CN110331801B - 光伏光热蓄热双层呼吸幕墙 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏光热蓄热双层呼吸幕墙，包括设置在建筑物向阳侧的外层玻璃幕墙和内层玻璃幕墙，外层玻璃幕墙和内层玻璃幕墙之间有一定的距离，外层玻璃幕墙的内壁的下部设置有光伏板，内层玻璃幕墙的外侧的下部设置有太阳能集热器，内层玻璃幕墙和太阳能集热器之间有一定距离，太阳能集热器通过支架固定；上层的地板和下层的天花板之间设置有设备舱。它可以通过光伏板进行光伏光热发电，同时有循环管路对光伏板进行降温处理以及储热装置回收多余的热量，为了加强换热，在幕墙空腔内加入了太阳能集热器，进一步对空腔内的空气进行加热，同时收集太阳能集热器吸收的热量加以储存。

Description

光伏光热蓄热双层呼吸幕墙

技术领域

本发明属于建筑领域，具体涉及一种光伏光热蓄热双层呼吸幕墙。

背景技术

光伏幕墙属于太阳能光伏建筑一体化的重要应用范围，它集合了光伏发电技术和幕墙技术，是一种高科技产品，代表着国际上太阳能建筑一体化技术的最近发展方向。随着时代进步与科学技术的发展，建筑领域发生了深刻的变革，更多节能环保的新技术，新材料层出不穷。李伟介绍了高层和新型建筑外墙大量采用的幕墙从最初的明框玻璃幕墙、隐框玻璃幕墙，发展到目前较为先进的点支幕墙和全玻幕墙。呼吸式幕墙作为一种新型玻璃幕墙，凭借其出色的环保节能性能得到了国内外学者的重视，许多研究人员已经进行了大量卓有成效的研究，并有许多成熟的技术己经应用到实际中。

最早提出双层玻璃概念的是柯布西耶。早在1931年，柯布西耶为巴黎难民城（LaCite’deRefuge）提出“用双层外皮抵御外部气候”的概念，把玻璃做成双层的，两层间距5-10cm，利用该玻璃间层来实现冬季加热空气、夏季降温的目的，亦即可以自主“呼吸”的幕墙。

呼吸式幕墙的研究应用最早始于二十世纪初的欧洲。二十一世纪初，具有显著节能效果的呼吸式玻璃幕墙在我国开始出现。惠存等说明了国内外有关双层热通道玻璃幕墙的研究主要集中在热工性能、通风性能和影响双层通风幕墙通风和热工性能的因素等方面，采用的主要研究方法有实验研究、理论研究和有限元数值模拟等。1967年芬兰EKONO公司在赫尔辛基建造了第一座安装了双层窗系统的办公楼，“Double-Skinfade”双层幕墙越来越多地出现在建筑师的方案设计中，上世纪90年代后期为热通道幕墙发展高峰期。我国在21世纪初开始引进双层幕墙，先后在北京（旺座大厦）、上海（久事大厦）、南京（人寿保险大厦）、深圳（TCL大厦）、武汉（精伦大厦）等地建成。

呼吸式幕墙具有较好的热工性能，对于该方面，Alifallahi等的研究更为深入。主要从双层呼吸幕墙作用原理、双层呼吸幕墙综合传热系数、开放式呼吸幕墙的烟囱效应、双层呼吸幕墙内温度场和流场模拟计算等方面进行。Yilmaz等将应用单层幕墙和双层呼吸幕墙在冬季时的热损耗进行了对比，得出了利用双层呼吸式幕墙的建筑在冬季加热能耗显著降低的结论。Gratia等分析了太阳辐射水平，朝向和遮阳设备使用，风速，遮阳设备的颜色等因素对平均温度变化的影响，其中朝向的影响较明显。Hashem等运用数值模拟的方法，发现双层幕墙由于内、外层幕墙和空气间层温度的不同，可以减少冬季空调能耗。国内对双层呼吸幕墙的研究主要集中于综合传热系数及温度场。闫增峰等采用CFD模拟计算了内呼吸玻璃幕墙的稳态热工过程，比较了不同通风量和有无遮阳条件下内呼吸玻璃幕墙内层玻璃内表面温度分布。刘猛等选取外循环箱体式双层玻璃幕墙作为研究对象，运用模拟的方法，计算了双层玻璃幕墙的的综合传热系数。惠存等通过建立三维分析模型，研究了进风口高度、空气通道宽度、出风口风速和外玻璃内表面辐射率的变化对内循环双层幕墙热工性能的影响规律。

