CN203640341U

CN203640341U - 太阳能烟囱电站内部的温室建筑

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Publication number: CN203640341U
Application number: CN201320565879.5U
Authority: CN
Inventors: 田国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2023-09-12

Abstract

一种太阳能烟囱电站内部的温室建筑，包括集热棚，烟囱，涡轮发电机，温室建筑，其特征为：在太阳能烟囱电站集热棚内搭建温室建筑，充分利用几乎是空置的集热棚，把集热棚大规模用于人居住宅，使太阳能烟囱电站的经济效益更高，巧妙利用集热棚立柱建造温室建筑，使温室建筑的建造和运营成本远远低于普通房屋，而抗雨雪风性能、抗震性能、冬季保温性能及夏季降温性能远远超过普通房屋，在集热棚里形成一个自己自足的零能耗生物圈，尤其是在长江以北地区的冬季，室外已是草木凋零、一片枯黄，而在集热棚里却是绿意盎然、一片生机！自然而然地成为百姓的冬季公园和旅游景点。

Description

太阳能烟囱电站内部的温室建筑

技术领域

本实用新型涉及一种温室建筑技术

背景技术

随着社会生产力的发展，能源短缺、温室效应和环境污染已成为全球性问题。寻求清洁能源利用新技术已成为世界上研究的热点技术之一。太阳能作为一种清洁的可再生能源对人类来说几乎是取之不尽，用之不竭的。在各种可再生能源中，太阳能是最重要的基本能源，生物质能、风能、水能、潮汐能都是来自于太阳能。比如生物质能是生物将太阳能储存在体内，再通过物理、化学方法就可以将储存在生物体内的能量转化为我们所需的能源。与其他可再生能源相比，太阳能具有很多其它能源所不能具备的优点：

①储量的“无限性”

太阳每秒钟放射的能量大约是16×1023kW，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤约1892×1013千亿吨，是目前世界主要能源已探明储量的一万倍。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。

②存在的普遍性

相对于其它能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。

③利用的清洁性

太阳能同风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染。

④利用的经济性

可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”，可以随地取用；二是在目前的技术发展水平下，太阳能利用不仅可能而且可行。因此，太阳能必将在世界能源结构转换中担当重任，将成为理想的替代能源。

目前太阳能热利用技术成熟，并已形成产业的当属太阳能热水器和太阳能热发电。在世界范围内，太阳能热水器技术已很成熟，并已形成行业，正在以优良的性能不断地冲击电热水器市场和燃气热水器市场。随着世界范围内环保意识和节能意识的普遍提高，太阳能热水器必将逐步替代电热水器和燃气热水器。虽然太阳能热水器目前仍存在市场价格高、受季节和天气影响的不利因素，但太阳能热水器具有低成本运行、安全、无污染等优势，而且随着技术的发展其经济性也逐渐显露出来。

在太阳能热发电方面，目前应用比较广泛的有三种，即线聚焦抛物面槽式太阳能热发电技术(简称抛物面槽式)、点聚焦中央接收式太阳能热发电技术(简称塔式)及点聚焦抛物面盘式太阳能热发电技术(简称抛物面盘式)。这三种技术的发电原理都是利用一种类似接受器的设备——定日镜，连续不断的接受太阳辐射的能量，然后将吸收接受到的能量通过流体吸收，产生蒸汽驱动涡轮机进行发电。上述的几种太阳能热发电技术已经比较成熟了，但它们设备昂贵且易损坏，使得它们的投资及维护费用相当高，在我国推广目前应该说是不太实际的。另外一种目前研究的较多的太阳能发电技术是太阳能光伏电池，但是由于太阳能电池的核心——光伏转换功能材料的价格太贵而阻碍了其推广应用。太阳能烟囱发电技术具有设备简单、投资费用低、占地面积大的特点，正好适合我国西部经济不是很宽松、太阳能资源丰富、荒地多的情况，所以这种太阳能发电技术被许多国内外能源专家所看好。

