CN206669938U - 一种基于蓄能的近零能耗建筑系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于蓄能的近零能耗建筑系统,包括建筑主体、内有水流通道和空气通道的模块化相变蓄能装饰墙系统、玻璃空腔绿植系统、垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统、基于蓄能的太阳能制冷制热系统;模块化相变蓄能装饰墙系统和玻璃空腔绿植系统分别布置于建筑主体不同外墙的内侧和外侧。垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统将处理后的新风、太阳能制冷制热系统制备的热水分别送入空气通道和水流通道,通过空气和水进行热交换后对室内空气的温度进行调节。将太阳能和地热能结合,利用太阳能来补偿地热能在使用中的不足,同时利用各系统的蓄能结构调节太阳能在时间上分布的不平衡,充分在冬夏两季最大程度的利用太阳能和地热能。

Description

一种基于蓄能的近零能耗建筑系统
技术领域
本实用新型涉及一种低楼层建筑,具体涉及一种基于蓄能的近零能耗建筑系统。
背景技术
随着人们生活水平的提高,对居住环境的要求也越来越高,从最早手扇降温或生柴火取暖,到电风扇降温或煤炭、电取暖、锅炉供暖,再到空调降温、取暖,从原生态到高耗能突变,带来严重能源消耗提高及环境污染。尤其在最近几年又进一步推行恒温恒湿房屋概念的智能家居的理念,将人们的生活环境舒适度推高,然而恒温恒湿的舒适度的建筑基本以消耗能源为主,以空调技术作为主要设备并结合自动控制技术,将房屋控制在一个恒定温度,这种生活方式以目前美国很多建筑为代表,所以美国人均消耗能源在全球之首,其居住建筑采暖能耗值+非采暖能耗值的单位面积建筑热耗为13.55kgce/(m2•年)、电耗为49.6kwh/(m2•年),相比较中国目前老百姓行为节能还是很节约的,其城市采暖能耗值+非采暖能耗值的单位面积建筑热耗为12.8kgce/(m2•年)、电耗为15.6kwh/(m2•年),在电耗上美国是中国3倍多。这种奢靡生活理念及享受之风悄然影响到中国,有些开发商正在推行这种理念售房,如万国城MOMA等,虽然这些产品采用了一些节能技术,但毕竟是要长期通过空调设备的工作得以维持,所以产生高能耗,增加大量的CO2排放,如果在我国大量推行这种理念及建筑的话,能耗供应能力在现在能耗总量的基础上翻十倍都可能不够能源供给能力,而且将会进一步造成严重环境问题及CO2排放问题,且无益于资源理性的消耗,并大大加速地球资源,急剧缩短地球寿命和人类生存空间。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种全年都能利用太阳能和地热能来调节室内温度,使室内温度保持在16-26℃之间且可同时自给所需生活热水的低楼层建筑系统。
本实用新型提供的这种基于蓄能的近零能耗建筑系统,系统包括建筑主体、模块化相变蓄能装饰墙系统、基于蓄能的玻璃空腔绿植系统、垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统、基于蓄能的太阳能制冷制热系统;模块化相变蓄能装饰墙系统和玻璃空腔绿植系统分别布置于建筑主体不同外墙的内侧和外侧;模块化相变蓄能装饰墙系统包括若干相互拼装的相变蓄能装饰墙板,每块相变蓄能装饰墙板中均内置有相变蓄能材料和从相变蓄能材料中穿过的空气通道和水流通道;垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统包括沿竖直方向埋设于土壤中的垂直埋管,垂直埋管的两端分别连接位于地面上的进风管路和出风管路,出风管路的终端与相变蓄能装饰墙板的空气通道连通,将处理后的新风送入室内;基于蓄能的太阳能制冷制热系统包括太阳能光伏光热一体化组件、太阳能空调、PCM蓄能罐和热水箱,太阳能光伏光热一体化组件的入口和出口分别与PCM蓄能罐、热水箱和太阳能空调连通形成循环回路,太阳能光伏光热一体化组件利用太阳能产生电能和热能,电能为整个系统运行提供电力,热能分别送至PCM蓄能罐、热水箱和太阳能空调;PCM蓄能罐作为热源分别与热水箱和太阳能空调连通;太阳能空调和热水箱分别与相变蓄能装饰墙板的水流通道连通,相变蓄能装饰墙系统空气通道内的新风可与水流通道中的流体与进行热交换后送入室内,从而满足室内负荷需求,实现对室内温度的调节;热水箱连接生活热水管;玻璃空腔绿植系统垂直方向固定于建筑主体外墙上、底面固定于地面上带空腔的龙骨支架,龙骨支架的外围铺设玻璃幕墙,龙骨支架空腔的高度方向内侧固定有相变蓄能板、外侧布置有相变蓄能罐,龙骨支架的空腔内设置有风机,相变蓄能板的外侧布置有植物幕墙,建筑主体外墙和玻璃幕墙的顶部和底部分别设置有可开闭的风口;龙骨支架的空腔与太阳能光伏光热一体化组件的背部空气通道连通,空腔中的空气在太阳能光伏光热一体化组件的背部空气通道中被太阳能光伏板产生的热量加热后通过建筑主体外墙上的风口送入室内。
所述模块化相变蓄能装饰墙系统的相变蓄能装饰墙板为有封装壳体的矩形板,所述空气通道和水流通道分别沿封装壳体的纵向和横向不相交布置,空气通道和水流通道分别布置于相变蓄能装饰墙板水平方向的内侧和外侧;封装壳体采用铝合金材料制作,其上对应空气通道和水流通道的两端位置处分别设置相应的接口;空气通道两端的接口为插接接口,水流通道两端的接口为螺纹接口,相邻相变蓄能装饰墙板的空气通道接口和水流通道接口之间分别通过插接方式和螺纹套管连为一体,若干相变蓄能装饰墙板拼装好后在水流通道的两端分别连接进水总管和回水总管;封装壳体上还设置有便于与建筑主墙固定的安装孔。
