CN112484323A - 相变蓄热型特朗勃墙系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相变蓄热型特朗勃墙系统，包括透光玻璃和特朗勃墙，透光玻璃和特朗勃墙的上下两侧均设有通风口，特朗勃墙与透光玻璃之间设有第一空气通道，特朗勃墙包括集热板、热电发电装置、相变蓄热装置、热电制冷装置和隔热板，热电制冷装置和隔热板之间设有第二空气通道，隔热板上设有第五、第六通风口，第二空气通道、第五、第六通风口中的至少之一设有空气驱动组件。热电发电装置和相变蓄热装置提高了传统特朗勃墙自动通风、太阳能利用率和通风稳定性；热电发电装置、相变蓄热装置和热电制冷装置三者的夹层结构有效改善热电发电不稳定的情况；热电发电装置驱动热电制冷元件和空气驱动组件促进室内环境稳定，可以起到高效调节的作用。

Description

相变蓄热型特朗勃墙系统
技术领域
本发明涉及特朗勃墙技术领域，特别涉及一种兼具发电与通风的相变蓄热型特朗勃墙系统。
背景技术
当前，主动机械方式的建筑人工环境营造过程消耗了大量能源，且存在投资大、噪音大等不足。大量的建筑消耗给能源需求与环境带来了巨大的挑战，引起了各国人民广泛的关注。为了有效降低建筑能耗、提高能源利用效率、改善室内人居环境，发展被动式人工环境营造技术尤为重要。特朗勃墙技术是一种典型的被动式人工环境营造技术，其在调节室内冷热环境方面具备较大优势。特朗勃(Trombe)墙的基本原理是：当太阳光照射到吸热板上时，由于吸热板吸热而加热墙体通道内的空气，空气在热压驱动下从下向上流动，进而自发实现室内环境冷热调节作用。
然而，传统特朗勃墙技术仅能以热能形式对太阳能进行利用，利用率相对较低，且自然通风量较小。此外，受太阳能辐照周期性和间歇性影响，自然通风稳定性较差，因此，亟需发展能源利用率更加高效、通风更加稳定的特朗勃墙系统。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种相变蓄热型特朗勃墙系统，能够提高能源利用率以及提高通风稳定性。
根据本发明实施例的相变蓄热型特朗勃墙系统，运用在墙体上，包括透光玻璃和特朗勃墙，所述透光玻璃适于与所述墙体连接，所述透光玻璃的上下两侧分别开设有第一通风口和第二通风口；所述特朗勃墙设置在所述透光玻璃的内侧且适于与所述墙体连接，所述特朗勃墙与所述透光玻璃之间设置有第一空气通道，所述特朗勃墙的上下两侧分别开设有第三通风口和第四通风口；所述特朗勃墙包括自外而内设置的集热板、热电发电装置、相变蓄热装置、热电制冷装置和隔热板，所述集热板邻接于所述第一空气通道，所述热电发电装置分别与所述集热板和所述相变蓄热装置连接，所述热电制冷装置与所述相变蓄热装置连接，所述热电制冷装置和所述隔热板之间设置有第二空气通道，所述隔热板的上下两侧分别设置有与所述第二空气通道连通的第五通风口和第六通风口，所述第二空气通道、所述第五通风口和所述第六通风口中的至少之一设置有空气驱动组件，所述热电制冷装置的电源端和所述空气驱动组件的电源端分别与所述热电发电装置的输出端电性连接。
根据本发明实施例的相变蓄热型特朗勃墙系统，至少具有如下有益效果：
通过热电发电装置和相变蓄热装置的有机结合，有效提高了传统特朗勃墙自动通风、太阳能利用率和通风稳定性；通过热电发电装置、相变蓄热装置和热电制冷装置三者的夹层结构，可维持热电发电装置冷热两端的温度差，有效改善热电发电不稳定的情况；通过热电发电装置驱动热电制冷元件和空气驱动组件，可在原有自然通风的基础上，增大室内空气制冷或制热负荷，进而促进室内环境稳定，可以起到高效调节的作用，本发明通过热电发电装置、相变蓄热装置和热电制冷装置三者的有机结合，提高了墙体对太阳能的利用率，同时能够实现更大的室内冷负荷需求，以及实现墙体发电和通风的双效作用。
根据本发明的一些实施例，所述热电发电装置包括控制器和多个热电发电元件，多个所述热电发电元件分布在所述集热板上，且分别与所述控制器电性连接。
根据本发明的一些实施例，多个所述热电发电元件之间填充有隔热棉。
根据本发明的一些实施例，所述集热板采用铝板，所述铝板邻接于所述第一空气通道的一面设置有太阳能选择性吸收涂层。
根据本发明的一些实施例，所述热电发电装置的输出端还电性连接有充电电池。
