CN210482640U - 一种多工况节能墙体 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多工况节能墙体，包括多个可纵向旋转的单元墙体，多个所述单元墙体组装而成整面多工况墙体，所述单元墙体包括半导体制冷片、肋片散热器、太阳能发电板、风道和隔板；所述半导体制冷片位于单元墙体的中心轴线处；两个肋片散热器位于半导体制冷片的两侧且各处于一个风道内；所述太阳能发电板位于单元墙体最外侧；所述隔板处于单元墙体最内侧。本实用新型采用太阳能光伏发电和半导体制冷相结合所制成，可制冷、制热、采光和通风，不仅实现了一墙多工况，而且利用太阳能，节能环保。

Description

一种多工况节能墙体

技术领域

本实用新型涉及建筑节能墙体技术领域，特别是涉及一种多工况节能墙体。

背景技术

随着社会不断发展，工业化程度不断提高，对能源的需求量也越来越大，但是化石能源的总量是有限的，资源越来越紧张。再加上化石能源的燃烧，会产生大量的有害气体和有害的颗粒物。这就促进了可再生能源和清洁能源的发展。太阳能作为取之不尽、用之不竭的清洁能源，广泛的分布在全球各地，被应用到生活和生产的各个领域。

建筑行业作为一个能源消耗的大户，对其采用节能措施对建筑节能的效果尤为关键。对于建筑中的能源消耗来说，采暖、制冷和通风占据建筑能源消耗的一大部分，好的节能措施会使能源消耗大幅减少。

现在大型建筑的外墙大多采用玻璃墙体，由于太阳辐射的原因，导致夏季靠近玻璃侧的室内空气温度远高于室内内墙附近的温度，使房间的温度梯度大，人的热舒适性差，对能源的消耗量大，不仅消耗了大量的能源，还没有保证人员的舒适度。

目前建筑中对能源利用形式单一，多采用的是市政电网或者是市政燃气，没有很好地将广泛存在的太阳能有机的结合到建筑中，以间接或直接的利用太阳能，以减少一次能源的消耗，达到节能环保、提高房间热舒适性的目的。故普及太阳能与建筑行业相结合的能源利用模式迫在眉睫。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种多工况节能墙体。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种多工况节能墙体，包括多个可纵向旋转的单元墙体，多个所述单元墙体组装而成整面多工况墙体，所述单元墙体包括半导体制冷片、肋片散热器、太阳能发电板、风道和隔板；所述半导体制冷片位于单元墙体的中心轴线处；两个肋片散热器位于半导体制冷片的两侧且各处于一个风道内；所述太阳能发电板位于单元墙体最外侧；所述隔板处于单元墙体最内侧。

进一步的，所述半导体制冷片为多个，均匀间隔布置在单元墙体的轴的上下两侧，半导体制冷片之间的空间加入隔热棉，隔热棉的厚度与半导体制冷片的厚度相同。

进一步的，所述半导体制冷片的两侧以及隔热棉的两侧均布满所述散热器肋片。

进一步的，所述单元墙体的上下表面呈倾斜式阶梯状。

进一步的，所述太阳能发电板与外侧的肋片散热器之间有一定的空间，所述空间和肋片散热器之间的间隙组成一个所述风道，所述隔板与内侧的肋片散热器之间形成另一风道。

进一步的，所述太阳能发电板的四周均有橡胶条。

进一步的，所述的多工况节能墙体，还包括有采光单元墙体，所述采光单元墙体轴线处采用单层中空玻璃，在最外侧两侧采用单层玻璃。

进一步的，所述的多工况节能墙体，还包括两个风帽，设在整面多工况墙体的上下端，上部的风帽的外侧有一向外延伸的岩板，该岩板的最外侧有一滴水线，内侧有向内扩大的喇叭口；下部的风帽的外侧也有一向外延伸的岩板，该下部风帽的外侧的岩板的上表面具有向外的倾角，内侧有向内扩大的喇叭口。