若干所述相变蓄能装饰墙板拼装好后,将所述空气通道的入口端与所述垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统的出风管路连通。
所述玻璃空腔绿植系统的龙骨支架为型钢支架,龙骨支架与所述建筑主体的外墙之间通过U型钢连接固定,U型钢开口宽度使所述相变蓄能板和建筑主墙之间形成一个空腔;所述玻璃幕墙为双层玻璃幕墙,相变蓄能板为内、外铝合金板及填充于两铝合金板之间相变材料的整体件,相变蓄能板镶嵌于龙骨支架上;所述相变蓄能罐为透明的玻璃罐,玻璃罐中封装有相变材料,玻璃罐通过支架沿所述龙骨支架的宽度方向布置;若干相变蓄能罐均布于龙骨支架的高度方向下部;所述植物幕墙包括绿色植物和培养基块,培养基块固定于所述相变蓄能板的外侧;植物幕墙的上方布置有喷淋装置,喷淋装置包括布置于所述植物幕墙上端宽度方向的供水管,供水管的长度方向外侧均布有若干喷嘴,喷嘴的出水口朝向绿色植物,植物幕墙的下方设置有集水槽,集水槽的端部设置有穿过所述玻璃幕墙的排水管;所述风机为无声风机,所述龙骨支架的顶部和底部均布置有所述风机,所述风口处设置可自动开闭的电动风阀,电动风阀的入口处设置有中效过滤器;所述玻璃幕墙外侧设置有可自动开闭的百叶垂帘,所述玻璃幕墙的上侧设置有位于百叶垂帘上方的挡雨板。
所述建筑主体布置有玻璃空腔绿植系统的外墙从内往外依次包括内蓄能板、内保温板、砌筑主体和外保温板,所述U型钢与外保温板连接固定。
所述垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统的垂直埋管通过管道井埋设于土壤中,包括多个并联的U型管,各U型管包括空气下行管、空气上行管和底部弯道,空气下行管的上端与所述进风管路连通,空气上行管的上端与所述出风管路连通;各U型管的空气下行管和空气上行管的下端分别设有渐缩的锥形段,空气下行管和空气上行管在锥形段的上方通过连通管连通;底部弯道的上端两侧分别连接有变径接头,变径接头包括往上渐缩的圆锥段和其上方的圆柱段,圆柱段的上端口与所述锥形段的下端口对接为一体,圆柱段的上部内置承接冷凝水的漏斗;底部弯道的最低位置处连接有排水管,排水管从地下伸出地面后连接有排水泵;漏斗的壁面坡度大于45º,出口直径小于10mm;底部弯道的上部设置有水位传感器。
所述U型管空气上行管的上部外套有PVC的外套管,外套管和空气上行管之间依次设置有保温材料和相变材料,相变材料置于内套管中,内套管和外套管的两端分别连接有密封组件;密封组件包括弹性套环、密封垫圈、弹性垫圈和密封塞铆钉,弹性套环有两个,分别套于所述空气上行管的外壁和所述外套管的外壁,密封垫圈有两个分别套于空气上行管和外套管的外壁对应于弹性套环的外端,密封垫圈的外端与外套管和内套管的外端平齐,弹性垫圈位于内套管和外套管的外端同时将两密封垫圈封闭,通过密封塞铆钉将弹性垫圈、密封垫圈和弹性套环紧固为一体将保温材料和相变材料密封。U型管空气上行管的轴向中心线上悬挂有用圆柱管封装的相变材料,圆柱管的下端处于所述连通管处、上端低于所述内套管和外套管的上端面,圆柱管内相变材料的相变温度从下往上依次递增。
所述垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统的进风管路上连接有过滤器和除湿器,垂直埋管与出风管路连接侧的管内和管外均设置有相变材料,垂直埋管的底部设置有冷凝水收集及排出管路;进风管路和出风管路上分别连接有风阀,出风管路上连接有风机。
所述太阳能制热制冷系统的PCM蓄能罐和热水箱之间通过连接管道和热水循环泵形成循环回路;PCM蓄能罐和太阳能空调之间通过连接管道和热水循环泵形成闭合回路;太阳能空调和相变蓄能装饰墙板之间通过连接管道形成供冷回路;热水箱与相变蓄能装饰墙板之间通过连接管道形成供暖回路;太阳能空调和热水箱与相变蓄能装饰墙板之间连接管道中的流体为水,其它设备之间连接管道中的流体为导热油;PCM蓄能罐和热水箱中分别设置辅助热源,热水箱连接有补水装置。
所述PCM蓄能罐上设置有a1、d1、f1三个入口和b1、c1、e1三个出口,热水箱有c2、b2、f2三个入口和a2、d2、e2三个出口,太阳能空调有a3、d3两个入口和b3、c3两个出口;太阳能光伏光热一体化组件的出口通过连接管道及四通阀分别与PCM蓄能罐a1入口、热水箱的c2入口和太阳能空调的a3入口连通;PCM蓄能罐的b1出口、热水箱的d2出口、太阳能空调的b3出口分别通过连接管道与太阳能光伏光热一体化组件的入口连通;PCM蓄能罐的c1出口与热水箱的b2入口、热水箱的a2出口与PCM蓄能罐的d1入口分别通过连接管道连通;PCM蓄能罐的e1出口与太阳能空调的a3入口、太阳能空调的b3出口与PCM蓄能罐的f1入口分别通过连接管道连通;太阳能空调的c3出口与室内辐射板的入口、室内辐射板的出口与太阳能空调的d3入口分别通过连接管道连通;热水箱的e2出口与室内辐射板的入口、室内辐射板的出口与热水箱的f2入口分别通过连接管道连通,热水箱的e2出口同时连接所述生活热水管;PCM蓄能罐的a1入口与b1出口、d1入口与c1出口、e1出口与f1入口之间均通过螺旋紫铜管连接;热水箱的a2出口与b2入口、c2入口与d2出口均通过螺旋紫铜管连接;太阳能空调的a3入口与b3出口连通形成热媒通道,c3出口与d3入口连通形成冷媒通道;PCM蓄能罐的c1出口与热水箱的b2入口之间的连接管道、PCM蓄能罐的e1出口和太阳能空调的a3入口之间的连接管道上分别连接有所述热水循环泵,太阳能光伏光热一体化组件的入口管道上连接有循环水泵。
