CN207487156U - 一种用于地下空间空气流通的太阳能空气加热装置 - Google Patents

一种用于地下空间空气流通的太阳能空气加热装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种用于地下空间空气流通的太阳能空气加热装置，包括与地下空间的通风口连通的光热转换结构，光热转换结构由若干个互相连通的太阳能光热转换单元排列组成，太阳能光热转换单元为矩形状，且太阳能光热转换单元呈矩形阵列排布；其中太阳能光热转换单元包括透光保温层和设置在透光保温层下方的光热转换膜板组成，光热转换膜板下方固定连接有保温层，光热转换膜板和透光保温层之间为空气通道；其中透光保温层上贴有增透膜，其中光热转换膜板其表面为黑色的金属板；其中空气通道的入口与地下空间的通风出口连通，空气通道的出口与烟囱连通。该装置的光热转换效率高，并且采用模块化设计，结构简单，使用、安装、维修方便，同时该装置的使用寿命长，性价比高。

Description

一种用于地下空间空气流通的太阳能空气加热装置
技术领域
本实用新型属于太阳能利用技术领域；还涉及地下空间的空气流通技术领域；具体的涉及一种用于地下空间空气流动的太阳能空气加热装置。
背景技术
近年来能源问题的日益突出，隧道等地下空间的通风领域出现了丰富多样的节能手段。 1991年日本在长10km的关越隧道中采用两直径9.7m竖井+多台静电集尘器的组合通风方案。 2000年底通车的挪威莱尔多隧道，采用了“单斜井+烟尘及氮氧化物净化器+射流风机”组合的纵向通风方式，空气净化器可以清除空气中的烟尘颗粒和NO2有害气体。对于长大公路隧道，我国现多采用纵向分段式通风，但该方式仍然能耗高昂。
国内对隧道的自然风压的研究不多。根据经验，对于短隧道采用自然通风的方式既经济又实用；而对于长大隧道而言，一般要采用机械通风方式，但在特定条件下，自然风的影响也会相当明显，若能认识其规律并加以利用，将在节能减排方面发挥重要的作用。
国内先后依托陕西秦岭终南山特长隧道(通风竖井直径9.5米)、宁夏六盘山隧道通过通风竖井实现部分自然通风进行了应用研究并取得了一些进展，主要思路是有效利用负压抽风技术--烟囱效应结合机械排风机一起完成隧道通风功能。当自然风从竖井上方经过，在竖井出口处产生动压对竖井形成负压抽吸作用，使竖井内压力降低，从而形成对隧道内通风换气的作用。但是实际使用过程中由于受到地理位置和自然风稳定性限制其效果甚微，目前仍然还是主要依靠排风机机械通风，从而加大了耗能同时造成运行成本的增加。所以如何有效利用一次能源增加自然通风分量来实现节能减排同时降低运行成本，已经成为其推广应用的技术瓶颈。
申请号为2015105667196，专利名称为一种太阳能风泵互补型隧道自然通风系统及方法的实用新型专利，提出了一种通过利用太阳能实现隧道等地下空间的通风装置，但是该装置并未提出合适的太阳光热转换结构的具体结构，并未对此进行研究探讨，并且该装置能否高效实现，取决于光热转换结构的转换效率和性价比等因素。
实用新型内容
本实用新型提供了一种用于地下空间空气流动的太阳能空气加热装置，由于采用平面光热膜板与热交换集成为一体以及真空玻璃透光保温结构和模块化设计，运输使用、安装、维修方便，同时该装置的使用寿命长，性价比高，实用性强。
本实用新型的技术方案是：一种用于地下空间空气流通的太阳能空气加热装置，包括与地下空间的通风口连通的光热转换结构，光热转换结构由若干个互相连通的太阳能光热转换单元排列组成，太阳能光热转换单元为方体状，且太阳能光热转换单元呈矩形阵列排布；其中太阳能光热转换单元包括透光保温层和设置在透光保温层下方的光热转换膜板组成，光热转换膜板下方固定连接有保温层，光热转换膜板和透光保温层之间为空气通道；其中透光保温层上具有增透膜，其中光热转换膜板为表面为黑色膜的金属板；其中空气通道的入口与地下空间的通风出口连通，空气通道的出口与烟囱入口连通。
更进一步的，本实用新型的特点还在于：
其中光热转换结构与地下空间通风口的连接处设置有涡轮式风力发电机。
其中光热转换膜板的侧边向上竖直伸出形成用于固定透光保温层的固定立板，固定立板和光热转换膜板为一次冲压成形的L形结构。
其中固定立板的上部设置有垂直线符号式角铁，垂直线角铁上固定相邻单元的两个透光保温层，且使用密封胶进行密封。
