CN108952231A - 一种一体化式自然资源综合利用候车亭及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体化式自然资源综合利用候车亭，包括通风遮阳集热板、风光互补电源、毛细管、辐射座椅、相变蓄热模块、高效换热管、循环泵、三通阀、循环管道、分水器和集水器。其中，通风遮阳集热板通过循环管道与相变蓄热模块相连；毛细管设于辐射座椅内，毛细管通过分水器、集水器与相变蓄热模块相连。通过回路1（蓄热模块—循环泵—分水器—毛细管—集水器—蓄热模块回路）和回路2（蓄热模块—通风遮阳集热板—循环泵—蓄热模块回路）的组合及切换，实现冬季、夏季恶略自然环境条件下公共交通候车环境的极大改善，并且全过程零能耗，节约资源，低碳环保。
Description
技术领域
本发明涉及可再生能源利用及热能储存技术领域，特别是涉及一种一体化式自然资源综合利用候车亭及工作方法。
背景技术
在经济快速发展，城镇化、机动化进程日益加快的现代社会，公共交通已成为市民出行的主要方式，发展城市公共交通不仅可有效缓解城市交通的拥堵，也是改善城市人居环境、促进城市可持续发展的必然要求。
为改善公共交通的候车环境，绝大多数车站设置了候车亭及候车座椅，但由于设计简单，现阶段的候车亭仅大多仅是简单的遮风挡雨，少量利用光伏提供部分照明和信号电力，而对冬、夏季的恶略候车环境无明显改善作用。主要表现在冬季室外环境温度低，候车座椅太凉，特别是傍晚及夜间，不便于市民使用；夏季，尽管候车亭可在一定程度遮挡太阳辐射，但地面的高反射热浪仍导致候车环境极大的不舒适性。
相变蓄热技术为各种天然、免费自然能源（太阳能、风能等）的高效利用带来了契机。能量丰富时进行储存，待到需要时加以利用，将其用于公共交通的候车亭及候车座椅，不仅可创造智能低碳的候车系统，引导绿色低碳出行，更是极大的提高了公共交通候车环境的舒适性。
发明内容
针对现有候车亭及候车座椅热舒适的缺陷和不足，本发明提供一种一体化式自然资源综合利用候车亭及工作方法，冬季将太阳能转化为热能，提高傍晚及夜间候车座椅的舒适性；夏季收集并蓄存夜间环境的冷量，提高白天炎热环境下候车座椅的舒适性，全过程利用风光互补电源作为系统循环泵的动力输入，多种自然能综合利用，一方面减少电力、化石能等能源的消耗，实现绿色节能、低碳环保；同时有效改善公同交通的候车环境，提高候车人员的舒适性。本发明提供的一种一体化式自然资源综合利用候车亭，包括通风遮阳集热板、风光互补电源、毛细管、辐射座椅、相变蓄热模块、换热管、循环泵、循环管道、分水器和集水器，所述通风遮阳集热板安装在候车亭棚顶内部，所述辐射座椅设置在候车亭棚顶下部，所述通风遮阳集热板包括盘管、横肋片和斜肋片，所述斜肋片有一对且对称交叉设置，所述横肋片平行设置，两个斜肋片贯穿所有横肋片形成肋片骨架，所述盘管分布于所有肋片构成的肋片骨架内，所述通风遮阳集热板通过管道接三通阀一及循环泵，所述循环泵通过管道与相变蓄热模块相连，所述相变蓄热模块通过管道接三通阀二及通风遮阳集热板，所述相变蓄热模块内有换热管；所述毛细管设于辐射座椅内，所述毛细管通过管道分别与分水器以及集水器相连，所述分水器通过管道接于三通阀一，所述集水器通过管道接于三通阀二。
本发明候车亭的进一步改进，所述通风遮阳集热板与候车亭顶棚为一体化集成设计，本申请通风遮阳集热板可采用模块化安装设计也可以采用一体式设计。
本发明候车亭的进一步改进，所述循环泵与风光互补电源相连，风光互补电源为循环泵提供动力，无需外接电力等动力源。
本发明候车亭的进一步改进，所述毛细管敷设于辐射座椅内，以显著改善冬、夏季候车座椅的舒适性。
本发明候车亭的进一步改进，所述相变蓄热模块内设有高效换热管，所述高效换热管采用螺旋状结构构造，其螺旋状构造可实现管内换热介质与相变材料的充分热交换。
