CN118640585B - 一种用于机场建筑零碳排多能互补的热力学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及本发明的一种用于机场建筑零碳排多能互补的热力学系统，在正常情况下，光伏发电板和风能发电组件发电提供电能，真空集热管组件通过太阳热能收集管路将太阳的热量传递至第二储热组件内以对需要加热的目标设备进行加热或热交换，同时将热交换后的液体进行回收；在阴天情况下，风能发电组件发电提供电能，利用风热交换管路先将热量传递至第一储热组件，然后送至第二储热组件；以上无论天晴或下雨风能发电组件始终在进行工作发电将风能利用，并且也将分管的热量进行利用回收，从而利用建筑排风口出的风能和热能，弥补了光伏一体化系统在阴雨天气，难以进行发电的缺陷。

Description

一种用于机场建筑零碳排多能互补的热力学系统

技术领域

本发明涉及供热技术领域，尤其涉及一种用于机场建筑零碳排多能互补的热力学系统。

背景技术

太阳能是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。在不可再生能源如化石燃料日趋减少的情况下，太阳能作为可再生的清洁能源已成为人类使用能源的重要组成部分,而且可作为其它能源供应系统补充能源，共同为人类服务。零碳供热是指供热系统在供热阶段不产生碳消耗，如光热-光伏发电-空气源热泵三合一供热系统，所消耗的能源就都是可再生能源。

而且，机场建筑目前电力供应主要来源于燃煤，冷热能耗主要是靠电力和天然气(电力消耗约占总能耗的45％)。

目前，机场的建筑上光伏一体化系统一般采用太阳能光伏作为工作动力源，其如果在阴雨天气下，光伏一体化系统就难以进行发电实现零碳排放。

另外，我们知晓建筑的顶部的通风口通常被称为“排风口”或“排风井”，其主要作用是将室内的空气排出去，以保持室内空气流通和新鲜，其是存在风能利用的条件的；一些通风口还具有排烟气的功能，其排出的高温烟气的具有一定的热量。

故而，如何利用建筑排风口出的风能和热能，以弥补光伏一体化系统在阴雨天气，难以进行发电的缺陷。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于机场建筑零碳排多能互补的热力学系统，其解决了光伏一体化系统在阴雨天气，难以进行发电的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种用于机场建筑零碳排多能互补的热力学系统，其包括：

位于建筑顶部的加长风管段；

光伏发电板，其设置在建筑顶部；

风能发电组件，其安装在所述加长风管段的顶部；

电能收集组件，其与所述光伏发电板和风能发电组件连接，用于收集并存储电能；

真空集热管组件，其安装在建筑顶部，其用于利用太阳能加热储热液体；

第一储热组件，其内设有储热液体；

第二储热组件，其通过连接管路与第一储热组件连通；

热能输出组件，其用于将第二储热组件存储的热量输送至目标设备；

风热交换管路，其一部分设置在加长风管段内，另一部分设置在所述第一储热组件内，并用于在电能收集组件的电能作用下循环其内的循环介质，将第一储热组件内的储热液体加热；

太阳热能收集管路，其用于将真空集热管组件加热的储热液体送至第二储热组件，并用于在电能收集组件的电能作用下将第二储热组件换热后的液体回收至所述真空集热管组件。

可选的，所述加长风管段包括竖直部和U形部，竖直部的连接区域与U形部的两端连通；位于U形部下方的一端，以及竖直部的连接区域内均设有旋转封门组件，竖直部内且位于连接区域的下方设有第一温度检测组件；

所述风热交换管路的一部分位于所述U形部内；

当加长风管段的温度大于设定值时，竖直部的旋转封门组件关闭，U形部的旋转封门组件开启；

当加长风管段的温度小于设定值时，竖直部的旋转封门组件开启，U形部的旋转封门组件关闭。

可选的，所述旋转封门组件包括与所述竖直部和U形部的内径相等的圆形板，圆形板上设有径向杆，径向杆连接有高温伺服电机。

可选的，所述风能发电组件包括设置在所述加长风管段顶部的旋转风帽，旋转风帽内设有轴向杆；轴向杆底部通过变速齿轮组连接有发电机，发电机通过支架与加长风管段的内壁固定连接。