太阳能热气流发电系统（也叫太阳能烟囱电站）由太阳能集热棚、太阳能烟囱以及涡轮发电机组3个基本部分所构成。太阳能集热棚在一块太阳辐照强、绝热性能比较好的地面上，集热棚和地面有一定间隙，可以让周围空气进入系统：集热棚中间离地面一定距离处装着烟囱，在烟囱底部装有涡轮机，太阳光照射集热棚，集热棚下面的地面吸收透过覆盖层的太阳辐射能，并加热地面和集热棚覆盖层之间的空气，使集热棚内空气温度升高，密度下降，从而引起空气沿着烟囱上升，同时集热棚周围的冷空气不断进入系统进行补充，从而形成空气循环流动。当集热棚内的空气流到烟囱底部的时候，由于烟囱效应在烟囱内将形成强大的气流，利用这股强大的气流推动装在烟囱底部的涡轮机，带动发电机发电。在空气流动过程中，伴随着三个能量转换的过程，首先空气被加热，太阳能转化为空气内能：由于空气在烟囱内的上升流动，内能转变为动能；当空气流到涡轮机时，气流推动涡轮机转子转动，动能又转化成我们所需的电能。

太阳烟囱发电系统综合了三种效应：温室效应、烟囱压差风力效应和热能风力涡轮机气动效应。这类系统是在一片广阔的平地上,用塑料或玻璃建成一个巨型温室(直径约5000m)，在阳光照射下，温室内空气被加热。加热了的空气径向运动从外周向中心流动，并通过一根超高(大约1000 m)烟囱迅速上升，排向大气。在大尺寸这类电厂中，进入热能风力涡轮机的气流速度可达14～15 m/s，温升可达30～35℃。在烟囱底部周向安装一圈热能风力涡轮机，将热空气的动能、热能、压力能转换为机械能，再继而转变为电能。

太阳能烟囱发电技术具有以下特点：

①设备较其它发电技术简单，而且运行费用低

太阳能烟囱发电设备简单，只需太阳能集热棚和太阳能烟囱，以及涡轮机组。太阳能烟囱发电的效率随着集热棚面积的增加和烟囱的增高而提高，所以为了得到更好的效率和经济性，修建大规模的电站是必须的。一旦电站建成，这种电站将运行很长时间。烟囱本身将用100年或更长的时间。由于运动部件很少，所以这种电站的维修费用很低。作为主要运动组件的涡轮将安装在稳定的空气流中，因此比安装在不能预期的阵阵狂风中的风力涡轮机所承受的应力小的多。当地的工程技术人员不需要外国顾问的帮助就应该能够运行和维护这种电站^[2]。

②太阳能来源广泛，更适合于人口稀少的地区

地球上的太阳能资源一般以全年总辐射量[kJ/m²．a]和全年日照总时数表示，就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或目照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。我国陆地面积每年接收的太阳辐射总量在3.3x10³～8.4x10⁶ [kJ/m²．a ]之间，相当于2.4×10⁴亿t标准煤，属太阳能资源车富的国家之一。全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000h，太阻辐射量在5×10⁶ kJ/(m²·a)以上。我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数据为全国最高，属太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州资源稍差外，东部、南部及东北等其它地区为资源较富和中等区。

③良好的环境效应，不会污染环境

太阳能烟囱发电技术具有良好的环境效应，不会产生化石能源所带来的SO₂、NOx等气体物，并且也不会产生CO₂、CH₄等温室效应气体。

④改善与调节楼房建筑的通风环境^[17]

在城市人口密集的地区，可以将太阳能烟囱建立在建筑物的顶部，用于改善和调节建筑物通风，消除局部污染物的聚集。试验表明，当使用太阳能烟囱通风系统时，房间温度接近于周围环境的温度。这表示太阳能烟囱在减少房间的热吸收和保证热舒适度方面有很好的性能。开窗和门的效果比用太阳能烟囱的效果要差，并且房间和周围环境的温差比用太阳能烟囱的房间和周围环境的温差要大。

