CN113739297B - 一种太阳能耦合空气源热泵的建筑墙体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种太阳能耦合空气源热泵的建筑墙体，所述建筑墙体包括供能机构、供热墙体、内设置有热水加热泵的储水箱、热水供应基站，温度感应器、空气源热泵、制冷器和储能站；其中：所述供能机构一端通过第一连接支架与所述供热墙体一端连接；其另一端通过第二连接支架与所述供热墙体另一端连接；所述供能机构的第一输出支路通过与所述储水箱连接；所述供能机构的第二输出支路与储能站连接；所述储水箱的第一支路输出端与所述供能机构连接；所述储水箱输出端的第一支路依次通过与热水供应基站连接；所述储能站输出端通过空气源热泵与出风口连接，该发明通过空气源热泵及太阳能结合构建提供热能、通风、制冷的建筑墙体。

Description

一种太阳能耦合空气源热泵的建筑墙体
技术领域
本发明属于节能建筑墙体技术领域，尤其涉及一种太阳能耦合空气源热泵的建筑墙体。
背景技术
2019年，全球经济增长情况显著放缓，能源消费增速明显回落，能源清洁低碳转型步伐持续加快，相关碳排放与上一年基本持平。2020年，新冠肺炎疫情导致世界经济经历了上世纪大萧条以来最严重的一次衰退，全球能源供需受到明显冲击，仅除可再生能源保持较快增长外，其他能源均出现不同程度下降。
我国资源形势严峻，资源安全作为全面建成小康社会的重要支撑，必须给予高度重视。当前，传统化石能源的开发使用正加剧能源短缺、环境污染等一系列问题，能源低碳转型进程的加快、经济的绿色发展已成为当今普遍共识。空气源热泵将空气作为热源，环境中的空气含丰富的低品位热量，是清洁的可再生能源。太阳能作为绿色的可再生能源，利用太阳能技术进行制热水、供暖等方式对能源消耗结构的改善、能源紧张现状的缓解具有重要意义。
此外，目前建筑能耗为我国主要能源消耗形式之一，在建筑领域推进用能方式的变革已成为社会关注的热点。因此本实用新型对墙体结构的功能性开发以实现低碳转型具有积极且深远的意义。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种太阳能耦合空气源热泵的建筑墙体，该墙体通过空气源热泵及太阳能技术结合构建提供热能、通风、制冷的建筑墙体，同时，该墙体充分利用太阳能及空气源热泵相结合的技术，大幅提升能量利用效率、提高建筑墙体供能稳定性。本发明将太阳能的光伏利用与墙体结构相结合实现供热和节能双重效益。
本发明采用如下技术方案：
一种太阳能耦合空气源热泵的建筑墙体，所述建筑墙体包括供热墙体；所述建筑墙体还包括供能机构、内设置有热水加热泵的储水箱、热水供应基站，温度传感器、空气源热泵和储能站；其中：
所述供能机构一端通过第一连接支架与所述供热墙体一端连接；其另一端通过第二连接支架与所述供热墙体另一端连接；所述供能机构的第一输出支路通过阀门V1与所述储水箱连接；所述供能机构的第二输出支路与储能站连接；所述储水箱的第一支路输出端通过阀门V2与所述供能机构连接；所述储水箱输出端的第一支路依次通过阀门V3、温度传感器和阀门V4与热水供应基站连接；所述储能站输入端与所述供能机构连接，其输出端通过所述空气源热泵与出风口连接。
进一步，所述供能机构包括基板、光伏组件、太阳能集热板和开关组件A-D；所述光伏组件与所述太阳能集热板设置在所述基板上，所述太阳能集热板内嵌有热水循环管道；所述第一支架与所述供能机构之间设置有第一开关组件A；所述第一支架与所述供热墙体之间设置有三开关组件C；所述第二支架与所述供能机构之间设置有第二开关组件B，所述第二支架与所述供热墙体之间设置有第四开关组件D；
进一步，所述供热墙体分为三层结构，第一层为抹灰层、所述抹灰层上设置有内嵌热水循环管道的实体层，所述实体层上设置有保温层。
进一步，所述供能机构与所述供热墙体之间形成有空气流动腔体。
进一步，冬季时，所述供能机构与所述供热墙体间形成空气腔，利用外界环境与空气腔之间的温差形成热压作用及第二开关组件B处风机作用形成气流，带走光伏组件发电产生的余热，之后通过第三开关组件C流出进入空气源热泵进行加温后送入室内为房间提供热量，此时，所述第一开关组件A、第四开关组件D关闭。
进一步，夏季时，所述供能机构与所述供热墙体间形成空气腔，利用外界环境与空气腔之间的温差形成热压作用及第二开关组件B处的风机作用形成气流，带走光伏组件发电产生的余热，之后通过第一开关组件A流出，通向外界环境；所述第一开关组件A、第二开关组件B开启，所述第三开关组件C、第四开关组件D关闭；同时，通过空气源热泵的制冷器对风流降温到达室内为房间制冷。
有益效果
1、本发明通过太阳能耦合空气源热泵的供能墙体，实现向居户提供空气源热泵及太阳能结合热能、通风、制冷的多功能的建筑墙体，同时，该墙体充分利用太阳能及空气源热泵相结合的技术，大幅提升能量利用效率、提高建筑墙体供能稳定性。