可选的，所述风热交换管路包括密封的循环回路管，循环回路管内设有冷却液，循环回路管上设有与电能收集组件电连接的第一循环泵。

可选的，所述真空集热管组件包括储液箱，储液箱的出水口连接有多个真空集热管；

所述连接管路包括第一输液管，第一输液管上设有第一电磁阀；

所述太阳热能收集管路包括第二输液管和回液管，第二输液管与所述第一输液管连接，并且连接处位于第一电磁阀的下方；回液管一端与所述第二储热组件连接，另一端与所述储液箱连接，回液管上设有靠近储液箱的第二电磁阀，以及靠近储液箱的第二循环泵；

所述第二循环泵、第二电磁阀和第一电磁阀与电能收集组件电连接。

可选的，所述第一储热组件的顶部设有补液口；

所述回液管上，且位于第二电磁阀和第二循环泵之间连接有补液管，补液管与补液口连接；所述回液管上，且位于补液管与回液管的连接点和第二循环泵之间还设有第三电磁阀。

可选的，所述第一储热组件内设有第二温度检测组件；所述连接管路用于在第一储热组件内的储热液体到大设计温度后打开所述第一电磁阀。

可选的，所述第二储热组件内设有液位检测传感器和第三温度检测组件；

当第三温度检测组件的检测值小于设定值，将所述第二电磁阀打开，并启动第二循环泵，直到第二储热组件的液位下降至设定液位。

可选的，所述第一储热组件和第二储热组件内包括密封箱体，其内壁包覆有保温防水层。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：在正常情况下，光伏发电板和风能发电组件发电提供电能，真空集热管组件通过太阳热能收集管路将太阳的热量传递至第二储热组件内以对需要加热的目标设备进行加热或热交换，同时将热交换后的液体进行回收；在阴天情况下，风能发电组件发电提供电能，利用风热交换管路先将热量传递至第一储热组件，然后送至第二储热组件；以上无论天晴或下雨风能发电组件始终在进行工作发电将风能利用，并且也将分管的热量进行利用回收，从而利用建筑排风口出的风能和热能，弥补了光伏一体化系统在阴雨天气，难以进行发电的缺陷。

附图说明

图1为本发明的用于建筑零碳排多能互补的热力学系统的整体结构示意图；

图2为本发明的太阳热能收集管路的示意图；

图3为本发明的光伏发电板和风能发电组件之间电能流向图示意图；

图4为本发明的风能发电组件的结构示意图；

图5为本发明的风能发电组件的内部结构示意图。

【附图标记说明】

1、加长风管段；100、竖直部；101、U形部；2、光伏发电板；3、风能发电组件；4、真空集热管组件；400、储液箱；401、真空集热管；5、第一储热组件；500、补液管；6、第二储热组件；7、风热交换管路；700、第一循环泵；8、电能收集组件；9、太阳热能收集管路；900、第二输液管；901、回液管；902、第二电磁阀；903、第二循环泵；904、第三电磁阀；10、连接管路；1000、第一电磁阀；11、热能输出组件。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明实施例提出的一种用于机场建筑零碳排多能互补的热力学系统，其解决了如何利用建筑排风口出的风能和热能，以弥补光伏一体化系统在阴雨天气，难以进行发电的缺陷的问题。而且，机场用于制冷和取暖方面的能耗占到机场总能耗的一半以上，降低这部分的能耗水平，将能够更好地助力机场降低能耗，节省运营成本，同时降低碳排放。因此，构建以光伏+风电+蓄热储能为主的电力供应方式对于机场建筑节能减碳尤为重要。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1-图5，一种用于机场建筑零碳排多能互补的热力学系统，其包括：

