CN108425427A - 一种高节能型储能建筑 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高节能型储能建筑,其包括太阳能屋顶,相变墙体,通风系统,供水系统,热交换系统;太阳能屋顶设置储能建筑的顶部,其内设置有空气流通管道;相变墙体内设置空气流通管道和液体流通通道,所述空气流通管道与太阳能屋顶内的空气流通管道连通;通风系统接入建筑内部送风系统和太阳能屋顶气流流通管道;供水系统接入建筑内部用水系统;热交换系统连通供水系统内的供水管道、相变墙体内的空气流通管道以及太阳能屋顶内的空气流通管道。本发明提供的方案使用相变墙体,能够提高室内气温的变化速率,即夏季白天室内温度上升更加缓慢,冬季夜间室内温度下降更加缓慢,且降低最高温度和最低温度。提高室内舒适性且达到节能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术,具体涉及节能墙建筑技术。
背景技术
中国每年只有12%左右的新建建筑能达到国家节能标准,75%以上的建筑为高耗能建筑。建筑能耗高、能源利用率低是中国建筑业的弊病。开发利用新能源可有效弥补这一缺陷。太阳能作为清洁能源的它是取之不尽,用之不竭的。然而太阳能的间断性是一个比较突出的问题,昼夜交替和天气情况都会影响太阳能的利用与开发。因此需要一种介质来存储太阳能,使之成为可持续使用的能源。
相变材料(PCM,phase change material)是一种可以有效存储太阳能的介质。而太阳能建筑是目前人们利用太阳能的普遍方法,复合定型相变材料的出现使得相变材料与太阳能建筑相结合成为可能。相变材料具有蓄热特性,可以负担白天的部分冷负荷,也能在夜间存蓄冷量,不仅降低了空调系统的投资和维护费用,同时还降低环境温度的波动幅度,提高了环境的舒适度。将相变材料置入太阳能建筑的墙体中是相变材料与太阳能建筑结合的有效方法。
目前已有较多关于相变墙建筑的应用研究,但是由于相变材料固有的隔热特性要求其导热性能低,且实际应用中受到室外环境不理想的影响,相变墙体在储能、放能上存在缺陷。在储能阶段,相变墙体不能在太阳辐射时间内吸收更高辐射热量,并且一天中最佳辐射时长较低、如遇到阴天和下雨等夏天,储热效率更低。且房屋建筑的布局朝向也导致墙体不能长时间储热,所以仅仅依靠相变墙体直接受热储能难以达预期效果效果。放热阶段也会存在放热不完全,冬天夜间室内温度难以维持保暖状态。
发明内容
针对现有相变墙建筑技术所存在的问题,需要一种新的相变墙建筑方案。
为此本发明所要解决的问题是提供一种高节能型储能建筑,以克服现有技术所存在的缺陷。
为了解决上述问题,本发明提供的高节能型储能建筑,其包括
太阳能屋顶,所述太阳能屋顶设置储能建筑的顶部,其内设置有空气流通管道;
相变墙体,所述相变墙体内设置空气流通管道,所述空气流通管道与太阳能屋顶内的空气流通管道连通;
通风系统,所述通风系统接入建筑内部送风系统;
供水系统,所述供水系统接入建筑内部用水系统;
热交换系统,所述热交换系统连通供水系统内的供水管道、相变墙体内的空气流通管道以及太阳能屋顶内的空气流通管道。
进一步的,所述太阳能屋顶包括太阳能集热装置和采光装置。
进一步的,所述有太阳能集热装置主要包括平板微热管阵列,高级吸热黑膜,钢化玻璃盖板,以及空气流通管道。空气流通管道连接平板微热管阵列,高级吸热黑膜与平板微热管阵列进行热传递,空气流经空气流通管道至平板微热管阵列,与高级吸热黑膜进行热交换,钢化玻璃盖板与高级吸热黑膜之间留30mm的空气保温层,减少高级吸热黑膜向外散热。
进一步的,该高级吸热黑膜设置成锯齿形状,增加了太阳光照射面积,且阳光能垂直投射在主受热面,减少高级吸热黑墨与玻璃改版的热传导导致热量流失,提高热辐射效率。
进一步的,所述空气流通管道的出口安装有风机。
进一步的,所述相变墙体包括相变材料填充的毛细管网、相变墙壳体、砖墙、玻璃覆盖板、气体通道。从太阳光照射方向一次为玻璃覆盖板、相变墙壳体、砖墙,气体通道连接相变墙的进气口和出气口,填充有相变材料的毛细管网安装在相变墙壳体内部。
进一步的,该相变墙体壳体受热面成锯齿状,增加太阳光辐射面积,提高热辐射效率。
