CN110529915A - 太阳能建筑一体化供热系统及其控制方法 - Google Patents

太阳能建筑一体化供热系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能建筑一体化供热系统，所述供热系统由光伏发电系统、PVT光热系统以及电热地板供暖系统组成，所述光伏发电系统包括光伏板以及电控单元，所述PVT光热系统包括由光伏板与建筑墙体组成的光热空气流道以及室内进风口风阀、室内出风口风阀、室外进风阀和室外排风阀，所述电热地板供暖系统包括设置在楼板内的供暖单元，所述供暖单元通过电线分别与市电和光伏发电系统的电控单元连接。本发明不仅免维护，而且使用寿命长，不仅克服了太阳能热水系统防冻和防过热、传统被动太阳能和太阳能热风系统蓄放热速率不足等核心问题，而且增加了供暖系统的保障性，同时在非供暖季节还可为建筑其他用电提供电力，大大提高了系统经济性。

Description

太阳能建筑一体化供热系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能建筑一体化供热系统及其控制方法。
背景技术
被动太阳能由于其免维护、经济节能等特点，被认为是最适宜的太阳能供暖形式。但是传统被动太阳能供暖建筑，难以解决建筑蓄/放热问题，导致建筑白天得热迅速，夜晚失热也较快，造成室内温度波动剧烈(昼夜温差15℃左右)。
传统主动式太阳能供暖系统，大多采用水系统，难以解决系统防冻和过热问题，常常造成系统运行瘫痪。为此部分厂家研发了太阳能空气集热系统，但是该系统依靠温差进行蓄放热，而空气对流换热速率较小，随着温差的减小，蓄放热速率迅速下降。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够有效解决传统被动太阳能与太阳能空气集热系统蓄/放热速率不足的问题，同时实现太阳能建筑主被动耦合供能的太阳能建筑一体化供热系统及其控制方法。
本发明技术的技术方案是这样实现的：太阳能建筑一体化供热系统，其特征在于：所述供热系统由光伏发电系统、PVT光热系统以及电热地板供暖系统组成，所述光伏发电系统包括光伏板以及电控单元，所述PVT光热系统包括由光伏板与建筑墙体组成的光热空气流道以及室内进风口风阀、室内出风口风阀、室外进风阀和室外排风阀，所述室内进风口风阀和室内出风口风阀用于连通光热空气流道与建筑室内形成室内对流循环，所述室外进风阀和室外排风阀用于连通光热空气流道与建筑外部形成室外对流循环，所述电热地板供暖系统包括设置在楼板内的供暖单元，所述供暖单元通过电线分别与市电和光伏发电系统的电控单元连接。
本发明所述的太阳能建筑一体化供热系统，其所述电控单元包括逆变器、配电柜和温控器，所述温控器设置在建筑室内，所述供暖单元采用电热地膜，所述光伏发电系统的发电量通过电线和电热地膜，对地板层起到定热流加热，或者所述光伏发电系统的发电量通过电线和逆变器送入配电柜，用于建筑其他用电需求。
本发明所述的太阳能建筑一体化供热系统，其在所述建筑墙体上设置有直接受益窗，在所述直接受益窗对应的建筑墙体外侧未设置有光伏板。
本发明所述的太阳能建筑一体化供热系统，其所述光伏板的背面直接暴露在光热空气流道内，所述光伏板背面产生的高温直接与光热空气流道内的空气换热。
一种太阳能建筑一体化供热系统的控制方法，其特征在于：
工况一：冬季晴天供暖工况，白天，打开室内出风口风阀和室内进风口风阀，太阳能光伏板接收到太阳辐射能，一方面转化为电能，另一方面转化为热能，光伏板背面温度升高，加热光热空气流道中的空气，形成热对流循环，发电量通过电线和电热地膜，对地板层起到定热流加热，将电能转化为热能全部储存在地板层；夜晚时，关闭室内出风口风阀和室内进风口风阀，对建筑室内起到保温作用，同时依靠白天蓄积在地板层的热量，慢慢散发至建筑室内进行供暖；
工况二：冬季阴天供暖工况，阴天太阳辐射较弱，关闭室内出风口风阀和室内进风口风阀，太阳能光伏板接收到太阳辐射能，转化为电能，发电量通过电线和电热地膜，对地板层起到定热流加热，将电能转化为热能全部储存在地板层；夜晚时，一方面依靠白天蓄积在地板层的热量，慢慢散发至建筑室内进行供暖，另一方面可通过市电对电热地膜供电，继续加热地板层，补充供热不足部分；
工况三：夏季运行工况，夏季，室内不需要供暖，此时，开启室外进风阀和室外排风阀，通过室外空气流入光热空气流道，形成室外对流循环对光伏板背面进行降温，太阳能光伏板接收到太阳辐射能，转化为电能，发电量通过电线和逆变器送入配电柜，满足建筑其他用电需求；