所述PCM蓄能罐的d1入口与c1出口、e1出口与f1入口之间的螺旋紫铜管分别连接第一温度传感器和第二温度传感器,所述热水箱中设置有一个温度传感器。
所述PCM蓄能罐、热水箱和太阳能空调的各入口处均连接有闸阀和蝶阀,各连接管道外均设置有保温层。
本实用新型通过模块化相变蓄能装饰墙系统将垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统和基于蓄能的太阳能制冷制热系统连接起来,模块化相变蓄能装饰墙作为换热单元,垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统作为新风处理单元,基于蓄能的太阳能制冷制热系统作为冷热源,利用太阳能产生的冷/热量,在夏季和冬季对地道风系统所处理的新风进行补偿,保证新风被处理到送风状态点之后通过模块化相变蓄能装饰墙系统送入室内,同时基于蓄能的太阳能制冷制热系统将冷/热量储存在模块化相变蓄能装饰墙系统中的相变材料内,通过相变材料调节降低室内的温度波动,保证室内温度维持在人体舒适范围内。本实用新型同时将玻璃空腔绿植系统与基于蓄能的太阳能制冷制热系统中光伏光电一体化组件的背部空气通道相连接。在冬季,玻璃空腔绿植系统内的空气经由光伏光电一体化组件的背部空气通道进入到室内。空气在光伏光电一体化组件的背部空气通道中被太阳能光伏板产生的热量加热,从而提高进入玻璃空腔绿植系统内空气的温度,提高玻璃空腔绿植系统在冬季的利用率。
总之,本实用新型将垂直埋管的垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统、基于蓄能的太阳能制冷制热系统、模块化相变蓄能装饰墙系统、基于蓄能的玻璃空腔绿植系统、基于蓄能的太阳能制冷制热系统与建筑主体集成于一体,充分高效的利用太阳能和地热能,从而实现全年利用太阳能和地热能调节室内的温度变化的目的,使房间长期保持在16-26℃之间,且可同时提供所需的生活热水。
附图说明
图1为本实用新型的设备布置示意图。
图2为图1中的A向放大示意图。
图3为图2中相变蓄能装饰墙板的放大结构示意图。
图4为图2中的B-B示意图。
图5为图2中的C-C示意图。
图6为图1中玻璃空腔绿植系统的侧视放大剖视示意图。
图7为图的D-D示意图(未画百叶垂帘)。
图8为图1中龙骨支架的轴侧结构示意图。
图9为图2中的E部放大示意图。
图10为图1中垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统的放大结构示意图。
图11为图10中垂直埋管之一的结构示意图。
图12为图11中的F-F剖视示意图。
图13为图11中的G部放大示意图。
图14为图11中的H部放大示意图。
图15为图1中基于蓄能的太阳能制冷制热系统的放大设备布置示意图。
图16为图15中PCM蓄能罐的放大结构示意图。
图17为图15中热水箱的放大结构示意图。
具体实施方式
如图1所示,本实施例公开的这种基于蓄能的近零能耗建筑系统,包括建筑主体1、模块化相变蓄能装饰墙系统2、玻璃空腔绿植系统3、垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统4、基于蓄能的太阳能制冷制热系统5。
图2-5为本实施例的模块化相变蓄能装饰墙系统2的结构示意图。
如图2所示,本实施例的模块化相变蓄能装饰墙系统2由四块模块化的相变蓄能装饰墙板21拼装而成。拼装后墙体的水平方向内置有水流通道、竖直方向内置有空气通道,空气通道的下端连接有室外空气补充管道22,水流通道的两端分别连接有进水总管23和回水总管24。
如图3至图5所示,相变蓄能装饰墙板21为有封装壳体211的矩形板,封装壳体211的纵向和横向不相交布置有空气通道212和水流通道213,空气通道212和水流通道213分别布置于相变蓄能装饰墙板21厚度方向的内侧和外侧,水流通道213在外侧可以通过热传导与室内进行辐射换热。封装壳体211宜采用1-2mm厚的铝合金板制作,其上对应空气通道212和水流通道213的两端位置处分别设置相应的接口,空气通道212两端的接口为插接接口214,水流通道213两端的接口为螺纹接口215。封装壳体211的四角设置有便于与建筑主墙固定的安装孔216。封装壳体中的相变蓄能材料为石蜡,为了增加相变材料的导热性能,在石蜡中加入5%-10%的石墨烯,填充之前将石墨烯和石蜡搅拌成粘稠状。
相变蓄能装饰墙板21的水平长度宜为800mm-1000mm,高度宜为400mm-500mm,厚度宜为40mm-50mm,以便于模块化生产、安装和拆卸。空气通道212和水流通道213之间在厚度方向的间距宜为5mm左右,空气通道的直径宜为20mm-25mm,相邻空气通道之间间距宜为15mm-20mm;水流通道的直径宜为5mm-10mm,相邻水流通道之间的间距宜为15mm-20mm。
相邻相变蓄能装饰墙板21的空气通道接口和水流通道接口之间分别通过插接方式和螺纹套管连为一体。各相变蓄能装饰墙板21连接好后,在水流通道的两侧分别连接好进水总管23和回水总管24。
图6-图9为本实施例的玻璃空腔绿植系统3的结构示意图。
