CN110081620A - 一种利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，包括：支座，包括第一角度调节器和第二角度调节器的角度调节组件，镜架和镜子。本申请提供的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，结构简单，造价低，定位精准，通过程序自动计算太阳角度，通过控制器自动调整镜面的俯仰角及水平方位角，将太阳光定向反射进建筑室内，以提升建筑的室内温度和照度，适于在建筑群中广泛推广。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能装备技术领域，尤其涉及一种利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置。
背景技术
太阳能是一种清洁的可再生能源，太阳能热水器、太阳能光伏发电、太阳能采暖等是其典型利用方式，其中太阳能热水、太阳能光伏发电技术相对成熟，但传统利用太阳能采暖方法存在系统复杂、利用效率低以及对建筑南立面上的太阳辐射利用不充分等不足。
国外在一些大型太阳能电站(如美国内华达1号太阳能聚光塔项目) 将太阳能聚光，通过太阳能热推动透平机发电。国内也有类似的试验系统，但太阳能技术在建筑领域的应用还很少，在寒冷地区城市及其偏远地区，冬季的建筑室内大多采用燃煤、太阳能热水装置、被动式太阳能房等进行供暖。但是燃煤供暖容易造成大气的污染，对环境影响较大。太阳能热水装置和被动式太阳能房供暖对太阳能的利用转化率较低，供暖效果不理想。
现有技术中存在主张在行列式住宅中将“镜面材料”“固定俯仰安装”，其镜面是不动的，能增加住宅日照，确有价值但效率较低。太阳辐射中包含了光和热，在北方采暖季，建筑南向和北向其室内气温差别巨大，目前的方法主要是对自然采光或热的单独利用，缺乏将太阳辐射的光热进行同时充分利用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本申请提供了一种利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，结构简单，造价低，定位精准，通过预先计算出的太阳轨迹，通过控制器定时调整镜面的俯仰及方位角，将太阳光定向反射进建筑室内，以提升建筑的室内温度和照度，适于广泛推广。
(二)技术方案
本申请提供了一种利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，包括：支座，包括第一角度调节器和第二角度调节器的角度调节组件，镜架和镜子。所述第一角度调节器固定在支座上；所述镜架，安装在第一角度调节器上；所述第二角度调节器固定在镜架上；所述镜子，固定在镜架上。
在本申请的一些实施例中，所述角度调节组件包括第一角度调节器，第二角度调节器和控制器。所述第一角度调节器为俯仰角调节装置，固定在所述支座上；所述第二角度调节器为水平方位角调节装置，固定在所述镜架上；所述控制器，调节控制俯仰角调节装置和水平俯仰角调节装置的角度转动。
在本申请的一些实施例中，利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置还包括悬挑受力杆，固定在所述支座上；
所述俯仰角调节装置包括：俯仰步进电机固定支架，固定在悬挑受力杆上；俯仰步进电机，固定于所述俯仰步进电机固定支架内并连接所述控制器；俯仰减速机，安装在所述俯仰步进电机上并连接所述控制器；俯仰转动轴，通过俯仰轴承连接所述悬挑受力杆；俯仰电机齿轮，固定于所述俯仰减速机输出轴上；俯仰转动齿轮，固定连接俯仰转动轴并且与所述俯仰电机齿轮啮合；
所述水平方位角调节装置包括：水平步进电机固定支架，固定在镜架上；水平步进电机，固定于所述水平步进电机固定支架内并与所述控制器连接；水平减速机，安装在所述水平步进电机上并与所述控制器连接；水平转动轴，通过水平电机齿轮连接镜架，并且与俯仰转动轴固定连接；水平电机齿轮，固定于所述水平减速机输出轴上；水平转动齿轮，固定连接水平转动轴并且与所述水平电机齿轮啮合。
在本申请的一些实施例中，本申请提供的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，还包括水平预应力施加装置，其安装在镜架上，其包括弹簧绳、支座卧式轴承和镜架连接组件，所述弹簧绳设置于支座卧式轴承和镜架连接组件之间。所述预应力施加装置通过支座卧式轴承和镜架连接组件将支座与镜架连接，并利用弹簧绳的力臂差产生预应力提高镜架稳定性。
在本申请的一些实施例中，所述支座包括纵向固定杆和横向固定杆，所述纵向固定杆和横向固定杆与悬挑受力杆均有固定斜撑杆连接。
在本申请的一些实施例中，所述悬挑受力杆包括水平设置的两个悬杆，所述俯仰转动齿轮与所述水平转动轴设于两个悬杆之间。
在本申请的一些实施例中，所述水平转动齿轮和俯仰转动齿轮均为部分齿轮。
在本申请的一些实施例中，所述水平转动齿轮和俯仰转动齿轮内部均开有孔。
在本申请的一些实施例中，所述俯仰轴承和为卧式轴承。
在本申请的一些实施例中，所述镜架同故宫焊接点焊接成多个框架，所述镜子安装在框架内。
在本申请的一些实施例中，所述水平步进电机固定支架和俯仰步进电机固定支架呈倒L形结构。
本申请进一步提供一种采光采暖装置的应用，其包括将权利要求1～9 中任一项所述的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置应用于有需要提升室内温度和照度的建筑的建筑群中。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本申请至少具有以下有益效果其中之一：