国内外对双层呼吸幕墙通风性能的研究主要是通过CFD软件对双层呼吸幕墙内部自然通风特征进行模拟研究。Haifa等通过总结CFD模拟分析的结果，从热流量和能效的角度对利用自然通风的双层玻璃幕墙进行了研究分析。Mingotti等通过对双层呼吸幕墙及与其相连房间的测试，建立了一个描述双层玻璃幕墙通风作用原理的模型，并用实验测试数据对其进行了验证。我国马扬等分别对封闭及通风状态下的内、外层传热系数、遮阳系数以及可见光透射比等参数进行模拟计算，同时采用CFD技术对典型工况下内置遮阳百叶的遮阳效果进行了模拟计算。我国张欣通过试算通风量的方法，分析了关于双层建筑幕墙自然通风的可行性及其应用范围。

影响双层通风幕墙通风和热工性能的因素有：季候分区、朝向及太阳辐射照度、玻璃幕墙的宽度和高度、遮阳位置、进风口和出风口位置、玻璃光学属性及玻璃的组合方式等。国内外学者通过控制不同的变量，探究了在不同参数影响下的双层通风幕墙的节能效果。Gratia等通过实验测试得出：幕墙内遮阳颜色和位置不同及双层幕墙进出风口的位置对双层幕墙办公建筑冷负荷的影响很大，我国林涛等用CFD方法研究遮阳位置对双层幕墙传热性能的影响。结果表明遮阳位置不同，可导致内层中空玻璃的外表面温度最大相差2.7-3.5℃。对于该方向的研究尚未成熟，与工程实践的联系较为滞后。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种光伏光热蓄热呼吸幕墙。

本发明的目的是以下述方式实现的：

光伏光热蓄热双层呼吸幕墙，包括设置在建筑物向阳侧的外层玻璃幕墙和内层玻璃幕墙，外层玻璃幕墙和内层玻璃幕墙之间有一定的距离，外层玻璃幕墙的顶部与天花板之间设置有室外空气出风口，外层玻璃幕墙的底部与地板之间设置有室外空气进风口，内层玻璃幕墙的顶部与天花板之间设置有室内空气出风口，内层玻璃幕墙的底部与地板之间设置有室内空气进风口，室外空气出风口和室外空气进风口处均设置有电动百叶帘，室内空气出风口和室内空气进风口处均设置有电动风门，电动百叶帘和电动风门的控制开关位于总控制室；

外层玻璃幕墙的内壁的下部设置有光伏板，内层玻璃幕墙的外侧的下部设置有太阳能集热器，内层玻璃幕墙和太阳能集热器之间有一定距离，太阳能集热器通过支架固定；上层的地板和下层的天花板之间设置有设备舱，设备舱内设置有石蜡蓄热装置、压缩机、水泵和蓄电池，石蜡蓄热装置内设置有冷却水换热管和制冷剂换热管，石蜡蓄热装置内部、冷却水换热管和制冷剂换热管外部充满石蜡，蓄电池与光伏板电连接，光伏板将太阳能转换成电能储存在蓄电池中，蓄电池与压缩机、水泵电连接，蓄电池为压缩机、水泵供电，光伏板背面设置有光伏板换热管，太阳能集热器内设置有太阳能集热器换热管，光伏板换热管和太阳能集热器换热管的出水管与冷却水换热管的进水管连通，光伏板换热管和太阳能集热器换热管的进水管与冷却水换热管的出水管连通，水泵设置在光伏板换热管和太阳能集热器换热管的进水管与冷却水换热管的出水管之间，光伏板换热管和太阳能集热器换热管的出水管与冷却水换热管的进水管之间设置有过滤器；

制冷剂换热管的出液管与风机盘管的进液管连通，制冷剂换热管的进液管经膨胀阀与风机盘管的出液管连通，压缩机设置在制冷剂换热管的出液管与风机盘管的进液管之间；压缩机和水泵的控制开关均位于总控制室。

所述外层玻璃幕墙和内层玻璃幕墙之间的距离为60-80cm。

所述太阳能集热器的顶部边缘高于光伏板的顶部边缘，太阳能集热器的底部边缘高于光伏板的底部边缘。

所述冷却水换热管和制冷剂换热管在石蜡蓄热装置内呈层间隔设置，冷却水换热管一端与冷却水换热主进水管连通，另一端与冷却水换热主出水管连通，制冷剂换热管一端与制冷剂换热主进液管连通，另一端与制冷剂换热主出液管连通；冷却水换热主进水管与光伏板换热管和太阳能集热器换热管的出水管连通，冷却水换热主出水管与光伏板换热管和太阳能集热器换热管的进水管连通，制冷剂换热主进液管与膨胀阀的出液管连通，制冷剂换热主出液管与压缩机的进液管连通。

