CN117663496A - 真空管太阳能集热式建筑构件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种真空管太阳能集热式建筑构件，包括加气混凝土板外框及真空管太阳能集热结构，真空管太阳能集热结构包括反光后背板、真空集热器、透明框体及反光板；透明框体镶嵌于加气混凝土板外框内，且其为封闭结构，内部填充有TPE透明填料；真空集热器包括多个组成集热阵列的真空集热管，真空集热器设置于透明框体内；反光板设置于加气混凝土板外框的开口处，且与开口形状相适应；反光后背板设置于透明框体内，且其位于真空集热器远离加气混凝土板外框的开口的一侧。本发明真空管太阳能集热式建筑构件，可以在外观上实现与建筑一体化，并且作为建筑预制构件，具有质量轻、太阳能利用效率高，使用寿命长等优点，对建筑具有保温隔热作用。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能热利用技术领域，具体涉及一种真空管太阳能集热式建筑构件。
背景技术
太阳能作为一种清洁的可再生能源越来越受到人们的重视。真空管集热器由于集热效率高、价格较低而得到广泛应用。但是，大规模地在屋顶安装集热器，破坏了建筑物的外观。并且现有的集热管安装时需要一定的安装倾角，无法作为建筑构件与高层建筑完美结合。好一点的也只是贴附在屋面上，影响了屋面的美学效果，它们的结构都不能或不适于组装成一个完整平屋面或坡屋面，没有实现建筑一体化。
其次，作为建筑预制构件，真空太阳能集热管各部件由于热膨胀不同，密封处易炸裂，因此，还需要考虑建筑预制构件的质量、太阳能利用效率和使用寿命等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种真空管太阳能集热式建筑构件，可以在外观上实现与建筑一体化，并且作为建筑预制构件，具有质量轻、太阳能利用效率高，使用寿命长等优点，对建筑具有保温隔热作用。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种真空管太阳能集热式建筑构件，包括加气混凝土板外框及真空管太阳能集热结构，所述真空管太阳能集热结构外部设置有所述加气混凝土板外框，所述加气混凝土板外框的侧面设置有开口；所述真空管太阳能集热结构包括反光后背板、真空集热器、透明框体及反光板；所述透明框体镶嵌于所述加气混凝土板外框内，且其为封闭结构，内部填充有TPE透明填料；所述真空集热器包括多个组成集热阵列的真空集热管，所述真空集热器设置于所述透明框体内；所述反光板设置于所述加气混凝土板外框的开口处，且与所述加气混凝土板外框的开口形状相适应；所述反光后背板设置于所述透明框体内，且其位于所述真空集热器远离所述加气混凝土板外框的开口的一侧。
进一步改进，所述真空集热管包括聚氨酯橡胶密封件、外管及内管，所述外管固定套设于所述内管外，两者之间经抽真空形成真空间隙夹层，所述聚氨酯橡胶密封件设置于所述外管及所述内管的两端进行密封，且所述聚氨酯橡胶密封件上均设置开口。
进一步改进，所述聚氨酯橡胶密封件与所述内管及所述外管的接触面的粗糙度为Ra=25-80。
进一步改进，所述外管及所述内管为玻璃管。
进一步改进，所述外管为玻璃管，所述内管为金属管。
进一步改进，所述真空间隙夹层的真空度小于10-2Pa。
进一步改进，所述真空管太阳能集热结构还包括设置于所述反光板远离所述透明框体一侧的防护玻璃，所述防护玻璃的形状与所述反光板的形状相适应，且所述防护玻璃上下两侧突出于所述加气混凝土板外框外。
进一步改进，所述透明框体为双层中空玻璃板。
进一步改进，所述加气混凝土板外框两端还设有预埋件。
进一步改进，所述反光板通过多孔C型钢固定连接于所述加气混凝土板外框上。
相对于现有技术，本发明有益的效果是：（1）实现建筑一体化：采用太阳能集热管与加气混凝土板进行结合设计，在外观上实现与建筑一体化，并且作为建筑预制构件，具有质量轻特点。由于加气混凝土板外框为热的不良导体，对于室内外温差大的季节，如冬天或夏天，外框温度不随室外温度变化而变化。并且外框材料与建筑主体相同，具有相同的物理性质，并且抗震性能好，实现了太阳能集热管结构与建筑组成一个完整平屋面，实现建筑一体化。
（2）太阳能利用效率高：透明框体为封闭结构且镶嵌于加气混凝土板外框内，提高保温效果和太阳能利用效率。
