CN109594677A - 一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙 - Google Patents

一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙，设置在内凹墙体中，并位于地面和屋顶之间，包括高透光玻璃板、太阳能光伏电池板、相变蓄热体、绝热墙体和光催化剂薄膜，且光催化剂薄膜负载于高透光玻璃板内侧，光催化剂薄膜与太阳能光伏电池板之间形成空气流道，太阳能光伏电池板内侧依次连接有相变蓄热体和绝热墙体。本发明提供了一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙，具有采暖、通风、空气净化、发电、蓄热等多种功能，与传统的太阳能建筑一体化集热墙相比，本发明可以实现高效、多级利用太阳能的目的，同时整个过程除太阳能以外无需输入其它能量，满足了节能减排以及绿色建筑的要求。

Description

一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙
技术领域
本发明涉及太阳能建筑一体化技术领域，更具体的说是涉及一种基于光 催化氧化技术的多功能太阳能集热墙。
背景技术
目前我国居民对居住空间的需求已经从足够的居住空间转变为 舒适健康的居住空间。在新时代背景下，人们对美好生活的向往，迫 使建筑行业向着更加绿色、环保、高效、节能的方式进行转变，同时 需要为人们提供更加舒适、健康的生活空间。我国土地广袤，拥有十 分丰富的太阳能资源，其利用前景十分可观，太阳能可以有效的解决 目前人类面临的资源环境问题。目前太阳能建筑一体化技术也成为建 筑行业关注热点。
Trombe墙是一种可以将太阳能转化为热能的功能性墙体结构，其热能多 用于供暖以及促进室内通风，达到提高室内居住舒适性的目的。Trombe墙的 应用可以有效降低室内需要采暖和通风时的能源消耗。但是目前Trombe墙存 在的主要问题是由于太阳辐射具有不稳定性，在夜晚或阴天其使用效果不好； 同时传统Trombe墙功能较单一，不能达到更加有效地利用太阳能资源的目 的。目前有人提出了集光伏发电和采暖为一体的Trombe墙结构，即在Trombe 墙内直接外置、中置、内置太阳能光伏电池板，但这些方式均存在光伏电池 板上温度分布不均匀，影响其使用寿命和光伏发电效率的问题。
可见光催化氧化技术，目前普遍采用的是以TiO2为光催化剂。在可见光 中紫外线的照射下，TiO2光催化剂表面产生的光生空穴具有较强的氧化性，可 以用于降解室内的有机污染物，同时可以使空气中的细菌和病毒失活，达到 净化室内空气目的。可见光催化氧化技术在提高室内空气质量方面具有好的 应用前景。使用太阳光作为光源可以避免额外的能源消耗，降低了空气净化 成本的同时也符合节能减排的要求。
因此，如何提供一种高效、多级利用太阳能，同时节能减排的基于光催 化氧化技术的多功能太阳能集热墙是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热 墙，具有采暖、通风、空气净化、发电、蓄热等多种功能，与传统的太阳能 建筑一体化集热墙相比，本发明可以实现高效、多级利用太阳能的目的，同 时整个过程除太阳能以外无需输入其它能量，满足了节能减排以及绿色建筑 的要求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙，设置在内凹墙体中， 并位于地面和屋顶之间，包括高透光玻璃板、太阳能光伏电池板、相变蓄热 体、绝热墙体和光催化剂薄膜，且所述光催化剂薄膜负载于所述高透光玻璃 板内侧，从而太阳光透过所述太阳能光伏电池板照射在所述光催化剂薄膜上， 所述光催化剂薄膜上的光催化剂在太阳紫外线的作用下降解空气中的有机污 染物，还可以使空气中的某些细菌、病毒失活，从而可以达到净化室内空气 的目的，提高居住环境的舒适性，所述光催化剂薄膜与所述太阳能光伏电池板之间形成空气流道，所述太阳能光伏电池板内侧依次连接有所述相变蓄热 体和所述绝热墙体，可以同时使本发明获得热能和电能，太阳光透过所述高 透光玻璃板和所述光催化剂薄膜照射在所述光伏电池板上，部分太阳辐射能 转化为电能，节省了用户成本，另一部分不能转化为电能的太阳辐射能转化 为热能，提高室内温度，该热能中的部分用来加热所述空气流道中的空气， 引起空气流动，实现加强通风的效果，另一部分热能用来加热所述相变蓄热 体，使得所述相变蓄热体在夜晚时也能加热空气进行采暖或通风，实现冬季 延长供暖时间，夏季延长通风时间的效果，同时使得光伏电池板上的温度分 布更加均匀，延长了光伏电池板的使用寿命，还可以提高光伏电池的发电效 率；