本发明候车亭的进一步改进，所述相变蓄热模块、循环管道、分水器、集水器的外壳均覆盖保温层，以减少系统向环境的热损失。
本发明候车亭的进一步改进，所述辐射座椅的座椅座板内设置有毛细管，所述毛细管呈U字型往复折叠分布，所述毛细管中部由三个毛细关卡进行固定，所述毛细管从外向内逐渐稀疏，所述座椅座板一侧设置有分水器及集水器，分别与循环管道的供水及回水管相连，辐射座椅内的毛细管具有敷设层薄、舒适性好、换热效率高的优点。采用以上分布形式可最大限度保证候车座椅的温度，满足座椅主要面积夏季降温、冬季升温的需求，提高候车人员的舒适性。
本发明候车亭的进一步改进，所述通风遮阳集热板、高效换热管为高导热性金属材料，所述毛细管为塑料管材，其中通风遮阳集热板、高效换热管为铜、铝等金属材料，毛细管采用聚丁烯塑料管，所述相变蓄热模块中的相变材料为有机类材料，优选石蜡类，熔点控制在15~40℃。
本发明候车亭的进一步改进，所述循环管道内换热介质为乙二醇溶液，具有安全、环保且传热效率高的特点。
本发明一体化式自然资源综合利用候车亭的工作方法：
冬季，通风遮阳集热板在白天吸收太阳辐射，加热循环管内的介质，通过循环泵将热能传输至相变蓄热模块并进行蓄存；傍晚及夜间，切换三通阀改变循环管通路，将白天蓄存在相变蓄热模块中的热量经毛细管实现对辐射座椅的加热；
夏季，通风遮阳集热板在夜间与室外的凉爽空气进行热交换，冷却循环管内的介质，经循环泵的作用将冷量传输至相变蓄热模块并进行蓄存；白天，切换三通阀改变循环管通路，将相变蓄热模块中蓄积的冷量通过循环管至毛细管并实现对辐射座椅的冷却；
通过三通阀实现蓄热/冷及释热/冷模式的切换，循环管道内介质的流动依靠循环泵驱动，循环泵的动力来自于风光互补电源。
本发明一种一体化式自然资源综合利用候车亭及工作方法，有益效果如下：
（1）一体化的通风遮阳集热板，兼具冬季集热，夏季集冷的功能，有效改善恶略气候条件下的候车环境。
（2）综合利用多种自然资源改善候车环境的舒适性，减少对电力、化石能等能源的消耗，节约能源，低碳环保。
（3）一体化通风遮阳集热板的构造，平板表面更利于冬季集热，最大限度收集太阳能，下部弧形易于夏季快速导流，充分蓄冷。
（3）相变蓄热模块与车站广告牌、站牌集成化设计，具有单位体积蓄热量大、占地面积少的优点。
（4）毛细辐射管与候车亭座椅或候车亭围护结构内表面相结合，通过辐射供暖/冷的方式改善候车环境，具有较高的舒适性。
（5）一套系统通过三通阀的切换，可满足冬季和夏季两种工况，避免设置多套系统的复杂性，系统简单，可复制，易于推广（尤其适用中国北方地区）。
附图说明
图1是本发明整体示意图；
图2是本发明一体化遮阳通风集热板示意图一；
图3是本发明一体化遮阳通风集热板示意图二；
图4是本发明候车座椅内的毛细管分布示意图；
图中：1—通风遮阳集热板、1-1-盘管、1-2-横肋片、1-3-斜向肋片、2—风光互补电源、3—毛细管、4—辐射座椅、5—相变蓄热模块、6—高效换热管、7—循环泵、8—三通阀一、9—循环管道、9-1-回水管、9-2-供水管、10—分水器、11—集水器、12—三通阀二、13—毛细管卡、14—座椅座板。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种一体化式自然资源综合利用候车亭及工作方法，冬季将太阳能转化为热能，提高傍晚及夜间候车座椅的舒适性；夏季收集并蓄存夜间环境的冷量，提高白天炎热环境下候车座椅的舒适性，全过程利用风管互补电源作为系统循环泵的动力输入，多种自然能综合利用，一方面减少电力、化石能等能源的消耗，实现绿色节能、低碳环保；同时有效改善公共交通的候车环境，提高候车人员的舒适性。