位于建筑顶部的加长风管段1；

光伏发电板2，其设置在建筑顶部；

风能发电组件3，其安装在加长风管段1的顶部；

电能收集组件8，其与光伏发电板2和风能发电组件3连接，用于收集并存储电能；

真空集热管组件4，其安装在建筑顶部，其用于利用太阳能加热储热液体；

第一储热组件5，其内设有储热液体；

第二储热组件6，其通过连接管路10与第一储热组件5连通；

热能输出组件11，其用于将第二储热组件6存储的热量输送至目标设备；

风热交换管路7，其一部分设置在加长风管段1内，另一部分设置在第一储热组件5内，并用于在电能收集组件8的电能作用下循环其内的循环介质，将第一储热组件5内的储热液体加热；

太阳热能收集管路9，其用于将真空集热管组件4加热的储热液体送至第二储热组件6，并用于在电能收集组件8的电能作用下将第二储热组件6换热后的液体回收至真空集热管组件4。

通过以上的设置可以有以下情况的适用：

第一种，光伏发电板2和风能发电组件3发电提供电能，真空集热管组件4通过太阳热能收集管路9将太阳的热量传递至第二储热组件6内以对需要加热的目标设备进行加热或热交换，同时将热交换后的液体进行回收。即风管中没有热量

第二种，光伏发电板2和风能发电组件3发电提供电能，真空集热管组件4通过太阳热能收集管路9将太阳的热量传递至第二储热组件6内，同时利用风热交换管路7先将热量传递至第一储热组件5，然后送至第二储热组件6，以对需要加热的目标设备进行加热或热交换，同时将热交换后的液体进行回收。即风管中有热量。

第三种，在阴天情况下，风能发电组件3发电提供电能，利用风热交换管路7先将热量传递至第一储热组件5，然后送至第二储热组件6；以上无论天晴或下雨风能发电组件3始终在进行工作发电将风能利用，并且也将分管的热量进行利用回收，从而利用建筑排风口出的风能和热能，弥补了光伏一体化系统在阴雨天气，难以进行发电的缺陷。

以上的热量最终交换到了第二储热组件6中，利用光能和风能的发电进行带动整个系统的运行，同时还是进一步的利用了太阳热能。并且以上无论天晴或下雨风能发电组件3始终在进行工作发电将风能利用，并且也将分管的热量进行利用回收，从而利用建筑排风口出的风能和热能，弥补了光伏一体化系统在阴雨天气，难以进行发电的缺陷。

在一些优选的实施例中，对加长风管段1的结构进行详细说明，以实现可以在根据是否风管具有热量的情况下灵活进行利用热风；具体为：

加长风管段1包括竖直部100和U形部101，竖直部100的连接区域与U形部101的两端连通；位于U形部101下方的一端，以及竖直部100的连接区域内均设有旋转封门组件，竖直部100内且位于连接区域的下方设有第一温度检测组件；

风热交换管路7的一部分位于U形部101内；

当加长风管段1的温度大于设定值时，竖直部100的旋转封门组件关闭，U形部101的旋转封门组件开启；

当加长风管段1的温度小于设定值时，竖直部100的旋转封门组件开启，U形部101的旋转封门组件关闭。

进一步的，旋转封门组件包括与竖直部100和U形部101的内径相等的圆形板，圆形板上设有径向杆，径向杆连接有高温伺服电机；电能收集组件8电连接高温伺服电机。参阅图4和图5，风能发电组件3包括设置在加长风管段1顶部的旋转风帽，旋转风帽内设有轴向杆；轴向杆底部通过变速齿轮组连接有发电机，发电机通过支架与加长风管段1的内壁固定连接。利用以上结构可以实现时刻利用风能发电。

在一些优选的实施例中，风热交换管路7包括密封的循环回路管，循环回路管内设有冷却液，循环回路管上设有与电能收集组件8电连接的第一循环泵700。第一循环泵700可以加快热量的回收利用。