2、本发明通过太阳能辅助空气源热泵的供热系统，提高系统能量利用效率。太阳能辅助空气源热泵供热的系统在于将空气能-太阳能联合供能系统与墙体结构相结合。一方面将空气排入墙体空气腔内的风道，墙体空气腔结构连接空气源热泵，空气源热泵所产生的能量用以辅助供能，提高供能系统的稳定性及空气源热泵的效率，使热泵能效比(COP)至少为3.5以上。另一方面，将太阳能集热板及光伏组件利用建筑一体化技术安装在墙体外表面，光热技术为用户终端供暖并为用户终端提供50-60℃的生活热水，向空气源热泵及风机输入电能，减少外界电能的消耗，同时将多余能量进行储能或并网。
3、本发明充分利用空气能-太阳能联合供能系统与墙体结构的结合节约了供热系统所占建筑物本体空间，也使墙体除基本的分隔室内外环境、保温隔音等作用外，变成了具有供热供能作用的功能性系统。墙体外部与光伏板间空气腔中空气流动带走光伏板发电及太阳辐射到光伏板产生的余热，以及墙体内部埋设的管道中进行的热水循环，可以有效控制墙体结构不同工况下的温度，使围护结构温度场的分布常年保持均匀，进而不易产生裂缝现象，有效控制围护结构裂缝所带来的安全隐患。同时，通过墙体空气腔进行的预热过程，可以提高热泵系统的COP值8％-10％，进而提高能源利用率。降低光伏板表面温度进而提高其发电效率，使硅电池转换效率最高可达17％-22％，照射到光伏电池表面的太阳能有效转换率提升5％左右。具有较高的推广价值。
4、本发明将太阳能的光伏利用与墙体结构相结合实现供热和节能双重效益。本发明利用空气能及太阳能，充分利用清洁能源，同时大幅提升能量的利用率，发挥可再生能源的优势。
附图说明
附图1为本发明涉及供能机构与供热机构的剖面图。
附图2为一种太阳能耦合空气源热泵的建筑墙体冬季工作结构示意图。
附图3为一种太阳能耦合空气源热泵的建筑墙体夏季工作结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图与实例对本发明做详细的论述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
本发明提供一种太阳能耦合空气源热泵的建筑墙体，该建筑墙体以空气腔结构连接空气源热泵供能为主，太阳能供能及蓄能为辅的系统实现冬季供热；夏季通风，同时在两季供热通风的过程中提供可用热水。如图1-3所示，建筑墙体包括供能机构101，供热墙体201、内设置有热水加热泵的储水箱301、热水供应基站401，温度传感器501、空气源热泵601、制冷器602和储能站701；所述供能机构101一端通过第一连接支架102与所述供热墙体201一端连接；其另一端101通过第二连接支架103与所述供热墙体201另一端连接；所述供能机构101的第一输出支路通过阀门V1与所述储水箱301连接；所述供能机构101的第二输出支路与所述储能站701连接；所述储水箱301的第一支路输出端通过阀门V2与所述供能机构101连接；所述储水箱301输出端的第一支路依次通过阀门V3、温度传感器501和阀门V4与热水供应基站401连接；所述储能站701输出端通过空气源热泵601与出风口603连接；其中，如图2所示：
所述供能机构101包括基板104、光伏组件105、太阳能集热板106、风机107、控风阀门108和开关组件A-D；所述供热墙体201分为三层结构，第一层为抹灰层202、所述抹灰层上设置有内嵌热水循环管道203的实体层204，所述实体层上设置有保温层205；所述光伏组件105与所述太阳能集热板106设置在所述基板上104，所述太阳能集热板106内嵌有热水循环管道109；所述第一支架102与所述供能机构101之间设置有第一开关组件A；所述第一支架102与所述供热墙体201之间设置有三开关组件C；所述第二支架103与所述供能机构101之间设置有第二开关组件B，所述第二支架103与所述供热墙体201之间设置有第四开关组件D；所述供能机构101与所述供热墙体201之间形成有空气流动腔体110。
本发明实际应用：
所述供能机构101具有供热、制冷通风效果；其中：在墙体外表面支架上连接有光伏组件、太阳能集热板(内部埋设热水循环管道)、风机及开关A-D。光伏基板与墙体间形成空气腔构成光伏技术与空气源热泵结合的空气流动通道。
供热墙体部分，墙体结构由外至内包含保温层、墙体主体材料(内部埋设热水循环管道)、抹灰层，构成太阳能耦合空气源热泵的可为室内供热、制冷、供热水的功能性墙体。
如图1所示，本发明将光热结合向建筑体内用户提供热水功能，太阳能集热板106内设的热水循环管道109连接储水箱301，储水箱301通过温度传感器501连接墙体内部埋设的热水循环管道203以及生活用水的用户终端。
附图2所示，太阳能耦合空气源热泵的建筑墙体冬季工作时：
1.供热水功能：
