CN211369287U - 一种建筑能量回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种建筑能量回收利用系统，包括太阳能利用系统和雨水回用系统，所述雨水回用系统包括设于屋顶一侧的雨水槽、设于屋顶下方的水保温隔层和设于地面的储水池，雨水槽与储水池通过雨水管连通；储水池中设有水井，水井中的水通过潜水泵与水保温隔层连通；太阳能利用系统包括设于屋顶顶面的光伏板屋架，光伏板屋架上设有太阳能光伏板，太阳能光伏板电性连接所述潜水泵，所述光伏板屋架与水保温隔层共同调节建筑内部温度。本实用新型将太阳能转化为电能，提供给建筑能量综合利用系统中的用电设备，使建筑物内部达到冬暖夏凉、能耗自给自足的效果，通过将雨水收集利用，吸收利用太阳能源和地下能源等自然能源实现节能环保。

Description

一种建筑能量回收利用系统

技术领域

本实用新型涉及生态节能建筑领域，尤其涉及一种建筑能量回收利用系统。

背景技术

当今世界，人口剧增，资源锐减，生态失衡，环境遭到严重破坏，人类生存和发展与全球的环境问题愈演愈烈，生态危机几乎到了一触即发的程度。在严峻的现实面前，能源价格飙升、温室效应加剧、能源供需形势不断恶化、能源短缺和环境问题成为当先全球面对的重要现状。

目前全世界的淡水资源仅占其总水量的2.5％，其中70％以上被冻结在南极和北极的冰盖中，加上难以利用的高山冰川和永冻积雪，有86％的淡水资源难以利用。人类真正能够利用的淡水资源是江河湖泊和地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26％.目前，全世界有1/6的人口、约10亿多人缺水。专家估计，到2025年世界缺水人口将超过25亿。

同时，如不尽快采取实质行动，未来100年全球平均气温将上升3-6摄氏度，海平面上升15-35米，导致接近一半的生物物种灭绝，并造成巨大经济社会损失。如此严峻的形势将迫使野蛮粗放的能源消费方式逐渐被可持续能源发展利用所取代，推动世界经济逐步转向低碳经济直到氢经济。

生态建筑简称是根据当地的自然生态环境，运用生态学、建筑技术科学的基本原理和现代科学技术手段等，合理安排并组织建筑与其他相关因素之间的关系，使建筑和环境之间成为一个有机的结合体，同时具有良好的室内气候条件和较强的生物气候调节能力，以满足人们居住生活的环境舒适，使人、建筑与自然生态环境之间形成一个良性循环系统。

专利201410816859X公开了一种生态、节能雨水回用系统，包括生物滞留设施、渗透排放设施、光电转换装置、紫外消毒装置。其中进行雨水处理的生物滞留设施主要包括覆盖层、植被层、填料层、砾石层、集水管，过滤网和出水管；生物滞留设施来不及渗透的雨水由渗透排放设施排除，它由雨水口、渗透式雨水检查井和渗透—排放一体式管道构成。光电转换装置中的光伏面板、控制器、蓄电池分别与水泵和紫外灯连成一个回路。紫外消毒装置主要包括多级石英管和紫外灯，紫外灯设在石英管中，对过流的水进行消毒。该方法雨水回收效率低，节能效果单一，无法做到对整屋能源的合理分配利用。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种环保节能的能量交换井及雨水回用系统。

为了实现以上目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种建筑能量回收利用系统，包括太阳能利用系统和雨水回用系统，其特征在于，所述雨水回用系统包括设于屋顶一侧的雨水槽、设于屋顶下方的水保温隔层和设于地面的储水池，雨水槽与储水池通过雨水管连通；所述储水池中设有水井，水井中的水通过潜水泵与水保温隔层连通；所述水井下部设有孔洞，所述水井周围铺设圆环状过滤层，过滤层上层为溪石过滤层，过滤层下层为散石过滤层，储水池中的雨水通过池底、溪石过滤层和散石过滤层渗透到水井中；

所述太阳能利用系统包括设于屋顶顶面的光伏板屋架，光伏板屋架上设有太阳能光伏板，太阳能光伏板电性连接所述潜水泵，

所述光伏板屋架与水保温隔层共同调节建筑内部温度。

进一步的，所述储水池长为15m、宽为8m、深度为2m，所述水井深度为13m、直径为3m，所述水井下方3米为预制含孔洞的混凝土水井。

进一步的，所述水井周围铺设内径为3m，外径9m的圆环状过滤层，过滤层上层为6m深的溪石过滤层，下层为5m深的散石过滤层。

进一步的，所述水保温隔层中安装有浮球阀联动装置，当水保温隔层中的水位达到一定高度时，浮球阀上升，潜水泵关闭。一定高度是指水位不会满溢为止。

进一步的，所述会用系统还包括水保温隔层，水保温隔层中安装有浮球阀联动装置，所述水保温隔层设于屋顶下方，所述水井内设有潜水泵，室外温差大时，将水井中的水通过潜水泵抽至屋顶下方的水保温隔层中。室外温差大是指如夏季的白天，或者是冬季的夜晚等室内外温差大，且井水温度适中，益于作为保温的时候。