在一些优选的实施例中，对于太阳热能收集管路的回收和热能传递进行详细说明：

真空集热管组件4包括储液箱400，储液箱400的出水口连接有多个真空集热管401；

连接管路10包括第一输液管，第一输液管上设有第一电磁阀1000；

太阳热能收集管路9包括第二输液管900和回液管901，第二输液管900与第一输液管连接，并且连接处位于第一电磁阀1000的下方；回液管901一端与第二储热组件6连接，另一端与储液箱400连接，回液管901上设有靠近储液箱400的第二电磁阀902，以及靠近储液箱400的第二循环泵903；

第二循环泵903、第二电磁阀902和第一电磁阀1000与电能收集组件8电连接。

其中，第一储热组件5内设有第二温度检测组件；连接管路10用于在第一储热组件5内的储热液体到大设计温度后打开第一电磁阀1000。第二储热组件6内设有液位检测传感器和第三温度检测组件；当第三温度检测组件的检测值小于设定值，将第二电磁阀902打开，并启动第二循环泵903，直到第二储热组件6的液位下降至设定液位。第一储热组件5和第二储热组件6内包括密封箱体，其内壁包覆有保温防水层。

对以上的方案进行详细的说明：

通常情况下真空集热管401加热后的液体通过第二输液管900进入到第二储热组件6中，并逐渐将其内部填满，此阶段第二循环泵903不工作，这时热能输出组件11进行热交换，第二储热组件6的储热液体的热量逐渐降低，温度逐渐降低，当降低到设定值后，此时第二电磁阀902打开，并启动第二循环泵903，将换热后储热液体通过回液管901回到储液箱400；回收后，然后真空集热管401加热的液体继续下降到第二储热组件6中，储液箱400回收的液体重新进行加热。如此进行循环。

当然对于第一储热组件5在加热后，需要通过连接管路10，打开其上的第一电磁阀1000进行送至第二储热组件6中，但是存在的情况是，第一储热组件5中没有了储热液体，为此为解决可以自动补充，并配合太阳热能收集管路9的回收操作，有以下设置：

第一储热组件5的顶部设有补液口；

回液管901上，且位于第二电磁阀902和第二循环泵903之间连接有补液管500，补液管500与补液口连接；回液管901上，且位于补液管500与回液管901的连接点和第二循环泵903之间还设有第三电磁阀904。

也就是说，不需要补充第一储热组件5的储热液体时，第二电磁阀902和第三电磁阀904均关闭，

需要补充第一储热组件5的储热液体时，第二电磁阀902开启，第三电磁阀904关闭，第二循环泵903不工作。储液箱400的储热液体在重力作用下落入第一储热组件5。

需要回收时，第二电磁阀902第三电磁阀904均开启，第二循环泵903工作，同时克服液体的重力作用。

以上使用的各种电子器件和驱动部件均由电能收集组件8收集并存储电能提供电能，以上实现了各种情况下热力的互补运行，不产生碳排放，均使用清洁能源。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种用于建筑零碳排多能互补的热力学系统，其特征在于，其包括：

位于建筑顶部的加长风管段（1）；

光伏发电板（2），其设置在建筑顶部；

风能发电组件（3），其安装在所述加长风管段（1）的顶部；

电能收集组件（8），其与所述光伏发电板（2）和风能发电组件（3）连接，用于收集并存储电能；

真空集热管组件（4），其安装在建筑顶部，其用于利用太阳能加热储热液体；

第一储热组件（5），其内设有储热液体；

第二储热组件（6），其通过连接管路（10）与第一储热组件（5）连通；

热能输出组件（11），其用于将第二储热组件（6）存储的热量输送至目标设备；

风热交换管路（7），其一部分设置在加长风管段（1）内，另一部分设置在所述第一储热组件（5）内，并用于在电能收集组件（8）的电能作用下循环其内的循环介质，将第一储热组件（5）内的储热液体加热；