所述太阳能集热器的顶部边缘与地板之间的距离为70-90cm，光伏板的顶部边缘与地板之间的距离为50-70cm。

所述连通光伏板换热管和太阳能集热器换热管的进水管与冷却水换热管的出水管的管道上设置有补水口，补水口通过补水管道与水源连通，补水管道上设置有电磁阀，电磁阀的控制开关位于总控制室。

所述光伏板换热管和太阳能集热器换热管的出水管与室内用水设备连通，蓄电池与室内用电设备电连接。

所述太阳能集热器的外侧设置有电动卷帘，电动卷帘内卷着锡箔反射布，电动卷帘的控制开关位于总控制室。

所述设备舱的外壳外侧由挤塑板或橡塑板覆盖。

如上述的光伏光热蓄热双层呼吸幕墙的使用方法，具体过程如下：

太阳光照射到光伏板上，光伏板将光能转换成电能，并将电能储存在蓄电池中，蓄电池给水泵、压缩机、风机盘管和室内用电设备供电；

打开水泵，太阳能集热器储存的太阳能被太阳能集热器换热管内的冷却水带走，光伏板在工作过程中产生的热量被光伏板换热管内的冷却水带走，太阳能集热器换热管和光伏板换热管内的冷却水经过换热后升温，升温后的冷却水通过过滤器后经冷却水换热管进入石蜡蓄热装置，冷却水换热管内的冷却水与石蜡进行热交换，将热量传递给石蜡，石蜡起到储存热量的作用，换热后降温的冷却水再回到太阳能集热器换热管和光伏板换热管中进行热交换；升温后的冷却水还可以直接给室内用水设备供水；打开位于总控制室的电磁阀的控制开关，水源可通过补水管道向系统内补水；

制冷剂换热管内的制冷剂与石蜡进行热交换，石蜡将热量传递给制冷剂，当需要向室内供热时，打开压缩机，制冷剂换热管内的制冷剂进入风机盘管中，风机盘管内的高温制冷剂与管外空气换热，使空气被加热，降温后的制冷剂通过膨胀阀后再回到制冷剂换热管内继续与石蜡进行热交换；当需要向室内供热水时，可通过风机盘管内的高温制冷剂与水进行热交换，对水起到预热的作用；

对于夏季工况，白天关闭室内空气进风口和室内空气出风口，开启室外空气出风口和室外空气进风口，加强室外空气与双层呼吸幕墙的热交换，白天光伏板工作过程中产生的热量不仅可以被光伏板换热管内的冷却水带走，而且可以加热双层呼吸幕墙内紧挨着外层玻璃幕墙一侧的空气，在外层玻璃幕墙和内层玻璃幕墙之间的空腔下部形成高温区，将空气快速加热，加强幕墙中的烟囱效应，以此来达到大量排出热量的目的；电动卷帘将锡箔反射布展开，减少太阳能集热器获得的太阳能，将太阳能反射给光伏板；

对于冬季工况，白天开启室内空气进风口和室内空气出风口，关闭室外空气出风口和室外空气进风口，从而形成室内与外层玻璃幕墙和内层玻璃幕墙之间的热量交换内循环；白天太阳能集热器和光伏板同时吸收太阳的热量，在外层玻璃幕墙和内层玻璃幕墙之间的空腔下部形成高温区，将空气快速加热，同时加快气流与室内空气的热交换，外层玻璃幕墙和内层玻璃幕墙之间的空腔内的空气通过吸收太阳辐射的热量以及吸收太阳能集热器储存的部分热量进行升温，升温后的空气从内空气进风口进入室内，从而加热室内空气；夜晚利用太阳能集热器和光伏板在白天储存在石蜡蓄热装置中的热量，通过压缩机、制冷剂换热管、风机盘管和膨胀阀将热量传递到室内空气中，从而加热室内空气，保证夜晚依然有超过两个小时以上的供暖时间。

为了回收利用使电池温度升高的那部分热量，既能使电池的温度维持在一个较低的水平，同时又能够不浪费掉这部分热量。本申请公开了一种光伏光热蓄热新型呼吸幕墙，它可以通过光伏板进行光伏光热发电，同时有循环管路对光伏板进行降温处理以及储热装置回收多余的热量，为了加强换热，在幕墙空腔内我们加入了太阳能集热器，进一步对空腔内的空气进行加热，同时收集太阳能集热器吸收的热量加以储存。在保证呼吸幕墙节能效果的同时，实现电热联产的效果。

利用低温循环水对光伏板进行降温，提高光电转换效率，同时不浪费产生的热量。充分利用光伏板余热和光伏板后方的太阳能集热器蓄热，将多余热量收集起来并由石蜡蓄热装置进行储存，有效降低建筑物的冷暖负荷，利用所储存的冷热量，结合机械通风，减少建筑物在夏季制冷和冬季产热时的能源消耗。利用光伏板合理的摆放方式在烟囱效应的影响下产生紊流，增加与室内空气的交换。

