CN203654489U - 一种太阳能热虹吸通风与储热供暖系统 - Google Patents

Abstract

一种太阳能热虹吸通风与储热供暖系统，它包括房屋主体，所述房屋主体包括地基、围墙、门和窗户，还包括太阳能热虹吸通风与储热供暖装置，所述太阳能热虹吸通风与储热供暖包括太阳能屋顶、地下储热体、进风风道、出风风道、风机、阀门和单向阀门。所述太阳能层顶包括遮阳网、透光层、光热转换层、保温层、通风口、阀门或塞子以及屋顶支架，所述太阳能层顶既是屋顶又是太阳能空气集热器，所述地下储热体地内的储热材料为定形储热材料，在定形储热材料之间留有大量的空隙，所述进风风道和出风风道将太阳能屋顶和地下储热体联通。

Description

一种太阳能热虹吸通风与储热供暖系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能供暖与通风技术领域，具体涉及一种利用太阳能加热的热虹吸通风与储热供暖系统。

背景技术

以电介质为主的太阳能供暖与通风技术，存在太阳能发电成本高且电能不易大量存储两方面的原因，该类技术的推广应用受到较大限制。

以水介质为主的太阳能供暖与通风技术是目前主要的应用方式，该类技术存在的主要问题是水在冬季的冻结问题，在独栋或单体建筑的独立式太阳能供暖与通风系统中，常存在供电不稳定、房屋有时无人居住或照看等情况，如果系统一旦出现故障而无法正常运行时，水结冰将使太阳能集热系统、传热系统、供热系统中管路冻裂，造成整个太阳能供暖系统甚至建筑的损坏，因此其维护及防冻成本很高，如果采用防冻液或导热油将使系统运行成本上升，且存在多次换热问题，因此该类技术存在明显的问题。

以空气介质为主的太阳能供暖与通风技术是一种新型技术。检索已公开的文献资料，有代表性的文章有2011年江苏大学硕士研究生论文“太阳能供暖系统的研制”，研究了一种主被动结合的无储热的南墙外立面太阳能空气集热供暖系统，采用直接向房间供热风的模式实现供暖，该文主要研究的是集热器结构的优化及太阳能供暖系统的性能，该系统以空气为传热介质，无储热系统，也无通风系统。

检索专利文献，有3项技术与本专利技术较为类似。

第一项是已授权的“太阳能供暖厂房”的实用新型专利技术，其专利申请号为2008201797020。该技术提出以空气作为传热介质，以卵石作为储热介质，通光屋顶采光孔实现被动式采光直接加热室内空间，朝阳的集热墙吸收热量通过被动方式加热室内地下储热卵石，再通过排热管将卵石中的热量释放到室内，该技术完全依靠被动方式收集太阳能，由于卵石层阻碍空气在其中的流动，因此其被动式循环回路在较小的空气温差所形成的微小压力差下不能有效循环，因此其集热效率不高，而屋顶的采光孔直接加热室内空气，没有储热介质，易形成室内空气温度的较大波动，该技术也没有通风系统，夏季易使室内闷热，因此存在着明显的不足。

第二项是已授权的“农村住房太阳能供暖装置”的实用新型专利技术，其专利申请号为2009201010823。该技术也是以空气作为传热介质，以设置在地下的卵石作为储热介质，兼有主动式和被动式集热模式，其方法是在建筑物朝阳屋顶上再设置太阳能空气集热器，与设置在地下的两个卵石储热池之间联通，通过主动方式进行储热和供热，并在南墙外立面设置热虹吸式空气集热器作为被动式采暖模式，通过太阳能主被动结合加电辅助加热的模式实现建筑物的供暖。在该项技术中明显存在着以下问题：1. 太阳能空气集热器与建筑物屋顶相互独立，建筑屋屋顶和太阳能集热器重复建造，使太阳能建筑的总成本明显增加；2. 设立在地下的两个储热池仅通过低温辐射和导热向房间供暖，供暖功率较小，在需要增加供暖功率时必须启用抽风机才能保证房间温度，使太阳能房在供暖过程中消耗额外的电能； 3. 设立在南墙外立面的热虹吸式空气集热器没有控制装置，该装置无论冬夏、白天或黑夜始终在工作，将使夏季白天的太阳辐射能转化成热能进入房间，使夏季白天的房间变热，而在冬季的夜间，热虹吸式空气集热器将会反方向运转，将室内的热量传送到室外；4. 设立在南墙外立面的热虹吸式空气集热器所集热量不经过储热而直接向房间供热，存在房间温度随太阳辐射强弱而大幅变动的情况，降低了房间的舒适性；5. 该技术不能在夏季实现房间的太阳能热虹吸通风。

