CN203203270U - 一种用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统 - Google Patents

一种用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统，特别涉及一种利用高层建筑物的南立面安装反射镜聚集太阳能加热工质至高温来实现太阳能的热利用的系统，包括太阳光反射聚光装置、集热接收装置、储热装置及热能利用装置，还可以包括蓄热装置，以将多余热量储存起来供晚上或阴天时利用。本实用新型解决了在城市中太阳能的热利用主要是非聚光利用，加热温度较低，难以满足利用太阳能制冷、发电等中高温的利用，而且太阳能的利用水平较低的问题。本实用新型利用建筑物墙面南立面的无窗面积，反射聚集阳光，集热接收器内的工质至高温，实现了城市中太阳能的高温高效利用。

Description

一种用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统
技术领域
本发明涉及一种用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统，特别涉及一种利用高层建筑物的南立面安装反射镜聚集太阳能加热工质至高温来实现太阳能的热利用的系统。 
背景技术
太阳能是一种取之不尽，用之不竭的能源，但是人们对于太阳能的利用还很少，尤其是城市中，太阳能热利用领域主要是太阳能热水器，而大规模地利用太阳能少之又少。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统，以解决在城市中太阳能的热利用主要是非聚光利用，加热温度较低，难以满足利用太阳能制冷、发电等中高温的利用，而且太阳能的利用水平较低的问题。 
为解决存在的技术问题，本发明采用的技术方案为，一种用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统，包括太阳光反射聚光装置、集热接收装置、储热装置及热能利用装置，其中， 
所述太阳光反射聚光装置包括反射镜、框架、可伸缩直杆，安装在建筑物墙面的南立面无窗户的面积上，根据建筑物墙面的南立面无窗面积的几何形状适当选取反射镜的面积，所述反射镜固定连接在框架上，框架与至少4根可伸缩直杆的一端连接，可伸缩直杆的另一端与建筑物墙面固接，可伸缩直杆通过直杆的伸缩运动，控制反射镜的方向，保证反射光始终照射到集热接收器上； 
所述集热接收装置由集热接收器和接收器支架组成，所述集热接收器安装接收器支架上； 
所述储热装置由冷流体储罐和热流体储罐组成，所述冷流体储罐和热流体储罐分别与集热接收器联接，集热接收器将流体工质加热后泵送到热流体储罐中，热流体储罐作为蓄热装置为热能利用装置提供热源； 
所述热能利用装置利用热流体储罐中的高温工质的热量后，将低温工质送回冷流体储罐中，冷流体储罐中的低温工质被泵送到集热接收器中，再次吸收太阳辐射热能，变成高温工质，完成集热循环。 
所述可伸缩直杆可以为液压驱动的油缸或者是电机驱动的丝杠结构，调节可伸缩直杆不同伸缩量，可以改变反射镜方向，由一套自控系统自动控制反射镜方向，在太阳位置变化时，使反射光线始终照射到固定位置的集热接收器上。 
所述接收器支架可以为离地一定高度安装在反射镜所在建筑物南面的建筑物。 
所述集热接收器可以为玻璃真空集热管、涂有选择性吸收涂层的不锈钢管或者空腔型太阳能集热器。 
所述流体工质可以是加压水、导热油或熔融盐。 
所述热能利用装置包括吸收式制冷机、蒸汽机、斯特林发动机、采暖单元。 
所述的用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统，还可以包括蓄热装置，以将多余热量储存起来供晚上或阴天时利用。 
所述蓄热装置中的蓄热工质可以是用液体或固体的显热蓄热工质，也可以用相变蓄热或化学蓄热工质。 
用于制冷的高层建筑的太阳能聚光热利用系统，所述热能利用装置由吸收式制冷机组、冷却水散热器和制冷风机盘管组成，所述吸收式制冷机组由热流 体储罐泵送的高温工质提供热量将冷却水工质进行制冷，冷却水工质制冷后进入制冷风机盘管，用来冷却室内回来的空气，冷却后的冷空气被再送入室内，达到降低室内温度的目的，吸收式制冷机组的冷却水需要在冷却水散热器中散发一定热量到环境中，以使机组正常工作。 