与普通太阳能热气流电站相比，山体导流塔式太阳能热气流电站具有如下优点：

①更适合土地资源紧张，或是山区地形的地区。

山体导流塔式太阳能电站可以有效依托地形，更好的融入多山地区的环境中，更能充分利用空间，使得对太阳能的利用实现最大化。

②可以获得更大的太阳能入射辐射。

在中高纬度地区，普通太阳能热气流电站的平面集热棚不能使太阳直射，从而降低了太阳辐射的利用率，而与地面成一定倾角的斜坡集热棚使得太阳入射角更接近直角，这更有利于对太阳辐射的吸收。

③倾斜的集热棚具有烟囱抽吸作用，可以强化气流的流动。

普通太阳能热气流电站适合人口稀少，土地面积大的地区。这在土地紧张或是山地地形地区是难于实现的。如果能够充分利用地形，在多山地区建立依托山体的太阳能热气流电站，将能够更好的实现对太阳能的开发利用。

④不用建造占主要成本、维护费用高、存在倒塌危险的的高大烟囱，使建造、维护成本更低，运行更安全。

检索中外专利，所有的太阳能热气流电站均是只具备发电这一单一功能，偌大的集热棚里最多也只是养种殖了一些动植物，而把集热棚大规模用于人居住宅的方案还没有见到。

发明内容

本实用新型即是充分利用几乎是空置的太阳能烟囱电站集热棚，把集热棚大规模用于人居住宅，使太阳能烟囱电站的经济效益更高。本实用新型的技术方案是：一种太阳能烟囱电站内部的温室建筑，包括集热棚1，烟囱2，涡轮发电机3，温室建筑4，集热棚立柱5，集热棚网架6，集热棚透光覆盖层7，集热棚进风口挡板8，集热棚进风口门9，温室建筑院墙院门10，可调百叶11，其特征为：太阳能烟囱电站集热棚1内设有温室建筑4，温室建筑4可利用集热棚立柱5搭建，集热棚1的进风口处设有集热棚进风口挡板8和集热棚进风口门9，温室建筑4的屋前院落与大片集热棚1之间设有温室建筑院墙院门10，温室建筑4顶上整个覆盖可调百叶11，冬季阳光时，将温室建筑屋顶上可调百叶立起，让阳光射入加温温室建筑，阳光退却后，将温室建筑屋顶上可调百叶放平，变成一层薄板为温室建筑保温；夏季阳光时，将温室建筑屋顶上可调百叶放平或与阳光成直角遮挡阳光。温室建筑4的向阳面立墙为落地透明窗14和透明门15，温室建筑4的向阳面立墙内（或外）设整面保温帘16，这样在冬季阳光时拉开或卷起整面保温帘能够充分采光,阳光退去后拉合或放卷整面保温帘又能充分保温。温室建筑的屋顶与集热棚网架6之间设有间隙13，这样，夏季从集热棚进风口门9进入的空气可通过间隙13带走屋顶的热气，为屋顶降温，热气流流向烟囱也为电站增加一份动力。可在温室建筑院墙院门10与集热棚网架6之间留有一定间隙设置可伸缩的隔断帘12，这样在冬季阳光时打开可伸缩的隔断帘，使温室建筑与之外的大片集热棚相通，吸收大片集热棚内的热气，而在夏季阳光时可拉合伸缩的隔断帘，使温室建筑与之外的大片集热棚隔绝，避免大片集热棚内的热气进入温室建筑。部分集热棚透光覆盖层7在温室建筑以外的某些区域与集热棚网架6之间可以做成不连续的点状封胶17，点状封胶间填充棉布等透水但不透气的物质18，或者部分集热棚透光覆盖层7与集热棚网架6之间的胶条为可方便取下和回装的胶条19，这样雨水可以通过无胶点进入集热棚，滴灌其中生长的植物。