蓄电池用来储存光伏板产生的电能并供给室内用电，石蜡储热装置用来回收太阳能集热器上储存的热量以及光伏板在工作过程中产生的热量，在需要的时候通过压缩机输送热量。循环水泵的管路并联连接在太阳能集热器与石蜡储热装置以及光伏板与石蜡储热装置之间，通过水的循环流动带走太阳能集热器和光伏板上多余的热量。整个设备舱连接室内的给水管网、电网以及空调系统，可以实现对建筑物内用户的供热及供电。

石蜡蓄热装置利用石蜡的相变进行储热，装置内有两条并行管路，分别是冷却水管路和制冷剂管路。冷却水吸收光伏板和太阳能集热器的热量将其导给石蜡，水温降低后可继续吸收热量。储存在石蜡内部的热量由制冷剂带入室内，在冬季可为室内提供一部分供暖，夏季也可以为需要加热的水进行预热。

附图说明

图1是本发明的剖面图。

图2是夏季工况下的工作示意图。

图3是冬季工况下的工作示意图。

图4是本发明的电路连接示意图。

图5是本发明的制冷剂流向示意图。

图6是本发明的冷却水流向示意图。

图7是石蜡蓄热装置的管道的结构示意图。

图8是石蜡蓄热装置的部分剖视图。

图9是石蜡蓄热装置的外部结构示意图。

图10是东西南北各朝向太阳逐月总辐射强度变化曲线。

其中，1是外层玻璃幕墙；2是内层玻璃幕墙；3是天花板；4是室外空气出风口；5是地板；6是室外空气进风口；7是室内空气出风口；8是室内空气进风口；9是电动百叶帘；10是电动风门；11是光伏板；12是太阳能集热器；13是设备舱；14是石蜡蓄热装置；15是压缩机；16是水泵；17是蓄电池；18是冷却水换热管；1801是冷却水换热主进水管；1802是冷却水换热主出水管；19是制冷剂换热管；1901是制冷剂换热主进液管；1902是制冷剂换热主出液管；20是光伏板换热管；21是太阳能集热器换热管；22是补水管道；23是水源；24是室内用水设备；25是风机盘管；26是室内用电设备；27是膨胀阀；28是过滤器；29是电动卷帘。

具体实施方式

如图1-9所示，光伏光热蓄热双层呼吸幕墙，包括设置在建筑物向阳侧的外层玻璃幕墙1和内层玻璃幕墙2，外层玻璃幕墙1和内层玻璃幕墙2之间有一定的距离，外层玻璃幕墙1的顶部与天花板3之间设置有室外空气出风口4，外层玻璃幕墙1的底部与地板5之间设置有室外空气进风口6，内层玻璃幕墙2的顶部与天花板3之间设置有室内空气出风口7，内层玻璃幕墙2的底部与地板5之间设置有室内空气进风口8，室外空气出风口4和室外空气进风口6处均设置有电动百叶帘9，室内空气出风口7和室内空气进风口8处均设置有电动风门10，电动百叶帘9和电动风门10的控制开关位于总控制室；

外层玻璃幕墙1的内壁的下部设置有光伏板11，内层玻璃幕墙2的外侧的下部设置有太阳能集热器12，内层玻璃幕墙2和太阳能集热器12之间有一定距离（5-10cm），太阳能集热器12通过支架固定；上层的地板5和下层的天花板3之间设置有设备舱13，设备舱13内设置有石蜡蓄热装置14、压缩机15、水泵16和蓄电池17，石蜡蓄热装置14内设置有冷却水换热管18和制冷剂换热管19，石蜡蓄热装置14内部、冷却水换热管18和制冷剂换热管19外部充满石蜡，蓄电池17与光伏板11电连接，光伏板11将太阳能转换成电能储存在蓄电池17中，蓄电池17与压缩机15、水泵16电连接，蓄电池17为压缩机15、水泵16供电，光伏板11背面设置有光伏板换热管20，太阳能集热器12内设置有太阳能集热器换热管21，光伏板换热管20和太阳能集热器换热管21的出水管与冷却水换热管18的进水管连通，光伏板换热管20和太阳能集热器换热管21的进水管与冷却水换热管18的出水管连通，水泵16设置在光伏板换热管20和太阳能集热器换热管21的进水管与冷却水换热管18的出水管之间，光伏板换热管20和太阳能集热器换热管21的出水管与冷却水换热管18的进水管之间设置有过滤器28；制冷剂换热管19的出液管与风机盘管25的进液管连通，制冷剂换热管19的进液管经膨胀阀27与风机盘管25的出液管连通，压缩机15设置在制冷剂换热管19的出液管与风机盘管25的进液管之间；压缩机15和水泵16的控制开关均位于总控制室。