(1)本申请提供的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，结构简单，造价低，定位精准，通过传感太阳角度，通过控制器调整镜面的俯仰及水平角度，自动将太阳光定向反射进建筑室内，以提升建筑的室内温度和照度，适于广泛推广；
(2)本申请提供的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，设有仅仅通过支座固定后即可实现牢固固定整体效果，节约占地，结构稳定；
(3)本申请提供的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，可以通过根据太阳轨迹角度设置控制器按时控制镜面角度获取最大光照时间。
(4)本申请提供的预应力施加装置，可以利用力矩差对镜架施加预应力，可以增强镜架抗风、抗震能力。
(5)大幅度提高建筑环境中的太阳能利用率。
(6)能为住宅等建筑的北面阴冷空间提供大量其急需的日照，有可能大量节约土地。
(7)基于“中心开孔导流”(镜架中心不安装镜面，引导气流通过，类似降落伞，起到稳定镜架的作用)、“风力矩相互抵消”(镜架对于俯仰转动轴及水平转动轴对称，因此镜面在风力作用下产生的力矩大部分彼此抵消，增强了镜架的稳定性)以及“预应力施加”(利用弹簧，对镜架施加拉力，使得镜架在风力作用下保持稳定)的抗风性能较理想。
(8)采用“水平方位角+俯仰角分别控制”的视日追踪机构重量较轻 (由调整水平方位角的水平步进电机、水平减速电机与水平转动齿轮组，和调整俯仰角的俯仰步进电机、俯仰减速电机与俯仰转动齿轮组，二者共同组成视日追踪机构，相比于全平面镜面、非对称的追踪机构，本装置结构较轻)，结构可靠，定向反射准确，便于安装在建筑外墙上。
附图说明
图1为本申请利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置的结构示意图。
【本申请主要部件符号说明】
1、横向固定杆； 2、纵向固定杆； 3、固定斜撑杆；
4、悬挑受力杆； 5、俯仰步进电机固定支架； 6、俯仰减速电机；
7、俯仰步进电机； 8、水平步进电机固定支架； 9、水平转动轴承；
10、水平转动齿轮组； 11、俯仰电机齿轮； 12、俯仰转动齿轮组；
13、水平转动轴； 14、俯仰转动轴； 15、俯仰轴承；
16、镜架； 17、镜子； 18、焊接点；
19、弹簧； 20、转轴； 21、水平步进电机；
22、水平减速电机
图2为本申请的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置安装于建筑群中应用的示意图。
图3为实施例2的三个房间的温度监测图。
图4为实施例2的三个房间的照度监测图。
具体实施方式
本申请提供了一种利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，结构简单，造价低，定位精准，通过预先计算出的太阳轨迹，通过控制器定时调整镜面的俯仰及方位角，将太阳光定向反射进建筑室内，以提升建筑的室内温度和照度，适于广泛推广。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。
实施例1
在本申请公开的一个示例性实施例中，提供了一种利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，如图1所示，一种利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，包括：支座；俯仰角调节装置，固定于支座上；镜架16，安装在俯仰角调节装置上；镜子17，固定在镜架16上。可以利用俯仰角调节装置调节镜架16的角度，使镜面可以根据太阳角度变化调节反光角度，及时调节反射阳光给需要方位。
具体的，所述镜子17有若干块，所述镜子17为平面镜。所述俯仰角调节装置包括：俯仰角调节装置，固定在所述支座上；水平俯仰角调节装置，固定在所述镜架16上；控制器，调节控制俯仰角调节装置和水平俯仰角调节装置的角度转动，所述控制器包括光感器、计时器、数据处理器、存储电路、输入电路和输出电路。光感器、计时器分别将太阳光角度信息和时间信息通过输入接口电路传送给数据处理器，数据处理器通过提前设置好的计算方法将得出的角度调节信息通过输出接口电路传输给俯仰角调节装置，调节控制俯仰角调节装置和水平俯仰角调节装置的角度转动将阳光时时反射到需要方位。
具体的，利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置还包括悬挑受力杆4，固定在所述支座上；所述俯仰角调节装置包括：俯仰步进电机固定支架5，固定在悬挑受力杆4上；俯仰步进电机7，固定于所述俯仰步进电机固定支架5内并连接所述控制器；俯仰减速电机6，安装在所述俯仰步进电机7上并连接所述控制器；俯仰转动轴14，通过俯仰轴承15连接所述悬挑受力杆4；俯仰电机齿轮11，固定于所述俯仰减速机6 输出轴上；俯仰转动齿轮组12，固定连接俯仰转动轴14并且与所述俯仰电机齿轮11啮合；所述水平俯仰角调节装置包括：水平步进电机固定支架8，固定在镜架16上；水平步进电机21，固定于所述水平步进电机固定支架8内并与所述控制器连接；水平减速电机22，安装在所述水平步进电机21上并与所述控制器连接；水平转动轴13，通过水平电机齿轮连接镜架16，并且与俯仰转动轴14固定连接；水平电机齿轮，固定于所述水平减速电机22输出轴上；水平转动齿轮组10，固定连接水平转动轴13 并且与所述水平电机齿轮啮合。