工况四：过渡季节运行工况，过渡季节，室内有时候需要供暖，有时候不需要供暖，此时采取多样化的运行模式，具体为：当室内热需求较少、需要供暖的时候，关闭室外进风阀和室外排风阀，开启室内出风口风阀和室内进风口风阀，太阳能光伏板接收到太阳辐射能，一方面转化为电能，另一方面转化为热能，光伏板背面温度升高，加热光热空气流道中的空气，形成热对流循环，太阳能光伏板接收到太阳辐射能，转化为电能，发电量通过电线和逆变器送入配电柜，满足建筑其他用电需求；当室内没有热需求、不需要供暖的时候，按照夏季运行工况运行；当出现极端天气，室内有较大热需求、需要大量供暖的时候，按照冬季运行工况运行。
本发明通过被动太阳能集热，一方面降低光伏发电板温度，提高发电效率，另一方面将被加热的空气通过热压作用直接通入室内，形成自然循环，对室内空气进行供热。光伏发电通过连接电热地板供暖系统，采用电加热(定热流、第三类边界条件)将热量蓄存在地板层，夜间地板层放热进行供暖，不足部分还可采用夜间谷电继续加热。
本发明不仅免维护，而且使用寿命长(光伏发电寿命25年，电热地膜50年)，不仅克服了太阳能热水系统防冻和防过热、传统被动太阳能和太阳能热风系统蓄放热速率不足等核心问题，而且增加了供暖系统的保障性(被动太阳能、主动太阳能光伏+电热地膜、水电+电热地膜的多能互补)，同时在非供暖季节还可为建筑其他用电提供电力，大大提高了系统经济性。
附图说明
图1是本发明的立面原理图。
图2是本发明的平面原理图。
图3是本发明在夜晚时的原理图。
图4是本发明在夏季时的原理图。
图中标记：1为光伏板，2为建筑墙体，3为光热空气流道，4为室内进风口风阀，5为室内出风口风阀，6为室外进风阀，7为室外排风阀，8为建筑室内，9为逆变器，10为配电柜，11为温控器，12为直接受益窗。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
如图1至4所示，太阳能建筑一体化供热系统，所述供热系统由光伏发电系统、PVT光热系统以及电热地板供暖系统三大部分组成，所述光伏发电系统包括光伏板1以及电控单元，所述电控单元包括逆变器9、配电柜10和温控器11，所述温控器11设置在建筑室内8，所述PVT光热系统包括由光伏板1与建筑墙体2组成的光热空气流道3以及室内进风口风阀4、室内出风口风阀5、室外进风阀6和室外排风阀7，所述室内进风口风阀4和室内出风口风阀5用于连通光热空气流道3与建筑室内8形成室内对流循环，所述室外进风阀6和室外排风阀7用于连通光热空气流道3与建筑外部形成室外对流循环，所述电热地板供暖系统由楼板、保温层、供暖单元、保护层、填充层、饰面层等组成，所述供暖单元采用电热地膜，所述供暖单元通过电线分别与市电和光伏发电系统的电控单元连接，所述光伏发电系统的发电量通过电线和电热地膜，对地板层起到定热流加热，或者所述光伏发电系统的发电量通过电线和逆变器9送入配电柜10，用于建筑其他用电需求。
在本实施例中，在所述建筑墙体2上设置有直接受益窗12，在所述直接受益窗12对应的建筑墙体2外侧未设置有光伏板1，太阳光能够通过直接受益窗直接照射到建筑室内；所述光伏板1的背面直接暴露在光热空气流道3内，所述光伏板1背面产生的高温直接与光热空气流道3内的空气换热，起到对室内空气加热和光伏板降温的目的，既提高发电效率又回收热量用于加热室内空气。
一种太阳能建筑一体化供热系统的控制方法，具体为：
工况一：冬季晴天供暖工况，白天，打开室内出风口风阀和室内进风口风阀，太阳能光伏板接收到太阳辐射能，一方面转化为电能，另一方面转化为热能，光伏板背面温度升高，加热光热空气流道中的空气，形成热对流循环，起到对室内空气加热和光伏板降温的目的，既提高发电效率又回收热量用于加热室内空气，发电量通过电线和电热地膜，对地板层起到定热流加热，将电能转化为热能全部储存在地板层；夜晚时，关闭室内出风口风阀和室内进风口风阀，对建筑室内起到保温作用，同时依靠白天蓄积在地板层的热量，慢慢散发至建筑室内进行供暖。
工况二：冬季阴天供暖工况，阴天太阳辐射较弱，关闭室内出风口风阀和室内进风口风阀，太阳能光伏板接收到太阳辐射能，转化为电能，发电量通过电线和电热地膜，对地板层起到定热流加热，将电能转化为热能全部储存在地板层；夜晚时，一方面依靠白天蓄积在地板层的热量，慢慢散发至建筑室内进行供暖，另一方面可通过市电对电热地膜供电，继续加热地板层，补充供热不足部分。
工况三：夏季运行工况，夏季，室内不需要供暖，此时，开启室外进风阀和室外排风阀，通过室外空气流入光热空气流道，形成室外对流循环对光伏板背面进行降温，太阳能光伏板接收到太阳辐射能，转化为电能，发电量通过电线和逆变器送入配电柜，满足建筑其他用电需求。