进一步的，所述的多工况节能墙体，还包括有功能切换机构，所述功能切换机构用于控制单元墙体是处于制冷制热或通风状态，当需要制冷或制热时，控制单元墙体闭合，形成封闭的一堵墙；当需要通风时，切换墙体至倾斜状态，与室外通风；

所述功能切换机构包括水平连杆、齿轮；所述水平连杆穿过单元墙体的轴心与单元墙体固定，所述水平连杆的两端与混凝土墙体内的轴承连接；一个所述齿轮套在所述水平连杆的一侧并与所述水平连杆焊接；多个所述水平连杆通过一根齿条连接电机输出轴上的齿轮。

进一步的，所述的多工况节能墙体，还包括有电路控制模块，所述电路控制模块用于控制电机的转动、半导体制冷片的工作、太阳能发电板的工作和内部电源与市政电网的切换；

所述电路控制模块包括传感器模块、用于内部电源与市政电网的切换控制的电路切换模块和用于对传感器模块采集的数据处理的数据处理模块；

所述传感器模块包括综合进行实时监测环境数据的大气的温度、湿度、 PM2.5传感器、室内的温湿度传感器、肋片散热器的温度传感器、辐射强度传感器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的多工况节能墙体，采用太阳能光伏发电和半导体制冷相结合制成，是可制冷、制热、采光和通风的墙体，不仅实现了一墙多工况，而且利用了太阳能，节能环保，有利于广泛地应用，显著增强人们对多工况节能墙体的使用感受。

附图说明

图1为本实用新型提供的多工况节能墙体的单元墙体结构示意图；

图2为本实用新型提供的多工况节能墙体的风帽结构示意图；

图3为本实用新型提供的多工况节能墙体的采光墙体结构示意图

图4为本实用新型提供的多工况节能墙体通风状态截面示意图；

图5为本实用新型提供的多工况节能墙体通风状态的正视图；

图6为本实用新型提供的多工况节能墙体的功能切换机构工作原理图；

图中：1为隔板、2为风道、3为散热器、4为轴孔、5半导体制冷片、6隔热棉、7为橡胶条、8为太阳能发电板；9为喇叭形风口、10为散水、11为滴水线、12为混凝土楼板、13为单层中空玻璃、24为单层玻璃；14为下风帽、15 为单元墙体、16采光单元墙体、17上风帽、18为电机、19为电机传动齿轮、 20轴承、21水平连杆齿轮、22水平连杆、23混凝土柱。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1-6，本实用新型的多工况节能墙体，包括多个可纵向旋转的单元墙体，多个所述单元墙体组装而成多工况整面墙体，所述单元墙体包括半导体制冷片、肋片散热器、太阳能发电板、风道和隔板；所述半导体制冷片位于单元墙体的中心轴线处；两个肋片散热器位于半导体制冷片的两侧，且两个肋片散热器各处于一个风道内；所述太阳能发电板位于单元墙体最外侧；所述隔板处于单元墙体最内侧。

具体实现上，各个单元墙体大小可由实际工程进行定制。进一步，所述单元墙体的上下断面呈倾斜式阶梯状，通过设计成倾斜状的上表面能够保证墙体能够顺利的进行旋转，而且能够防止雷雨天气时，雨水进入室内。在单元墙体旋转闭合时，倾斜的断面能更好的固定各个部件之间的连接关系，有更好的容错性，不会出现水平面闭合时，竖向的各个功能之间发生错位的现象，最终导致无法达到设计的效果，甚至损坏其中的一些部件。

具体实现上，本实用新型的所述半导体制冷片均匀布置在轴的上下两侧，其间距可根据该墙体所在室内环境的冷热负荷来确定，半导体制冷片之间的空间可加入隔热棉，隔热棉的厚度与半导体制冷片的厚度相同。