如图6所示,本实施例的玻璃空腔绿植系统3包括龙骨支架31、植物幕墙32、玻璃幕墙33、百叶垂帘34、相变蓄能板35、相变蓄能罐36、无声风机37、电动风阀38、中效过滤器39。如图6、图7所示,绿植玻璃幕墙32依附的建筑主体1的外墙从内往外依次包括内蓄能板11、内保温板12、砌筑主体13和外保温板14。如图6、图8所示,龙骨支架31为带内腔的型钢支架,本实施例的龙骨支架采用矩形钢围成。如图7、图9所示,龙骨支架31和建筑主体的外墙之间通过U型钢311连接固定,U型钢的一侧壁通过螺钉与龙骨支架1的型钢连接紧固,另一侧壁通过铆钉与建筑主墙1的外保温板14固定。如图6、图7所示,相变蓄能板35为两侧铝合金板和其中填塞的相变材料的整体件,将相变蓄能板35做成与龙骨支架31纵、横型钢围成矩形框的相应大小镶嵌安装。为了更好的蓄能,在铝合金板的上部涂吸热材料。相变材料采用石蜡,相变温度为20℃,为增强换热,石蜡中加入5%-10%的石墨烯和碳纤维按1:1组成的混合物。相变蓄能板可以吸收一定的能量,夏季时为空腔内的空气循环提供一定的冷量,冬季时提供一定的热量,可以调节室内温度使其稳定在一定的范围。相变蓄能板35安装于龙骨支架31上后与建筑主墙1的外保温板层14之间形成一个空腔,该空腔具有隔热和保温的作用。
如图6所示,植物幕墙32包括培养基321和种植于培养基321上的绿色植物322,本实施例的培养基321采用不发霉且自带营养的垒土块。将培养基固定于相变蓄能板35的外侧,使培养基321长期稳定在一定的温度范围,保证绿色植物322的良好生长。
如图6所示,在植物幕墙32的上方设置沿其宽度方向布置的供水管GS,在供水管GS的外侧均布喷嘴,控制喷嘴定期给植物喷水从而保持植物的正常生长。在植物幕墙32的下方设置集水槽JSC收集多余的喷淋水,在集水槽的端部设置排水管P将集水槽中的水排出龙骨支架31的空腔外。夏季时还可通过喷嘴喷雾来降低空腔内的空气温度。供水管GS可与室内的自来水管道连通来取水源。
如图6所示,相变蓄能罐36沿龙骨支架31的宽度方向布置,若干相变蓄能罐36通过角钢支架J均布于龙骨支架31空腔外侧的下部。本实施例的相变蓄能罐采用透明的玻璃罐,玻璃罐的直径选用5cm,相邻玻璃罐之间的间距设置为10cm,相变蓄能罐从龙骨支架空腔的底部往上排列,排列高度约150cm-200cm。玻璃罐内封装相变温度为30℃的石蜡作为相变材料。
冬季太阳辐射可以透过玻璃罐进入到龙骨支架的空腔内,并且不会影响绿色植物的采光;玻璃罐内的相变材料在冬季时可以吸收并储存大量的太阳能热量,从而使空腔内的温度长期稳定在一定的温度范围,并可持续的为住宅室内提供一定的热量。
如图6、图7所示,玻璃幕墙33为双层玻璃幕墙,本实施例采用5+18A+5普通中空玻璃,玻璃幕墙铺设于龙骨支架的外围使龙骨支架的空腔形成封闭的腔体。为了使该封闭腔体的空气保持流通,在建筑主墙1的顶部和底部及玻璃幕墙33的顶部和底部分别设置风口,建筑主墙1的风口处均设置电动风阀38和中效过滤器39,玻璃幕墙的风口处设置电动风阀38。建筑主体的外墙上顶部和底部的风口距离植物幕墙相应的边缘约10cm,风口的入口处均设置中效过滤器。在龙骨支架1空腔的外侧对应玻璃幕墙的上下风口处分别设置无声风机8,上端的无声风机在冬季时开启,主要作为下风口提供热风的动力源,下端的无声风机主要为上风口提供冷风的动力源。在龙骨支架的空腔内还设置温度传感器W,控制中心通过温度传感器采集的温度数据来控制无声风机及电动风阀的开闭。
玻璃幕墙33的外侧还设置有百叶垂帘34,在玻璃幕墙33的上侧设置位于百叶垂帘34上方的挡雨板DY。冬季时将百叶垂帘的叶片打开,让更多的太阳辐射热进入到龙骨支架的空腔内使相变蓄能罐吸收热量储存;夏季太阳辐射较强时,将百叶垂帘的叶片关闭以阻挡一部分太阳辐射热,从而避免空腔内的温度过高。挡雨板主要是减少雨水对百叶垂帘的损坏。
图10-图14为本实施例的垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统4的结构示意图。本实施例的垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统,利用地下土壤温度相对稳定的特性,以空气作为换热媒介,通过垂直埋管和垂直埋管内外相变材料的耦合,实现地道风与地下土壤的换热为住宅室内提供冷量,在大大减小占地面积的基础上实现土壤冷源的高效利用,同时还可提高室内空气的品质。
如图10所示,本实施例的垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统4包括沿竖直方向埋设于土壤中的垂直埋管41,垂直埋管41的两端分别连接有位于地面上的进风管路和出风管路,出风管路的终端与模块化相变装饰墙系统相连,进风管路上连接有过滤器42和除湿器43,进风管路和出风管路上分别连接有风阀44,进风管路上连接有风机45。本实施例的过滤器42采用中效过滤器。
如图10、图11所示,垂直埋管41管道井GD埋设于土壤中,包括多个并联的U型管,U型管的数量由建筑冷负荷决定。每个U型管包括空气下行管411、空气上行管412和底部弯道413,空气下行管411的上端与进风管路连通,空气上行管412的上端与出风管路连通。空气下行管411和空气上行管412的下端分别设有渐缩的锥形段,空气下行管11和空气上行管412在锥形段的上方通过连通管414连通,本实施例U型管的埋设约为深度为20米,连通管414设置于底部弯道413的上方约1m处。
如图11至图14所示,空气上行管412的浅层管段外套有PVC的外套管4121,外套管4121和空气上行管412之间依次设置有保温材料4122和相变材料4123,相变材料置于内套管4124中,内套管4124和外套管4121的两端分别连接有密封组件M,以防止地下水浸入保温材料中。外套管4121的设置位于空气上行管的地下0-8米范围内,以该区域土壤层温度低于20℃的深度为准。保温材料采用3-5cm的聚氨酯。