进一步的,所述毛细管网内填充的相变材料由50%-70%的癸酸和30-50%的月桂酸34%组成,为防止热量外流采用苯板保温,外用石膏板封堵接口处。
进一步的,所述的供水系统包括冷热水装置、储水系统、控制阀门;所述冷热水装置中的冷水供水系统与热交换系统中冷水进水管道相连接,热交换系统中出水管道为热水管道,另一端连接热水储水系统,储水系统出水管道连接家庭热水使用装置;冷水管道也可以与相变墙体的进水管道相连,相变墙体出水管道连接热水储水系统,储水系统出水管道连接家庭热水使用装置;控制阀门控制冷水流向以及流量大小。
进一步的,所述的通风系统包括送风装置、气流通道、控制装置;所述送风装置连接气流通道,气流通道另一端连接相变墙体的进气口管道,相变墙体出气口连接气流管道,气流管道另一端直接通入室内。
进一步的,所述的通风系统的风口包括进风口、新风口、排风口、出风口,进风口用于引进室内空气,新风口用于引入室外空气,出风口用于向室内送入空气,排风口用于向室外排出空气;所述的新风口和进风口配有风机,所有风口设置有阀门。
进一步的,所述热交换系统包括热交换器和媒介管道、控制装置,所述热交换器内部包括气流管道和液体管道,其中热交换器进气口管道连接太阳能屋顶的出气口管道和相变墙体的出气口管道,热交换器出气口管道连接太阳能屋顶的进气口管道或者直接排除室外;所述热交换器的进水管道为冷水管道,出水管道另一端连接热水储水装置;所述控制装置通过开闭来控制气体和冷热水流向,开闭程度来控制气体和冷热水流量大小。
本发明提供的方案使用相变墙体,能够提高室内气温的变化速率,即夏季白天室内温度上升更加缓慢,冬季夜间室内温度下降更加缓慢,且降低最高温度和最低温度。提高室内舒适性且达到节能的目的。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明实例中高节能型储能建筑的组成示意图;
图2为本发明实例中相变墙壳体内部结构示意图;
图3为本发明实例中太阳能屋顶的组成示意图;
图4为本发明实例中相变墙体的结构示意图。
图中标号:
1-太阳能集热器出口风机; 2-太阳能平板微热管阵列;
3-太阳能集热器进气口风机; 4-换热器进气口阀门;
5-换热器; 6-热水保温水箱;
7-换热器进水管道阀门; 8-相变墙体进水管道阀门;
9-相变墙体进气管道阀门; 10-室内暖风进口阀门;
11-相变墙体; 12-室内排风风机;
13-相变墙体自然进气口风机; 14-室内暖风进口阀门;
15-相变墙体进气口阀门; 16-高级吸热黑膜;
17-玻璃钢化盖板; 18-空气阵列玻璃导管;
19-保温绝热层; 20-墙体玻璃钢化盖板;
21-相变墙体框架。
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。
本实例通过合理构建相变储能房,使应用相变墙体的运行和室内空气能够实现控制调节,主动提取热量,提高相变墙体的储热量、放热量、以及储热效率和放热效率。
参见图1,其所示为本实例给出的高节能型储能建筑的组成示意图。
由图可知,该高节能型储能建筑主要由太阳能屋顶,相变墙体,热交换系统,供水系统,以及通风系统配合构成。
其中,太阳能屋顶,设置在整个储能建筑的顶部。太阳能集热器高级吸热黑膜吸收太阳能后,将热量传递给为热管阵列中空气,高温空气通过出气管道有三种走向:直接进入室内用于室内供暖;进入相变前提储存热量;进入热交换器与冷水进行热交换。
参见图3,该太阳能屋顶包括太阳能空气集热装置和采光装置两部分,其中太阳能空气集热装置主要由平板微热管阵列玻璃管18、高级吸热黑膜16、钢化玻璃盖板17,绝热层19空气流通管道组成。空气流通管道连接平板微热管阵列,高级吸热黑膜与平板微热管阵列进行热传递,空气流经空气流通管道至平板微热管阵列,与高级吸热黑膜进行热交换,钢化玻璃盖板17与高级吸热黑膜之间留30mm的空气保温层,减少高级吸热黑膜向外散热。
屋顶结构图如图3,高级吸热黑膜以锯齿形铺设在屋顶,其中主受热面A面与当地冬季时期太阳正午入射光线垂直,辅受热面B面与屋顶平面夹角α要小于当地冬季时期太阳正午入射光线与屋顶平面夹角β。
进一步的,本实例还在空气流通管道的进口安装太阳能集热器进气口风机3,将室外冷空气吸入太阳能集热器,在出口安装有太阳能集热器出口风机1用于排除高温空气。