所述高透光玻璃板顶端与所述屋顶之间形成室外顶部通风口，底端与所 述地面之间形成室外底部通风口，且所述室外顶部通风口活动连接有室外顶 部挡板，所述室外底部通风口活动连接有室外底部挡板；
所述绝热墙体顶端与所述屋顶之间形成室内顶部通风口，底端与所述地 面之间形成室内底部通风口，且所述室内顶部通风口活动连接有室内顶部挡 板，所述室内底部通风口活动连接有室内底部挡板。
从而本发明通过所述室外顶部通风口、室外底部通风口、所述室外顶部 挡板、所述室外底部挡板、所述室内顶部通风口、所述室内底部通风口、所 述室内顶部挡板和所述室内底部挡板之间的相互配合，实现根据环境变化转 换本发明提高室内温度、加强通风速度和提高换气效率功能的效果。
优选的，所述室外顶部挡板铰接在所述屋顶上。
优选的，所述室外底部挡板铰接在所述地面上。
优选的，所述室内顶部挡板铰接在所述绝热墙体顶端。
优选的，所述室内底部挡板铰接在所述绝热墙体底端。
优选的，所述光催化剂薄膜为使用溶胶—凝胶法制备的TiO2光催化剂薄 膜，从而本发明在可见光紫外线的照射下，TiO2光催化剂表面产生的光生空穴 具有较强的氧化性，可以用于降解室内的有机污染物，同时可以使空气中的 细菌和病毒失活，达到净化室内空气目的。
优选的，所述光催化剂薄膜的厚度小于40μm，使所述光催化剂薄膜与 所述高透光玻璃板内侧连接紧密，提高太阳紫外线照射在所述光催化剂薄膜 上的吸收率，并提高所述光催化剂薄膜降解室内有机污染物的功效，在保证 所述催化剂薄膜充分吸收太阳紫外线的同时，使可见光与红外线尽可能多地 被太阳能光伏电池板吸收，提高本发明的发电效率与热效率。
优选的，所述相变蓄热体的相变温度在40℃以下，且相变时体积变化小 于5％，提高所述相变蓄热体的吸热效率，同时避免所述相变蓄热体在发挥蓄 热功效的同时由于相变体积过大而导致所述相变蓄热体分别与所述光伏电池 板和所述绝热墙体连接不紧密的问题，延长了本发明的使用寿命。
优选的，所述空气流道的宽度与高度的比值为1:20，使太阳光通过所述 空气流道充分照射到所述光伏电池板上，提高所述光伏电池板的电能转化效 率，同时提高所述空气流道中的空气获得更多的热能，提高本发明通风、换 气、加热、净化的效率。
优选的，所述室外底部通风口、所述室外顶部通风口、所述室内底部通 风口和所述室内顶部通风口的面积相同，并且与所述空气流道的截面积比值 不大于1，使所述空气流道转化得到的洁净热空气能够充分快速地通过所述室 外底部通风口、所述室外顶部通风口、所述室内底部通风口和所述室内顶部 通风口流入至室内，提高本发明通风、换气、加热、净化的效率。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基 于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙，可以实现如下技术效果：
1、本发明高透光玻璃板内侧负载光催化剂薄膜，光催化剂薄膜上的光催 化剂在太阳光中的紫外线作用下可以降解室内空气中所含有的多种有机污染 物，如VOCS，还可以使空气中的某些细菌、病毒失活，从而可以达到净化室 内空气的目的，提高居住环境的舒适性。
2、本发明太阳能光伏电池板内侧依次连接有相变蓄热体和绝热墙体，从 而本发明可以同时获得热能与电能。太阳光中的紫外光被吸收后，可见光到 达光伏电池板后产生高品位能量—电能，同时还可以获得流动的热空气，利 用空气的热虹吸现象，实现在冬季可以给室内供暖，夏季可以强化室内通风 的效果。
3、本发明由于在光伏电池板背面设置相变蓄热体，能够吸收并缓存多余 的热量，从而本发明在冬季可以延长供暖时间，夏季也可以延长通风时间； 同时由于添加了相变蓄热体可以使得光伏电池板上的温度分布更加均匀，延 长了光伏电池板的使用寿命，还可以提高光伏电池的发电效率。
4、本发明实现了净化室内空气，强化室内通风、发电、蓄热的多种功能， 克服了传统Trombe墙体的功能单一，适用性不强的缺点，达到高效、多级利 用太阳能的目的。
5、本发明具有多种功能，但其结构并不复杂，具有较为宽广的应用前景 及市场价值。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙的结 构图；
图2附图为图1附图的A-A剖视图。