其中光热膜板上设置有多个用于增大光照面积的凸起件，凸起件朝向光照的方向。
其中凸起件的截面为三角形或弧形。
其中透光保温层为双层中空玻璃，透光保温层的两侧均贴有增透膜。
其中透光玻璃可以是光伏钢化玻璃或者普通玻璃等方式，因为光伏钢化玻璃虽然透射及安全性能更好，但是成本相对于普通玻璃也高。
其中还包括一个可移动的维修架，即在所述光热转换结构的上方设置有立架，提供立架滑动的两个滑轨，其中光热转换结构位于两个滑轨之间，立架的上方设置有滑轮，滑轮下方通过钢丝绳连接有维修吊篮，维修吊篮位于光热转换结构的上方。
其中光热转换结构海拔最高的一行太阳能光热转换结构中每一列空气通道单元上端设置有清洗喷头，并且在光热转换结构海拔最低的一行太阳能光热转换每一列空气通道单元的下端设置有排水管道。
其中光热转换结构海拔最高的一行太阳能光热转换单元上设置有清洗喷头，并且光热转换结构海拔最低的一行太阳能光热转换单元的下方设置有排水管道。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：隧道等地下空间的通风出口与空气通道连通，光热转换膜板通过吸收太阳能的光能转换为热能并引起金属板温度上升，再同步加热空气通道内的空气，使空气通道内产生热气流，热气流顺着光热转换结构整体形成的气体流穿过空气通道和烟筒向高处流动，在原来通风竖井和烟筒等高度差的基础上，从而在连通处形成更大的负压差，将地下空间通风管内的空气吸出，从而促进地下空间的空气流通；透光保温层能够在充分透射太阳光的同时，又能够降低空气通道内的热量向外扩散，提高光热加热空气效率，增透膜能够提高光的穿透率，提高光热的利用率，并有效防止光热膜板的热辐射，降低热损失。
更进一步的，在实现地下空间通风目的的同时，还能够通过发电机实现太阳能—热能—风力发电的转换，提高了太阳能的利用效率。
更进一步的，固定立板用于固定透明保温层，并且固定立板能够同时安装相邻两侧的太阳能光热转换单元，提高了固定立板的利用率，降低了成本。
更进一步的，凸起件在加强其机械强度的同时，又进一步增大了光热转换模板的受热面积，提高了光热转换效率。
更进一步的，采用中空的玻璃或光伏玻璃，减少光的折射，提高光热转换效率。
更进一步的，维修通道和维修吊篮方便了维修人员对发生故障的太阳能光热转换单元进行维修；这种维修系统结构能够有效利用光热转换面积，还有效解决了固定立板通过维修通道对外的散热的技术问题。
更进一步的，清洗喷头能够对空气通道上面的透明保温层和二边固定立板以及底部的光热膜板进行定期清洗，防止使用过程中不可避免积累落灰带来系统太阳能光热利用效率的下降。定期清洗能够保持中空玻璃的透明度，同时保证了光热膜板对于太阳光的热吸收效率和保证了和空气通道被加热空气充分接触，提高了光热转换效率；从而有效解决了使用过程中光热转换板表面积累灰尘后，既影响太阳光的热吸收，又妨碍和阻止金属与空气的有效接触而降低加热空气的效率的技术问题，保障使用过程中方便进行维护，使之基本上一直处于良好的运行状态中。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型中太阳能光热转换单元的结构示意图；
图3为本实用新型中固定立板的结构示意图；
图4为本实用新型中维修架的结构示意图。
图中：1为光热转换结构；2为连通结构；3为烟囱；4为太阳能光热转换单元；5为曲部连通件；6为连通管；7为透光保温层；8为增透膜；9为固定立板；10为透光保温层；11为垂直线角铁；12为连接母口；13为连接公口；14为凸起件；15为长面；16为涡轮式风力发电机；17为滑轨；18为立架；19为滑轮；20为钢丝绳；21为维修吊篮；22为清洗喷头；23 为光热转换膜板；24为空气通道；25为排水管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案进一步说明。
本方案提供了一种用于地下空间空气流通的太阳能空气加热装置，如图1所示，包括光热转换结构1，光热转换结构1的入口通过连通结构2与地下空间的空气通道的出口连通，光热转换结构1的出口通过连通结构2与烟囱3入口连通；其中连通结构2包括曲部连通件5和连通管6。由于光热转换结构1由多个矩形体状的太阳能光热转换单元4组成阵列结构，太阳能光热转换单元4具体为方体状结构；若干个单元串接组成一列就是一个空气通道。其平面结构为矩形形状的，并且其边长相对烟囱3的直径和地下空间空气通道的出口直径大很多，因此通过曲部连通件5实现了其密封连接，并且曲部连通件5使空气流通通道逐渐放大或缩小，使气流平稳，不会发生骤变。