本太阳能屋顶中的采光装置由屋顶开设透明玻璃板来构成,以增加室内采光。
本方案中的相变墙体11用于构成整个建筑的主体,其相变材料与高温空气进行热交换后可以进行储存热量,储存的热量通过与冷空气和冷水热交换,使冷空气和冷水升温。
参见图4,该相变墙体11主要由填充相变材料的毛细管网、相变墙壳21、砖墙、玻璃覆盖板20、气体通道配合构成。对于相变墙壳体内部结构如图2所示,在相变墙壳体内设置有毛细管网和相应的气体通道。对于相变墙体11,从太阳光照射方向依次为墙体玻璃钢化盖板20、相变墙壳体21、砖墙,气体通道连接相变墙的进气口和出气口,填充有相变的毛细管网安装在相变墙壳体内部。
相变墙体的结构如图4,相变墙壳体受热面呈锯齿状。主受光面与冬季时期当地正午太阳入射光线垂直,辅受光面水平夹角α2大于太阳高度角,保证太阳能直射在该表面上。
sinα1=cos(Φ-δ),其中α1为冬季时期当地正午太阳入射光线水平夹角,Φ为当地地理纬度,δ为当地冬至太阳赤纬。
为了保证相变墙体11的整体性能,本相变墙体中毛线管网内填充的相变材料选用具有良好化学稳定性和无毒性脂肪酸,配比为癸酸66%和月桂酸34%,相变温度在19度到26度,相变潜热为130kJ/kg。在此基础上,为防止热量外流采用苯板保温,外用石膏板封堵接口处。
本相变墙体11中设置的空气流通管道,其进气口管道与太阳能集热装置出气口风机1相连,它们之间设置相变墙体进气管道阀门9;出气口管道与太阳能集气装置进气口风机3相连,它们之间设置相变墙体进气口阀门15。
本方案中的供水系统,冷水升温需要的交换热量来源于两部分:一是与热交换器中热空气;二是相变墙体的液态高温相变材料。
该供水系统包括供水管道,冷热水装置、储水系统、控制阀门。冷水供水系统与热交换器冷水进水管道相连接,热交换器出水管道为热水管道,另一端连接热水储水系统,储水系统出水管道连接家庭热水使用装置;冷水管道也可以与相变墙体的进水管道相连,相变墙体出水管道连接热水储水系统,储水系统出水管道连接家庭热水使用装置。控制阀门控制冷水流向以及流量大小。
本方案中的通风系统,室内热空气采暖来源两个部分:一是太阳能屋顶中热空气直接进入室内,而是室外冷空气经过相变墙体热交换升温后进入室内。
该通风系统包括送风装置、气流通道、控制装置。送风装置连接气流通道,气流通道另一端连接相变墙体的进气口管道,相变墙体出气口连接气流管道,气流管道另一端直接通入室内。
如图1所示,本通风系统的风口包括进风口、新风口、排风口、出风口,进风口用于引进室内空气,新风口用于引入室外空气,出风口用于向室内送入空气,排风口用于向室外排出空气。这里的新风口和进风口配有风机,如室内排风风机12等,所有风口设置有阀门,如室内暖风进口阀门14等。
本方案中的热交换系统,该热交换系统主要由热交换器和媒介管道、控制装置配合构成,并且连通供水管道、相变墙空气流通管道和太阳能空气集热器出口管道。热交换系统包括热交换器和媒介管道、控制装置。热交换器内部包括气流管道和液体管道,其中热交换器进气口管道连接太阳能屋顶的出气口管道和相变墙体的出气口管道,热交换器出气口管道连接太阳能屋顶的进气口管道或者直接排除室外。热交换器的进水管道为冷水管道,出水管道另一端连接热水储水装置。控制装置通过开闭来控制气体和冷热水流向,开闭程度来控制气体和冷热水流量大小。
由此构成的高节能型储能建筑中,由太阳能屋顶的吸热黑膜在收集太阳能并将能量传递给平板微热管中的空气,热空气上升汇集至屋脊中的出气口管道,管道出口有风机,出口连接分别连接相变墙体和换热器,或者直接打入通风系统打入室内冬季增加室内温度。
进入相变墙体的热空气与相变材料发生热交换,相变材料储存热能,空气排出室外或者接入太阳能集热器的进气口。
进入换热器的热空气与进入换热器的冷水进行热交换,出水温度升高,出水保存在保温水箱内供生活使用。再者相变墙体储存的热量可以与进水热量交换,出水为生活热水,也可以与进入墙体是室外空气热交换,升温的热空气通过通风系统打入室内,提高冬天夜晚室内温度。
本实例给出的高节能型储能建筑方案,使用相变墙体,能够提高室内气温的变化速率,即夏季白天室内温度上升更加缓慢,冬季夜间室内温度下降更加缓慢,且降低最高温度和最低温度,达到提高室内舒适性且达到节能的目的。