根据本发明的一些实施例，所述第二空气通道、所述第五通风口和所述第六通风口中的至少之一设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器电性连接。
根据本发明的一些实施例，所述热电制冷装置包括多个热电制冷元件以及与多个所述热电制冷元件连接的风冷散热器，所述热电制冷元件与所述热电发电装置的输出端连接。
根据本发明的一些实施例，所述空气驱动组件包括至少两个风扇，至少两个所述风扇分别安装于所述第五通风口和所述第六通风口，且朝向相反。
根据本发明的一些实施例，所述相变蓄热装置包括相变蓄热材料、金属骨架以及封装于所述金属骨架外侧的导热层，所述相变蓄热材料填充于所述金属骨架内。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的相变蓄热型特朗勃墙系统的结构示意图；
图2为图1中A-A的剖视图；
图3为本发明实施例的相变蓄热型特朗勃墙系统的夏季的空气流动示意图；
图4为本发明实施例的相变蓄热型特朗勃墙系统的冬季的空气流动示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、内、外等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
请参照图1和图2，本实施例公开了一种相变蓄热型特朗勃墙系统，运用在墙体100上，其中墙体100可以是房屋或楼层的顶部、侧壁或底部。本实施例的相变蓄热型特朗勃墙系统包括透光玻璃200和特朗勃墙300，透光玻璃200适于与墙体100连接，透光玻璃200的上下两侧分别开设有第一通风口110和第二通风口120，特朗勃墙300设置在透光玻璃200的内侧且适于与墙体100连接，特朗勃墙300与透光玻璃200之间设置有第一空气通道410，特朗勃墙300的上下两侧分别开设有第三通风口130和第四通风口140，特朗勃墙300包括自外而内设置的集热板310、热电发电装置、相变蓄热装置330、热电制冷装置340和隔热板350，集热板310邻接于第一空气通道410，热电发电装置分别与集热板310和相变蓄热装置330连接，热电制冷装置340与相变蓄热装置330连接，热电制冷装置340和隔热板350之间设置有第二空气通道420，隔热板350的上下两侧分别设置有与第二空气通道420连通的第五通风口351和第六通风口352，第二空气通道420、第五通风口351和第六通风口352中的至少之一设置有空气驱动组件，热电制冷装置340的电源端和空气驱动组件的电源端分别与热电发电装置的输出端电性连接。
请参照图3，在夏季时，开启第一通风口110和第二通风口120，关闭第三通风口130和第四通风口140，太阳光透过透光玻璃200照射在集热板310上，第一空气通道410内的空气受热通过虹吸力作用自下而上流动，使室外空气通过第二通风口120进入第一空气通道410，并通过第一通风口110返回室外，空气在流动过程中可以在一定程度上降低集热板310上的温度，有利于确保热电发电装置处于高效的工作状态，以及避免热量从第三通风口130和第四通风口140进入室内，集热板310吸热升温，在集热板310和相变蓄热装置330之间形成温差，通过热电发电装置进行发电，同时将多余的热量储存在相变蓄热装置330内，在太阳能辐射强度低或无太阳能辐射时，相变蓄热装置330可释放热量，保持热电发电装置发电。热电发电装置在高辐射强度下为热电制冷装置340和空气驱动组件提供电能，使室内空气经过第六通风口352、第二空气通道420和第五通风口351形成室内空气循环，且热电制冷装置340可以为室内空气降温，有利于调节室内温度。