第三项是已公开的“一种利用太阳能蓄热形式的太阳能供暖及通风系统”的发明专利技术，其专利申请号为2012104710621。该技术提出以空气作为传热介质，以相变储热材料作为储热介质，通过主被动相结合的方法实现太阳能的供暖与通风，其方法通过蓄热空间内的玻璃顶采光，太阳能光直接照射到相变储热材料上将其加热，相变储热材料再将周围的空气加热，需要时通过风机将蓄热空间内的热空气吹入室内实现供暖的目标，在需要通风时打开蓄热空间两侧的通风口实现自然通风或风机强迫通风，该项技术利用相变储热材料进行储热供暖，因建筑耗能量大，因此需要大体量的储热材料，其相变材料储热成本较高，该技术采用自然通风或风机强迫方式通风，在无风无电时不能实现有效通风，并且依靠风机通风需要消耗额外的电能。

以上三项技术明显存在着以下问题：1. 太阳能空气集热器与建筑物屋顶相互独立，建筑屋屋顶和太阳能集热器存在重复建造，使太阳能建筑供暖系统的总成本明显增加；2. 太阳能空气集热器与室内直接联通，没有控制装置，存在倒热虹吸现象，在寒冷夜间将室内的热量吸出室外；3. 设置在地下的卵石储热体通过低温辐射和导热向房间供暖，供暖功率随地下储热体温度的变化而变化，供暖功率不可调，并且在需要增加供暖功率时必须启用抽风机才能保证房间温度，使太阳能房在供暖过程中消耗额外的电能；4. 采用自然通风或风机强迫方式通风，在无风无电时不能实现有效通风，并且依靠风机通风需要消耗额外的电能。

发明内容

本实用新型的目的是：1、为了解决太阳能空气集热器与建筑物屋顶一体化程度低的问题，2、为了解决太阳能空气集热器与室内直接联通产生的倒热虹吸问题, 3、为了解决地下储热体供暖功率不可调、增加地下储热体供暖功率需要消耗电能的问题，4、为了解决在闷热的夏季无风条件下不消耗电能而实现良好通风的问题，5、为了提高太阳有保证率，降低建筑耗能量，6、为了增加建筑的采光面积，增加被动式采光量。

本实用新型是一种太阳能热虹吸通风与储热供暖系统，有一房屋主体，所述房屋主体包括地基、围墙13、门5和窗户4，还包括太阳能热虹吸通风与储热供暖装置，所述太阳能热虹吸通风与储热供暖装置包括太阳能屋顶、地下储热体18、进风风道15、出风风道21、风机10、第一阀门11和单向阀门23，在朝阳的围墙13上安装有窗户4，在围墙13上需要人通行的地方设有门5，在所有围墙13之外均铺设有保温层14，背阳的围墙13为夹层围墙，围墙内侧设有进风风道15，进风风道15的顶端与太阳能屋顶的通风道25联通，在联接处设有第一通风口9，进风风道15的下端与地下储热体18联通，在联接处设有第二通风口17，进风风道15的中间设有与室内相联通的第三通风口16，在第三通风口16上设有第二阀门26，位于进风风道15的第三通风口16和第一通风口9之间靠上位置安装有风机10，风机10的下面设有第一阀门11，在朝阳的围墙13的内侧设有出风风道21，出风风道21的顶端与太阳能屋顶相联通处设有第三通风口24，出风风道21的下端与地下储热体18相联通处设有第五通风口19，出风风道21的中间设有与室内相联通的第六通风口20，在第六通风口20上设有第三阀门27，在出风风道21的上部安装有单向阀门23，位于出风风道21的第六通风口20和第四通风口24之间靠上位置安装有单向阀门23，在室内地面层以上是地毯29，地面层以下与围墙13中间是地下储热体18，地下储热体18内的储热材料之间有大量空隙，地下储热体18下边是保温材料14，保温材料下面是房屋地基，所述太阳能屋顶设在围墙13顶部，所述太阳能屋顶包括屋顶支架12、保温层8、光热转换层7、透光层6、遮阳网3、第七通风口1、第四阀门2，在房屋围墙13顶部设有屋顶支架12，在屋顶支架12上固定有保温层8，在保温层8上边是光热转换层7，光热转换层7由支架支撑，与保温层8保持一定间距，在光热转换层7上边是透光层6，透光层6与光热转换层7之间也有一定间距，保温层8与透光层6周边用封边密封，在保温层8与透光层（6）之间、光热转换层7上下各形成一个通风道25，在透光层6上面安装有遮阳网3。