一种一体化式自然资源综合利用候车亭，如图1所示，包括通风遮阳集热板1、风光互补电源2、毛细管3、辐射座椅4、相变蓄热模块5、高效换热管6、循环泵7、三通阀、循环管道9、分水器10、集水器11，其中；
本申请通风遮阳集热板1如图2和3所示，包括盘管1-1、横肋片1-2和斜向肋片1-3，所述斜肋片1-3有一对且对称交叉设置，所述横向肋片1-2平行设置，两个斜肋片1-3贯穿所有横肋片1-2并形成肋片骨架，所述盘管1-1的管道分布于所有肋片形成的肋片骨架内，所述通风遮阳集热板与候车亭顶棚一体化设计，内部设多肋高效换热管，通过该构造实现冬季白天太阳辐射及夏季夜间环境冷量的充分收集。
通风遮阳集热板1通过循环管道9、三通阀一8、三通阀二12以及循环泵7与蓄热模块相连；毛细管3通过集水器10、分水器11、三通阀一8、三通阀二12、循环管9以及循环泵7与相变蓄热模块5相连。通过三通阀的切换，形成蓄热模块—循环泵—分水器—毛细管—集水器—蓄热模块回路（回路1）以及蓄热模块—通风遮阳集热板—循环泵—蓄热模块回路（回路2）。通过回路1实现对候车座椅温度的控制，进而创造良好的候车环境，提高候车人员的舒适性；通过回路2实现冷（热）量的蓄存，即由通风集热板收集并转移至相变蓄热（冷）模块进行储存。
循环泵9及三通阀的控制电量均来自风光互补型电源2，该电源置于候车亭顶棚上部，整套系统无需电力输入，实现零能耗。
相变蓄热模块5、循环管道9、分集水器10及集水器11外壳均覆盖保温层，相变蓄热模块与广告牌、站牌等一体化设计，节约占地。相变蓄热模块填充石蜡类有机相变材料（相变温度在15~40℃），循环管道内换热介质为乙二醇溶液。
辐射座椅4内的毛细管分布如图4所示，靠近人员的一侧较细密，从外向内逐渐稀疏。整个座椅内的毛细管呈U字型往复折叠分布，中间由三个毛细关卡进行固定，座椅右侧设分水器及集水器，分别与循环管道的供水及回水管相连。
辐射座椅内的毛细管具有敷设层薄、舒适性好、换热效率高的优点。如图4所示的分布形式可最大限度保证候车座椅的温度，满足座椅主要面积夏季降温、冬季升温的需求，提高候车人员的舒适性。
本发明主要用于室外自然环境恶略的冬、夏两季，根据季节需求的不同，调节运行模式，通过两种工况的切换实现对候车热环境的极大改善。
冬季工况：
白天太阳辐射充裕的时段，通风遮阳集热板1收集热量，并加热循环管道9中的热媒。通过1-8-7-6-12-1环路，实现热量通过高效换热管6在相变蓄热模块5中的蓄存，相变蓄热模块可结合候车亭底基座或广告牌设置，也可单独埋地设置。
傍晚及夜间，室外温度较低的时段，通过三通阀一8及三通阀二12切换循环管路，相变蓄热模块5放热，加热循管路9中的热媒。通过6-7-8-9-10-3-12-6环路，实现热量经相变蓄热模块5内的高效换热管6转移至辐射座椅4或候车亭围护结构内表面中的毛细管3，改善候车人员的候车环境。
夏季工况：
夏季夜间室外气温低，晴空辐射量大，优化后的通风遮阳集热板1被充分冷却，进而将冷量传递至循环管道9中的热媒，通过1-8-7-6-12-1环路，将冷量传输至相变蓄热模块5中的高效换热管6内，存在室外风时效果可进一步增强。
夏季白天，室外温度高，通过三通阀一8及三通阀二12切换循环管路，相变蓄热模块5释放冷量。通过6-7-8-9-10-3-11-12-6环路，实现冷量经相变蓄热模块5内的高效换热管6转移至辐射座椅4或候车亭围护结构内表面中的毛细管3，改善候车人员的候车环境，整个系统运转需要的能源可通过直接供电的方式解决，也可通过风光互补电源3提供，达到真正的零能耗。
