CN115046243B - 一种用于住宅的智能温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明面向绿色低碳的应用需求，公开了一种用于住宅的智能温度控制系统与方法，系统包括：参数收集模块，包括照度传感器，用于测量太阳光照度，温度传感器，用于获取住宅内的温度信息；温度控制模块，用于在根据照度参数、温度参数及用户选择温度确定系统进入升温模式、集热模式或保温模式；光线控制模块，用于反射太阳光线到热量供应模块；热量供应模块，包括用来接收太阳光的真空集热单元、用来存储热量的相变储热单元、用来防止热量散失的保温隔热单元，以及与真空集热单元、相变储热单元机械连接，用来将热量传递至住宅内的热循环管道。本发明使用利用太阳辐射，为住宅供暖，可大大降低住宅能耗；进行智能隔热，进一步维护室内热量保持。

Description

一种用于住宅的智能温度控制系统

技术领域

本申请面向低碳环保建筑领域，提出一种涉及温度控制的系统，特别是用于住宅的智能温度控制与调节。

技术背景

随着人民生活水平的提高，供暖的需求愈发旺盛。在北方和西藏等地区，主要采用空调、电热炉或火炉的方式取暖，住宅供暖消耗的能源占有很大的比重，部分供暖方式能效低且对环境的危害大。因此，研究适应当地气候条件和发展要求的科学供暖方式，促进供暖清洁低碳、经济高效发展，是实现碳达峰、碳中和的必然要求。在这些地区，冬季由于天气晴朗，太阳辐照强烈，太阳能资源丰富。太阳能发电供暖虽低碳环保，但光电转化效率为20％左右，而电能进一步转化为热能的过程又存在热能损失，最终，能够为住宅供暖的热效率仅为17％左右。若将太阳能直接转化为热能，转化效率可达40％左右，光热利用率提高的同时，能量转化过程中无任何污染，节能环保，一定程度上避免产生过多的温室气体排放。

发明内容

本发明提供一种用于住宅的智能温度控制系统。

本发明的智能温度控制系统，包括参数收集模块、温度控制模块、光线控制模块以及热量供应模块；其中，

所述参数收集模块，包括照度传感器，装在住宅外墙上，用于测量系统工作时的太阳光照度；温度传感器，装于住宅内墙上，用于获取住宅内的温度信息；参数收集模块与温度控制模块电性连接；

所述温度控制模块，设置于后端服务器，用于在根据参数收集模块传输的照度参数与温度参数及用户选择温度确定系统进入升温模式、集热模式或保温模式；

所述光线控制模块，包括入射角度探测单元、反射墙、电机、和太阳能电池。所述入射角度探测单元用于实时探测阳光入射角度；反射墙由多块反射镜组成用于反射太阳光线，每块反射镜配有独立的电机控制用于旋转角度；太阳能电池用于给电机供电；

所述热量供应模块，包括装在北墙上的真空集热单元、相变储热单元、保温隔热单元，以及与真空集热单元、相变储热单元机械连接的热循环管道；所述真空集热单元用来接收由反射镜反射进住宅内的太阳光以收集热量；所述相变储热单元用来存储无需实时利用的多余热量；所述保温隔热单元位于北墙所开小窗处，与真空集热单元、相变储热单元相连，用于分隔室内外，防止热量散失；所述热循环管道用于将热量传递至住宅内。

进一步地，所述反射墙由装在住宅外的北墙之后的多块反射镜组成，安装高度应高于住宅高度保证其不会被遮挡；为减少热量损失，反射墙应尽量靠近住宅北墙安装，经过反射墙中心的法线应经过真空集热单元的中心。

进一步地，所述照度传感器接收到的太阳光照度大于一定值时，在温度控制模块的作用下，系统进入升温模式，保温隔热单元打开。

进一步地，所述入射角度探测单元，装于反射墙上，包括：滤光片，用于防止聚光后的像点能量过高损坏图像传感器；焦距为f的聚光镜，用于汇聚太阳光；图像传感器，位于聚光镜焦平面上，中心坐标与聚光镜中心同轴，用于实时获取太阳光经聚光镜后的像点的坐标(x，y)，其中x代表水平方向，y代表竖直方向，入射角度θ计算公式为：

进一步地，所述电机在升温模式使反射镜角度α的计算所需要的信息包括：

反射墙中心位置与真空集热单元和相变储热单元中心位置的高度差h、反射墙与住宅北墙的水平距离s、反射墙中的反射镜的行数m和列数n、反射镜的长a和宽b；

将反射镜按行i列j数编号为M_ij，M_ij对应的电机转动的角度α_ij为：

进一步地，所述温度传感器在温度到达用户预设值时，反馈信号至温度控制模块，系统进入集热模式。

进一步地，所述电机在集热模式，调整部分反射镜的角度，使太阳光通过一部分反射镜反射到相变储热单元，以在太阳光照不足时为房间供暖，其中，反射到相变储热单元的反射镜数由温度控制模块根据室内温度与室外光照强度控制；相变储热单元中心与真空集热单元中心处于同一水平线上，水平距离为v，此时，部分反射镜M_ij对应的电机转动的角度α_ij为：