本实用新型的有益效果是：充分利用几乎是空置的太阳能烟囱电站集热棚，把集热棚大规模用于人居住宅，使太阳能烟囱电站的经济效益更高，巧妙利用集热棚立柱建造温室建筑，使温室建筑的建造和运营成本远远低于普通房屋，而抗雨雪风性能、抗震性能、冬季保温性能及夏季降温性能远远超过普通房屋，它弥补了常规建筑对阳光利用不足的缺憾，使建筑在冷天能敞开胸怀最大限度地收集这最廉价最绿色的能源----太阳能！（注：常规建筑只南面墙上部分面积开窗采光，冷天阳光射入量很有限，而温室建筑却可以南立面全采光，充分加温屋内，且阳光退却后，又能拉合整面保温帘充分保温）它超强的保温、遮阳、收集阳光、抗飓风、抗雪压、抗强震性能，以及材料的可回收、重复利用，减少建筑垃圾的排放和比常规建筑更低廉的造价，给人们带来节能、安全的同时将有效地缓解地球的能源危机！

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型的温室建筑局部结构示意图。

图3是本实用新型的侧刨结构示意图。

图4是本实用新型的集热棚网架与集热棚透光覆盖层局部结构示意图

图中1. 集热棚，2.烟囱，3.涡轮发电机，4. 温室建筑，5.集热棚立柱，6.集热棚网架，7.集热棚透光覆盖层，8.集热棚进风口挡板，9.集热棚进风口门，10. 温室建筑院墙院门，11.可调百叶，12. 可伸缩的隔断帘，13. 间隙，14. 落地透明窗，15.透明门,16. 整面保温帘，17.不连续的点状封胶，18.棉布等透水但不透气的物质，19.可方便取下和回装的胶条，A.斜坡山体。

具体实施方式

在图1中，依托斜坡山体A,集热棚1、烟囱2、涡轮发电机3组成太阳能烟囱电站，太阳能烟囱电站集热棚1内设有温室建筑4，温室建筑4利用集热棚立柱5搭建，集热棚1的进风口处设有集热棚进风口挡板8和集热棚进风口门9，温室建筑4与大片集热棚1之间设有温室建筑院墙院门10，温室建筑4顶上整个覆盖可调百叶11，冬季阳光时，将温室建筑屋顶上可调百叶立起，让阳光射入加温温室建筑，阳光退却后，将温室建筑屋顶上可调百叶放平，变成一层薄板为温室建筑保温；夏季阳光时，将温室建筑屋顶上可调百叶放平或与阳光成直角遮挡阳光。

在图2中，集热棚透光覆盖层7为双钢化中空玻璃（至少是温室建筑屋顶及前院部分），温室建筑4的东西北三面墙及平屋顶由水泥玻纤面板、8-15cm厚的不燃轻质发泡体和三聚氰胺家具贴面内板组成，这种墙板是普通砖墙保温性能的十倍左右，而建造成本比普通砖墙还要便宜很多，其抗震性能更让普通砖墙望尘莫及，向阳面立墙为3-4层中空玻璃的落地透明窗14和透明门15，温室建筑4的向阳面立墙内（或外）设整面保温帘16，这样在冬季阳光时拉开或卷起整面保温帘能够充分采光,阳光退去后拉合或放卷整面保温帘又能充分保温。温室建筑的屋顶与集热棚网架6之间设有间隙13，这样，夏季从集热棚进风口门9进入的空气可通过间隙13带走屋顶的热气，形成一个“太阳能烟囱降温系统”为屋顶降温，热气流流向烟囱也为电站增加一份动力;当然也可同时打开建筑的前门和后窗形成穿堂风为建筑降温, 成为“太阳能烟囱降温系统”的一部分。可在温室建筑院墙院门10与集热棚网架6之间留有一定间隙设置可伸缩的隔断帘12，这样在冬季阳光时打开可伸缩的隔断帘，使温室建筑与之外的大片集热棚相通，吸收大片集热棚内的热气，而在夏季阳光时可拉合伸缩的隔断帘，使温室建筑与之外的大片集热棚隔绝，避免大片集热棚内的热气进入温室建筑。