本实用新型的有益效果为：

1、由于实现了太阳能空气集热器与建筑物屋顶的一体化设计与建造问题，使太阳能建筑供暖与通风系统的工程造价降低，从而提高了太阳能建筑供暖与通风系统的经济性与可接收性。

2、由于在进风风道和出风风道分别与太阳能空气集热器和室内相联通的通风口处设置了阀门，在不需要集热时关闭阀门，阻断了太阳能空气集热器与室内的对流通道，使倒热虹吸现象不再发生，在无太阳能时太阳能空气集热器变成为建筑保温装置，减少了建筑物室内热量的散失，提高太阳能供暖的效果。

3、本专利通过夹层围墙的设计，使地下储热体中的热空气与夹层围墙中的空气进行对流换热，地下储热体中热量将夹层围墙加热，夹层围墙的内层将可以通过导热和辐射的方式向房间供暖，这样房屋的地面、围墙都将成为地下储热体向房屋供暖的面积，供暖效率获得有效提高；另一方面，也可以直接打开进风风道和出风风道通向室内的通风口的阀门，使地下储热体内的热空气可以直接进入室内，地下储热体与室内通过对流换热，增强换热效果，二者共同作用实现不耗能而增加地下储热体供暖功率的效果。

4、由于本专利在通过建筑屋地面层上铺设地毯或毛线针织物，地毯或毛线针织物具有阻碍地下储热体通过地面传热的效果，通过改变地毯或毛线针织物在地上的覆盖面积可以控制供暖功率；另一方面，通过控制进风风道和出风风道通向室内的通风口的阀门的开度大小也可以控制对流换热的强弱，二都共同作用可以有效实现控制供暖功率的效果。

5、由于将太阳能屋顶集热器按一定倾角安装，太阳能屋顶集热器与南墙内的空气集热腔联通，在太阳能屋顶的最高端设有通向大气的通风口，在夏季白天当太阳光照射到空气集热器上时，集热器内的热空气将产生向上的升力，通过通风口排出，从而抽吸室内的空气通过通风口或内层窗户进入集热腔内，加热后向上运动，实现不耗电而通过太阳能热虹吸通风的有益效果。