需要说明的是，由于各个房间的冷热负荷不一样，故所需要的冷量也不一样，因此，要根据实际的冷量选择合适数目的半导体制冷片，均匀布置在单元墙体的中心面上，这样能有效地减少当墙体旋转至倾斜状态时，两侧受力不均匀，对水平连杆上的齿轮产生过大的压力。

进一步的，所述半导体制冷片的两侧及隔热棉的两侧均布满高性能的散热器。所述散热器的面积远大于半导体制冷片的发热面积，半导体制冷片和散热器之间涂有高导热性的材料(如导热硅脂)，能够有效地将热量传入散热器中，大面积的散热器对风道内的空气进行加热或者冷却，在风道的空间产生烟囱效应，将加热或冷却的空气带出风道；并且利用均匀的发热面对散热器进行传热，能有效地减少散热器片的热应力，减少散热器由于热应力发生形变。

具体实现上，在本实用新型中，所述太阳能发电板位于单元墙体的最外侧，且所述太阳能发电板与外侧的肋片散热片有一定的空间，该空间和散热器肋片之间的间隙组成一个风道。

通过太阳能发电板置于外侧，能很好地进行光伏发电作用，旋转的单元墙体能最大限度保证太阳光线直射到太阳能光伏发电板上，提升太阳能发电板的发电效率。当发现效率较高时，太阳能发电板的背板温度会升高，背板温度过高会导致太阳能发电板的工作效率。

另外，太阳能发电板的背板处有一个风道，当背板处的温度过高时，和风道内的空气发生热量交换，对风道内的空气进行加热，热空气向上运动，形成烟囱效应，将热量运送到大气中，以降低太阳能发电班背板的温度，提升太阳能发电板的发电效率。

进一步的，作为一个实施例，所述太阳能发电板的四周均有橡胶条。通过太阳能发电板四周的橡胶条，能使两个单元墙体之间连接得更加紧密，减少风道中的漏风，增加风道的气密性，并且能有效的阻止雨水进入。

具体实现上，在本实用新型中，所述隔板位于单元墙体的最内侧，采用蓄热性能良好的材料制成，所述隔板与内侧的肋片散热器的肋片间形成另一风道。

所述隔板采用蓄热性良好的材料能很好地防止隔板表面结露。冬季时隔板为热辐射板，夏季时隔板为冷辐射板。由于人体向外传热有50％的热量是通过辐射传热所进行的，并且人体对于辐射传热的热舒适性要比对流换热的热舒适性要好，故隔板能起到提高室内人员热舒适度的效果。

进一步的，作为一个实施例，本实用新型中，所述单元墙体还包括有采光单元墙体，所述采光单元墙体的轴线处采用单层中空玻璃，在最外侧两侧采用单层玻璃，外观结构尺寸与单元墙体相同。

需要说明的是，本实用新型的采光单元墙体的外形和其它非采光单元墙体的构造一样，只是将非采光单元墙体中的太阳能发电板、隔板换成了单层的玻璃板；将半导体制冷片和隔热棉换成了单层中空玻璃，用于隔绝两个风道，减少两风道之间不同温度的空气发生热交换；将两风道内的散热器均去除。

更具体地说，本实用新型的采光单元墙体是具有三层空气层、四层玻璃的玻璃墙。对于不同的房间对采光需求不同，可设置不同数量的采光单元墙体在整面墙体的不同位置，以满足采光的需求。

进一步的，作为一个实施例，本实用新型，还包括风帽，所述风帽上下各一个，分别位于多工况墙体的顶端和低端，上部的风帽的外侧有一向外延伸的岩板，岩板的最外侧有一滴水线，内侧有向内扩大的喇叭口；下部的风帽的外侧也有一向外延伸的岩板，岩板的上表面具有向外的倾角，形成散水，内侧有向内扩大的喇叭口。

其中，上述的向外延伸的滴水线能避免雨天雨水进入单元墙体内，损坏墙体内部；向外延伸的散水能避免雨水由于吸附作用，将水传入墙体内部。内侧向内扩大的喇叭口能有效地减少空气进入内侧风道和流出内侧风道时的阻力。