（3）使用寿命长：采用TPE透明填料填充于玻璃真空集热管外周，由于TPE透明填料具有一定弹性，可以避免玻璃管受热后膨胀破碎的问题；进一步采用TPE透明填料填充和在真空集热管两端设置聚氨酯橡胶密封件的方案，该密封件与真空集热管接触面的粗糙度为Ra=25-80，一方面减少由于玻璃管受热后膨胀，密封件与集热管密接处的压力，避免密接处破裂，另一方面粗糙度不宜过大；同时，TPE透明填料与聚氨酯橡胶密封件两者协同作用，解决了玻璃真空集热管与玻璃管或金属管连接处的熔封、膨胀及应力导致玻璃管破碎的技术难题，双开口集热管使得系统内部的热交换更充分，延长建筑构件的使用寿命。
（4）本发明建筑构件通过建筑预埋件安装，能够用于替代墙体、阳台栏板或栏杆、窗户、屋顶等。
附图说明
图1为本发明建筑构件剖面图；
图2为本发明真空集热管剖面图；
图3为本发明真空集热管密封件结构示意图；
附图标记：加气混凝土板外框-1，反光后背板-2，真空集热器-3，真空集热管-4，透明框体-5，TPE透明填料-6，反光板-7，防护玻璃-8，聚氨酯橡胶密封件-9，预埋件-10，开口-11，金属管-12，玻璃管-13，真空间隙夹层-14。
具体实施方式
以下结合实例对本发明作进一步详细说明，但不是对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供一种真空管太阳能集热式建筑构件，包括加气混凝土板外框1及真空管太阳能集热结构，真空管太阳能集热结构外部设置有加气混凝土板外框1，加气混凝土板外框1的侧面设置有开口。
真空管太阳能集热结构包括反光后背板2、真空集热器3、透明框体5及反光板7。
透明框体5镶嵌于加气混凝土板外框1内，且其为封闭结构，内部填充有TPE透明填料6。进一步，透明框体5采用双层中空玻璃板，在一种具体实施方式中，透明框体5嵌入加气混凝土板外框部分采用双层中空玻璃板，迎向太阳一面采用单层玻璃板。
真空集热器3包括多个组成集热阵列的真空集热管4，真空集热器3设置于透明框体5内。
其中，采用TPE透明填料6一方面可以增大太阳光的透过，另一方面TPE透明填料6有一定的弹性，可以在一定程度释放真空集热管4的膨胀，可以避免玻璃真空集热器管受热后膨胀破碎的问题。
反光板7设置于加气混凝土板外框1的开口处，进一步，反光板7通过多孔C型钢固定连接于加气混凝土板外框1上，反光板7的形状与加气混凝土板外框1的开口形状相适应。
反光后背板2设置于透明框体5内，且其位于真空集热器3远离加气混凝土板外框1的开口的一侧。
真空管太阳能集热结构还包括设置于反光板7远离透明框体5一侧的防护玻璃8，防护玻璃8的形状与反光板7的形状相适应，且防护玻璃8上下两侧突出于加气混凝土板外框1外。
其中，建筑构件中部有防护玻璃8，防护玻璃8上、下两端有部分裸露于加气混凝土板外框1外，便于散热和装配，其热量主要是散热于周围建筑一体化的墙体中。采用防护玻璃8与加气混凝土板外框1进行结合设计，具有质量轻的优点，并在建筑强度和热阻方面达到了安装使用要求。
本发明工作过程如下：太阳照射在防护玻璃8的表面上并穿过防护玻璃8，通过反光板7投射在真空集热管4上的太阳能大部分被真空集热管4吸收；剩余部分太阳光透过TPE透明填料6后，经过太阳能反光后背板2反射重新投射在真空集热管4上，这部分太阳能被吸收；透明框体5为双层中空玻璃板，由于透明框体5为封闭结构，一部分热量散失在加气混凝土板外框1内，一部分热量散失在透明框体5内，提高保温效果和太阳能利用效率，对建筑墙体结构隔热、降温效果显著。
如图2所示，真空集热管4包括聚氨酯橡胶密封件9、外管及内管，外管固定套设于内管外，两者之间经抽真空形成真空间隙夹层，真空间隙夹层的真空度小于10-2Pa，可以更好地吸收太阳能辐射热。在一种实施例中，外管及内管为玻璃管，两者可以分开成型，也可以一体成型，形成真空间隙夹层。在另一种实施例中，外管为玻璃管13，内管为金属管12，两者通过熔融焊接在一起，中间形成真空间隙夹层14。
聚氨酯橡胶密封件9设置于外管及内管的两端进行密封，且聚氨酯橡胶密封件9上均设置开口11。值得说明的是，现有技术中，双开口真空集热管是通过联箱固定、密封；本发明实施例中，为了使得双开口集热中空管的热效率最高，聚氨酯橡胶密封件9并不是对真空集热管4完全密封（密封指的是对密封件与真空管的接触面进行密封），设置开口11的目的是，一是起到固定作用，二是两端开口型，热空气从一端进入，另一端流出，优点是便于布置空气流道，减小空气流动阻力，起到加快内部热循环的作用。