温室建筑内可以采用全热交换通风系统以及铺设灌装相变储能材料的金属（陶瓷）容器地板。温室建筑弥补了常规建筑（向阳面一半是不透光的墙）对阳光利用不足的缺憾，使建筑在冷天能敞开胸怀最大限度地收集这最廉价最绿色的能源----太阳能！但温室建筑的一个最大的问题就是冬季中午阳光充足时，屋外零下几度，屋内却可以达到零上30度，而凌晨时又降到10几度，昼夜温差太大！而采用灌装相变储能材料的金属（陶瓷）容器地板，高效吸收中午阳光的热量使屋内的温度不至于过热，并且把中午储存的热量转移到晚上释放出来，使夜晚、凌晨不至于太冷，从而有效地解决了这个问题！象这样的一个温室建筑，在北京地区这种日照率的冬季，几乎不用额外的取暖设备，靠太阳的光能、自身超强的保温性能、全热交换通风系统的低损耗通风性能和灌装相变储能材料的金属（陶瓷）容器地板的无动力调温性能，即可维持屋内的温度在18℃以上，可以完全省略庞杂的采暖和空调系统。高寒地区还可以在温室建筑的屋前院落上再增加一层透光覆盖层，使大温室（集热棚）中套小温室（温室建筑及屋前院落），能够更好地实现保温。

集热棚里温室建筑以外的空间还可进行粮食作物、瓜果蔬菜、家禽家畜、水产品等的养殖，形成一个自己自足的零能耗生物圈。尤其是在长江以北地区的冬季，室外已是草木凋零、一片枯黄，而在集热棚里却是绿意盎然、一片生机！自然而然地成为百姓的冬季公园和旅游景点。

由于集热棚有降低水分蒸发的作用，荒坡披上集热棚后，里面的植被会渐渐得到恢复，从而起到了减少水土流失和抑制风沙的作用。

集热棚网架及集热棚透光覆盖层的压条最好为鲜艳色或反光色，以防止鸟类撞上透明集热棚而死伤，也防止透明集热棚被撞坏。以及集热棚边缘设可供小动物通过的双帘地道，以避免缩小小动物们的生存空间。

Claims

1.一种太阳能烟囱电站内部的温室建筑，包括集热棚（1），烟囱（2），涡轮发电机（3），温室建筑（4），集热棚立柱（5），集热棚网架（6），集热棚透光覆盖层（7），集热棚进风口挡板（8），集热棚进风口门（9），温室建筑院墙院门（10），可调百叶（11），其特征为：太阳能烟囱电站集热棚（1）内设有温室建筑（4），温室建筑（4）利用集热棚立柱（5）搭建，集热棚(1)的进风口处设有集热棚进风口挡板(8)和集热棚进风口门（9），温室建筑（4）的屋前院落与大片集热棚（1）之间设有温室建筑院墙院门（10），温室建筑（4）顶上整个覆盖可调百叶（11）。

2.根据权利要求1所述的太阳能烟囱电站内部的温室建筑，其特征为：温室建筑(4)的向阳面立墙为落地透明窗（14）和透明门（15），温室建筑（4）的向阳面立墙内或外设整面保温帘（16）。

3.根据权利要求1所述的太阳能烟囱电站内部的温室建筑，其特征为：在温室建筑院墙院门（10）与集热棚网架(6)之间留有一定间隙设置可伸缩的隔断帘(12)，温室建筑的屋顶与集热棚网架(6)之间设有间隙(13)。

4.根据权利要求1所述的太阳能烟囱电站内部的温室建筑，其特征为：部分集热棚透光覆盖层（7）在温室建筑以外的某些区域与集热棚网架（6）之间做成不连续的点状封胶（17），点状封胶间填充棉布透水但不透气的物质（18），或者部分集热棚透光覆盖层（7）与集热棚网架（6）之间的胶条为可方便取下和回装的胶条（19）。