如图11和图13所示,密封组件M包括弹性套环M1、密封垫圈M2、弹性垫圈M3和密封塞铆钉M4。弹性套环M1有两个,分别套于空气上行管412的外壁和外套管4121的外壁,密封垫圈M2有两个,分别套于空气上行管412和外套管4121的外壁对应于弹性套环M1的外端,密封垫圈M2的外端与外套管4121和内套管4124的外端平齐,弹性垫圈M3位于内套管4121和外套管4121的外端同时将两密封垫圈M2封闭,通过密封塞铆钉M4将弹性垫圈M3、密封垫圈M2和弹性套环M1紧固为一体将保温材料和相变材料密封。弹性套环M1的厚度为1-2cm,大于铆钉的直径,弹性垫圈M2与密封垫圈M3结合处在施工时涂抹玻璃胶进行密封。
如图11所示,空气上行管412的轴向中心线上悬挂有用圆柱管415封装的相变材料,圆柱管415的下端处于连通管414处、上端低于内套管和外套管的上端面,圆柱管415内相变材料的相变温度从下往上依次递增。本实施例的相变材料均采用石蜡,在石蜡中加入5%-10%的石墨烯和碳纤维按1:1组成的混合物。圆柱管内的相变材料设置三层,从下往上的相变温度依次为16℃、18℃和20℃。本实施例空气上行管外的相变材料的相变温度为20℃。本实施例的圆柱管采用直径5cm管。
如图14所示,底部弯道413的上端两侧分别连接有变径接头,变径接头包括往上渐缩的圆锥段416和其上方的圆柱段417,圆柱段的上端口与锥形段的下端口对接为一体,圆柱段的上部内置承接冷凝水的漏斗418。本实施例漏斗418的壁面坡度大于45º,其壁面坡度足以让冷凝水在重力作用下向下流动;漏斗出口直径不大于10mm,以使空气下行管和空气上行管中的冷凝水可顺利进入底部弯管中,而管内的空气不易从漏斗通过,从而使底部弯道内难以形成空气对流,减少冷凝水对管内空气的污染。如图11和图14所示,底部弯道413的最低位置处连接有排水管48,排水管8从地下伸出地面后连接有排水泵49。底部弯道413的上部设置水位传感器swcgq。
地下埋管沿竖直方向埋设于管道井中,克服了常规水平埋管系统需占用过大的基坑面积的缺陷,还解决了部分地区浅层土壤温度偏高,导致常规水平埋管系统效率不高的问题。地下埋管内的相变材料可以储存一部分地道通风所含的土壤冷量。随着系统运行时间的延长,地道换热效率会下降,此时相变材料储存的冷量作为地道通风的冷源,用于冷却管内空气,从而延长了系统的有效作用时间。与此同时,垂直埋管外的相变材料,同时起到保温和蓄能的双重作用,风速较小时可以储存冷量,并有效利用了浅层的保温管段,有效地延长了地道的作用长度。
垂直埋管内外的相变蓄能管有效增加了地道通风的换热面积,从而提高其降温效果。垂直埋管底部冷凝水收集及排出管路的设置,充分利用了重力收集管内冷凝水,并通过排水管将冷凝水排至室外地面。漏斗结构的设置可以减少或避免冷凝水与管内流通空气的接触,从而大大降低了常规水平埋管系统将夏季凝露引起的发霉和病菌滋生引入室内的可能,有效提高了室内空气品质。
图15-图17为本实施例基于蓄能的太阳能制冷制热系统5的结构示意图。
如图15所示,本实施例的基于蓄能的太阳能制冷制热系统由制热/冷侧、储热侧和用户侧三部分组成。制热/冷侧以导热油作为热/冷媒,利用太阳能来产生热能/冷能过程中涉及的系统结构,主要包括太阳能光伏光热一体化组件51、循环水泵52和太阳能空调56。太阳能光伏光热一体化组件完成系统的集热过程,用于供热/生活热水以及供给太阳能空调56所需的热媒水。储热侧将制热/冷侧产生的热能进行储存,并且向制热/冷侧、用户侧供热过程中涉及的系统结构,包括PCM蓄能罐53、热水箱54、热水循环泵55。用户侧为经储热侧流出的热水或制热/冷侧流出的冷水在室内处理空气以及经储热侧流出的热水供给用户生活热水过程中涉及的系统结构,包括相变蓄能装饰墙板21、生活热水管511。制热/冷侧、储热侧和用户侧通过连接件相连形成完整的基于PCM蓄能的太阳能制热制冷系统,连接件包括连接管道和四通换向阀510。
如图15和图16所示,PCM蓄能罐53上设置有a1、d1、f1三个入口和b1、c1、e1三个出口。a1入口与b1出口、d1入口与c1出口、e1出口与f1入口之间均通过螺旋紫铜管连接。
如图15和图17所示,热水箱54有c2、b2、f2三个入口和a2、d2、e2三个出口。a2出口与b2入口、c2入口与d2出口均通过螺旋紫铜管连接。
如图15所示,太阳能空调56有a3、d3两个入口和b3、c3两个出口。a3入口与b3出口之间通过螺旋紫铜管连通形成热媒通道,c3出口与d3入口之间通过螺旋紫铜管连通形成冷媒通道。
如图15所示,太阳能光伏光热一体化组件51的出口通过连接管道及四通阀510分别与PCM蓄能罐53的a1入口、热水箱54的c2入口和太阳能空调56的a3入口连通,PCM蓄能罐的b1出口、热水箱的d2出口、太阳能空调的b3出口分别通过连接管道与太阳能光伏光热一体化组件51的入口连通形成一个循环回路。太阳能光伏光热一体化组件51的入口管道上连接有循环水泵52。
PCM蓄能罐53的c1出口与热水箱54的b2入口、热水箱54的a2出口与PCM蓄能罐53的d1入口分别通过连接管道连通形成一个循环回路。PCM蓄能罐53的d1入口与c1出口、e1出口与f1入口之间的螺旋紫铜管分别连接第一温度传感器cgq1和第二温度传感器cgq2,热水箱54中设置有一个温度传感器cgq。
PCM蓄能罐53的e1出口与太阳能空调56的a3入口、太阳能空调56的b3出口与PCM蓄能罐53的f1入口分别通过连接管道连通一个闭合回路。
PCM蓄能罐53的c1出口与热水箱54的b2入口之间的连接管道、PCM蓄能罐53的e1出口和太阳能空调56的a3入口之间的连接管道上分别连接有热水循环泵55。
