环境污染及温室气体排放，因此，太阳能供暖技术对实现城市的可持续发展具有重要意义。

目前，建筑物室内的供暖和制冷都是通过空调、电扇等能耗设备实现，但是空调、电扇等能耗设备的耗能比较大，不节能和使用成本高。

发明内容

本发明为了解决上述问题，从而提供一种建筑屋顶隔层与地下室节能系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种建筑屋顶隔层与地下室节能系统，所述节能系统包括储热系统、储冷系统和控制器，所述储热系统设置在建筑屋的阁楼和屋顶上，所述储冷系统设置在建筑屋的地下室内，所述控制器分别与储热系统和储冷系统连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述储热系统包括太阳能空气集热器、第一室外风机、热能输送管道、储热装置，所述太阳能空气集热器设置在建筑屋的阁楼和屋顶上，所述第一室外风机设置在太阳能空气集热器一侧，所述热能输送管道的一端与太阳能空气集热器连接，另一端与建筑屋的室内连接，所述储热装置与太阳能空气集热器连接，所述储热装置分别通过管路与建筑屋的室内和水管连接。

在本发明的一个优选实施例中，其特征在于，建筑屋的阁楼和屋顶的墙体和天花板采用具有储热功能的材料制成。

在本发明的一个优选实施例中，所述储热装置包括储热、换热的水箱，所述水箱内设有均流孔板布水器、第一相变材料、辅助加热器、螺旋换热通道。

在本发明的一个优选实施例中，所述储冷系统包括第二室外风机、室内风机、储冷装置、制冷机组和室内风机，所述第二室外风机设置在建筑屋外，所述第二室外风机可将外部的冷风吹入到储冷装置内，所述制冷机组与储冷装置连接，所述室内风机与储冷装置连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述储冷装置包括一储冷仓，所述储冷仓内设有第二相变材料和螺旋换热通道。

本发明的有益效果是：

本发明通过收集使用太阳能辐射的能量并加以利用实现直接供暖、储热、供暖一储热三种能量输配工况，提高了太阳能利用效率，减少夜间空调、供暖等设备的启用，降低碳排放和经济支出；

本发明通过收集并储存低温夜间的空气冷量，在白天室内温度过高时能够起到调节室内温度，达到当人舒适的室内条件，减少了白天峰时电价下空调风扇等制冷设备的使用；

本发明通过将室外空气经过升温后与室内空气进行交换，达到了新风换气的目的；

本发明通过在夜间室外空气温度较高不宜用于储冷条件的天气时，通过夜间谷时电价制冷机组工作，将空气降温与储冷材料进行热交换，达到夜间“低价储冷”白天免费使用的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为储热系统的结构示意图；

图3为储冷系统的结构示意图；

图4为水箱的结构示意图；

图5为储冷装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1至图3，本发明提供的建筑屋顶隔层与地下室节能系统，其包括储热系统100、储冷系统200、控制器300、室内外环境传感器400和室内人数计数器500。

储热系统100，其设置在建筑屋的阁楼和屋顶处，其可将屋外的太阳能转换为热能，然后再将屋外的空气通过热能加热后直接输送到室内，并且还可将一部分热能进行存储。

储热系统100包括太阳能空气集热器110、第一室外风机120、热能输送管道130和储热装置140。

太阳能空气集热器110设置在建筑屋的阁楼和屋顶上，而第一室外风机120设置在太阳能空气集热器110一侧，太阳能空气集热器110经过外部太阳照射后可温度会升高，第一室外风机120可将屋外的空气吹入到太阳能空气集热器110内，而太阳能空气集热器110可对吹入的空气进行加热。

热能输送管道130，其一端与太阳能空气集热器110连接，另一端直接与建筑屋的室内连通，这样经过太阳能空气集热器110加热后的暖空气可直接排入到室内，从而对室内进行升温。