如图3所示，聚氨酯橡胶密封件9与外管及内管的接触面的粗糙度为Ra=25-80。因聚氨酯橡胶密封件9与真空集热管4接触面是主要产生应力部位，此处也是内管与外管的密接处，增大接触面的粗糙度可以在一定程度上释放应力，减少真空集热管4与聚氨酯橡胶密封件9密接处玻璃管的炸裂的可能，延长真空集热管4的使用寿命，在实现建筑一体化的基础上，尽可能实现与建筑同寿命。另一方面，粗糙度不宜过大，否则失去密封的意义。
需要说明的是：真空集热管4在使用过程中，由于温度变化，主要产生两个方向的应力，一是竖直方向上玻璃管与密封部件之间接触部位的应力，一是在水平方向玻璃管自身膨胀的应力，采用TPE透明填料6一方面可以增大太阳光的透过提高热效率，另一方面TPE透明填料6有一定的弹性，可以在一定程度释放真空集热管4的膨胀，真空集热管4两端设置有聚氨酯橡胶密封件9既能起到密封、固定作用，又具备良好的缓冲作用，使得在竖直方向上玻璃管与密封部件之间不会产生太大的应力，有效防止密接处玻璃管的炸裂，TPE透明填料6与聚氨酯橡胶密封件9两者协同作用，解决了现有玻璃真空集热管与玻璃管或金属管连接处的熔封、膨胀、及应力导致玻璃管破碎的技术难题延长建筑构件的使用寿命。
在一种实施方式中，预埋件气混凝土板外框1两端还设有预埋件10，其中，预埋件10也可为紧固件。用预埋件10将建筑构件的加气混凝土板外框1与外墙面或屋顶固定，在加气混凝土板外框1与外墙面或屋顶之间的预留空隙位置，用发泡剂填充饱满，除去对于的发泡剂后，用防水材料在四周各做一层防水封接保护即可。
Claims (10)
1.一种真空管太阳能集热式建筑构件，其特征在于，包括加气混凝土板外框（1）及真空管太阳能集热结构，所述真空管太阳能集热结构外部设置有所述加气混凝土板外框（1），所述加气混凝土板外框（1）的侧面设置有开口；
所述真空管太阳能集热结构包括反光后背板（2）、真空集热器（3）、透明框体（5）及反光板（7）；所述透明框体（5）镶嵌于所述加气混凝土板外框（1）内，且其为封闭结构，内部填充有TPE透明填料（6）；所述真空集热器（3）包括多个组成集热阵列的真空集热管（4），所述真空集热器（3）设置于所述透明框体（5）内；所述反光板（7）设置于所述加气混凝土板外框（1）的开口处，且与所述加气混凝土板外框（1）的开口形状相适应；所述反光后背板（2）设置于所述透明框体（5）内，且其位于所述真空集热器（3）远离所述加气混凝土板外框（1）的开口的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种真空管太阳能集热式建筑构件，其特征在于，所述真空集热管（4）包括聚氨酯橡胶密封件（9）、外管及内管，所述外管固定套设于所述内管外，两者之间经抽真空形成真空间隙夹层，所述聚氨酯橡胶密封件（9）设置于所述外管及所述内管的两端进行密封，且所述聚氨酯橡胶密封件（9）上均设置开口（11）。
3.根据权利要求2所述的一种真空管太阳能集热式建筑构件，其特征在于，所述聚氨酯橡胶密封件（9）与所述外管及所述内管的接触面的粗糙度为Ra=25-80。
4.根据权利要求2所述的一种真空管太阳能集热式建筑构件，其特征在于，所述外管及所述内管为玻璃管。
5.根据权利要求2所述的一种真空管太阳能集热式建筑构件，其特征在于，所述外管为玻璃管，所述内管为金属管。
6.根据权利要求2所述的一种真空管太阳能集热式建筑构件，其特征在于，所述真空间隙夹层的真空度小于10-2Pa。
7.根据权利要求1所述的一种真空管太阳能集热式建筑构件，其特征在于，所述真空管太阳能集热结构还包括设置于所述反光板（7）远离所述透明框体（5）一侧的防护玻璃（8），所述防护玻璃（8）的形状与所述反光板（7）的形状相适应，且所述防护玻璃（8）上下两侧突出于所述加气混凝土板外框（1）外。
8.根据权利要求1所述的一种真空管太阳能集热式建筑构件，其特征在于，所述透明框体（5）为双层中空玻璃板。
9.根据权利要求1所述的一种真空管太阳能集热式建筑构件，其特征在于，所述加气混凝土板外框（1）两端还设有预埋件（10）。
10.根据权利要求1所述的一种真空管太阳能集热式建筑构件，其特征在于，所述反光板（7）通过多孔C型钢固定连接于所述加气混凝土板外框（1）上。
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