进一步地，所述照度传感器接收到的太阳光照度小于一定值时，房屋接收的能量小于房屋从反射墙发散出去的能量，在温度控制模块的作用下，系统进入保温模式，电机转动至初始位置并停止工作；所述保温隔热单元关闭；所述相变储热单元在保温模式时，释放热量，为房间持续供暖。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

全部能量来自太阳能，采用太阳能发电为控制部分提供电力，太阳光热为住宅供暖的设计形式，解决住宅的供暖需求问题，能够直接或间接地降低碳排放量，以达到低碳环保的目的；

实现智能隔热，减少太阳光照度不足时室内热量的发散。

引入相变储热单元，使多余的太阳能能够得到存储，在太阳光照度不足时依然能为房间供暖，在时间上进行调度，尽可能地利用更多的太阳能量。

整个控温系统结构合理实用、设计科学。

附图说明

此处的附图1、图2、图3、图4被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

附图1为本发明实施例一的智能温度控制步骤示意图；

附图2为本发明实施例一的系统结构示意图，其中：0-太阳、1-住宅、2-照度传感器、3-温度传感器、4-温度控制模块、5-入射角度探测单元、6-太阳能电池、7-反射镜、8-保温隔热单元、9-真空集热单元、10-相变储热单元、11-热循环管道。

附图3为本发明实施例一的入射角度探测单元的工作过程示意图，其中：001-太阳光、501-滤光片、502-聚光镜、503-图像传感器、504-像点；

附图4为本发明实施例一的光线控制模块工作示意图，其中：101-北墙。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

实施例1：

一种用于住宅的智能温度控制系统，如图1所示，包括参数收集模块、温度控制模块4、光线控制模块以及热量供应模块；其中，

参数收集模块，包括照度传感器2，装在住宅1外墙上，用于测量系统工作时的太阳光照度；温度传感器2，装于住宅内墙上，用于获取住宅1内的温度信息；参数收集模块与温度控制模块4电性连接；

温度控制模块4，设置于后端服务器，用于在根据参数收集模块传输的照度参数与温度参数及用户选择温度确定系统进入升温模式、集热模式或保温模式；

光线控制模块，包括入射角度探测单元5、反射墙、电机、和太阳能电池6。入射角度探测单元5用于实时探测太阳光001入射角度；反射墙由多块反射镜7组成用于反射太阳光001，每块反射镜配有独立的电机控制用于旋转角度；太阳能电池6用于给电机供电；

热量供应模块，包括装在北墙101上的真空集热单元9、相变储热单元10、保温隔热单元8，以及与真空集热单元9、相变储热单元10机械连接的热循环管道11；真空集热单元9用来接收由反射镜7反射进住宅1内的太阳光001以收集热量；相变储热单元10用来存储无需实时利用的多余热量；保温隔热单元8位于北墙101所开小窗处，与真空集热单元9、相变储热单元10相连，用于分隔室内外，防止热量散失；热循环管道11用于将热量传递至住宅1内。

反射墙由装在住宅1外的北墙101之后的多块反射镜7组成，安装高度应高于住宅1高度保证其不会被遮挡；为减少热量损失，反射墙应尽量靠近住宅1北墙101安装，经过反射墙中心的法线应经过真空集热单元9的中心。

进一步地，所述照度传感器2接收到的太阳光001照度大于一定值时，在温度控制模块4的作用下，系统进入升温模式，保温隔热单元8打开。

进一步地，所述入射角度探测单元5，装于反射墙上，包括：滤光片501，用于防止聚光后的像点能量过高损坏图像传感器503；焦距为f的聚光镜502，用于汇聚太阳光001；图像传感器503，位于聚光镜502焦平面上，中心坐标与聚光镜502中心同轴，用于实时获取太阳光经聚光镜502后的像点的坐标(x，y)，其中x代表水平方向，y代表竖直方向，入射角度θ计算公式为：

进一步地，所述电机在升温模式使反射镜7角度α的计算所需要的信息包括：

反射墙中心位置与真空集热单元9和相变储热单元10中心位置的高度差h、反射墙与住宅1北墙101的水平距离s、反射墙中的反射7镜的行数m和列数n、反射镜7的长a和宽b；

将反射镜7按行i列j数编号为M_ij，M_ij对应的电机转动的角度α_ij为：

进一步地，所述温度传感器3在温度到达用户预设值时，反馈信号至温度控制模块4，系统进入集热模式。

进一步地，所述电机在集热模式，调整部分反射镜7的角度，使太阳光001通过一部分反射镜7反射到相变储热单元10，以在太阳光照不足时为房间供暖，其中，反射到相变储热单元10的反射镜数由温度控制模块4根据室内温度与室外光照强度控制；相变储热单元10中心与真空集热单元9中心处于同一水平线上，水平距离为v，此时，部分反射镜M_ij对应的电机转动的角度α_ij为：