请参照图4，在冬季时，关闭第一通风口110和第二通风口120，开启第三通风口130和第四通风口140，太阳光透过透光玻璃200照射在集热板310上，第一空气通道410内的空气受热通过虹吸力作用自下而上流动，使室内空气通过第四通风口140进入第一空气通道410，并通过第一通风口110返回室内，空气在流动过程中受热辐射影响而加热，有利于调节室内温度。此外集热板310吸热升温，在集热板310和相变蓄热装置330之间形成温差，通过热电发电装置进行发电，同时将多余的热量储存在相变蓄热装置330内，在太阳能辐射强度低或无太阳能辐射时，相变蓄热装置330可释放热量，保持热电发电元件322发电。热电发电装置在高辐射强度下为热电制冷装置340和空气驱动组件提供电能，使室内空气经过第六通风口352、第二空气通道420和第五通风口351形成室内空气循环，由于热电制冷是利用珀尔帖效应的原理进行制冷的，当任何两种不同的导体组成一电偶对，并通以直流电时，在电偶的相应接头处就会发生吸热和放热现象，根据电流的不同流向，热电制冷装置340既可以制冷也可以放热，热电制冷装置340可以为室内空气进一步加热，有利于调节室内温度。
本实施例通过热电发电装置和相变蓄热装置330的有机结合，有效提高了传统特朗勃墙300自动通风、太阳能利用率和通风稳定性，本实施例利用热电发电装置冷热两端的温差产生的热能转变成电能，从而实现发电，当热电发电装置冷热两端的温度差越小，发电效率越低、稳定性越差，而本实施例通过热电发电装置、相变蓄热装置330和热电制冷装置340三者的夹层结构，可维持热电发电装置冷热两端的温度差，有效改善热电发电不稳定的情况，通过热电发电装置驱动热电制冷元件341和空气驱动组件，可在原有自然通风的基础上，增大室内空气制冷或制热负荷，进而促进室内环境稳定，可以起到高效调节的作用。与传统特朗勃墙300相比，本实施例的特朗勃墙300提高了墙体对太阳能的利用率，同时能够实现更大的室内冷负荷需求，以及实现墙体发电和通风的双效作用。
请参照图1，热电发电装置包括控制器321和多个热电发电元件322，多个热电发电元件322分布在集热板310上，且分别与控制器321电性连接。本实施例的热电发电元件322利用热电效应将热电转变为电能，与光伏发电相比，热电发电能够利用更宽太阳光谱波长范围的能量(光伏电池中硅的禁带宽度对应的光谱波长小于1100nm，因此光伏发电仅能利用波长小于1100nm的太阳光)，而且利用相变蓄热装置330蓄热的成本低于光伏电池储电成本，此外，多个热电发电元件322分布在集热板310上，能够较大程度地干扰第一通风口110处的回流和逆流，间接促进了自然对流能力。需要说明的是，本实施例的控制器321包括电压转换电路和单片机，单片机的电源端与电压转换电路连接，电压转换电路的输出端还用作热电发电装置的输出端，进一步的，单片机的输出端还可以连接开关管，并通过开关管控制电压转换电路的电压输出。需要说明的是，本实施例的控制器321还可以采用PLC控制器。
为了进一步提高集热板310的热能利用率，多个热电发电元件322之间填充有隔热棉323，避免集热板310上的热能直接辐射到相变蓄热装置330，确保热电发电元件322两端的温差，使热电发电元件322能够充分利用集热板310上的热能，有利于提高热电发电的稳定性。
在上述实施例中，集热板310采用铝板，铝板的导热效率高，可以更好地采集和传导热能，而且铝板的质量轻，加工难度低且生产成本低，适合于批量生产。铝板邻接于第一空气通道410的一面设置有太阳能选择性吸收涂层，太阳能选择性吸收涂层的吸收光谱与太阳发射光谱相匹配，可以极大地提高集热板310的集热效率和利用效率。
在上述实施例中，热电发电装置的输出端还电性连接有充电电池，可以将多余的电能进行储存，以便于在太阳能辐射强度低或无太阳能辐射时，为热电制冷装置340和空气驱动组件等负载供电。
为了能够提高温度调节的智能化程度，第二空气通道420、第五通风口351和第六通风口352中的至少之一设置有温度传感器，温度传感器与控制器321电性连接。在不同位置设置温度传感器，可以检测相应位置的温度，温度传感器将检测信号发送给控制器321，控制器321可以根据检测信号智能调节热电制冷装置340和空气驱动组件的功率，从而调节室内的温度。
热电制冷装置340包括多个热电制冷元件341以及与多个热电制冷元件341连接的风冷散热器342，热电制冷元件341与热电发电装置的输出端连接。热电制冷元件341为半导体材料，无需介质，且无机械运动部件，可靠性高，并可以逆向运转，实现制冷和制热。风冷散热器342与热电制冷元件341连接，可以间接增大热电制冷元件341与空气的接触面积，当第二空气通道420内的空气流动时，风冷散热器342与流动的空气进行热交换，有利于提高热电制冷元件341的制冷或制热效率。