太阳热能收集管路（9），其用于将真空集热管组件（4）加热的储热液体送至第二储热组件（6），并用于在电能收集组件（8）的电能作用下将第二储热组件（6）换热后的液体回收至所述真空集热管组件（4）；

所述加长风管段（1）包括竖直部（100）和U形部（101），竖直部（100）的连接区域与U形部（101）的两端连通；位于U形部（101）下方的一端，以及竖直部（100）的连接区域内均设有旋转封门组件，竖直部（100）内且位于连接区域的下方设有第一温度检测组件；

所述风热交换管路（7）的一部分位于所述U形部（101）内；

当加长风管段（1）的温度大于设定值时，竖直部（100）的旋转封门组件关闭，U形部（101）的旋转封门组件开启；

当加长风管段（1）的温度小于设定值时，竖直部（100）的旋转封门组件开启，U形部（101）的旋转封门组件关闭；所述旋转封门组件包括与所述竖直部（100）和U形部（101）的内径相等的圆形板，圆形板上设有径向杆，径向杆连接有高温伺服电机。

2.如权利要求1所述的用于建筑零碳排多能互补的热力学系统，其特征在于：

所述风能发电组件（3）包括设置在所述加长风管段（1）顶部的旋转风帽，旋转风帽内设有轴向杆；轴向杆底部通过变速齿轮组连接有发电机，发电机通过支架与加长风管段（1）的内壁固定连接。

3.如权利要求1所述的用于建筑零碳排多能互补的热力学系统，其特征在于：

所述风热交换管路（7）包括密封的循环回路管，循环回路管内设有冷却液，循环回路管上设有与电能收集组件（8）电连接的第一循环泵（700）。

4.如权利要求1所述的用于建筑零碳排多能互补的热力学系统，其特征在于：

所述真空集热管组件（4）包括储液箱（400），储液箱（400）的出水口连接有多个真空集热管（401）；

所述连接管路（10）包括第一输液管，第一输液管上设有第一电磁阀（1000）；

所述太阳热能收集管路（9）包括第二输液管（900）和回液管（901），第二输液管（900）与所述第一输液管连接，并且连接处位于第一电磁阀（1000）的下方；回液管（901）一端与所述第二储热组件（6）连接，另一端与所述储液箱（400）连接，回液管（901）上设有靠近储液箱（400）的第二电磁阀（902），以及靠近储液箱（400）的第二循环泵（903）；

所述第二循环泵（903）、第二电磁阀（902）和第一电磁阀（1000）与电能收集组件（8）电连接。

5.如权利要求4所述的用于建筑零碳排多能互补的热力学系统，其特征在于：

所述第一储热组件（5）的顶部设有补液口；

所述回液管（901）上，且位于第二电磁阀（902）和第二循环泵（903）之间连接有补液管（500），补液管（500）与补液口连接；所述回液管（901）上，且位于补液管（500）与回液管（901）的连接点和第二循环泵（903）之间还设有第三电磁阀（904）。

6.如权利要求4所述的用于建筑零碳排多能互补的热力学系统，其特征在于：

所述第一储热组件（5）内设有第二温度检测组件；所述连接管路（10）用于在第一储热组件（5）内的储热液体到大设计温度后打开所述第一电磁阀（1000）。

7.如权利要求4所述的用于建筑零碳排多能互补的热力学系统，其特征在于：

所述第二储热组件（6）内设有液位检测传感器和第三温度检测组件；

当第三温度检测组件的检测值小于设定值，将所述第二电磁阀（902）打开，并启动第二循环泵（903），直到第二储热组件（6）的液位下降至设定液位。

8.如权利要求1所述的用于建筑零碳排多能互补的热力学系统，其特征在于：所述第一储热组件（5）和第二储热组件（6）内包括密封箱体，其内壁包覆有保温防水层。