进一步的，作为一个实施例，在本实用新型，还包括有功能切换机构，所述功能切换机构包括水平连杆、齿轮和齿条。所述功能切换机构控制单元墙体是处于制冷制热或通风状态，当需要制冷或制热时，功能切换机构控制单元墙体闭合，形成封闭的一堵墙。当需要通风时，功能切换机构切换墙体至倾斜状态，与室外通风。

具体实现上，所述水平连杆穿过单元墙体的轴孔，水平连杆与单元墙体固定连接，水平连杆的两端均与混凝土墙体内的轴承连接；且有一齿轮套在水平连杆的一侧，与水平连杆的连接方式为焊接。各水平连杆之间由一根齿条(未示出)通过水平连杆齿轮相互连接，在齿条的底部有一电机，电机传动轴前端的齿轮带动齿条运动，齿条带动水平连杆转动，从而带动单元墙体的转动。

进一步的，作为一个实施例，在本实用新型，还包括有电路控制模块，可由传感器模块、电路切换模块和数据处理模块；所述传感器模块包括大气的温度、湿度、PM2.5传感器，室内的温湿度传感器，肋片散热器的温度传感器、辐射强度传感器。所述电路控制模块控制电机的转动、半导体制冷片的工作、太阳能发电板的工作和内部电源与市政电网的切换。传感器模块综合进行实时监测环境数据，数据处理模块处理监测的环境数据以实现多工况墙体能采用最优化工况进行工作。

当出现阴雨天气，且需要供冷或供热时，采用市政电网对墙体进行供电；当出现阴雨天气，不需要供冷或供热时，采用通风模式，内部电源--蓄电池不对墙体进行供电。当天气晴朗时，且需要供冷或供热时，首先采用内部电源-- 蓄电池的电源对墙体进行供电，当电源电力不足时，采用市政电网对墙体进行供电。当天气晴朗时，不需要供冷或供热时，开启通风模式，太阳能板随着太阳高度角的变化而变化，尽量保证太阳光线垂直照射在太阳能发电板上，此时太阳能发电板对电源进行充电，将电能储存在起来。若产生的电量供给房间之后还有多余的电量，将这部分多余的电量接入市政电网，反向输出供给市政电网。这样不仅减小了市政电网的压力，还能够承担一部分市政电网的压力。

基于以上技术方案可知，对于本实用新型，其墙体采用太阳能光伏发电和半导体制冷相结合所制成，可制冷、制热、采光和通风，不仅实现了一墙多工况，而且利用了太阳能，节能环保。采用无活动部件的制冷方式，减少了机器出现故障的可能性，降低了维修的成本，采用电路智能控制的方式，降低了运行时复杂的工况调节。整体上减少了建筑运行的成本费用和人工费用。

为了更加清楚理解本实用新型的技术方案，下面就本实用新型工作过程说明。

首先，由室内的温湿度传感器检测室内的空气状态，由中央处理器判断室内环境是需要加热或制冷或通风状态，进而控制电机和半导体制冷片的工作。

接着，若果是通风工况，则只需要电机工作，将单元墙体进行旋转，室内外进行通风；若为制冷模式，则将整面墙体闭合，半导体制冷片内侧表面为冷端，外侧为热端。冷端通过散热器将风道内空气的热量传入外侧的散热器，加热外侧的散热器，形成烟囱效应，不断引入新的空气对外侧散热器的冷却。内侧风道内的空气由于被冷却，密度增大，在重力作用下向下运动，从下部的出口流出，使上部形成负压，引入室内的空气再次冷却。若为制热模式，过程与制冷模式相反，冷端和热端通过电源正负极的反接交换，内侧散热器加热空气，外侧散热器冷却空气，进行热交换。