进一步的，所述光伏板屋架为坡屋顶样式，太阳能光伏板设于光伏板屋架的南坡、东坡和西坡，所述太阳能光伏板还与建筑内部用电设备电性连接。

进一步的，光伏板屋架包括倾斜设置的钢龙骨骨架，所述光伏板屋架包括倾斜设置的钢龙骨骨架，所述钢龙骨骨架固定于房屋外墙柱上，所述钢龙骨骨架设有太阳能光伏板的安装区，安装区以外的钢龙骨骨架上铺设有轻质隔板。倾斜设置是指钢龙骨骨架搭建成斜坡式的屋顶。

进一步的，所述太阳能光伏板嵌入所述安装区内，太阳能光伏板的四周以及轻质搁板之间粘接结构胶。

进一步的，所述水保温隔层与光伏板屋架之间设有一层拼接式保温搁板，所述拼接式保温搁板采用不锈钢型钢和轻质隔板组成。

进一步的，雨水槽顶部开放且环布在屋顶周围。

进一步的，太阳能光伏板为多晶硅式太阳能光伏板。

采用本实用新型技术方案，本实用新型的有益效果为：与现有技术相比，本实用新型将太阳能转化为电能，将此电能提供给建筑能量综合利用系统中的用电设备，太阳能光伏板的发电装置可进行辅助供电，以进一步降低能耗，并将此电能提供给井中潜水泵的运行和整个建筑物的电能消耗，并使建筑物内部达到冬暖夏凉、能耗自给自足的效果。本实用新型方法形成了一种建筑能量综合利用系统，通过将雨水收集利用，充分吸收利用太阳能源和地下能源等自然能源实现节能环保。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种建筑能量回收利用系统应用示意图；

图2是本实用新型提供的一种建筑能量回收利用系统中水井示意图；

图3是本实用新型提供的一种建筑能量回收利用系统中太阳能光伏板安装图；

图4是本实用新型提供的一种建筑能量回收利用系统中太阳能光伏板安装放大图；

图5是本实用新型提供的一种建筑能量回收利用系统中光伏板屋架俯视图；

图6是本实用新型提供的一种建筑能量回收利用系统应用局部示意图；

图7是本实用新型提供的一种建筑能量回收利用系统中保温隔板安装示意图；

图8是本实用新型提供的一种建筑能量回收利用系统模拟的日照效率图；

图9是本实用新型提供的一种建筑能量回收利用系统中潜水泵参数选择图。

其中，1、储水池，2、雨水槽，3、太阳能光伏板，4、光伏板屋架，5、水井，6、含孔洞的混凝土水井，7、溪石过滤层，8、散石过滤层，9、钢龙骨骨架，10、雨水管，11、保温隔板，12、轻质隔板，13、潜水泵。

具体实施方式

结合附图对本实用新型具体方案具体实施例作进一步的阐述。

如图所示，一种建筑能量回收利用系统，包括太阳能利用系统和雨水回用系统，所述雨水回用系统包括设于屋顶一侧的雨水槽2、设于屋顶下方的水保温隔层和设于地面的储水池1，雨水槽2与储水池1通过雨水管10连通；所述储水池1中设有水井，水井5中的水通过潜水泵13与水保温隔层连通；

所述太阳能利用系统包括设于屋顶顶面的光伏板屋架4，光伏板屋架4上设有太阳能光伏板3，太阳能光伏板3电性连接所述潜水泵13，

所述光伏板屋架4与水保温隔层共同调节建筑内部温度。太阳能光伏板3为多晶硅式太阳能光伏板3。

所述水井5下部设有孔洞，所述水井5周围铺设圆环状过滤层，过滤层上层为溪石过滤层7，过滤层下层为散石过滤层8，储水池1中的雨水通过池底、溪石过滤层7和散石过滤层8渗透到水井5中。溪石溪流中的石头或端溪砚石。雨水槽2顶部开放且环布在屋顶周围。

所述水保温隔层设于屋顶下方，所述水井5内设有潜水泵13，所述水保温隔层中安装有浮球阀联动装置，当水保温隔层中的水位达到一定高度时，浮球阀上升，潜水泵关闭。雨水进入储水池1，储水池1建造水井5，雨水通过池底和水井5周围的溪石过滤层7渗透到水井5中，到达水井5中时温度恒定，潜水泵13抽该井水至屋顶的水保温隔层中，调节建筑物的顶部温度。

室外温差大时，将水井5中的水通过潜水泵13抽至屋顶下方的水保温隔层中。室外温差大是指如夏季的白天，或者是冬季的夜晚等室内外温差大，且井水温度适中，益于作为保温的时候。