冬、夏两个季节通过不同的循环方式和工作模式的切换，实现一套系统改善冬、夏两个季节候车热环境的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种一体化式自然资源综合利用候车亭，包括通风遮阳集热板（1）、风光互补电源（2）、毛细管（3）、辐射座椅（4）、相变蓄热模块（5）、换热管、循环泵（7）、循环管道（9）、分水器（10）和集水器（11），其特征在于：所述通风遮阳集热板（1）安装在候车亭棚顶内部，所述辐射座椅（4）设置在候车亭棚顶下部，所述通风遮阳集热板（1）包括盘管（1-1）、横肋片（1-2）和斜肋片（1-3），所述斜肋片（1-3）有一对且对称交叉设置，所述横肋片（1-2）平行设置，两个斜肋片（1-3）贯穿所有横肋片（1-2）形成肋片骨架，所述盘管（1-1）分布于所有肋片构成的肋片骨架内，所述通风遮阳集热板（1）通过管道接三通阀一（8）及循环泵（7），所述循环泵（7）通过管道与相变蓄热模块（5）相连，所述相变蓄热模块（5）通过管道接三通阀二（12）及风遮阳集热板（1），所述相变蓄热模块（5）内有换热管；所述毛细管（3）设于辐射座椅（4）内，所述毛细管（3）通过管道分别与分水器（10）以及集水器（11）相连，所述分水器（10）通过管道接于三通阀一（8），所述集水器（11）通过管道接于三通阀二（12）。
2.根据权利要求1所述的一种一体化式自然资源综合利用候车亭，其特征在于：所述通风遮阳集热板（1）与候车顶棚为一体化集成设计。
3.根据权利要求1所述的一种一体化式自然资源综合利用候车亭，其特征在于：所述循环泵（7）与风光互补电源（2）相连。
4.根据权利要求1所述的一种一体化式自然资源综合利用候车亭，其特征在于：所述毛细管（3）敷设于辐射座椅（4）内。
5.根据权利要求1所述的一种一体化式自然资源综合利用候车亭，其特征在于：所述相变蓄热模块（5）内设有高效换热管（6），所述高效换热管（6）采用螺旋状结构构造。
6.根据权利要求1所述的一种一体化式自然资源综合利用候车亭，其特征在于：所述相变蓄热模块（5）、循环管道（9）、分水器（10）、集水器（11）的外壳均覆盖保温层。
7.根据权利要求1所述的一种一体化式自然资源综合利用候车亭，其特征在于：所述辐射座椅（4）的座椅座板（14）内设有毛细管（3），所述毛细管（3）呈U字型往复折叠分布，所述毛细管（3）中部由三个毛细关卡进行固定，所述毛细管（3）从外向内逐渐稀疏，所述座椅座板（14）一侧设置有分水器（10）及集水器（11），分别与循环管道的供水及回水管相连。
8.根据权利要求1所述的一种一体化式自然资源综合利用候车亭，其特征在于：所述通风遮阳集热板（1）、高效换热管（6）的材质为铜或铝板，所述毛细管（3）为聚丁烯塑料管，所述相变蓄热模块（5）中的相变材料为石蜡类有机相变材料。
9.根据权利要求1所述的一种一体化式自然资源综合利用候车亭，其特征在于：所述循环管道（9）内换热介质为乙二醇溶液。
10.权利要求1-9任意一项所述一体化式自然资源综合利用候车亭的工作方法，其特征在于：
冬季，通风遮阳集热板（1）在白天吸收太阳辐射，加热循环管（9）内的介质，通过循环泵（7）的作用将热能蓄积在相变蓄热模块（5）中；傍晚及夜间，切换三通阀一（8）及三通阀二（12）改变循环管（9）通路，将白天蓄存在相变蓄热模块（5）中的热量经毛细管（3）传递到辐射座椅（4）；
夏季，通风遮阳集热板（1）在夜间与室外的凉爽空气进行热交换，冷却循环管（9）内的介质，经循环泵（7）的作用将冷量蓄积在相变蓄热模块（5）中；白天，切换三通阀一（8）及三通阀二（12）改变循环管（9）通路，将相变蓄热模块（5）中蓄积的冷量通过循环管（9）和毛细管（3）传递至辐射座椅（4）；
通过三通阀一（8）及三通阀二（12）实现蓄热/冷及释热/冷模式的切换，循环管道（9）内介质的流动依靠循环泵（7）驱动，循环泵（7）的动力来自于风光互补电源（2）。
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