本发明可以在城市高楼林立的环境中大规模利用太阳能的方案。具体地，在高层建筑物墙面的南立面没有窗户的地方安装多面用于反射太阳能光的反射镜，多面反射镜将阳光反射聚集到一个安装在离地一定高度的集热接收装置上，集热接收器吸收太阳辐射，根据不同的聚光比，可以将集热接收器能的流体工质加热到不同的高温状态。然后利用吸收的太阳热能驱动吸收式制冷机，为建筑物室内提供冷气；或者加热水得到高温高压蒸汽，驱动汽轮机——发电机发电。 
反射镜安装在建筑物墙面的南立面无窗户的面积上，根据建筑物墙面南立面无窗面积的几何形状适当选取反射镜的面积。根据反射镜面积和集热接收器的尺寸确定反射镜是否需要初步聚光。 
可伸缩直杆可以为液压驱动的油缸或者是电机驱动的丝杠结构。调节可伸缩直杆不同伸缩量，可以改变反射镜方向，由一套自控系统自动控制每面反射镜方向，在太阳位置变化时，使反射光线始终照射到固定位置的集热接收器上。 
集热接收器安装在一定高度上，避免聚集光线影响人们的生活。接收器可以安装在具有一定高度的塔架上，或者安装在反射镜所在建筑物南面的建筑物的北立面或屋顶上。集热接收器可以是集热管，也是可以空腔型集热接收器。集热管通常外表面涂有选择性吸收涂层，能够强烈地吸收太阳辐射，而高温下的热辐射却很小。涂层吸收的太阳辐射提高了管壁温度，将热量传递给管内流体工质，根据入射的太阳辐射密度，可以将流体加热至200-600℃的高温。流体 工质可以是加压水、导热油或熔融盐等。空腔型集热接收器，通常是加热空气。将高聚光的太阳辐射从空腔型集热接收器的开口射入空腔内，空腔内的吸热体吸收太阳辐射，温度升高，加热周围的空气，通过合理的设计空腔型集热接收器可以将空气加热至1000℃左右。 
被太阳辐射加热的高温流体工质可以用于吸收式制冷机，满足建筑物室内的制冷需求；或者加热水，产生高温高压蒸汽驱动汽轮机——发电机发电；或者加热水，以提供生活热水或冬季采暖；或其组合，以实现热-冷-电联供，实现高效的能量梯级利用。 
此外，还需要利用蓄热技术将多余热量储存起来供晚上或阴天时制冷或发电。蓄热介质可以根据不同蓄热温度的需求合理选择。 
有益效果 
本发明利用建筑物墙面南立面的无窗面积，反射聚集阳光，集热接收器内的工质至高温，实现了城市中太阳能的高温高效利用。 
该太阳能热利用系统安装于市区内，属于冷-热-电等能源负荷区。收集的太阳能首先转换为高品位热能，可以直接利用此热能生产冷-热负荷，不需要中间电热/电冷转换装置，且无需远距离输送电，可降低能源利用成本；并且直接将热能利用产生冷-热能(相对于先发电，在进行转换)会提高能源利用效率。 
该太阳能热利用系统的反射镜利用大位移的直线运动达到角度的精确控制，使用普通液压缸等直线运动部件作为跟踪机构，不需要精密的转动传动机构，相对于一般的塔式太阳能热发电系统可有效降低定日镜跟踪系统的制造成本。 
同时，该太阳能热利用系统反射镜反射了投射到建筑物墙面的大部分阳光，降低了室内夏季制冷的需求；并利用收集太阳辐射可以为建筑室内提供冷风、 热水、采暖或电力，可有效减低建筑物的能耗。而反射镜只安装在无窗户的面积上，不影响室内的自然采光。 
附图说明
图1为反射镜与建筑物立面的连接方式示意图;
其中，1为反射镜，2为框架，3为可伸缩直杆，4为建筑物墙面； 
图2为一种系统组成示意图;
其中，1为反射镜，5为集热接收器，6为接收器支架，7为冷流体储罐，8为热流体储罐，9为吸收式制冷机组，10为冷却水散热器，11为制冷风机盘管。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。 
一种用于制冷的高层建筑的太阳能聚光热利用系统，如图1所示，反射镜1与建筑物墙面4立面的连接方式，首先将反射镜1固定连接到框架2上，框架2通过铰接与至少4根可伸缩直杆3，可伸缩直杆3与建筑物墙面4立面固接。框架2可以为铁、铝等金属制造，也可为非金属材料制造。反射镜1与框架2固接方式可以为粘接、螺接或铆接。 
如图2所示，阳光被安装在建筑物南立面的反射镜1，反射聚焦到位于接收器支架6顶部的集热接收器5上。聚集后的阳光热流密度很大，可以将集热接收器5内的流体工质加热至200℃-300℃的高温。高温的流体工质被泵到热流体储罐8中，高温热流体储罐8可以作为蓄热装置来使用。然后，再将高温热流体储罐8中的高温工质泵送到吸收式制冷机组9的发生器中，为吸收式制冷机组9提供所需热量后，变为低温工质，送回低温冷流体储罐7中。低温冷流体储罐7中的低温工质被泵送到集热接收器5中，再次吸收太阳辐射，变成高温工质，完成集热循环。吸收式制冷机组9的冷却水需要在冷却水散热器10中散 发一定热量到环境中，以使机组正常工作。吸收式制冷机组9出来的冷却水温度在10℃以下，通过制冷风机盘管11用来冷却室内回来的空气。冷却后的冷空气被送入室内，达到降低室内温度的目的。 