PCM蓄能罐53内相变材料采用相变温度为100℃的石蜡,石蜡封装在直径为100cm的不锈钢封装罐内,同时在石蜡中加入5%-10%的石墨烯和碳纤维按1:1组成的混合物。导热油作为传热介质。
PCM蓄能罐53和热水箱54中设置有螺旋式电热管作为辅助热源,图16和图17中g1、h1和g2、h2分别为螺旋式电热管的外接接头。螺旋式电热管的设置可保证系统在太阳能不充足或者储存的热能不足时能够正常、稳定运行。
太阳能空调56的c3出口与相变蓄能装饰墙板21的入口、相变蓄能装饰墙板21的出口与太阳能空调56的d3入口分别通过连接管道连通形成供冷回路。
热水箱54的e2出口与相变蓄能装饰墙板21的入口、21的出口与热水箱54的f2入口分别通过连接管道连通形成供暖回路,热水箱54的e2出口同时连接有生活热水管511。热水箱54还连接有补水装置58,补水通过热水箱的i接口送入,如图17所示。补水装置用于补充供给生活热水以及供热过程中的水量散失。应尽量保证补水速度与生活热水取水的速度相当。
太阳能空调56和相变蓄能装饰墙板21之间连接管道中的流体为水,其它设备之间连接管道中的流体为导热油。导热油可防止流体温度过高时蒸发。
PCM蓄能罐、热水箱和太阳能空调的各入口处均连接有闸阀和蝶阀以控制各连接管道中的流体流量,各连接管道外均设置有橡塑保温层,防止系统能量损失。
本实施例的工作过程如下:
夏季制生活热水及空调模式
(a)当有太阳辐射时,基于蓄能的太阳能制冷制热系统开启,该系统利用太阳能同时发电并同时制备高温媒介,将所产生的电量存储在蓄电池中,用于各个系统的电力供应;利用高温媒介将热量储存于PCM蓄能罐中,用于加热热水箱的以及用于太阳能空调制备冷量。
当建筑主体没有负荷需求时,维持基于蓄能的太阳能制冷制热系统的运行。
当建筑主体存在负荷需求时,开启垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统以及基于蓄能的太阳能制冷制热系统的制冷部分,同时将垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统与模块化相变蓄能装饰墙连通,将基于蓄能的太阳能制冷制热系统与模块化相变蓄能装饰墙连通;将基于蓄能的太阳能制冷制热系统中产生的冷量送至模块化相变蓄能装饰墙板的水流通道中,将冷量传递给墙板中的相变材料和空气通道中的新风,同时垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统将处理的新风送至相变蓄能装饰墙板的空气通道中,该过程可以保证新风被处理至送风状态点后送至室内,同时相变蓄能装饰墙板内的相变材料可以降低室内温度的波动,确定室内温度维持在人体热舒适范围内;
(b)当没有太阳辐射且当建筑没有负荷需求时,关闭系统运行;此时如果建筑存在负荷需求,开启基于蓄能太阳能制冷制热系统的制冷部分,利用PCM蓄能罐内储存的热量制备冷量,开启垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统,同时将垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统与模块化相变蓄能装饰墙系统连通,将基于蓄能的太阳能制冷制热系统与基于辐射与对流的模块化相变蓄能装饰墙连通,将基于蓄能的太阳能制冷制热系统中产生的冷量送至模块化相变蓄能装饰墙系统的水流通道中,将冷量传递给墙体中的相变材料和新风,同时控制垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统将处理的新风送至模块化相变蓄能装饰墙墙体的空气通道中,该过程可以保证新风被处理至送风状态点后送至室内,同时相变蓄能装饰墙内的相变材料可以降低室内温度发热波动,确定室内温度维持在人体热舒适范围内;
(c)玻璃空腔绿植系统在夏季维持开启,通过绿色植被来降低室内的负荷,并为室内提供氧气。
过渡季节制生活热水
(a)当有太阳辐射时,基于蓄能的太阳能制冷制热系统开启,该系统利用太阳能同时发电并同时制备高温媒介,将所产生的电量存储在蓄电池中,用于建筑各个系统的电力供应,利用高温媒介将热量储存于PCM蓄能罐中,用于加热热水箱。当建筑主体没有热水需求时,维持基于蓄能的太阳能制冷制热系统的运行。当建筑存在热水负荷需求,可直接使用热水箱中的热水;
(b)当没有太阳辐射时,开启基于蓄能的太阳能制冷制热系统中蓄能罐与热水箱之间的连接,保证热水箱温度高于所需温度范围。当建筑存在负荷需求,可直接使用热水箱中的热水;
(c)玻璃空腔绿植系统在过渡季维持开启,为室内提供氧气,提高舒适度。
冬季制生活热水及采暖模式
(a)当有太阳辐射时,开启基于蓄能的太阳能制冷制热系统,该系统利用太阳能同时发电并同时制备高温媒介,将所产生的电量存储在蓄电池中,用于建筑各个系统的电力供应,利用高温媒介将热量储存于PCM蓄热罐中,用于加热热水箱;当建筑没有负荷需求时,维持基于蓄能的太阳能制冷制热系统的运行。当建筑存在负荷需求,开启垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统,同时将垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统和模块化相变蓄能装饰墙系统连通、将基于蓄能的太阳能制冷制热系统与模块化相变蓄能装饰墙连通,将基于蓄能的太阳能制冷制热系统中产生的热量送至模块化相变蓄能装饰墙系统的水流通道中,将热量传递给墙体中的相变材料和新风,垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统将处理的新风送至模块化相变蓄能装饰墙系统的空气通道中,冬季地道风不能将新风处理至送风状态点,新风在模块化相变蓄能装饰墙中进行二次加热至送风状态点后送至室内,同时相变蓄能装饰墙内的相变材料释放热量可以降低室内温度的波动,确保室内温度维持在人体热舒适范围内;