最后，达到室内所需要的空气温度，半导体制冷片停止工作。

下面对于本实用新型的采用最优化的工况进行工作的控制过程详细进行说明。

由电路控制模块的中央处理器CPU的计时器将一年分为三个工况季：供热季、供冷季和过渡季。当某一天处于一年中的供热季时，由大气的温度、湿度、 PM2.5传感器进行数据采集并分析，判断是否达到通风的条件，由室内的温湿度传感器数据分析，是否需要进行通风，当二者均满足条件时，启动电机，电机传动将单元墙体旋转，打开墙体，进行通风模式；当外温度过低，不适合通风，且室内需要供热时，进行制热模式。控制电路启动电机，关闭墙体；启动半导体制冷片，使制冷片内侧一面为热端，外侧一面为冷端，热端将产生的热量传给散热器用来加热内侧风道中的空气，使热空气上升，形成烟囱效应，不断地对室内的空气进行加热，若天气晴朗，太阳能发电板的背板由于光伏发电的效应，会产生热量，此时冷端就吸收产生的热量，将热量传入室内。降低太阳能背板的温度，以提高太阳能发电的工作效率。

当某一天处于一年中的供冷季时，由大气的温度、湿度、PM2.5传感器进行数据采集并分析，判断是否达到通风的条件。由室内的温湿度传感器数据分析，是否需要进行通风，当二者均满足条件时，启动电机，电机传动将单元墙体旋转，打开墙体，进行通风模式；当外温度过高时，不适合通风，且室内需要供冷时，进行制冷模式。控制电路启动电机，关闭墙体；启动半导体制冷片，使制冷片内侧一面为冷端，外侧一面为热端，冷端将产生的冷量传给散热器用来冷却内侧风道中的空气，使冷空气下降，形成反向的烟囱效应，不断地对室内的空气进行冷却。同样，若天气晴朗，太阳能发电板的背板由于光伏发电的效应，会产生热量，此时外侧散热器一端也为热端，将产生强烈的烟囱效应，从底部吸入空气，上部排除加热后的空气，以降低外侧风道内的温度，提升光伏发电板的发电效率和提升半导体制冷片的制冷效率。

当某一天处于过渡季节时，由大气的温度、湿度、PM2.5传感器进行数据采集并分析，判断是否达到通风的条件。由室内的温湿度传感器数据分析，是否需要进行通风，当二者均满足条件时，启动电机，电机传动将单元墙体旋转，打开墙体，进行通风模式；若不满足通风的要求，则关闭墙体，不通过墙体进行通风。同样，若天气晴朗，太阳能发电板的背板由于光伏发电的效应，会产生热量，产生烟囱效应，从底部吸入空气，上部排除加热后的空气，以降低外侧风道内的温度，提升光伏发电板的发电效率。当产生的电量有富裕时，并入市政电网，向市政电网供电。

需要说明的是，不论处于哪个工况季，当处于阴雨天气，或辐射强度较弱时，发电量不足或蓄电池难以维持建筑正常的用能源需求，则采用市政电网工作。肋片散热器的温度传感器用来监测散热器的温度，当温度过高，有烧坏半导体制冷片的风险时，则半导体制冷片停止工作，待温度降下来以后在进行工作，若长期无法正常工作，则采用室内备用的冷热源进行供冷或者供热。

需要说明的是，当处于通风状态时，单元墙体在一定范围内可自由旋转。此时，辐射强度传感器监测太阳辐射的大小，通过将太阳辐射值传递给中央处理器，分析处于多大角度时，具有最大的太阳辐射强度，启动电机，将单元墙体旋转至具有太阳辐射最大的倾角。

因此，与现有技术相比较，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型采用太阳能作为驱动能源，对环境无污染并且能达到节能的效果。

2.本实用新型采用半导体制冷与太阳能板结合，减轻了墙体的重量，减轻了基础的荷载。采用半导体制冷片进行制冷，无活动部件，无制冷剂，设备使用时间长，维修量小，不会出现制冷剂泄漏的情况。