储热装置140，其与太阳能空气集热器110连接，其是用于将太阳能空气集热器110的热能进行存储，便于用户需要时使用。

储热装置140包括一储热、换热的水箱141，水箱141内设有第一相变材料142。

水箱141的进口通过管路与太阳能空气集热器110连接，太阳能空气集热器110可将加热后的暖空气输入到水箱141内，与水箱141内的第一相变材料142进行热交换，第一相变材料142吸收热量后由固体变为液体，存储在水箱141内，而经过热交换降温后的空气直接从水箱141排出。

水箱141通过管路与室内连通，水箱141可将存储的液体输送到室内，液体与室内冷空气空气接触时，会发生热交换从而提高室内的温度。

另外，水箱141还通过管路与建筑屋的水管连接，水箱141可将存储的液体输送到水管内，可直接与水管内的冷水进行热交换，增加室内生活热水的供应。

再者，为了提高储热效果，建筑屋的阁楼和屋顶的墙体和天花板采用具有储热功能的材料制成。

储冷系统200，其设置在建筑屋的地下室内，其是用于为室内供冷。

储冷系统200，其可将外部的冷空气转换成冷源进行存储和直接为室内供冷。

储冷系统200，其包括第二室外风机210、室内风机220、储冷装置230和制冷机组240。

第二室外风机210设置在屋外，其与储冷装置230连接，其可将外部的空气吹入到储冷装置230内。

制冷机组240，其与储冷装置230连接，其具体可为空调，其可将制冷后的冷气输送给储冷装置230。

储冷装置230，其包括一储冷仓231，储冷仓231内设有第二相变材料232。

当室外温度低时，第二室外风机210可将外部的冷空气吹入到储冷仓231内，冷空气与第二相变材料232进行热交换，第二相变材料232由液体变成固体，室内风机220将室内的风经过固体时会进行热交换，从而进行降温，储冷仓231也可将固体进行存储。

另外，当室外温度较高时，等到谷时低电价时，制冷机组240工作将冷空气输入到储冷仓231内，冷空气与第二相变材料232进行热交换，储冷仓231再进行存储。

控制器300，其为本申请的控制终端，其分别与储热系统100和储冷系统200连接，其可分别控制储热系统100和储冷系统200工作，从而实现各个模式的切换。

下面是本申请的具体工作过程：

当白天室外温度较高，达到太阳能空气集热器110的阈值时，控制器300控制第一室外风机120开启，室外空气被吹入到太阳能空气集热器110内，空气在经过太阳能空气集热器110后温度升高。如果此时室内温度较低(比如冬天)，控制器300则开启热能输送管道130，暖空气直接流入室内供室内采暖；如果室内此时不需要采暖，控制器300则开启水箱141与太阳能空气集热器110之间的管路，暖空气进入到水箱141内与第一相变材料进行热交换，然后进行存储，当需要室内供暖时，控制器300再开启水箱141与室内之间的空气管路，当需要对水加热时，控制器300开启水箱141与水管之间的管路。

参见图4，本申请还对水箱141进行了进一步改进，水箱141内设有均流孔板布水器、第一相变材料142、辅助加热器147和螺旋换热通道，螺旋换热通道上设有螺旋管道进气口144和螺旋管道出气口145。

高温空气从螺旋管道进气口144进入，与第一相变材料142接触换热，降温后的空气从螺旋管道出气口145出来，热量被储存在第一相变材料142中；常温冷水通过进水口143后通过均流孔板进行布水，常温冷水在水箱内与已经储存有热量的第一相变材料142进行热交换，使得冷水温度升高，热水从出水口148流出供生活使用。当高温空气不足以触发第一相变材料142发生相变储热，或者需要利用夜间谷时低电价进行储热时，辅助加热器147对相变材料进行加热储热。

储热装置140的控制逻辑如下:

室内外环境传感器400能够分别监测室内外温度，人数计算器500能够记录室内人数。空气集热器工作温度阈值为T集、相变材料相变温度为T相、室外空气温度为T外、室内温度为T内、室内舒适最低温度为T舒、室内人数阈值为N0、实际人数为n；