其中：1—室外上挡板；2—室外顶部通风口；3—高透光玻璃板；4—光 伏电池板；5—相变蓄热体；6—室外底部通风口；7—室外底部挡板；8—室 内顶部通风口；9—室内顶部挡板；10—室内底部挡板；11—室内底部通风口； 12—绝热墙体；13—空气流道；14—地面；15—屋顶；16—光催化剂薄膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙，具有采 暖、通风、空气净化、发电、蓄热等多种功能，与传统的太阳能建筑一体化 集热墙相比，本发明可以实现高效、多级利用太阳能的目的，同时整个过程 除太阳能以外无需输入其它能量，满足了节能减排以及绿色建筑的要求。
本发明实施例公开了一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙， 设置在内凹墙体中，并位于地面14和屋顶15之间，包括高透光玻璃板3、太 阳能光伏电池板4、相变蓄热体5、绝热墙体12和光催化剂薄膜16，且光催 化剂薄膜16负载于高透光玻璃板3内侧，光催化剂薄膜16与太阳能光伏电 池板4之间形成空气流道13，太阳能光伏电池板4内侧依次连接有相变蓄热 体5和绝热墙体12；
高透光玻璃板3顶端与屋顶15之间形成室外顶部通风口2，底端与地面 14之间形成室外底部通风口6，且室外顶部通风口2活动连接有室外顶部挡 板1，室外底部通风口6活动连接有室外底部挡板7；
绝热墙体12顶端与屋顶15之间形成室内顶部通风口8，底端与地面14 之间形成室内底部通风口11，且室内顶部通风口8活动连接有室内顶部挡板 9，室内底部通风口11活动连接有室内底部挡板10。
为了进一步优化上述技术方案，室外顶部挡板1铰接在屋顶15上。
为了进一步优化上述技术方案，室外底部挡板7铰接在地面14上。
为了进一步优化上述技术方案，室内顶部挡板9铰接在绝热墙体12顶端。
为了进一步优化上述技术方案，室内底部挡板10铰接在绝热墙体12底 端。
为了进一步优化上述技术方案，光催化剂薄膜16为使用溶胶—凝胶法制 备的TiO2光催化剂薄膜。
为了进一步优化上述技术方案，光催化剂薄膜16的厚度小于40μm。
为了进一步优化上述技术方案，相变蓄热体5的相变温度在40℃以下， 且相变时体积变化小于5％。
为了进一步优化上述技术方案，空气流道13的宽度与高度的比值为1:20。
为了进一步优化上述技术方案，室外底部通风口6、室外顶部通风口2、 室内底部通风口11和室内顶部通风口8的面积相同，并且与空气流道13的 截面积比值不大于1。
实施例1：
结合说明书附图1-2，本发明安装于面向太阳照射时间较长的竖直内凹墙 面或者倾斜内凹屋面上，当太阳光照射在负载有光催化剂薄膜16的高透光玻 璃板3上时，太阳光中的紫外线被光催化剂薄膜16吸收，在太阳光中紫外线 的作用下，光催化剂薄膜16会产生具有氧化性的电子空穴，能够将空气中的 苯、甲苯、甲醛等挥发性有机污染物氧化分解；而太阳光中可见光和红外光 部分透过高透光玻璃板3，被光伏电池板4所吸收，光伏电池板4在可见光和 红外下的照射下会将部分太阳辐射能转化为电能，没有转化为电能的太阳辐射能转化为热能，一方面使整个空气流道13出现热虹吸现象，另一方面多余 的热量被光伏电池版4背面的相变蓄热体5所吸收。
在采暖季节时，室外上挡板1和室外底部挡板7关闭，打开室内底部挡 板10与室内顶部挡板9，室内空气从室内底部通风口11进入空气流道13， 经过加热、净化过后，由室内顶部通风口8进入室内，为室内进行供暖的同 时可以净化室内空气，还能产生电能，由于相变蓄热体5的存在，在夜晚相 变蓄热体5释放热量，这样可以实现长时间供暖。
实施例2：
结合说明书附图1-2，本发明安装于面向太阳照射时间较长的竖直内凹墙 面或者倾斜内凹屋面上，当太阳光照射在负载有光催化剂薄膜16的高透光玻 璃板3上时，太阳光中的紫外线被光催化剂薄膜16吸收，在太阳光中紫外线 的作用下，光催化剂薄膜16会产生具有氧化性的电子空穴，能够将空气中的 苯、甲苯、甲醛等挥发性有机污染物氧化分解；而太阳光中可见光和红外光 部分透过高透光玻璃板3，被光伏电池板4所吸收，光伏电池板4在可见光和 红外下的照射下会将部分太阳辐射能转化为电能，没有转化为电能的太阳辐射能转化为热能，一方面使整个空气流道13出现热虹吸现象，另一方面多余 的热量被光伏电池版4背面的相变蓄热体5所吸收。
在需要加强室内通风的季节，关闭室内顶部挡板9，关闭室外底部挡板7， 在太阳光照射下，空气流道13中空气流动，通过室内底部通风口11将室内 空气带走，从室外顶部通风口2排出，从而可以达到强化通风，降低室内温 度的目的，同时由于绝热墙体12的存在，不会使室内温度受到太阳辐射的影 响，同样地由于相变蓄热体5的存在，在夜晚也能实现强化通风的作用。
实施例3：