如图2所示，太阳能光热转换单元4包括透光保温层7，透光保温层7为中空的布纹式钢化玻璃，具体的为两层中间具有空气间隙的钢化玻璃，且通常采用光伏玻璃；透光保温层7 的两面均贴有增透膜8；透光保温层7下方设置有，光热转换膜板23，光热转换膜板23的表面为黑色，且光热转换膜板23与透光保温层7之间为空气通道24，其中光热转换膜板23的表面上设置有若干个凸起件14，凸起件14的截面为三角形或者弧形，其中凸起件14中面积最大的一面为长面15，长面15朝向太阳光照射的方向。其中设置最外边的一列光热转换膜板 23相对的两个侧边(光热结构中边缘单元为如此结构，中间单元仅需要一个侧边)向上伸出固定立板9，其他列光热转换膜板23的一侧向上伸出固定立板9，固定立板9的上部设置有用于放置透光保温层7的垂直线式角铁11，垂直线角铁11连接相邻两个透光保温层7，且使用密封胶密封十字角铁11和透光保温层7之间的间隙；在光热转换膜板下方设置有保温层10，修改位置在此目的是按照结构从上到下的顺序叙述。保温层10的两侧分别设置有连接母口12 和连接公口13。
如图3所示，固定立板9设计为双面安装结构，即固定立板9的两侧同时设置有9卡槽 10，相邻两个太阳能光热转换单元4的中间共用一个固定立板9。
如图4所示，本实用新型还包括一个可移动的维修架，其具体结构包括光热转换结构1 上设置的立架18，立架18下方设置有提供立架滑动的滑轨17，其中光热转换结构1位于两个滑轨17之间，立架18的上方设置有滑轮19，滑轮19下方通过钢丝绳20连接有维修吊篮21，维修吊篮21位于光热转换结构1的上方。立架18在滑轨17上滑动用于选择发生故障的太阳能光热转换单元4所在的行，然后通过滑轮19滑动再选择发生故障所在的列，从而实现对发生故障的太阳能光热转换单元4进行维修。
如图1所示，光热转换结构1海拔最高的一行的每一列太阳能光热转换单元4上设置有清洗喷头22，清洗喷头22设置在透光保温层8上；光热转换结构1海拔最低的一行太阳能光热转换单元4的下方设置有公用排水管道25，用于排出定期清洗透光保温层7和光热转换膜板的污水；从而实现每一个空气通道单独清洗并通过下端公用排水管道排出的功能。另外，光热转换结构1入口与地下空间的空气通道出口的连接处设置有涡轮式风力发电机16。
本实用新型的装置在保持平面型太阳光热接受板的高效率的太阳能光热转换并直接加热通道中的空气的技术优势基础上，节省了专用光热膜板及其与之配套的散热片等材料的使用。工作原理是太阳光直接通过中空透射玻璃透射到表面为黑色的光热转换膜板23上，因为固定于保温层10上的光热转换膜板23和固定立板9是一次性折压形成，包括本身底部的凸起件 14，所以如此大面积的受热金属板与空气通道中的空气良好接触实现了高效率加热空气的目标。所以固定立板不但实现了真空钢化玻璃的固定，又有效增加了散热面积。另外，平面真空钢化玻璃结构代替单层玻璃的新结构，很好解决了单层玻璃散热保温性能差的问题；由上面真空钢化玻璃、二边以及底部光热交换板围成的空气通道整体结构保障了对通道中空气有效加热目标。再与前部的通风竖井以及后部的发电机和烟筒一起组成的封闭空气通道，实现太阳能高效率应用于隧道通风及发电系统的目标。
本实用新型的具体实施例包括：
实施例1
用于在某山底隧道的通风结构。某处山底隧道长为7公里，隧道的通风竖井入口设置在该隧道中部，出口在该山体的阳面半山腰。在该通风出口处沿着向上的山体设置光热转换结构1，涡轮式风力发电机16安装于通风竖井出风口与光热转换结构1之间的空气连通管6上。光热转换结构1为20(行)*15(列)的太阳能光热转换单元4共300个模块单元组成，太阳光加热空气的总面积为20*2*15*1＝600平方米，其中15个空气通道中每一个通道的尺寸统一为 40*1*0.16立方米。并且光热转换结构1的入口通过连通结构2与空气通道6与隧道的通风出口连通。光热转换结构1的下方做成混凝土为底的倾斜平面，然后将光热转换结构1铺设在混凝土上；在光热转换结构1的最高处通过连通结构2与烟筒3空气入口连通。