经典的热泵系统包含压缩机、冷凝器，膨胀阀和蒸发器，本发明中的石蜡蓄热装置14内的制冷剂换热管19相当于蒸发器，制冷剂吸收石蜡储存的热量（来自太阳能）；风机盘管25相当于冷凝器，将制冷剂携带的热量传递向室内。本发明中使用压缩机15、风机盘管25、膨胀阀27和石蜡蓄热装置14内的制冷剂换热管19构成完整的热泵系统，将石蜡储存的热量传递向室内。

双层玻璃幕墙本身的保温能力是有地域区别的，在北方冬季供暖地区，外层玻璃幕墙可以使用双层玻璃，用于保温。而在南方炎热地区，内层玻璃幕墙使用双层玻璃，用于隔热。

太阳能集热器12为市售。

太阳能集热器12的作用基于它自身的热传导方式分为两个方面：

第一，热传导。太阳能集热器的表面层吸收阳光后温度升高，热量热传导给太阳能集热器换热管21，太阳能集热器换热管21被锡箔热反射材料和挤塑板（厚度1cm）包在内侧。

第二，热对流。太阳能集热器的表面层吸热升温后，加热周围的空气，形成热对流，强化幕墙内部的烟囱效应。

内层玻璃幕墙2和太阳能集热器12之间有一定距离，这样气流（自然对流）可以将热量带走，不至于传递给内层玻璃幕墙2。

外层玻璃幕墙1和内层玻璃幕墙2之间的距离为60-80cm。

太阳能集热器12的顶部边缘高于光伏板11的顶部边缘，太阳能集热器12的底部边缘高于光伏板11的底部边缘。

太阳能集热器12的顶部边缘与地板5之间的距离为70-90cm，光伏板11的顶部边缘与地板5之间的距离为50-70cm。

冷却水换热管18和制冷剂换热管19在石蜡蓄热装置14内呈层间隔设置，冷却水换热管18一端与冷却水换热主进水管1801连通，另一端与冷却水换热主出水管1802连通，制冷剂换热管19一端与制冷剂换热主进液管1901连通，另一端与制冷剂换热主出液管1902连通；冷却水换热主进水管1801与光伏板换热管20和太阳能集热器换热管21的出水管连通，冷却水换热主出水管1802与光伏板换热管20和太阳能集热器换热管21的进水管连通，制冷剂换热主进液管1901与膨胀阀27的出液管连通，制冷剂换热主出液管1902与压缩机15的进液管连通。

如图7所示，由上到下的换热管依次为制冷剂换热管层、冷却水换热管层、制冷剂换热管层、冷却水换热管层、制冷剂换热管层、冷却水换热管层、制冷剂换热管层。

连通光伏板换热管20和太阳能集热器换热管21的进水管与冷却水换热管18的出水管的管道上设置有补水口，补水口通过补水管道22与水源23连通，补水管道22上设置有电磁阀，电磁阀的控制开关位于总控制室。

光伏板换热管20和太阳能集热器换热管21的出水管与室内用水设备24连通，蓄电池17与室内用电设备26电连接。

太阳能集热器12的外侧设置有电动卷帘29，电动卷帘29内卷着锡箔反射布，电动卷帘29的控制开关位于总控制室。

设备舱13的外壳外侧由挤塑板或橡塑板覆盖，这样可以对设备舱13进行保温，将白天储存的热量，在夜晚保存时间更长，用于对室内的供暖。

光伏光热蓄热双层呼吸幕墙充分利用了自然界中的光能、热能，并能将其转换加以储存为人们生活所用，把热量、电力、新风供向用户，使用清洁能源，环保无污染，能够有效地减轻用户对制冷供暖和用电需求的压力。

建筑物的每层楼都设置为落地的双层幕墙，每层外层玻璃幕墙1的顶部设置室外空气出风口4，底部设置室外空气进风口6，每层内层玻璃幕墙2的顶部设置室内空气出风口7，底部设置室内空气进风口8。在冬季和夏季两种不同工况时可以控制其开闭来实现幕墙内部空气和室内或者室外的空气自然循环。