再者,本实例方案屋顶顶部设置采光装置增加了房间的采光面积,而且减少墙体开窗面积从而增加了相变墙体的光照面积,提高光照利用效率。
再者,本实例方案太阳能集热器能够减少光照条件较差的气候环境对相变墙体光照利用率的影响,且增加相变墙体的热量来源。
再者,本实例方案通过供水系统与空气集热器和相变墙体的热交换提高了放热效率和提供生活热水。
再者,本实例方案通过相变墙板和通风系统连通,增加了室内的换气次数,提高室内空气质量,提高室内舒适度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、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 (10)
1.高节能型储能建筑,其特征在于,包括
太阳能屋顶,所述太阳能屋顶设置储能建筑的顶部,其内设置有空气流通管道;
相变墙体,所述相变墙体内设置空气流通管道,所述空气流通管道与太阳能屋顶内的空气流通管道连通;
通风系统,所述通风系统接入建筑内部送风系统;
供水系统,所述供水系统接入建筑内部用水系统;
热交换系统,所述热交换系统连通供水系统内的供水管道、相变墙体内的空气流通管道以及太阳能屋顶内的空气流通管道。
2.根据权利要求1所述的高节能型储能建筑,其特征在于,所述太阳能屋顶包括太阳能集热装置和采光装置。
3.根据权利要求1所述的高节能型储能建筑,其特征在于,所述有太阳能集热装置主要包括平板微热管阵列,高级吸热黑膜,钢化玻璃盖板,以及空气流通管道,所述空气流通管道连接平板微热管阵列,高级吸热黑膜与平板微热管阵列进行热传递,空气流经空气流通管道至平板微热管阵列,与高级吸热黑膜进行热交换,钢化玻璃改版与高级吸热黑膜之间留30mm的空气保温层。
4.根据权利要求3所述的高节能型储能建筑,其特征在于,所述空气流通管道的出口安装有风机。
5.根据权利要求1所述的高节能型储能建筑,其特征在于,所述相变墙体包括相变材料填充的毛细管网、相变墙壳体、砖墙、玻璃覆盖板、气体通道,从太阳光照射方向一次为玻璃覆盖板、相变墙壳体、砖墙,气体通道连接相变墙的进气口和出气口,填充有相变材料的毛细管网安装在相变墙壳体内部。
6.根据权利要求5所述的高节能型储能建筑,其特征在于,所述毛细管网内填充的相变材料由50%-70%的癸酸和30-50%的月桂酸34%组成,为防止热量外流采用苯板保温,外用石膏板封堵接口处。
7.根据权利要求1所述的高节能型储能建筑,其特征在于,所述的供水系统包括冷热水装置、储水系统、控制阀门;所述冷热水装置中的冷水供水系统与热交换系统中冷水进水管道相连接,热交换系统出水管道为热水管道,另一端连接热水储水系统,储水系统出水管道连接家庭热水使用装置;或者冷水供水系统与相变墙体的进水管道相连,相变墙体出水管道连接热水储水系统,储水系统出水管道连接家庭热水使用装置;控制阀门控制冷水流向以及流量大小。
8.根据权利要求1所述的高节能型储能建筑,其特征在于,所述的通风系统包括送风装置、气流通道、控制装置,所述送风装置连接气流通道,气流通道另一端连接相变墙体的进气口管道,相变墙体出气口连接气流管道,气流管道另一端直接通入室内。
9.根据权利要求8所述的高节能型储能建筑,其特征在于,所述的通风系统的风口包括进风口、新风口、排风口、出风口,进风口用于引进室内空气,新风口用于引入室外空气,出风口用于向室内送入空气,排风口用于向室外排出空气;所述的新风口和进风口配有风机,所有风口设置有阀门。
10.根据权利要求1所述的高节能型储能建筑,其特征在于,所述热交换系统包括热交换器和媒介管道、控制装置,所述热交换器内部包括气流管道和液体管道,其中热交换器进气口管道连接太阳能屋顶的出气口管道和相变墙体的出气口管道,热交换器出气口管道连接太阳能屋顶的进气口管道或者直接排除室外;所述热交换器的进水管道为冷水管道,出水管道另一端连接热水储水装置;所述控制装置通过开闭来控制气体和冷热水流向,开闭程度来控制气体和冷热水流量大小。
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