具体的，所述支座包括纵向固定杆2和横向固定杆1，所述纵向固定杆2和横向固定杆1与悬挑受力杆4均有固定斜撑杆3连接。如此设计仅仅需要将纵向固定杆2固定即可固定整个装备，节省用地而且结构牢固。
具体的，所述悬挑受力杆4包括水平设置的两个悬杆，所述俯仰转动齿轮组12与所述水平转动轴13设于两个悬杆之间。所述水平转动齿轮组 10和俯仰转动齿轮均为半圆齿轮，可以节省材料，减轻重量。所述水平转动齿轮组10和俯仰转动齿轮内部均开有孔，可节省材料，减低成本。所述俯仰轴承15和为卧式轴承。所述镜架16通过焊接点18焊接成多个框架，所述镜子17安装在框架内。所述水平步进电机固定支架8和俯仰步进电机固定支架呈倒L形结构。
实施例2
将本申请的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置在建筑群中应用，具体的，安装在第4教学楼第建筑外墙，将太阳辐射反射到前方第2教学楼的北部318室内。监测222，318，416三个房间的温度和照度。监测结果如图3和图4所示，反射光入射第318房间，无论是温度还是照度都大幅度高于其他两个房间。未经反射光的照射的222和416两个房间的温度和照度，都比较稳定，无明显波动。而经过反射光照射的房间照度会随太阳光光线强度有较大的波动幅度。说明本申请的装置对室内采暖和采光都有很大的改善。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本申请有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所述技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式。
还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本申请的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，其特征在于，包括：
支座；
包括第一角度调节器和第二角度调节器的角度调节组件；
镜架；和，
镜子。
所述第一角度调节器固定在支座上；所述镜架，安装在第一角度调节器上；所述第二角度调节器固定在镜架上；所述镜子，固定在镜架上。
2.根据权利要求1所述的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，其特征在于，所述镜子有若干块，所述镜子为平面镜。
3.根据权利要求2所述的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，其特征在于，所述角度调节组件包括第一角度调节器，第二角度调节器和控制器，
所述第一角度调节器为俯仰角调节装置，固定在所述支座上；
所述第二角度调节器为水平方位角调节装置，固定在所述镜架上；
所述控制器，调节控制俯仰角调节装置和水平方位角调节装置的角度转动。
4.根据权利要求3所述的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，其特征在于，还包括：悬挑受力杆，固定在所述支座上；
所述俯仰角调节装置包括：
俯仰步进电机固定支架，固定在悬挑受力杆上；
俯仰步进电机，固定于所述俯仰步进电机固定支架内并连接所述控制器；
俯仰减速机，安装在所述俯仰步进电机上并连接所述控制器；
俯仰转动轴，通过俯仰轴承连接所述悬挑受力杆；
俯仰电机齿轮，固定于所述俯仰减速机输出轴上；
俯仰转动齿轮，固定连接俯仰转动轴并且与所述俯仰电机齿轮啮合；
所述水平方位角调节装置包括：
水平步进电机固定支架，固定在镜架上；
水平步进电机，固定于所述水平步进电机固定支架内并与所述控制器连接；
水平减速机，安装在所述水平步进电机上并与所述控制器连接；
水平转动轴，通过水平电机齿轮连接镜架，并且与俯仰转动轴固定连接；
水平电机齿轮，固定于所述水平减速机输出轴上；
水平转动齿轮组，固定连接水平转动轴并且与所述水平电机齿轮啮合。
5.根据权利要求4所述的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，其特征在于，所述支座包括纵向固定杆和横向固定杆，所述纵向固定杆和横向固定杆与悬挑受力杆均有固定斜撑杆连接。
6.根据权利要求5所述的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，其特征在于，所述悬挑受力杆包括水平设置的两个悬杆，所述俯仰转动齿轮与所述水平转动轴设于两个悬杆之间。
7.根据权利要求6所述的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，其特征在于，所述水平转动齿轮和俯仰转动齿轮均为部分圆齿轮。
8.根据权利要求1所述的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，其特征在于，所述镜架具有多个框架，所述镜子安装在框架内。
9.根据权利要求1所述的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置，其特征在于，还包括水平预应力施加装置，其安装在镜架上，其包括弹簧绳、支座卧式轴承和镜架连接组件，所述弹簧绳设置于支座卧式轴承和镜架连接组件之间。
10.一种采光采暖装置的应用，其包括将权利要求1～9中任一项所述的利用镜面自动追踪、定向反射日照的采光采暖装置应用于有需要提升室内温度和照度的建筑的建筑群中。
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