CN202532727U - 一种低能耗住宅太阳能复合利用装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,包括相变储热水箱和换热装置,其特征在于:还包括太阳能集热供暖系统、太阳能光伏发电装置、太阳能制冷系统和太阳能室内照明装置,所述太阳能光伏发电装置通过换热装置与相变储热水箱相连接,所述太阳能集热供暖系统、太阳能制冷系统分别与相变储热水箱相连接。本实用新型提供了一种将现有的太阳能利用技术合理地利用到建筑中,一方面保证建筑美观实用,另一方面实现建筑的低能耗甚至零能耗,使太阳能利用与建筑节能有机结合的低能耗住宅太阳能复合利用装置。
Description
技术领域
本实用新型设计太阳能技术应用领域,特别是涉及一种一种低能耗住宅太阳能复合利用装置。
背景技术
目前,太阳能利用主要分为两个方向:光电方向和光热方向。
光电方向的代表性例子是太阳能光伏发电,是利用太阳能电池将白天的太阳能转化为电能由蓄电池储存起来供室内照明和其他需要或作为备用电源。
光热方向主要是太阳能热水系统,是将太阳辐射转化为热能进行利用的技术。通常利用太阳能进行供暖,提供生活热水等。
这些技术虽然还不是很成熟,但是太阳能的无污染,来源不断,无需考虑运输等优点,一直吸引着人们对它的探索。人们越来越多地在建筑中利用太阳能发电、供热以及制冷,现有的一些成功案例也是大家有目共睹的。在这个新的领域里人们也越来越关注太阳能在建筑中的综合利用,以及如何更高效率、低成本地实现低能耗甚至零能耗。
实用新型内容
为了实现上述目的,本实用新型提供了一种将现有的太阳能利用技术合理地利用到建筑中,一方面保证建筑美观实用,另一方面实现建筑的低能耗甚至零能耗,使太阳能利用与建筑节能有机结合的低能耗住宅太阳能复合利用装置。
为了实现上述目的,本实用新型所采取的技术方案是:
一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,包括相变储热水箱和换热装置,其特征在于:还包括太阳能集热供暖系统、太阳能光伏发电装置、太阳能制冷系统和太阳能室内照明装置,所述太阳能光伏发电装置通过换热装置与相变储热水箱相连接,所述太阳能集热供暖系统、太阳能制冷系统分别与相变储热水箱相连接。
前述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:在相变储热水箱内设置有水位仪和温度探头,所述相变储热水箱外部通过管路连接有电加热装置,所述相变储热水箱还通过供水管路与自来水供水系统相连接,在供水管路上设置有补水阀。
前述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:太阳能集热供暖系统包括恒温水箱、水位仪、温度探头、循环水泵、辐射板/墙和放水泵,在恒温水箱内设置有水位仪和温度探头,所述相变蓄热水箱出口端通过放水泵与恒温水箱进口端相连接,所述恒温水箱出口端与辐射板/墙进口端相连接,所述辐射板/墙出口端通过循环水泵与相变蓄热水箱相连接。
前述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:所述换热装置包括换热器、循环水泵、温差启动器和温度探头,所述温度探头与温差启动器相连接,所述温差启动器用于控制循环水泵的启闭,所述循环水泵通过管路依次与换热器和太阳能光伏/光热集热器相连接。
前述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:所述太阳能光伏发电装置包括太阳能光伏/光热集热器、储能蓄电池、充放电控制器、直流负载、电源逆变器和交流负载,所述换热装置的温度探头用于探测太阳能光伏/光热集热器的温度,所述充放电控制器充电输入端与太阳能光伏/光热集热器相连接,所述充放电控制器充电输出端与储能蓄电池相串联,所述充放电控制器直流放电输出端与直流负载相连接,所述充放电控制器交流放电输出端依次连接电源逆变器和交流负载,所述太阳能光伏/光热集热器与电加热装置相连接。
前述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:所述太阳能制冷系统包括辐射板/墙、冷却塔、蒸发器、冷凝器、吸收器、低温热交换器、高温热交换器、低压发生器、高压发生器和换热器,所述相变蓄热水箱通过管路依次与换热器进行热交换后与高压发生器、高温热交换器、低温热交换器、低温发生器相连。所述低温低温发生器和冷凝器相连。低温热交换器和高温热交换器与吸收器、冷却塔、冷凝器、蒸发器、辐射板/墙相连给室内制冷。冷却水在冷凝器、吸收器、冷却塔中的管道内流动。