对于夏季的幕墙来说光伏板11的使用效率得到了一定程度上的增强。对于夏季的室内来说，白天室内产生的热量和幕墙获得的热量超过了晚上所需要的热量。对于这种情况热量变成为一种“累赘”，如何有效的排出多余的热量成为我们在考虑夏季幕墙做工时的第一问题。首先我们想到的是加强气流组织的流动强度。通过控制太阳能集热器的得热量，在太阳能集热器表面产生高温同时加热附近空气温度，加强幕墙中的烟囱效应，以此来达到大量排出热量的目的。其次通过添加隔热材料来隔绝光伏幕墙的热量传递到室内环境。

对于冬季工况，大部分地区冬季全天的温度都普遍较低，温差波动不大。并且建筑物对于热量的需求较大。对于这种“供不应求”的情况。我们需要充分利用双层呼吸幕墙的保温储热能力，以此来达到节能减排的效果。

如上述的光伏光热蓄热双层呼吸幕墙的使用方法，具体过程如下：

太阳光照射到光伏板11上，光伏板11将光能转换成电能，并将电能储存在蓄电池17中，蓄电池17给水泵16、压缩机15、风机盘管25和室内用电设备26供电。

打开水泵16，太阳能集热器12储存的太阳能被太阳能集热器换热管21内的冷却水带走，光伏板11在工作过程中产生的热量被光伏板换热管20内的冷却水带走，太阳能集热器换热管21和光伏板换热管20内的冷却水经过换热后升温，升温后的冷却水通过过滤器28后经冷却水换热管18进入石蜡蓄热装置14，冷却水换热管18内的冷却水与石蜡进行热交换，将热量传递给石蜡，石蜡起到储存热量的作用，换热后降温的冷却水再回到太阳能集热器换热管21和光伏板换热管20中进行热交换；升温后的冷却水还可以直接给室内用水设备24供水；打开位于总控制室的电磁阀的控制开关，水源23可通过补水管道22向系统内补水。

制冷剂换热管19内的制冷剂与石蜡进行热交换，石蜡将热量传递给制冷剂，当需要向室内供热时，打开压缩机15，制冷剂换热管19内的制冷剂进入风机盘管25中，风机盘管25内的高温制冷剂与管外空气换热，使空气被加热，降温后的制冷剂通过膨胀阀27后再回到制冷剂换热管19内继续与石蜡进行热交换；当需要向室内供热水时，可通过风机盘管25内的高温制冷剂与水进行热交换，对水起到预热的作用。

对于夏季工况，白天关闭室内空气进风口8和室内空气出风口7，开启室外空气出风口4和室外空气进风口6，加强室外空气与双层呼吸幕墙的热交换，白天光伏板11工作过程中产生的热量不仅可以被光伏板换热管20内的冷却水带走，而且可以加热双层呼吸幕墙内紧挨着外层玻璃幕墙1一侧的空气，在外层玻璃幕墙1和内层玻璃幕墙2之间的空腔下部形成高温区，将空气快速加热，加强幕墙中的烟囱效应，以此来达到大量排出热量的目的；电动卷帘29将锡箔反射布展开，减少太阳能集热器12获得的太阳能，将太阳能反射给光伏板11；加强双层呼吸幕墙的隔热作用。

对于冬季工况，白天开启室内空气进风口8和室内空气出风口7，关闭室外空气出风口4和室外空气进风口6，从而形成室内与外层玻璃幕墙1和内层玻璃幕墙2之间的热量交换内循环；白天太阳能集热器12和光伏板11同时吸收太阳的热量，在外层玻璃幕墙1和内层玻璃幕墙2之间的空腔下部形成高温区，将空气快速加热，同时加快气流与室内空气的热交换，外层玻璃幕墙1和内层玻璃幕墙2之间的空腔内的空气通过吸收太阳辐射的热量以及吸收太阳能集热器12储存的部分热量进行升温，升温后的空气从内空气进风口8进入室内，从而加热室内空气；夜晚利用太阳能集热器12和光伏板11在白天储存在石蜡蓄热装置14中的热量，通过压缩机15、制冷剂换热管19、风机盘管25和膨胀阀27将热量传递到室内空气中，从而加热室内空气，保证夜晚依然有超过两个小时以上的供暖时间，加强双层呼吸幕墙的保温作用，节约能耗。