请参照图3或图4，在上述实施例中，空气驱动组件包括至少两个风扇，与其它驱动组件，如负压发生器相比，风扇的功率较低，且可以满足空气驱动的需求。至少两个风扇分别安装于第五通风口351和第六通风口352，且朝向相反，可以驱动空气形成单向的气流，实现室内空气循环流动。
在上述实施例中，相变蓄热装置330包括相变蓄热材料、金属骨架以及封装于金属骨架外侧的导热层，相变蓄热材料填充于金属骨架内，本实施例的导热层为铜层，金属骨架具有不规则的形状，通过封装在外侧的导热层使相变蓄热装置330的外形规则，例如形成立方体或长方体等，以便于装配。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种相变蓄热型特朗勃墙系统，运用在墙体(100)上，其特征在于，包括：
透光玻璃(200)，适于与所述墙体(100)连接，所述透光玻璃(200)的上下两侧分别开设有第一通风口(110)和第二通风口(120)；
特朗勃墙(300)，设置在所述透光玻璃(200)的内侧且适于与所述墙体(100)连接，所述特朗勃墙(300)与所述透光玻璃(200)之间设置有第一空气通道(410)，所述特朗勃墙(300)的上下两侧分别开设有第三通风口(130)和第四通风口(140)；所述特朗勃墙(300)包括自外而内设置的集热板(310)、热电发电装置、相变蓄热装置(330)、热电制冷装置(340)和隔热板(350)，所述集热板(310)邻接于所述第一空气通道(410)，所述热电发电装置分别与所述集热板(310)和所述相变蓄热装置(330)连接，所述热电制冷装置(340)与所述相变蓄热装置(330)连接，所述热电制冷装置(340)和所述隔热板(350)之间设置有第二空气通道(420)，所述隔热板(350)的上下两侧分别设置有与所述第二空气通道(420)连通的第五通风口(351)和第六通风口(352)，所述第二空气通道(420)、所述第五通风口(351)和所述第六通风口(352)中的至少之一设置有空气驱动组件，所述热电制冷装置(340)的电源端和所述空气驱动组件的电源端分别与所述热电发电装置的输出端电性连接。
2.根据权利要求1所述的相变蓄热型特朗勃墙系统，其特征在于，所述热电发电装置包括控制器(321)和多个热电发电元件(322)，多个所述热电发电元件(322)分布在所述集热板(310)上，且分别与所述控制器(321)电性连接。
3.根据权利要求2所述的相变蓄热型特朗勃墙系统，其特征在于，多个所述热电发电元件(322)之间填充有隔热棉(323)。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的相变蓄热型特朗勃墙系统，其特征在于，所述集热板(310)采用铝板，所述铝板邻接于所述第一空气通道(410)的一面设置有太阳能选择性吸收涂层。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的相变蓄热型特朗勃墙系统，其特征在于，所述热电发电装置的输出端还电性连接有充电电池。
6.根据权利要求2所述的相变蓄热型特朗勃墙系统，其特征在于，所述第二空气通道(420)、所述第五通风口(351)和所述第六通风口(352)中的至少之一设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器(321)电性连接。
7.根据权利要求1、2或6所述的相变蓄热型特朗勃墙系统，其特征在于，所述热电制冷装置(340)包括多个热电制冷元件(341)以及与多个所述热电制冷元件(341)连接的风冷散热器(342)，所述热电制冷元件(341)与所述热电发电装置的输出端连接。
8.根据权利要求1所述的相变蓄热型特朗勃墙系统，其特征在于，所述空气驱动组件包括至少两个风扇，至少两个所述风扇分别安装于所述第五通风口(351)和所述第六通风口(352)，且朝向相反。
9.根据权利要求1所述的相变蓄热型特朗勃墙系统，其特征在于，所述相变蓄热装置(330)包括相变蓄热材料、金属骨架以及封装于所述金属骨架外侧的导热层，所述相变蓄热材料填充于所述金属骨架内。
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