前述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:所述太阳能室内照明装置包括聚光器、照明器和光导纤维,所述聚光器通过光导纤维与照明器相连接。
前述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:所述相变储热水箱还通过循环泵与生活用水系统相连接。
前述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:在换热装置的管路内加入防冻液。
本实用新型的有益效果是:
(1)太阳能采光部分
利用太阳能自动采光装置,通过导光管道将光线引入到楼道、厕所、地下室等室内光线需求量不大的地方,这样不仅可以使室内享受到阳光的沐浴也可以降低用于照明的能耗。
(2)太阳能制冷和供暖
制冷:采用太阳能吸收式双效制冷,工作效率更高,降低了集热面积,提高了经济性。采用环保、无毒的工质和太阳能自动跟踪设备,实现住宅的节能效果。
供暖:太阳能供暖采用的是与地源热泵相结合的方式,使冬季供暖更为方便。在建筑中供暖是将经过太阳能加热过的水通过管道流经地板上的风机盘管来实现供暖的。在太阳辐射不强的时候可采用地源热泵辅助加热,并且有集中水箱和恒温水箱实现水的分配与汇总和水温的调节。
(3)太阳能光伏发电技术
光伏发电是根据光生福特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。在建筑中很多设备的使用地必须通过电力系统来维持,这无疑增加了建筑中的能耗,而在建筑中使用太阳能光伏发电技术来完成电力的供应,可以实现各个系统的相互补充和协调,同时降低建筑的能耗。
附图说明
图1是本实用新型低能耗住宅太阳能复合利用装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的描述。
本实用新型要解决的技术问题在于:将太阳能采光、太阳能供暖和制冷、太阳能光伏发电等有效地与建筑相结合,实现太阳能利用与建筑低能耗的一体化。
如图1所示,一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,可为热水用户提供热能的太阳能集热供暖系统和可为蓄电用户提供电能的太阳能光伏发电装置以及为空调用户提供制冷的太阳能制冷系统;另外基于以上三种太阳能利用系统由这些系统提供热能和电能,为了更高要求地达到人性化设计目的,同时降低建筑能耗,进一步衍生出太阳能室内照明装置,解决用户的生活照明和其他高标准生活要求。太阳能光伏发电装置通过换热装置与相变储热水箱相连接,太阳能集热供暖系统、太阳能制冷系统分别与相变储热水箱相连接,太阳能光伏发电装置与太阳能室内照明装置相连接。
相变蓄热材料(PCM)封装在聚乙烯塑料内并置于换热器上,水箱中的水与盛装PCM的塑料小桶进行热交换,同时塑料容器与蛇形盘管中的截热介质进行热交换,把热量传递给系统。当集热器出口温度高于水箱一定的温度并且室内温度在合理范围内时,水箱开始蓄热;当室内温度不在合理范围内时,通过相变蓄热水箱放热,当连续阴雨或者太阳辐射强度不大时,通过辅助热源电加热器直接对水箱内的水进行加热。该相变蓄热水箱克服了以往水箱需承压和相变材料易分层的缺点。相变蓄热材料选用CaCl2﹒6H2O。
在相变储热水箱内设置有水位仪1a和温度探头1b,所述相变储热水箱外部通过管路连接有电加热装置1c,所述相变储热水箱还通过供水管路与自来水供水系统相连接,在供水管路上设置有补水阀1d,相变储热水箱还通过循环泵1e与生活用水系统相连接。
换热装置包括换热器2a、循环水泵2b、温差启动器2c和温度探头2d,温度探头2d与温差启动器2c相连接,温差启动器2c用于控制循环水泵2b的启闭,循环水泵2b通过管路依次与换热器2a和太阳能光伏/光热集热器4a相连接,太阳能光伏/光热集热器4a为换热器2a内的工质循环提供动力。