附图说明

图1 是本实用新型的太阳能热虹吸通风与储热供暖系统的结构示意图，图2 是本实用新型主动式供热风工作方式示意图，图3 是本实用新型主动式集热储热供暖工作方式示意图，图4 是本实用新型被动式供热风工作方式示意图，图5 是本实用新型被动式集热储热工作方式示意图，图6 是本实用新型地下储热体向房间供暖工作方式示意图，图7 是本实用新型的热虹吸通风工作方式示意图。图2、3、4、5、7中的箭头表示太阳辐射，图3中地毯29上的向上的箭头表示热辐射，图2、3、4、5、7中空白箭头表示对流方向。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本实用新型是一种太阳能热虹吸通风与储热供暖系统，有一房屋主体，所述房屋主体包括地基、围墙13、门5和窗户4，还包括太阳能热虹吸通风与储热供暖装置，所述太阳能热虹吸通风与储热供暖装置包括太阳能屋顶、地下储热体18、进风风道15、出风风道21、风机10、第一阀门11和单向阀门23，在朝阳的围墙13上安装有窗户4，在围墙13上需要人通行的地方设有门5，在所有围墙13之外均铺设有保温层14，背阳的围墙13为夹层围墙，围墙内侧设有进风风道15，进风风道15的顶端与太阳能屋顶的通风道25联通，在联接处设有第一通风口9，进风风道15的下端与地下储热体18联通，在联接处设有第二通风口17，进风风道15的中间设有与室内相联通的第三通风口16，在第三通风口16上设有第二阀门26，位于进风风道15的第三通风口16和第一通风口9之间靠上位置安装有风机10，风机10的下面设有第一阀门11，在朝阳的围墙13的内侧设有出风风道21，出风风道21的顶端与太阳能屋顶相联通处设有第三通风口24，出风风道21的下端与地下储热体18相联通处设有第五通风口19，出风风道21的中间设有与室内相联通的第六通风口20，在第六通风口20上设有第三阀门27，在出风风道21的上部安装有单向阀门23，位于出风风道21的第六通风口20和第四通风口24之间靠上位置安装有单向阀门23，在室内地面层以上是地毯29，地面层以下与围墙13中间是地下储热体18，地下储热体18内的储热材料之间有大量空隙，地下储热体18下边是保温材料14，保温材料下面是房屋地基，所述太阳能屋顶设在围墙13顶部，所述太阳能屋顶包括屋顶支架12、保温层8、光热转换层7、透光层6、遮阳网3、第七通风口1、第四阀门2，在房屋围墙13顶部设有屋顶支架12，在屋顶支架12上固定有保温层8，在保温层8上边是光热转换层7，光热转换层7由支架支撑，与保温层8保持一定间距，在光热转换层7上边是透光层6，透光层6与光热转换层7之间也有一定间距，保温层8与透光层6周边用封边密封，在保温层8与透光层（6）之间、光热转换层7上下各形成一个通风道25，在透光层6上面安装有遮阳网3。

太阳能屋顶按一定角度安装，这个安装角度应在房屋所在地的纬度角加减40度的范围内。

如图1、图2所示，遮阳网3可根据需要部分或全部折叠或展开，遮阳网3与透光层6平行或按一个较小的角度安装，遮阳网3与透光层6之间的安装间距在0～100厘米之间。

如图1所示，第七通风口1位于太阳能房屋的最高处，第七通风口1内设有第四阀门2，通风口以及第三阀门2可以有1个也可以有多个。

如图2所示，进风风道15和出风风道21是圆形，或者长方形，或者正方形，或者三角形，或者是其他任意形状，至少有一个。

如图2所示，地下储热体18内的储热材料为定形储热材料，定形储热材料是卵石，或者石块，或者被容器密封的土，或者被容器密封的水，或者被容器密封的相变材料，定形储热材料的厚度为10cm～200 cm之间，在定形储热材料之间留下空隙，在定形储热材料最下面铺设电磁波反射膜，在反射膜下面是保温层14，保温层14下面是防潮层，防潮层下面是房屋地基，地下储热体18通过第二通风口17和第五通风口19直接与进风风道15和出风风道21相联通。

如图3所示，第一阀门11，或者第二阀门26，或者第三阀门27，或者第四阀门2能够用塞子替代。

如图2所示，太阳能供暖与通风系统主动式供热风工作方式，在需要向房间供暖的时节，如果需要太阳能供暖与通风系统直接向房间供热风，其工作方式是：打开屋顶遮阳网3，关闭屋顶通风口1处的第四阀门2或塞子，启动风机10，使屋顶集热器产生的热风沿进风风道15向下运动，打开进风风道15通向屋内的第三通风口16处的阀门或塞子26，再打开出风风道21通向屋内的出风口20处的第三阀门27或塞子，使热空气直接进入房间，并将房间的冷空气压入出风风道21，并向上运动，通过出风风道的单向阀门23，进入太阳能屋顶，沿太阳能屋顶透光层6和其下的光热转换层7形成的通道25向上运动，并吸收阳光中的热量，以及与光热转换层7进行热交换，温度逐渐上升，到达顶部，被风机10吸入进风风道15。如此不断进行重复循环，逐渐将室内加热到舒适的温度。