利用太阳能集热板106吸收太阳辐射能，对太阳能集热板106内设的热水循环管道109内的供暖介质进行预热，加热后通过V1流入储水箱301，储水箱301中循环后的温度较低的水流回通过V2回到热水循环管道106再次通过太阳辐射能进行预热。储水箱301中加热后的水通过V3经过温度传感器501，此时，对温度传感器501预设温度值在35度～45度之间，一部分高于设定温度的热水通入墙体主体内埋设的热水循环管道203进行供热，另一部分通过V4直接提供热水供应基站401给生活用水。本发明在冬季工作时，开关B、C开启，开关A、D关闭，利用外界环境与空气腔之间的温差形成热压作用及风机作用形成气流，带走光伏组件发电产生的余热。
2.供热功能：
供能机构101与供热墙体201间形成空气腔110，利用外界环境与空气腔之间的温差形成热压作用及开口B处风机107作用形成气流，带走光伏组件105发电产生的余热，即预热过程，之后通过出口C流出进入空气源热泵进行加温后送入室内为房间提供热量，作为供热墙体内热水循环管道供热外的辅助供热方式，满足用户对热舒适性的需求。本发明在冬季工作时，开关B、C开启，开关A、D关闭，利用外界环境与空气腔之间的温差形成热压作用及风机作用形成气流，带走光伏组件发电产生的余热。
3.供电功能：
光伏组件105发电量为空气源热泵601及风机107供能与储能站的蓄电池组网，提高系统供能的稳定性。
附图3为太阳能耦合空气源热泵的建筑墙体夏季工作时：
1.供热水供能：
利用太阳能集热板吸收太阳辐射能，对太阳能集热板106内设的热水循环管道内109的供暖介质进行预热，加热后通过V1流入储水箱301，水箱中循环后的温度较低的水流回通过V2回到热水循环管道203再次通过太阳辐射能进行预热。储水箱301中加热后的水通过V3经过温度传感器501达到夏季供热水温度预设值后直接通过V4直接提供给生活用水，此时温度传感器501预设值在30度～40度之间。
2.制冷风功能：
供能机构101与供热墙体201间形成空气腔109，利用外界环境与空气腔之间的温差形成热压作用及开口B处风机作用形成气流，带走光伏组件105发电产生的余热，之后通过出口A流出，通向外界环境。同时通过空气源热泵601的制冷器602对风流降温到达为室内房间制冷。本发明在夏季工作时，开关A、B开启，开关C、D关闭，利用外界环境与空气腔之间的温差形成热压作用及风机作用形成气流，带走光伏组件发电产生的余热。
3.供电功能：
所述光伏组件105发电量为空气源热泵601及风机107供能与储能站701的蓄电池组网，提高系统供能的稳定性。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种太阳能耦合空气源热泵的建筑墙体，所述建筑墙体包括供热墙体；其特征在于：所述建筑墙体还包括供能机构、内设置有热水加热泵的储水箱、热水供应基站，温度传感器、空气源热泵和储能站；其中：
所述供能机构一端通过第一连接支架与所述供热墙体一端连接；其另一端通过第二连接支架与所述供热墙体另一端连接；所述供能机构的第一输出支路通过阀门V1与所述储水箱连接；所述供能机构的第二输出支路与所述储能站连接；所述储水箱的第一支路输出端通过阀门V2与所述供能机构连接；所述储水箱输出端的第一支路依次通过阀门V3、温度传感器和阀门V4与所述热水供应基站连接；所述储能站输入端与所述供能机构连接，其输出端通过所述空气源热泵与出风口连接；
所述供能机构包括基板、光伏组件、太阳能集热板和开关组件A-D；所述光伏组件与所述太阳能集热板设置在所述基板上，所述太阳能集热板内嵌有热水循环管道；所述第一连接支架与所述供能机构之间设置有第一开关组件A；所述第一连接支架与所述供热墙体之间设置有第三开关组件C；所述第二连接支架与所述供能机构之间设置有第二开关组件B，所述第二连接 支架与所述供热墙体之间设置有第四开关组件D；
所述供热墙体分为三层结构，第一层为抹灰层、所述抹灰层上设置有内嵌热水循环管道的实体层，所述实体层上设置有保温层；其中：
冬季时，所述供能机构与所述供热墙体间形成空气腔，利用外界环境与空气腔之间的温差形成热压作用及第二开关组件B处的风机作用形成气流，带走光伏组件发电产生的余热，之后通过第三开关组件C流出进入空气源热泵进行加温后送入室内为房间提供热量，此时，所述第一开关组件A、第四开关组件D关闭；
夏季时，所述供能机构与所述供热墙体间形成空气腔，利用外界环境与空气腔之间的温差形成热压作用及第二开关组件B处的风机作用形成气流，带走光伏组件发电产生的余热，之后通过第一开关组件A流出，通向外界环境；所述第一开关组件A、第二开关组件B开启，所述第三开关组件C、第四开关组件D关闭；同时，通过空气源热泵的制冷器对风流降温到达室内为房间制冷。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能耦合空气源热泵的建筑墙体，其特征在于：所述供能机构与所述供热墙体之间形成有空气流动腔体。
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