太阳能光伏发电装置包括太阳能光伏/光热集热器4a、储能蓄电池4b、充放电控制器4c、直流负载4d、电源逆变器4e和交流负载4f,所述换热装置的温度探头2d用于探测太阳能光伏/光热集热器4a的温度,所述充放电控制器4c充电输入端与太阳能光伏/光热集热器4a相连接,所述充放电控制器4c充电输出端与储能蓄电池4b相串联,所述充放电控制器4c直流放电输出端与直流负载4d相连接,所述充放电控制器4c交流放电输出端依次连接电源逆变器4e和交流负载4f,所述太阳能光伏/光热集热器4a与电加热装置1c相连接。本实用新型根据光生福特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。在建筑中很多设备的使用地必须通过电力系统来维持,这无疑增加了建筑中的能耗,而在建筑中使用太阳能光伏发电技术来完成电力的供应,可以实现各个系统的相互补充和协调,同时降低建筑的能耗。
太阳能制冷系统包括辐射板/墙3e、冷却塔5b、蒸发器5c、冷凝器5d、吸收器5e、低温热交换器5f、高温热交换器5g、低压发生器5h、高压发生器5i和换热器5j,所述相变蓄热水箱通过管路依次与换热器5j进行热交换后与高压发生器5i、高温热交换器5g、低温热交换器5f、低温发生器5h相连。所述低温低温发生器5h和冷凝器5d相连。低温热交换器5f和高温热交换器5g与吸收器5e、冷却塔5b、冷凝器5d、蒸发器5c、辐射板/墙3e相连给室内制冷。冷却水在冷凝器5d、吸收器5e、冷却塔5b中的管道内流动。太阳能制冷系统工作时太阳能光伏/光热集热器4a中被吸收然后储存在相变蓄热水箱内。在高压发生器5i内的稀溶液浓缩并产生水蒸气,然后在低压发生器5h中来自高压发生器的水蒸汽和来自高温热交换器5g的热水一起加热稀溶液同时产生低压水蒸气。低压发生器内产生的水蒸气和来自高压发生器的水蒸气凝水一同进入冷凝器5d冷凝成液态水。经过节流减压后在蒸发器内蒸发水在低压下蒸发的产生制冷效果.产生的冷量被送到对室内空气进行制冷。同时离开高压发生器的浓溶液流经高温热交换器5g预热来自低温热交换器的稀溶液,此稀溶液流向高压发生器。流过高温热交换器的浓溶液和离开低压发生器的浓溶液先在低温热交换器前混合再和来自吸收器的稀溶液在低温热交换器5f内进行热交换.出低温热交换器的稀溶液分成两路,一路直接进入低压发生器,另一路流经高温热交换器后进入高压发生器。低温热交换器出来的浓溶液在吸收器内吸收来自蒸发器的水蒸气然后再次成为稀溶液。来自冷却塔5b的冷却水在吸收器和冷凝器内分别带走吸收热和冷凝热。
这里采用太阳能双效吸收式制冷,由于高压蒸汽在高压发生器和低压发生器得到两次利用,所以具有较高的COP值,与单效吸收式制冷相比效率更高。当日照量不足或者夜晚需要使用空调时,可以利用辅助热源产生的热量来驱动吸收式制冷系统进行制冷。
太阳能集热供暖系统包括恒温水箱3a、水位仪3b、温度探头3c、循环水泵3d、辐射板/墙3e和放水泵3f,在恒温水箱3a内设置有水位仪3b和温度探头3c,所述相变蓄热水箱出口端通过放水泵3f与恒温水箱3a进口端相连接,所述恒温水箱3a出口端与辐射板/墙3e进口端相连接,所述辐射板/墙3e出口端通过循环水泵3d与相变蓄热水箱相连接。本实用新型太阳能供暖采用的是与电能辅助加热相结合的方式,使冬季供暖更为方便。在建筑中供暖是将经过太阳能加热过的水通过管道流经室内的辐射板/墙来实现供暖的。在太阳辐射不强的时候可采用辅助热源来辅助加热,并且有辐射板/墙和恒温水箱实现水的分配与汇总和水温的调节。
太阳能室内照明装置包括聚光器6a、照明器6b和光导纤维6c,所述聚光器6a通过光导纤维6c与照明器6b相连接。通过光导纤维6c将光线引入到楼道、厕所、地下室等室内光线需求量不大的地方,这样不仅可以使室内享受到阳光的沐浴也可以降低用于照明的能耗。光纤照明还可以采用点状、线状侧面发光、面状、弥散等多种形式,具有艺术效果,可以达到与建筑的有效结合。
本实用新型住宅太阳能复合利用装置具有夏季工作模式和冬季工作模式:
夏季工作模式:
在夏季可以除了可以利用太阳能热水器来洗澡之外,还可以利用太阳能来进行制冷。太阳能发电可以提供室内部分设备工作所需的电能,在停电的日子里,蓄电池还可以作为备用能源。太阳光自动导光采光设备可以将太阳光导入阳光照射不到的室内区域。辅助能源的使用保证该太阳能复合利用装置能24小时工作。
冬季工作模式:
在太阳辐射达到要求的时候,自动采光导光设备可以保证室内部分区域的采光;光伏发电设备可以提供室内部分设备工作所需的电能。采用太阳能供热水和热水供暖系统,保证冬季的生活用水水温和室内温度要求。当太阳辐射达不到要求,可以采用电能进行辅助加热。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解,本实用新型不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理,在不脱离本实用新型精神和范围的前提下,本实用新型还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,包括相变储热水箱和换热装置,其特征在于:还包括太阳能集热供暖系统、太阳能光伏发电装置、太阳能制冷系统和太阳能室内照明装置,所述太阳能光伏发电装置通过换热装置与相变储热水箱相连接,所述太阳能集热供暖系统、太阳能制冷系统分别与相变储热水箱相连接。