结合说明书附图1-2，本发明安装于面向太阳照射时间较长的竖直内凹墙 面或者倾斜内凹屋面上，当太阳光照射在负载有光催化剂薄膜16的高透光玻 璃板3上时，太阳光中的紫外线被光催化剂薄膜16吸收，在太阳光中紫外线 的作用下，光催化剂薄膜16会产生具有氧化性的电子空穴，能够将空气中的 苯、甲苯、甲醛等挥发性有机污染物氧化分解；而太阳光中可见光和红外光 部分透过高透光玻璃板3，被光伏电池板4所吸收，光伏电池板4在可见光和 红外下的照射下会将部分太阳辐射能转化为电能，没有转化为电能的太阳辐射能转化为热能，一方面使整个空气流道13出现热虹吸现象，另一方面多余 的热量被光伏电池版4背面的相变蓄热体5所吸收。
该集热墙还可以具有换气功能，在需要进行室内换气时，关闭室内底部 挡板11和室外上挡板1，打开室内顶部挡板9和室外底部挡板7，在太阳辐 射的作用下，室外空气通过室外底部通风口6，进入空气流道13，经过加热、 净化后通过室内顶部通风口8流到室内，达到换气的目的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述 的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙，设置在内凹墙体中，并位于地面(14)和屋顶(15)之间，其特征在于，包括高透光玻璃板(3)、太阳能光伏电池板(4)、相变蓄热体(5)、绝热墙体(12)和光催化剂薄膜(16)，且所述光催化剂薄膜(16)负载于所述高透光玻璃板(3)内侧，所述光催化剂薄膜(16)与所述太阳能光伏电池板(4)之间形成空气流道(13)，所述太阳能光伏电池板(4)内侧依次连接有所述相变蓄热体(5)和所述绝热墙体(12)；
所述高透光玻璃板(3)顶端与所述屋顶(15)之间形成室外顶部通风口(2)，底端与所述地面(14)之间形成室外底部通风口(6)，且所述室外顶部通风口(2)活动连接有室外顶部挡板(1)，所述室外底部通风口(6)活动连接有室外底部挡板(7)；
所述绝热墙体(12)顶端与所述屋顶(15)之间形成室内顶部通风口(8)，底端与所述地面(14)之间形成室内底部通风口(11)，且所述室内顶部通风口(8)活动连接有室内顶部挡板(9)，所述室内底部通风口(11)活动连接有室内底部挡板(10)。
2.根据权利要求1所述的一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙，其特征在于，所述室外顶部挡板(1)铰接在所述屋顶(15)上。
3.根据权利要求1所述的一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙，其特征在于，所述室外底部挡板(7)铰接在所述地面(14)上。
4.根据权利要求1所述的一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙，其特征在于，所述室内顶部挡板(9)铰接在所述绝热墙体(12)顶端。
5.根据权利要求1所述的一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙，其特征在于，所述室内底部挡板(10)铰接在所述绝热墙体(12)底端。
6.根据权利要求1所述的一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙，其特征在于，所述光催化剂薄膜(16)为使用溶胶—凝胶法制备的TiO2光催化剂薄膜。
7.根据权利要求6所述的一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙，其特征在于，所述光催化剂薄膜(16)的厚度小于40μm。
8.根据权利要求1所述的一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙，其特征在于，所述相变蓄热体(5)的相变温度在40℃以下，且相变时体积变化小于5％。
9.根据权利要求1所述的一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙，其特征在于，所述空气流道(13)的宽度与高度的比值为1:20。
10.根据权利要求1所述的一种基于光催化氧化技术的多功能太阳能集热墙，其特征在于，所述室外底部通风口(6)、所述室外顶部通风口(2)、所述室内底部通风口(11)和所述室内顶部通风口(8)的面积相同，并且与所述空气流道(13)的截面积比值不大于1。
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