其中单个太阳能光热转换单元4的规格为200*100cm2，其中保温层10厚度为7.5cm，透射中空保温玻璃7与光热膜板23之间的空气通道24的总高度为16cm，透光保温层7的厚度为1.2cm，光热转换膜板23的厚度为0.1cm。
本实施例中还包括用于维修的立架18等装置；并且利用设置的蜗轮风力发电机和配套的蓄电池一起作为系统的电源进行供电。
实施例2
用于某商场内地下2层空间的通风结构，某商场地下一层为超市和车库，地下二层为车库。商场地下空间的通风口设置在商场大楼的顶层上。在该通风口外设置倾斜的光热转换结构1，光热转换结构1为6*3个太阳能光热转换单元4组成，并且通风口通过连通结构2与空气通道 24连通，并且光热转换结构1的下方为倾斜平面，然后将光热转换结构1铺设在混凝土上；在光热转换结构1的最高处通过连通结构2与溢流出口3连通。
本实施例中还包括用于维修的立架18等装置；并且空气通道24和商场的通风口出设置有蜗轮风力发电机装置26，发电机的发电用于商场供电。
其中单个太阳能光热转换单元4的规格为200*150cm2，太阳能光热转换单元4的总高度为33.5cm，其中保温层10厚度为7cm，空气通道7和光热转换膜板23之间的总高度为25cm，透光保温层7的厚度为1.5cm。

Claims (9)

1.一种用于地下空间空气流通的太阳能空气加热装置，其特征在于，包括与地下空间的通风口连通的光热转换结构(1)，光热转换结构(1)由若干个互相连通的太阳能光热转换单元(4)排列组成，太阳能光热转换单元(4)为矩形体状，且太阳能光热转换单元(4)呈矩形阵列排布；
所述太阳能光热转换单元(4)包括透光保温层(7)和设置在透光保温层下方的光热转换膜板(23)，光热转换膜板(23)下方固定连接有保温层(10)，光热转换膜板(23)和透光保温层(7)之间为空气通道(24)；其中透光保温层(7)上具有增透膜(8)，其中光热转换膜板(23)是表面为黑色膜的金属板；
所述空气通道(24)的入口与地下空间的通风出口连通，空气通道(24)的出口与烟囱(3)入口连通。
2.根据权利要求1所述的用于地下空间空气流通的太阳能空气加热装置，其特征在于，所述光热转换结构(1)与地下空间通风口的连接处设置有涡轮式风力发电机(16)。
3.根据权利要求1所述的用于地下空间空气流通的太阳能空气加热装置，其特征在于，所述光热转换膜板(23)的侧边向上竖直伸出形成用于固定透光保温层(7)的固定立板(9)，固定立板(9)和光热转换膜板(23)为一次成形的L型结构。
4.根据权利要求3所述的用于地下空间空气流通的太阳能空气加热装置，其特征在于，所述固定立板(9)的上部设置有垂直线角铁(11)，垂直线角铁(11)上设置相邻两个透光保温层(7)，且使用密封胶进行密封。
5.根据权利要求1所述的用于地下空间空气流通的太阳能空气加热装置，其特征在于，所述光热转换膜板(23)上设置有多个用于增大光照和散热面积的凸起件(14)，凸起件(14)朝向光照的方向。
6.根据权利要求5所述的用于地下空间空气流通的太阳能空气加热装置，其特征在于，所述凸起件(14)的截面为三角形或弧形。
7.根据权利要求1所述的用于地下空间空气流通的太阳能空气加热装置，其特征在于，所述透光保温层(7)为中空玻璃，透光保温层(7)的两侧均贴有增透膜(8)。
8.根据权利要求1所述的用于地下空间空气流通的太阳能空气加热装置，其特征在于，还包括一个可移动的维修架，即在所述光热转换结构(1)的上方设置有立架(18)，提供立架(18)滑动的两个滑轨(17)，其中光热转换结构(1)位于两个滑轨(17)之间，立架(18)的上方设置有滑轮(19)，滑轮(19)下方通过钢丝绳(20)连接有维修吊篮(21)，维修吊篮(21)位于光热转换结构(1)的上方。
9.根据权利要求1所述的用于地下空间空气流通的太阳能空气加热装置，其特征在于，所述光热转换结构(1)海拔最高每列中的一行太阳能光热转换单元(4)上设置有独立的清洗喷头(22)，并且光热转换结构(1)海拔最低每列中的一行太阳能光热转换单元(4)的下方设置共用的有排水管道(25)。
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