太阳能集热器是产生局部高温的根本原因，因此需要在太阳能集热器的背面（靠近内层玻璃幕墙一侧）设置高效率的隔热材料（市售），以此来控制太阳能集热器向室内放热的过程。

以郑州地区为标准计算经济效益，参考图10中郑州市南向辐射强度，年辐射量取均值5850×106J/m²，每平方米幕墙造价约为1500元，光伏板面积占墙面的55%，太阳能集热器面积占墙面的10%，郑州地区年辐射总量为4728.96-5850.46MJ/m²，玻璃透射率取80%，太阳能集热器吸热率95%，光伏板发电效率为15%，发热效率为40%，由于产热为低品质能，取产热量的1/3，最终可得每百平方米幕墙每年的经济效益为3吨标准煤炭燃烧产生的热量。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.光伏光热蓄热双层呼吸幕墙，其特征在于：包括设置在建筑物向阳侧的外层玻璃幕墙（1）和内层玻璃幕墙（2），外层玻璃幕墙（1）和内层玻璃幕墙（2）之间有一定的距离，外层玻璃幕墙（1）的顶部与天花板（3）之间设置有室外空气出风口（4），外层玻璃幕墙（1）的底部与地板（5）之间设置有室外空气进风口（6），内层玻璃幕墙（2）的顶部与天花板（3）之间设置有室内空气出风口（7），内层玻璃幕墙（2）的底部与地板（5）之间设置有室内空气进风口（8），室外空气出风口（4）和室外空气进风口（6）处均设置有电动百叶帘（9），室内空气出风口（7）和室内空气进风口（8）处均设置有电动风门（10），电动百叶帘（9）和电动风门（10）的控制开关位于总控制室；

外层玻璃幕墙（1）的内壁的下部设置有光伏板（11），内层玻璃幕墙（2）的外侧的下部设置有太阳能集热器（12），内层玻璃幕墙（2）和太阳能集热器（12）之间有一定距离，太阳能集热器（12）通过支架固定；上层的地板（5）和下层的天花板（3）之间设置有设备舱（13），设备舱（13）内设置有石蜡蓄热装置（14）、压缩机（15）、水泵（16）和蓄电池（17），石蜡蓄热装置（14）内设置有冷却水换热管（18）和制冷剂换热管（19），石蜡蓄热装置（14）内部、冷却水换热管（18）和制冷剂换热管（19）外部充满石蜡，蓄电池（17）与光伏板（11）电连接，光伏板（11）将太阳能转换成电能储存在蓄电池（17）中，蓄电池（17）与压缩机（15）、水泵（16）电连接，蓄电池（17）为压缩机（15）、水泵（16）供电，光伏板（11）背面设置有光伏板换热管（20），太阳能集热器（12）内设置有太阳能集热器换热管（21），光伏板换热管（20）和太阳能集热器换热管（21）的出水管与冷却水换热管（18）的进水管连通，光伏板换热管（20）和太阳能集热器换热管（21）的进水管与冷却水换热管（18）的出水管连通，水泵（16）设置在光伏板换热管（20）和太阳能集热器换热管（21）的进水管与冷却水换热管（18）的出水管之间，光伏板换热管（20）和太阳能集热器换热管（21）的出水管与冷却水换热管（18）的进水管之间设置有过滤器（28）；

制冷剂换热管（19）的出液管与风机盘管（25）的进液管连通，制冷剂换热管（19）的进液管经膨胀阀（27）与风机盘管（25）的出液管连通，压缩机（15）设置在制冷剂换热管（19）的出液管与风机盘管（25）的进液管之间；

压缩机（15）和水泵（16）的控制开关均位于总控制室。

2.根据权利要求1所述的光伏光热蓄热双层呼吸幕墙，其特征在于：所述外层玻璃幕墙（1）和内层玻璃幕墙（2）之间的距离为60-80cm。

3.根据权利要求1所述的光伏光热蓄热双层呼吸幕墙，其特征在于：所述太阳能集热器（12）的顶部边缘高于光伏板（11）的顶部边缘，太阳能集热器（12）的底部边缘高于光伏板（11）的底部边缘。

4.根据权利要求3所述的光伏光热蓄热双层呼吸幕墙，其特征在于：所述太阳能集热器（12）的顶部边缘与地板（5）之间的距离为70-90cm，光伏板（11）的顶部边缘与地板（5）之间的距离为50-70cm。

5.根据权利要求1所述的光伏光热蓄热双层呼吸幕墙，其特征在于：所述冷却水换热管（18）和制冷剂换热管（19）在石蜡蓄热装置（14）内呈层间隔设置，冷却水换热管（18）一端与冷却水换热主进水管（1801）连通，另一端与冷却水换热主出水管（1802）连通，制冷剂换热管（19）一端与制冷剂换热主进液管（1901）连通，另一端与制冷剂换热主出液管（1902）连通；冷却水换热主进水管（1801）与光伏板换热管（20）和太阳能集热器换热管（21）的出水管连通，冷却水换热主出水管（1802）与光伏板换热管（20）和太阳能集热器换热管（21）的进水管连通，制冷剂换热主进液管（1901）与膨胀阀（27）的出液管连通，制冷剂换热主出液管（1902）与压缩机（15）的进液管连通。