如图3所示，太阳能供暖与通风系统主动式集热储热供暖工作方式，在需要向房间供暖的时节，如果室内温度已比较舒适，不需要太阳能供暖与通风系统直接向房间供热风，则太阳能供暖与通风系统工作方式是：打开屋顶遮阳网3，关闭屋顶通风口1处的第四阀门2或塞子，启动风机10，使太阳能屋顶产生的热风沿进风风道15向下运动，关闭进风风道15通向屋内的第三通风口16处的第二阀门26或塞子和出风风道21通向屋内的第六通风口20处的第三阀门27或塞子，使热空气继续向下运动，从通向地下储热体18的第二通风口17进入地下储热体18，并与地下储热体18的储热材料进行充分换热，冷却后的冷空气通过地下储热体18的第五通风口19进入出风风道21，并向上运动，通过出风风道21的单向阀门23，进入太阳能屋顶通风道25，沿屋顶通风道25向上运动，并吸收阳光中的热量，以及与光热转换层7进行热交换，温度逐渐上升，到达顶部，被风机10吸入进风风道15。如此不断进行重复循环，逐渐屋顶集热器吸收的太阳能转化成热能并存储在地下储热体18中，并通过地下储热体18以对流、导热和辐射的方式向房间以可控方式释放热量。

如图4所示，太阳能供暖与通风系统被动式供热风工作方式，在需要向房间供热风的时节，打开遮阳网3，关闭屋顶的第七通风口1处的第二阀门2或塞子，打开第二阀门26或第三阀门27或塞子，关闭南墙上的窗户22和间壁墙窗户28，太阳光一方面可直接透过设置在南墙上的窗户22和间壁墙窗户28直接照进室内，使室内温度上升，另一方面加热出风风道21和太阳能屋顶内的空气，热空气向上运动，同时进风风道15中的冷空气向下运行，通过第三通风口16进入室内，形成冷热空气的循环运动，最终将室内空气加热到所需要的舒适温度。

如图5所示，太阳能供暖与通风系统被动式集热储热工作方式，在需要向房间供暖的时节，打开遮阳网3，关闭屋顶通风口1处的阀门或塞子2，关闭通风口阀门或塞子26和27，此时太阳光透过太阳能屋顶透光层6或南墙窗户22照射到出风风道21和太阳能屋顶内的空气，将空气加热，热空气产生向上的升力向上运动，而进风风道15里的冷空气因密度较重向下运动，并通过通风口17进入地下储热体18里，与地下储热体18里的储热介质充分换热后被压出通风口19，进入出风风道21中重新被太阳光加热向上运行，到达顶部再向下运行，如此不断重复循环，地下储热体18内的储热材料被不断加热，则太阳能转化成热能并存储在地下储热体18中。

地下储热体18向房间供暖工作方式如图6所示，在寒冷季节的晚上、连阴天或雨雪天气下，拉上遮阳网3、关上屋顶的第七通风口1上第四阀门2或塞子，以减少房顶的散热，同时打开进风风道15通向屋内的第三通风口16和出风风道21通向屋内的第六通风口20，关闭南墙窗户22和间壁墙窗户28，使室外冷空气与室内热空气没有对流，以减少房间散热。此时储存在地下储热体18中的热量将通过辐射、导热和对流三种方式向房间散热，也可根据供暖需求功率的大小通过调节地毯29覆盖面积和控制第二阀门26或第三阀门27的开度控制供暖功率，使房间保持在舒适的温度范围内。根据地下储热体18的设计大小不同，本发明专利可使房间内的温度保持1-7天不发生显著变化，并在其后的几天内以缓慢的方式下降。等到天气清朗时，又可以重新集热储热，因此可使房间的太阳能保证率大幅度提高，并降低了室内温度的波动性，增强了房间的舒适性。

如图7所示，本实用新型提供凉风的工作方式，在天气炎热的季节，拉开遮阳网3，打开屋顶第七通风口1处的第四阀门2或塞子，关闭进风风道15通向屋内的第三通风口16并打开出风风道21通向屋内的第六通风口20，使屋顶集热器内的空气被太阳光加热，产生向上的升力，通过屋顶的第七通风口1排出，并抽吸室内空气通过出风风道21向上运动，产生吸力，将室外凉爽的新鲜空气通过门5吸进来，达到使室内降温的目的。

Claims (7)