(b)当没有太阳辐射时,且当建筑没有负荷需求时,关闭系统运行。当建筑存在负荷需求,开启垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统,同时将垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统与模块化相变蓄能装饰墙系统连通,将基于蓄能的太阳能制冷制热系统与模块化相变蓄能装饰墙连通,将基于蓄能的太阳能制冷制热系统中产生的热量送至模块化相变蓄能装饰墙系统的水流通道中,将热量传递给墙体中的相变材料和新风中,垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统将处理的新风送至模块化相变蓄能装饰墙墙体的空气通道中,冬季地道风不能将新风处理至送风状态点,新风在模块化相变蓄能装饰墙系统中进行二次加热至送风状态点后送至室内,同时相变蓄能装饰墙内的相变材料放热可以降低室内温度的波动,确保室内温度维持在人体热舒适范围内;
(c)当有太阳辐射时,将玻璃空腔绿植系统与太阳能光伏光热一体化组件背部风道连通,玻璃空腔绿植系统空腔中的新风经过风道加热至送风状态点后送入室内,同时植物通过光合作用和蒸腾作用可以为室内提供一定的氧气和水气,并净化室内循环空气,从而增加室内的空气品质,提高室内人体的舒适度。当没有太阳辐射时,关闭玻璃空腔绿植系统与太阳能光伏光热一体化组件背部风道的连通并关闭玻璃空腔绿植系统与室内的连通。

Claims (12)

1.一种基于蓄能的近零能耗建筑系统,其特征在于:该建筑系统包括建筑主体、模块化相变蓄能装饰墙系统、基于蓄能的玻璃空腔绿植系统、垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统、基于蓄能的太阳能制冷制热系统;模块化相变蓄能装饰墙系统和玻璃空腔绿植系统分别布置于建筑主体不同外墙的内侧和外侧;
模块化相变蓄能装饰墙系统包括若干相互拼装的相变蓄能装饰墙板,每块相变蓄能装饰墙板中均内置有相变蓄能材料和从相变蓄能材料中穿过的空气通道和水流通道;
垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统包括沿竖直方向埋设于土壤中的垂直埋管,垂直埋管的两端分别连接位于地面上的进风管路和出风管路,且出风管路的终端与相变蓄能装饰墙板的空气通道连通,可将处理后的新风送入室内;
基于蓄能的太阳能制冷制热系统包括太阳能光伏光热一体化组件、太阳能空调、PCM蓄能罐和热水箱,太阳能光伏光热一体化组件的入口和出口分别与PCM蓄能罐、热水箱和太阳能空调连通形成循环回路,太阳能光伏光热一体化组件利用太阳能产生电能和热能,电能为整个系统运行提供电力,热能分别送至PCM蓄能罐、热水箱和太阳能空调;PCM蓄能罐作为热源分别与热水箱和太阳能空调连通;太阳能空调和热水箱分别与相变蓄能装饰墙板的水流通道连通,相变蓄能装饰墙系统中空气通道内的新风可与水流通道中的流体进行热交换后送入室内,从而满足室内负荷需求,实现对室内温度的调节;热水箱连接生活热水管;
玻璃空腔绿植系统垂直方向固定于建筑主体外墙上、底面固定于地面上带空腔的龙骨支架,龙骨支架的外围铺设玻璃幕墙,龙骨支架空腔的高度方向内侧固定有相变蓄能板、外侧布置有相变蓄能罐,龙骨支架的空腔内设置有风机,相变蓄能板的外侧布置有植物幕墙,建筑主体外墙和玻璃幕墙的顶部和底部分别设置有可开闭的风口;龙骨支架的空腔与太阳能光伏光热一体化组件的背部空气通道连通,空腔中的空气在太阳能光伏光热一体化组件的背部空气通道中被太阳能光伏板产生的热量加热后通过建筑主体外墙上的风口送入室内。
2.如权利要求1所述的基于蓄能的近零能耗建筑系统,其特征在于:所述模块化相变蓄能装饰墙系统的相变蓄能装饰墙板为有封装壳体的矩形板,所述空气通道和水流通道分别沿封装壳体的纵向和横向不相交布置,空气通道和水流通道分别布置于相变蓄能装饰墙板水平方向的内侧和外侧;封装壳体采用铝合金材料制作,其上对应空气通道和水流通道的两端位置处分别设置相应的接口;空气通道两端的接口为插接接口,水流通道两端的接口为螺纹接口,相邻相变蓄能装饰墙板的空气通道接口和水流通道接口之间分别通过插接方式和螺纹套管连为一体,若干相变蓄能装饰墙板拼装好后在水流通道的两端分别连接进水总管和回水总管;封装壳体上还设置有便于与建筑主墙固定的安装孔。
3.如权利要求2所述的基于蓄能的近零能耗建筑系统,其特征在于:若干所述相变蓄能装饰墙板拼装好后,将所述空气通道的入口端与所述垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统的出风管路连通。
4.如权利要求1所述的基于蓄能的近零能耗建筑系统,其特征在于:所述玻璃空腔绿植系统的龙骨支架为型钢支架,龙骨支架与所述建筑主体的外墙之间通过U型钢连接固定,U型钢开口宽度使所述相变蓄能板和建筑主墙之间形成一个空腔;所述玻璃幕墙为双层玻璃幕墙,相变蓄能板为内、外铝合金板及填充于两铝合金板之间相变材料的整体件,相变蓄能板镶嵌于龙骨支架上;所述相变蓄能罐为透明的玻璃罐,玻璃罐中封装有相变材料,玻璃罐通过支架沿所述龙骨支架的宽度方向布置;若干相变蓄能罐均布于龙骨支架的高度方向下部;所述植物幕墙包括绿色植物和培养基块,培养基块固定于所述相变蓄能板的外侧;植物幕墙的上方布置有喷淋装置,喷淋装置包括布置于所述植物幕墙上端宽度方向的供水管,供水管的长度方向外侧均布有若干喷嘴,喷嘴的出水口朝向绿色植物,植物幕墙的下方设置有集水槽,集水槽的端部设置有穿过所述玻璃幕墙的排水管;所述风机为无声风机,所述龙骨支架的顶部和底部均布置有所述风机,所述风口处设置可自动开闭的电动风阀,电动风阀的入口处设置有中效过滤器;所述玻璃幕墙外侧设置有可自动开闭的百叶垂帘,所述玻璃幕墙的上侧设置有位于百叶垂帘上方的挡雨板。