工况四：过渡季节运行工况，过渡季节，室内有时候需要供暖，有时候不需要供暖，此时采取多样化的运行模式，具体为：当室内热需求较少、需要供暖的时候，关闭室外进风阀和室外排风阀，开启室内出风口风阀和室内进风口风阀，太阳能光伏板接收到太阳辐射能，一方面转化为电能，另一方面转化为热能，光伏板背面温度升高，加热光热空气流道中的空气，形成热对流循环，起到对室内空气加热和光伏板降温的目的，既提高发电效率又回收热量用于加热室内空气，太阳能光伏板接收到太阳辐射能，转化为电能，发电量通过电线和逆变器送入配电柜，满足建筑其他用电需求；当室内没有热需求、不需要供暖的时候，按照夏季运行工况运行；当出现极端天气，室内有较大热需求、需要大量供暖的时候，按照冬季运行工况运行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.太阳能建筑一体化供热系统，其特征在于：所述供热系统由光伏发电系统、PVT光热系统以及电热地板供暖系统组成，所述光伏发电系统包括光伏板(1)以及电控单元，所述PVT光热系统包括由光伏板(1)与建筑墙体(2)组成的光热空气流道(3)以及室内进风口风阀(4)、室内出风口风阀(5)、室外进风阀(6)和室外排风阀(7)，所述室内进风口风阀(4)和室内出风口风阀(5)用于连通光热空气流道(3)与建筑室内(8)形成室内对流循环，所述室外进风阀(6)和室外排风阀(7)用于连通光热空气流道(3)与建筑外部形成室外对流循环，所述电热地板供暖系统包括设置在楼板内的供暖单元，所述供暖单元通过电线分别与市电和光伏发电系统的电控单元连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能建筑一体化供热系统，其特征在于：所述电控单元包括逆变器(9)、配电柜(10)和温控器(11)，所述温控器(11)设置在建筑室内(8)，所述供暖单元采用电热地膜，所述光伏发电系统的发电量通过电线和电热地膜，对地板层起到定热流加热，或者所述光伏发电系统的发电量通过电线和逆变器(9)送入配电柜(10)，用于建筑其他用电需求。
3.根据权利要求1所述的太阳能建筑一体化供热系统，其特征在于：在所述建筑墙体(2)上设置有直接受益窗(12)，在所述直接受益窗(12)对应的建筑墙体(2)外侧未设置有光伏板(1)。
4.根据权利要求1、2或3所述的太阳能建筑一体化供热系统，其特征在于：所述光伏板(1)的背面直接暴露在光热空气流道(3)内，所述光伏板(1)背面产生的高温直接与光热空气流道(3)内的空气换热。
5.一种如权利要求1至4中任意一项所述的太阳能建筑一体化供热系统的控制方法，其特征在于：
工况一：冬季晴天供暖工况，白天，打开室内出风口风阀和室内进风口风阀，太阳能光伏板接收到太阳辐射能，一方面转化为电能，另一方面转化为热能，光伏板背面温度升高，加热光热空气流道中的空气，形成热对流循环，发电量通过电线和电热地膜，对地板层起到定热流加热，将电能转化为热能全部储存在地板层；夜晚时，关闭室内出风口风阀和室内进风口风阀，对建筑室内起到保温作用，同时依靠白天蓄积在地板层的热量，慢慢散发至建筑室内进行供暖；
工况二：冬季阴天供暖工况，阴天太阳辐射较弱，关闭室内出风口风阀和室内进风口风阀，太阳能光伏板接收到太阳辐射能，转化为电能，发电量通过电线和电热地膜，对地板层起到定热流加热，将电能转化为热能全部储存在地板层；夜晚时，一方面依靠白天蓄积在地板层的热量，慢慢散发至建筑室内进行供暖，另一方面可通过市电对电热地膜供电，继续加热地板层，补充供热不足部分；
工况三：夏季运行工况，夏季，室内不需要供暖，此时，开启室外进风阀和室外排风阀，通过室外空气流入光热空气流道，形成室外对流循环对光伏板背面进行降温，太阳能光伏板接收到太阳辐射能，转化为电能，发电量通过电线和逆变器送入配电柜，满足建筑其他用电需求；
工况四：过渡季节运行工况，过渡季节，室内有时候需要供暖，有时候不需要供暖，此时采取多样化的运行模式，具体为：当室内热需求较少、需要供暖的时候，关闭室外进风阀和室外排风阀，开启室内出风口风阀和室内进风口风阀，太阳能光伏板接收到太阳辐射能，一方面转化为电能，另一方面转化为热能，光伏板背面温度升高，加热光热空气流道中的空气，形成热对流循环，太阳能光伏板接收到太阳辐射能，转化为电能，发电量通过电线和逆变器送入配电柜，满足建筑其他用电需求；当室内没有热需求、不需要供暖的时候，按照夏季运行工况运行；当出现极端天气，室内有较大热需求、需要大量供暖的时候，按照冬季运行工况运行。
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