6.根据权利要求1所述的光伏光热蓄热双层呼吸幕墙，其特征在于：所述连通光伏板换热管（20）和太阳能集热器换热管（21）的进水管与冷却水换热管（18）的出水管的管道上设置有补水口，补水口通过补水管道（22）与水源（23）连通，补水管道（22）上设置有电磁阀，电磁阀的控制开关位于总控制室。

7.根据权利要求1所述的光伏光热蓄热双层呼吸幕墙，其特征在于：所述光伏板换热管（20）和太阳能集热器换热管（21）的出水管与室内用水设备（24）连通，蓄电池（17）与室内用电设备（26）电连接。

8.根据权利要求1所述的光伏光热蓄热双层呼吸幕墙，其特征在于：所述太阳能集热器（12）的外侧设置有电动卷帘（29），电动卷帘（29）内卷着锡箔反射布，电动卷帘（29）的控制开关位于总控制室。

9.根据权利要求1所述的光伏光热蓄热双层呼吸幕墙，其特征在于：所述设备舱（13）的外壳外侧由挤塑板或橡塑板覆盖。

10.如权利要求1-9任一项所述的光伏光热蓄热双层呼吸幕墙的使用方法，其特征在于：具体过程如下：

太阳光照射到光伏板（11）上，光伏板（11）将光能转换成电能，并将电能储存在蓄电池（17）中，蓄电池（17）给水泵（16）、压缩机（15）、风机盘管（25）和室内用电设备（26）供电；

打开水泵（16），太阳能集热器（12）储存的太阳能被太阳能集热器换热管（21）内的冷却水带走，光伏板（11）在工作过程中产生的热量被光伏板换热管（20）内的冷却水带走，太阳能集热器换热管（21）和光伏板换热管（20）内的冷却水经过换热后升温，升温后的冷却水通过过滤器（28）后经冷却水换热管（18）进入石蜡蓄热装置（14），冷却水换热管（18）内的冷却水与石蜡进行热交换，将热量传递给石蜡，石蜡起到储存热量的作用，换热后降温的冷却水再回到太阳能集热器换热管（21）和光伏板换热管（20）中进行热交换；升温后的冷却水还可以直接给室内用水设备（24）供水；打开位于总控制室的电磁阀的控制开关，水源（23）可通过补水管道（22）向系统内补水；

制冷剂换热管（19）内的制冷剂与石蜡进行热交换，石蜡将热量传递给制冷剂，当需要向室内供热时，打开压缩机（15），制冷剂换热管（19）内的制冷剂进入风机盘管（25）中，风机盘管（25）内的高温制冷剂与管外空气换热，使空气被加热，降温后的制冷剂通过膨胀阀（27）后再回到制冷剂换热管（19）内继续与石蜡进行热交换；当需要向室内供热水时，可通过风机盘管（25）内的高温制冷剂与水进行热交换，对水起到预热的作用；

对于夏季工况，白天关闭室内空气进风口（8）和室内空气出风口（7），开启室外空气出风口（4）和室外空气进风口（6），加强室外空气与双层呼吸幕墙的热交换，白天光伏板（11）工作过程中产生的热量不仅可以被光伏板换热管（20）内的冷却水带走，而且可以加热双层呼吸幕墙内紧挨着外层玻璃幕墙（1）一侧的空气，在外层玻璃幕墙（1）和内层玻璃幕墙（2）之间的空腔下部形成高温区，将空气快速加热，加强幕墙中的烟囱效应，以此来达到大量排出热量的目的；电动卷帘（29）将锡箔反射布展开，减少太阳能集热器（12）获得的太阳能，将太阳能反射给光伏板（11）；

对于冬季工况，白天开启室内空气进风口（8）和室内空气出风口（7），关闭室外空气出风口（4）和室外空气进风口（6），从而形成室内与外层玻璃幕墙（1）和内层玻璃幕墙（2）之间的热量交换内循环；白天太阳能集热器（12）和光伏板（11）同时吸收太阳的热量，在外层玻璃幕墙（1）和内层玻璃幕墙（2）之间的空腔下部形成高温区，将空气快速加热，同时加快气流与室内空气的热交换，外层玻璃幕墙（1）和内层玻璃幕墙（2）之间的空腔内的空气通过吸收太阳辐射的热量以及吸收太阳能集热器（12）储存的部分热量进行升温，升温后的空气从内空气进风口（8）进入室内，从而加热室内空气；夜晚利用太阳能集热器（12）和光伏板（11）在白天储存在石蜡蓄热装置（14）中的热量，通过压缩机（15）、制冷剂换热管（19）、风机盘管（25）和膨胀阀（27）将热量传递到室内空气中，从而加热室内空气，保证夜晚依然有超过两个小时以上的供暖时间。

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