CN203640382U

CN203640382U - 太阳能烟囱电站温室建筑

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Publication number: CN203640382U
Application number: CN201320565847.5U
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温室建筑，其特征为：温室建筑的向阳面设有侧集热棚，顶部设有顶集热棚，顶集热棚顶部连接烟囱，烟囱内设有涡轮发电机，侧集热棚的底部设有进风门，侧集热棚内设可调百叶，温室建筑的房间向阳面为多层透明板全采光落地墙窗，多层透明板全采光落地墙窗内设内保温帘，冬季阳光时，将可调百叶立起与阳光平行，让阳光射入房间，阳光退却后，将可调百叶放平，变成一层薄板保温房间，同时拉上内保温帘、关闭窗户和进风门进行四重保温；夏季阳光时，将可调百叶调至与阳光成直角的位置一方面遮挡阳光，一方面导流一部分来自进风门的上升气流，为室内通风降温。另一部分来自进风门的上升气流则流向屋顶的烟囱推动涡轮发电机发电。

Description

太阳能烟囱电站温室建筑

技术领域

本实用新型涉及一种温室建筑。

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，建筑表面及顶部太阳能热气流电站具有如下优点：

①不再审批占用新的土地，在现有的建筑上固定轻薄金属架铺装玻璃即可，且成本低廉。

②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。

③无论大小建筑都可以铺装

④维护简单

检索中外专利，关于建筑表面及顶部太阳能热气流电站的设计有一些，像中国专利2011103396740具有降温结构的节能楼房等，通风方面设计的很好，但对建筑的保温、遮阳，以及对太阳能的充分利用方面还不很到位。

发明内容

本实用新型即是提供一种在建筑的通风、保温、遮阳，以及对太阳能的充分利用等多方面都近乎完美的建筑表面及顶部太阳能热气流电站。本实用新型的技术方案是：一种太阳能烟囱电站温室建筑，包括问温室建筑1，侧集热棚2，顶集热棚3，烟囱4，涡轮发电机5，进风门6，可调百叶7，多层透明板全采光落地墙窗8，内保温帘9，通风道10，其特征为：温室建筑1的向阳面设有侧集热棚2，顶部设有顶集热棚3，顶集热棚3顶部连接烟囱4，烟囱4内设有涡轮发电机5，侧集热棚2的底部设有进风门6，侧集热棚2内设可调百叶7，温室建筑1的房间向阳面为多层透明板全采光落地墙窗8，多层透明板全采光落地墙窗8内设内保温帘9（冬暖地区可省略），温室建筑1的背阳面设通风道10。冬季阳光时，将可调百叶立起与阳光平行，让阳光射入房间，阳光退却后，将可调百叶放平，变成一层薄板保温房间，同时拉上内保温帘、关闭窗户和进风门进行四重保温；夏季阳光时，将可调百叶调至与阳光成直角的位置一方面遮挡阳光，一方面导流一部分来自进风门的上升气流，为室内通风降温。另一部分来自进风门的上升气流则流向屋顶的烟囱推动涡轮发电机发电。

本实用新型的有益效果是：把设备最简单、成本最低廉的太阳能烟囱发电技术嫁接到常规的建筑上，同时把常规建筑变成了能够蓄积太阳能的温室建筑，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，又能拉合整面内保温帘充分保温）基本上省略了暖气；不仅如此，它还融合了太阳能烟囱通风降温技术、建筑外遮阳技术，使建筑实现了热天无动力降温，完全省略了空调，它超强的保温、遮阳、充分收集阳光、自发电性能，给人们带来节能、产能、舒适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是本实用新型的太阳能烟囱通风降温技术结构示意图。

图中1. 温室建筑，2.侧集热棚， 3.顶集热棚，4.烟囱，5.涡轮发电机，6.进风门，7.可调百叶，8. 多层透明板全采光落地墙窗，9.内保温帘，10.通风道，11. 通风口，12. 灌装相变储能材料的金属（陶瓷）容器地板。

具体实施方式

在图1中，温室建筑1的南、西两个向阳面设有侧集热棚2，顶部设有顶集热棚3，顶集热棚3顶部连接烟囱4，接烟囱4内设有涡轮发电机5，侧集热棚2的下部设有进风门6，侧集热棚2内设可调百叶7，温室建筑1的房间向阳面为3-4层透明板全采光落地墙窗8，多层透明板全采光落地墙窗8内设内保温帘9（冬暖地区可省略），温室建筑1的背阳面设通风道10。冬季阳光时，将可调百叶立起与阳光平行，让阳光射入房间，阳光退却后，将可调百叶放平，变成一层薄板保温房间，同时拉上内保温帘、关闭窗户和进风门进行四重保温；夏季阳光时，将可调百叶调至与阳光成直角的位置一方面遮挡阳光，一方面导流一部分来自进风门的上升气流，为室内通风降温。另一部分来自进风门的上升气流则流向屋顶的烟囱推动涡轮发电机发电。

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12。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、大温室中套小温室这种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。

在图2中，上升气流在可调百叶的导风作用以及太阳能烟囱的烟囱效应下通过可调百叶进入房间，然后穿过房间进入背阳面进风道10的屋内进风口11，然后又被抽到顶部烟囱，使建筑实现了热天无动力降温。

Claims

1.一种太阳能烟囱电站温室建筑，包括问温室建筑（1），侧集热棚（2），顶集热棚（3），烟囱（4），涡轮发电机（5），进风门（6），可调百叶（7），多层透明板全采光落地墙窗（8），内保温帘（9），通风道（10），其特征为：温室建筑（1）的向阳面设有侧集热棚（2），顶部设有顶集热棚（3），顶集热棚（3）顶部连接烟囱（4），烟囱（4）内设有涡轮发电机（5），侧集热棚（2）的底部设有进风门（6），侧集热棚（2）内设可调百叶（7），温室建筑（1）的房间向阳面为多层透明板全采光落地墙窗（8），多层透明板全采光落地墙窗（8）内设内保温帘（9），温室建筑（1）的背阳面设通风道（10）。