2.根据权利要求1所述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:在相变储热水箱内设置有水位仪(1a)和温度探头(1b),所述相变储热水箱外部通过管路连接有电加热装置(1c),所述相变储热水箱还通过供水管路与自来水供水系统相连接,在供水管路上设置有补水阀(1d)。
3.根据权利要求2所述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:太阳能集热供暖系统包括恒温水箱(3a)、水位仪(3b)、温度探头(3c)、循环水泵(3d)、辐射板/墙(3e)和放水泵(3f),在恒温水箱(3a)内设置有水位仪(3b)和温度探头(3c),所述相变蓄热水箱出口端通过放水泵(3f)与恒温水箱(3a)进口端相连接,所述恒温水箱(3a)出口端与辐射板/墙(3e)进口端相连接,所述辐射板/墙(3e)出口端通过循环水泵(3d)与相变蓄热水箱相连接。
4.根据权利要求3所述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:所述换热装置包括换热器(2a)、循环水泵(2b)、温差启动器(2c)和温度探头(2d),所述温度探头(2d)与温差启动器(2c)相连接,所述温差启动器(2c)用于控制循环水泵(2b)的启闭,所述循环水泵(2b)通过管路依次与换热器(2a)和太阳能光伏/光热集热器(4a)相连接。
5.根据权利要求4所述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:所述太阳能光伏发电装置包括太阳能光伏/光热集热器(4a)、储能蓄电池(4b)、充放电控制器(4c)、直流负载(4d)、电源逆变器(4e)和交流负载(4f),所述换热装置的温度探头(2d)用于探测太阳能光伏/光热集热器(4a)的温度,所述充放电控制器(4c)充电输入端与太阳能光伏/光热集热器(4a)相连接,所述充放电控制器(4c)充电输出端与储能蓄电池(4b)相串联,所述充放电控制器(4c)直流放电输出端与直流负载(4d)相连接,所述充放电控制器(4c)交流放电输出端依次连接电源逆变器(4e)和交流负载(4f),所述太阳能光伏/光热集热器(4a)与电加热装置(1c)相连接。
6.根据权利要求5所述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:所述太阳能制冷系统包括辐射板/墙(3e)、冷却塔(5b)、蒸发器(5c)、冷凝器(5d)、吸收器(5e)、低温热交换器(5f)、高温热交换器(5g)、低压发生器(5h)、高压发生器(5i)和换热器(5j),所述相变蓄热水箱通过管路依次与换热器(5j)进行热交换后与高压发生器(5i)、高温热交换器(5g)、低温热交换器(5f)、低温发生器(5h)相连;
所述低温低温发生器(5h)和冷凝器(5d)相连;
低温热交换器(5f)和高温热交换器(5g)与吸收器(5e)、冷却塔(5b)、冷凝器(5d)、蒸发器(5c)、辐射板/墙(3e)相连给室内制冷;
冷却水在冷凝器(5d)、吸收器(5e)、冷却塔(5b)中的管道内流动。
7.根据权利要求6所述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:所述太阳能室内照明装置包括聚光器(6a)、照明器(6b)和光导纤维(6c),所述聚光器(6a)通过光导纤维(6c)与照明器(6b)相连接。
8.根据权利要求7所述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:所述相变储热水箱还通过循环泵(1e)与生活用水系统相连接。
9.根据权利要求8所述的一种低能耗住宅太阳能复合利用装置,其特征在于:在换热装置的管路内加入防冻液。
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