进一步地，所述照度传感器2接收到的太阳光照度小于一定值时，房屋接收的能量小于房屋从反射墙发散出去的能量，在温度控制模块4的作用下，系统进入保温模式，电机转动至初始位置并停止工作；所述保温隔热单元8关闭；所述相变储热单元10在保温模式时，释放热量，为房间持续供暖。。

本发明全部能量来自太阳能，采用太阳能发电为控制部分提供电力，太阳光热为住宅供暖的设计形式，解决住宅的供暖需求问题，能够直接或间接地降低碳排放量，以达到低碳环保的目的；实现智能隔热，减少太阳光照度不足时室内热量的发散。引入相变储热单元10，使多余的太阳能能够得到存储，在太阳光照度不足时依然能为房间供暖，在时间上进行调度，尽可能地利用更多的太阳能量。与现有技术相比，整个控温系统结构更加合理实用、设计科学，低碳环保，一定程度上避免产生过多的温室气体排放。

在本具体实施方式中，所述的照度传感器、温度传感器、滤光片、聚光镜、图像传感器、太阳能电池、7-反射镜、8-保温隔热单元、真空集热单元、相变储热单元、热循环管道均为市售产品，故其具体结构不在此赘述。

Claims (4)

1.一种用于住宅的智能温度控制系统，其特征在于：包括参数收集模块、温度控制模块、光线控制模块以及热量供应模块；其中，

所述参数收集模块，包括照度传感器，装在住宅外墙上，用于测量系统工作时的太阳光照度；温度传感器，装于住宅内墙上，用于获取住宅内的温度信息；参数收集模块与温度控制模块电性连接；

所述温度控制模块，设置于后端服务器，用于在根据参数收集模块传输的照度参数与温度参数及用户选择温度确定系统进入升温模式、集热模式或保温模式；

所述光线控制模块，包括入射角度探测单元、反射墙、电机、和太阳能电池。所述入射角度探测单元用于实时探测阳光入射角度；反射墙由多块反射镜组成用于反射太阳光线，每块反射镜配有独立的电机控制用于旋转角度；太阳能电池用于给电机供电；

所述热量供应模块，包括装在北墙上的真空集热单元、相变储热单元、保温隔热单元，以及与真空集热单元、相变储热单元机械连接的热循环管道；所述真空集热单元用来接收由反射镜反射进住宅内的太阳光以收集热量；所述相变储热单元用来存储无需实时利用的多余热量；所述保温隔热单元位于北墙所开小窗处，与真空集热单元、相变储热单元相连，用于分隔室内外，防止热量散失；所述热循环管道用于将热量传递至住宅内；

所述照度传感器接收到的太阳光照度大于一定值时，在温度控制模块的作用下，系统进入升温模式，保温隔热单元打开；

所述温度传感器在温度到达用户预设值时，反馈信号至温度控制模块，系统进入集热模式；

所述电机在集热模式，调整部分反射镜的角度，使太阳光通过一部分反射镜反射到相变储热单元，以在太阳光照不足时为房间供暖，其中，反射到相变储热单元的反射镜数由温度控制模块根据室内温度与室外光照强度控制；相变储热单元中心与真空集热单元中心处于同一水平线上，水平距离为v，此时，部分反射镜M_ij对应的电机转动的角度α_ij为：

所述照度传感器接收到的太阳光照度小于一定值时，房屋接收的能量小于房屋从反射墙发散出去的能量，在温度控制模块的作用下，系统进入保温模式，电机转动至初始位置并停止工作；所述保温隔热单元关闭；所述相变储热单元在保温模式时，释放热量，为房间持续供暖。

2.根据权利要求1所述的智能温度控制系统，其特征在于：所述反射墙由装在住宅外的北墙之后的多块反射镜组成，安装高度应高于住宅高度保证其不会被遮挡；为减少热量损失，反射墙应尽量靠近住宅北墙安装，经过反射墙中心的法线应经过真空集热单元的中心。

3.根据权利要求1所述的智能温度控制系统，其特征在于：所述入射角度探测单元，装于反射墙上，包括：滤光片，用于防止聚光后的像点能量过高损坏图像传感器；焦距为f的聚光镜，用于汇聚太阳光；图像传感器，位于聚光镜焦平面上，中心坐标与聚光镜中心同轴，用于实时获取太阳光经聚光镜后的像点的坐标(x，y)，其中x代表水平方向，y代表竖直方向，入射角度θ计算公式为：

4.根据权利要求1所述的智能温度控制系统，其特征在于：所述电机在升温模式使反射镜角度α的计算所需要的信息包括：

反射墙中心位置与真空集热单元和相变储热单元中心位置的高度差h、反射墙与住宅北墙的水平距离s、反射墙中的反射镜的行数m和列数n、反射镜的长a和宽b；

将反射镜按行i列j数编号为M_ij，M_ij对应的电机转动的角度α_ij为：