Claims (9)

1.一种用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统，包括太阳光反射聚光装置、集热接收装置、储热装置及热能利用装置，其中，
所述太阳光反射聚光装置包括反射镜(1)、框架(2)、可伸缩直杆(3)，安装在建筑物墙面(4)的南立面无窗户的面积上，根据建筑物墙面(4)的南立面无窗面积的几何形状适当选取反射镜(1)的面积，所述反射镜(1)固定连接在框架(2)上，框架(2)与至少4根可伸缩直杆(3)的一端连接，可伸缩直杆(3)的另一端与建筑物墙面(4)固接，可伸缩直杆(3)通过直杆的伸缩运动，控制反射镜(1)的方向，保证反射光始终照射到集热接收器(5)上；
所述集热接收装置由集热接收器(5)和接收器支架(6)组成，所述集热接收器(5)安装接收器支架(6)上；
所述储热装置由冷流体储罐(7)和热流体储罐(8)组成，所述冷流体储罐(7)和热流体储罐(8)分别与集热接收器(5)联接，集热接收器(5)将流体工质加热后泵送到热流体储罐(8)中，热流体储罐(8)作为蓄热装置为热能利用装置提供热源；
所述热能利用装置利用热流体储罐(8)中的高温工质的热量后，将低温工质送回冷流体储罐(7)中，冷流体储罐(7)中的低温工质被泵送到集热接收器(5)中，再次吸收太阳辐射热能，变成高温工质，完成集热循环。
2.根据权利要求1所述的用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统，其特征在于：所述可伸缩直杆(3)可以为液压驱动的油缸或者是电机驱动的丝杠结构，调节可伸缩直杆(3)不同伸缩量，可以改变反射镜方向，由一套自控系统自动控制反射镜方向，在太阳位置变化时，使反射光线始终照射到固定位置的集热接收器(5)上。
3.根据权利要求1所述的用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统，其特征在于：所述接收器支架(6)为离地一定高度安装在反射镜所在建筑物南面的建筑物。
4.根据权利要求1所述的用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统，其特征在于：所述集热接收器(5)可以为玻璃真空集热管、涂有选择性吸收涂层的不锈钢管或者空腔型太阳能集热器。
5.根据权利要求1所述的用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统，其特征在于：所述流体工质可以是加压水、导热油或熔融盐。
6.根据权利要求1所述的用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统，其特征在于：所述热能利用装置包括吸收式制冷机、蒸汽机、斯特林发动机、采暖单元。
7.根据权利要求1所述的用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统，其特征在于：还包括蓄热装置，以将多余热量储存起来供晚上或阴天时利用。
8.根据权利要求7所述的用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统，其特征在于：所述蓄热装置中的蓄热工质可以是用液体或固体的显热蓄热工质，也可以用相变蓄热或化学蓄热工质。
9.根据权利要求1～6所述的用于高层建筑的太阳能聚光热利用系统，其特征在于：所述热能利用装置由吸收式制冷机组(9)、冷却水散热器(10)和制冷风机盘管(11)组成，所述吸收式制冷机组(9)由热流体储罐(8)泵送的高温工质提供热量将冷却水工质进行制冷，冷却水工质制冷后进入制冷风机盘管(11)，用来冷却室内回来的空气，冷却后的冷空气被再送入室内，达到降低室内温度的目的，吸收式制冷机组(9)的冷却水需要在冷却水散热器(10)中散发一定热量到环境中，以使机组正常工作。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104792062A (zh) * 2015-01-22 2015-07-22 聂雅盛 一种聚光反射太阳能蒸汽驱动中央空调压缩机
CN107905966A (zh) * 2017-09-29 2018-04-13 山西三晋之窗新能源科技有限公司 碟式太阳能供暖、制冷、发电组合系统
CN110843512A (zh) * 2019-11-28 2020-02-28 江苏理工学院 一种太阳能汽车动力装置

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