当白天T外>T集，T内<T舒，且n>N0时，太阳能空气集热器开始工作，升温的空气直接进入室内供暖，而不进行储热；

当白天T外>T集，T内<T舒，且n<N0时，太阳能空气集热器开始工作，室内取暖采用其他小功率设备，升温空气进入储热仓进行储热；

当白天T外>T集，T内>T舒，太阳能空气集热器开始工作，升温空气进入储热仓进行储热；

当夜晚T室<T舒，且n>N0时，室外冷空气通过向储热仓的热交换器，升温后的空气进入室内进行供暖。

当夜间温度很低时，控制器300打开第二室外风机，将室外空气采集进入储冷仓231，储冷仓231内的第二相变材料遇冷由液体变成固体，冷量得以储存，白天室内温度高时，控制器打开室内风机220，将室内空气通过固态的相变材料，空气释放热量后降温，降温后的空气排入室内完成室内环境温度调节，夜间温度较高，不宜与第二相变材料进行热交换时，等到谷时低电价时，控制器控制器制冷机组240工作，将冷空气输入到储冷仓231内，冷空气与第二相变材料232进行热交换，储冷仓231再进行存储。

参见图5，储冷装置230的工作过程如下：低温空气从螺纹管道进气口234进入，在管道内与第二相变材料232进行热交换，带走相变材料热量的空气从出气口235出来，冷量被储存在第二相变材料232中；常温空气从进气管道233进入，在管道内与第二相变材料进行热交换，空气温度降低后从管道出口235出来进入室内供降低室内温度。

储冷装置230的控制逻辑如下：

室外温度T外、制冷机组工作温度T制、第二相变材料发生相变温度T相；

当晚上T外<T制时，室外空气通过室外风机直接进入储冷仓与第二相变材料，进行热交换，此时制冷机组不工作；

当晚上T外>T制时，室外空气此时进入第二相比材料热交换效率较低，储冷量较低，此时制冷机组利用谷时低电价制冷降低空气温度，冷空气再进入储冷仓进行热交换，储存冷量；

当白天T内>T舒时，n>N0室外空气进入储冷仓，与第二相变材料进行热交换，降温后的空气进入室内，达到降低室内温度的目的。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种建筑屋顶隔层与地下室节能系统，其特征在于，所述节能系统包括储热系统、储冷系统和控制器，所述储热系统设置在建筑屋的阁楼和屋顶上，所述储冷系统设置在建筑屋的地下室内，所述控制器分别与储热系统和储冷系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种建筑屋顶隔层与地下室节能系统，其特征在于，所述储热系统包括太阳能空气集热器、第一室外风机、热能输送管道、储热装置，所述太阳能空气集热器设置在建筑屋的阁楼和屋顶上，所述第一室外风机设置在太阳能空气集热器一侧，所述热能输送管道的一端与太阳能空气集热器连接，另一端与建筑屋的室内连接，所述储热装置与太阳能空气集热器连接，所述储热装置分别通过管路与建筑屋的室内和水管连接。

3.根据权利要求2所述的一种建筑屋顶隔层与地下室节能系统，其特征在于，其特征在于，建筑屋的阁楼和屋顶的墙体和天花板采用具有储热功能的材料制成。

4.根据权利要求2所述的一种建筑屋顶隔层与地下室节能系统，其特征在于，所述储热装置包括储热、换热的水箱，所述水箱内设有均流孔板布水器、第一相变材料、辅助加热器、螺旋换热通道。

5.根据权利要求1所述的一种建筑屋顶隔层与地下室节能系统，其特征在于，所述储冷系统包括第二室外风机、室内风机、储冷装置、制冷机组和室内风机，所述第二室外风机设置在建筑屋外，所述第二室外风机可将外部的冷风吹入到储冷装置内，所述制冷机组与储冷装置连接，所述室内风机与储冷装置连接。

6.根据权利要求5所述的一种建筑屋顶隔层与地下室节能系统，其特征在于，所述储冷装置包括一储冷仓，所述储冷仓内设有第二相变材料和螺旋换热通道。