5.如权利要求4所述的基于蓄能的近零能耗建筑系统,其特征在于:所述建筑主体布置有玻璃空腔绿植系统的外墙从内往外依次包括内蓄能板、内保温板、砌筑主体和外保温板,所述U型钢与外保温板连接固定。
6.如权利要求1所述的基于蓄能的近零能耗建筑系统,其特征在于:所述垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统的垂直埋管通过管道井埋设于土壤中,包括多个并联的U型管,各U型管包括空气下行管、空气上行管和底部弯道,空气下行管的上端与所述进风管路连通,空气上行管的上端与所述出风管路连通;各U型管的空气下行管和空气上行管的下端分别设有渐缩的锥形段,空气下行管和空气上行管在锥形段的上方通过连通管连通;底部弯道的上端两侧分别连接有变径接头,变径接头包括往上渐缩的圆锥段和其上方的圆柱段,圆柱段的上端口与所述锥形段的下端口对接为一体,圆柱段的上部内置承接冷凝水的漏斗;底部弯道的最低位置处连接有排水管,排水管从地下伸出地面后连接有排水泵;漏斗的壁面坡度大于45º,出口直径小于10mm;底部弯道的上部设置有水位传感器。
7.如权利要求6所述的基于蓄能的近零能耗建筑系统,其特征在于:所述U型管空气上行管的上部外套有PVC的外套管,外套管和空气上行管之间依次设置有保温材料和相变材料,相变材料置于内套管中,内套管和外套管的两端分别连接有密封组件;密封组件包括弹性套环、密封垫圈、弹性垫圈和密封塞铆钉,弹性套环有两个,分别套于所述空气上行管的外壁和所述外套管的外壁,密封垫圈有两个分别套于空气上行管和外套管的外壁对应于弹性套环的外端,密封垫圈的外端与外套管和内套管的外端平齐,弹性垫圈位于内套管和外套管的外端同时将两密封垫圈封闭,通过密封塞铆钉将弹性垫圈、密封垫圈和弹性套环紧固为一体将保温材料和相变材料密封;U型管空气上行管的轴向中心线上悬挂有用圆柱管封装的相变材料,圆柱管的下端处于所述连通管处、上端低于所述内套管和外套管的上端面,圆柱管内相变材料的相变温度从下往上依次递增。
8.如权利要求1所述的基于蓄能的近零能耗建筑系统,其特征在于:所述垂直埋管地道通风与相变蓄能耦合系统的进风管路上连接有过滤器和除湿器,垂直埋管与出风管路连接侧的管内和管外均设置有相变材料,垂直埋管的底部设置有冷凝水收集及排出管路;进风管路和出风管路上分别连接有风阀,出风管路上连接有风机。
9.如权利要求1所述的基于蓄能的近零能耗建筑系统,其特征在于:所述太阳能制热制冷系统的PCM蓄能罐和热水箱之间通过连接管道和热水循环泵形成循环回路;PCM蓄能罐和太阳能空调之间通过连接管道和热水循环泵形成闭合回路;太阳能空调和相变蓄能装饰墙板之间通过连接管道形成供冷回路;热水箱与相变蓄能装饰墙板之间通过连接管道形成供暖回路;太阳能空调和热水箱与相变蓄能装饰墙板之间连接管道中的流体为水,其它设备之间连接管道中的流体为导热油;PCM蓄能罐和热水箱中分别设置辅助热源,热水箱连接有补水装置。
10.如权利要求9所述的基于蓄能的近零能耗建筑系统,其特征在于:所述PCM蓄能罐上设置有a1、d1、f1三个入口和b1、c1、e1三个出口,热水箱有c2、b2、f2三个入口和a2、d2、e2三个出口,太阳能空调有a3、d3两个入口和b3、c3两个出口;太阳能光伏光热一体化组件的出口通过连接管道及四通阀分别与PCM蓄能罐a1入口、热水箱的c2入口和太阳能空调的a3入口连通;PCM蓄能罐的b1出口、热水箱的d2出口、太阳能空调的b3出口分别通过连接管道与太阳能光伏光热一体化组件的入口连通;PCM蓄能罐的c1出口与热水箱的b2入口、热水箱的a2出口与PCM蓄能罐的d1入口分别通过连接管道连通;PCM蓄能罐的e1出口与太阳能空调的a3入口、太阳能空调的b3出口与PCM蓄能罐的f1入口分别通过连接管道连通;太阳能空调的c3出口与室内辐射板的入口、室内辐射板的出口与太阳能空调的d3入口分别通过连接管道连通;热水箱的e2出口与室内辐射板的入口、室内辐射板的出口与热水箱的f2入口分别通过连接管道连通,热水箱的e2出口同时连接所述生活热水管;
PCM蓄能罐的a1入口与b1出口、d1入口与c1出口、e1出口与f1入口之间均通过螺旋紫铜管连接;热水箱的a2出口与b2入口、c2入口与d2出口均通过螺旋紫铜管连接;太阳能空调的a3入口与b3出口连通形成热媒通道,c3出口与d3入口连通形成冷媒通道;
PCM蓄能罐的c1出口与热水箱的b2入口之间的连接管道、PCM蓄能罐的e1出口和太阳能空调的a3入口之间的连接管道上分别连接有所述热水循环泵,太阳能光伏光热一体化组件的入口管道上连接有循环水泵。
11.如权利要求10所述的基于蓄能的近零能耗建筑系统,其特征在于:所述PCM蓄能罐的d1入口与c1出口、e1出口与f1入口之间的螺旋紫铜管分别连接第一温度传感器和第二温度传感器,所述热水箱中设置有一个温度传感器。
12.如权利要求10所述的基于蓄能的近零能耗建筑系统,其特征在于:所述PCM蓄能罐、热水箱和太阳能空调的各入口处均连接有闸阀和蝶阀,各连接管道外均设置有保温层。
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