3.本实用新型采用单元式的组合墙体不仅满足了制冷制热的需求，同时也实现了墙体的通风功能。

4.本实用新型采用太阳能发电与市政电网相结合，实现用电不足从市政取电，电力过剩向市政供电的模式，达到节约能源的效果。

5.本实用新型采用同模型的采光单元墙，对有不同采光要求的房间进行不同数量的铺设。

6.本实用新型采用可组合式的单元墙体，对现代高楼的外墙进行有效地改造，解决了现代高层无法广泛的使用太阳能的问题。

7.本实用新型采用墙体制冷的方式，有效地降低了外墙附近室内空气的温度，提高了外墙处工作区的热舒适性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种多工况节能墙体，其特征在于，包括多个可纵向旋转的单元墙体，多个所述单元墙体组装而成整面多工况墙体，所述单元墙体包括半导体制冷片、肋片散热器、太阳能发电板、风道和隔板；所述半导体制冷片位于单元墙体的中心轴线处；两个肋片散热器位于半导体制冷片的两侧且各处于一个风道内；所述太阳能发电板位于单元墙体最外侧；所述隔板处于单元墙体最内侧。

2.如权利要求1所述的多工况节能墙体，其特征在于，所述半导体制冷片为多个，均匀间隔布置在单元墙体的轴的上下两侧，半导体制冷片之间的空间加入隔热棉，隔热棉的厚度与半导体制冷片的厚度相同。

3.如权利要求2所述的多工况节能墙体，其特征在于，所述半导体制冷片的两侧以及隔热棉的两侧均布满所述散热器肋片。

4.如权利要求1所述的多工况节能墙体，其特征在于，所述单元墙体的上下表面呈倾斜式阶梯状。

5.如权利要求1所述的多工况节能墙体，其特征在于，所述太阳能发电板与外侧的肋片散热器之间有一定的空间，所述空间和肋片散热器之间的间隙组成一个所述风道，所述隔板与内侧的肋片散热器之间形成另一风道。

6.如权利要求1所述的多工况节能墙体，其特征在于，所述太阳能发电板的四周均有橡胶条。

7.如权利要求1所述的多工况节能墙体，其特征在于，还包括有采光单元墙体，所述采光单元墙体轴线处采用单层中空玻璃，在最外侧两侧采用单层玻璃。

8.如权利要求1所述的多工况节能墙体，其特征在于，还包括两个风帽，设在整面多工况墙体的上下端，上部的风帽的外侧有一向外延伸的岩板，该岩板的最外侧有一滴水线，内侧有向内扩大的喇叭口；下部的风帽的外侧也有一向外延伸的岩板，该下部风帽的外侧的岩板的上表面具有向外的倾角，内侧有向内扩大的喇叭口。

9.如权利要求1所述的多工况节能墙体，其特征在于，还包括有功能切换机构，所述功能切换机构用于控制单元墙体是处于制冷制热或通风状态，当需要制冷或制热时，控制单元墙体闭合，形成封闭的一堵墙；当需要通风时，切换墙体至倾斜状态，与室外通风；

所述功能切换机构包括水平连杆、齿轮；所述水平连杆穿过单元墙体的轴心与单元墙体固定，所述水平连杆的两端与混凝土墙体内的轴承连接；一个所述齿轮套在所述水平连杆的一侧并与所述水平连杆焊接；多个所述水平连杆通过一根齿条连接电机输出轴上的齿轮。

10.如权利要求9所述的多工况节能墙体，其特征在于，还包括有电路控制模块，所述电路控制模块用于控制电机的转动、半导体制冷片的工作、太阳能发电板的工作和内部电源与市政电网的切换；

所述电路控制模块包括传感器模块、用于内部电源与市政电网的切换控制的电路切换模块和用于对传感器模块采集的数据处理的数据处理模块；

所述传感器模块包括综合进行实时监测环境数据的大气的温度、湿度、PM2.5传感器、室内的温湿度传感器、肋片散热器的温度传感器、辐射强度传感器。

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