1.一种太阳能热虹吸通风与储热供暖系统，有一房屋主体，所述房屋主体包括地基、围墙（13）、门（5）和窗户（4），还包括太阳能热虹吸通风与储热供暖装置，所述太阳能热虹吸通风与储热供暖装置包括太阳能屋顶、地下储热体（18）、进风风道（15）、出风风道（21）、风机（10）、第一阀门（11）和单向阀门（23），其特征是：在朝阳的围墙（13）上安装有窗户（4），在围墙（13）上需要人通行的地方设有门（5），在所有围墙（13）之外均铺设有保温层（14），背阳的围墙（13）为夹层围墙，围墙内侧设有进风风道（15），进风风道（15）的顶端与太阳能屋顶的通风道（25）联通，在联接处设有第一通风口（9），进风风道（15）的下端与地下储热体（18）联通，在联接处设有第二通风口（17），进风风道（15）的中间设有与室内相联通的第三通风口（16），在第三通风口（16）上设有第二阀门（26），位于进风风道（15）的第三通风口（16）和第一通风口（9）之间靠上位置安装有风机（10），风机（10）的下面设有第一阀门（11），在朝阳的围墙（13）的内侧设有出风风道（21），出风风道（21）的顶端与太阳能屋顶相联通处设有第三通风口（24），出风风道（21）的下端与地下储热体（18）相联通处设有第五通风口（19），出风风道（21）的中间设有与室内相联通的第六通风口（20），在第六通风口（20）上设有第三阀门（27），在出风风道（21）的上部安装有单向阀门（23），位于出风风道（21）的第六通风口（20）和第四通风口（24）之间靠上位置安装有单向阀门（23），在室内地面层以上是地毯（29），地面层以下与围墙（13）中间是地下储热体（18），地下储热体（18）内的储热材料之间有大量空隙，地下储热体（18）下边是保温材料（14），保温材料下面是房屋地基，所述太阳能屋顶设在围墙（13）顶部，所述太阳能屋顶包括屋顶支架（12）、保温层（8）、光热转换层（7）、透光层（6）、遮阳网（3）、第七通风口（1）、第四阀门（2），在房屋围墙（13）的顶部设有屋顶支架（12），在屋顶支架（12）上固定有保温层（8），在保温层（8）上边是光热转换层（7），光热转换层（7）由支架支撑，与保温层（8）保持一定间距，在光热转换层（7）上边是透光层（6），透光层（6）与光热转换层（7）之间也有一定间距，保温层（8）与透光层（6）周边用封边密封，在保温层（8）与透光层（6）之间、光热转换层（7）上下各形成一个通风道（25），在透光层（6）上面安装有遮阳网（3）。

2.根据权利要求1所述的太阳能热虹吸通风与储热供暖系统，其特征是：太阳能屋顶按一定角度安装，这个安装角度应在房屋所在地的纬度角加减40度的范围内。

3.根据权利要求1所述的太阳能热虹吸通风与储热供暖系统，其特征是：遮阳网（3）可根据需要部分或全部折叠或展开，遮阳网（3）与透光层（6）平行或按一个较小的角度安装，遮阳网（3）与透光层（6）之间的安装间距在0～100厘米之间。

4.根据权利要求1所述的太阳能热虹吸通风与储热供暖系统，其特征是：第七通风口（1）位于太阳能房屋的最高处，第七通风口（1）内设有第四阀门（2），通风口以及第三阀门（2）可以有1个也可以有多个。

5.根据权利要求1所述的太阳能热虹吸通风与储热供暖系统，其特征是：进风风道（15）和出风风道（21）是圆形，或者长方形，或者正方形，或者三角形，或者是其他任意形状，至少有一个。

6.根据权利要求1所述的太阳能热虹吸通风与储热供暖系统，其特征是：地下储热体（18）内的储热材料为定形储热材料，定形储热材料是卵石，或者石块，或者被容器密封的土，或者被容器密封的水，或者被容器密封的相变材料，定形储热材料的厚度为10cm～200 cm之间，在定形储热材料之间留下空隙，在定形储热材料最下面铺设电磁波反射膜，在反射膜下面是保温层（14），保温层（14）下面是防潮层，防潮层下面是房屋地基，地下储热体（18）通过第二通风口（17）和第五通风口（19）直接与进风风道（15）和出风风道（21）相联通。

7.根据权利要求1所述的太阳能热虹吸通风与储热供暖系统，其特征在于第一阀门（11），或者第二阀门（26），或者第三阀门（27），或者第四阀门（2）能够用塞子替代。

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