所述光伏板屋架4为坡屋顶样式，太阳能光伏板3设于光伏板屋架的南坡、东坡和西坡，所述太阳能光伏板还与建筑内部用电设备电性连接。在南半球时，太阳能光伏板3设于屋顶北坡、东坡和西坡。

光伏板屋架4包括倾斜设置的钢龙骨骨架9，所述钢龙骨骨架9固定于房屋外墙柱上，所述钢龙骨骨架9设有太阳能光伏板3的安装区，安装区以外的钢龙骨骨架9上铺设有轻质隔板12。所述水保温隔层与光伏板屋架4之间设有一层拼接式保温搁板，所述拼接式保温搁板采用不锈钢型钢和轻质隔板组成，用于减少水保温隔层的水蒸发，并且便于检修太阳能光伏板3。太阳能光伏板3遮挡夏季太阳能直射带来的热量，且为建筑物供电，同时为潜水泵13供电。

所述太阳能光伏板3嵌入所述安装区内，太阳能光伏板3的四周以及轻质搁板之间粘接结构胶。

具体的，以图中的建筑模型为实施例，如图1、图2所示，建筑物模型上方设有用于收集雨水的雨水槽2以及与该雨水槽2连通的DN50雨水管10，雨水槽2顶部开放且环布在屋顶周围。将收集的雨水储存长为15m、宽为8m、深度为2m的储水池1中，所述水井5深度为13m、直径为3m，所述水井5上部10米为预制混凝土水井，所述水井5下部3米为预制含孔洞的混凝土水井6。所述水井5周围铺设内径为3m，外径9m的圆环状过滤层，过滤层上层为6m深的溪石过滤层7，下层为5m深的散石过滤层8。建筑物屋顶下部设有高度为300mm面积为147.88m²的水保温隔层。在水保温隔层的上方，有一层保温隔板11，保温隔板11采用不锈钢型钢隔板，不锈钢型钢的规格是25*50，厚度为5mm，保温隔板11为1000mm*1000mm,厚度为50mm。

水保温隔层面积计算：14.9×14.6-10.8×1.8-9.3×5.4＝147.88m²。

水保温隔层容积计算：147.88×0.3＝44.364m³。

储存在池塘中的雨水通过池底和水井5周围的溪石过滤层7、散石过滤层8渗透到水井5中，并在渗透的过程中将热量通过大地散发出去进行降温，等到达井中时变为温度较为恒定的井水。利用储备的雨水在夏季白天和冬季夜晚时将井内温度较为恒定的井水通过井中的潜水泵13抽到屋顶下的水保温隔层中，水保温隔层中安装了一个浮球阀联动装置，当水位到达一定要求时，浮球阀上升，引发水泵启动开关关闭，水保温隔层则进行建筑物的顶部温度调节，从而降低夏季白天和冬季夜晚建筑物从顶部散发的冷热负荷能耗。

潜水泵13的参数选择如图9所示。

利用本实用新型系统，计算夏季节省能耗举例如下：

设K，水保温隔层上层楼板的传热系数；选取0.65W/(m2.℃)；

设F，水保温隔层上层楼板的传热面积；预设为147.88㎡；

tn，水温温度；预设为18℃；

twn，闷顶温度；预设为40℃；

α，水保温隔层上层楼板的温差修正系数；选取0.9；

T，一天换热时间；预设为10h。

一天节省电量：

Q＝αKF(twn-tn)＝0.9×0.65×147.88×(40-18)＝1903.2w；

1.9032kw×10h＝19.032kw.h/天。

计算冬季节省能耗举例如下：

设K，水保温隔层上层楼板的传热系数；选取0.65W/(m2.℃)；

设F，水保温隔层上层楼板的传热面积；预设为147.88㎡；

tn，水温温度；预设为18℃；

twn，闷顶温度；预设为10℃；

α，水保温隔层上层楼板的温差修正系数；选取0.9；

T，一天换热时间；预设为10h。

一天节省电量：

Q＝αKF(tn-twn)＝0.9×0.65×147.88×(18-10)＝692.08w

0.692kw×10h＝6.92kw.h/天

综上计算，夏季一天水保温隔层能够减少大约19.032kw.h电量的损耗，冬季一天水保温隔层能够减少大约6.92kw.h电量的损耗。

一般建筑用电设备采用的都是市电供电，而本模型的太阳能光伏板3的发电装置可进行辅助供电，以进一步降低能耗。并将此电能提供给井中潜水泵13的运行和整个建筑物的电能消耗，而且还可以把富余的电能提供给市电供电系统。使建筑物内部达到冬暖夏凉、能耗自给自足的效果。这种房屋建筑形式形成了一种建筑能量综合利用系统，通过将雨水收集利用，分吸收利用太阳能源和地下能源等自然能源实现节能环保。

如图3、图4所示，在建筑物屋顶的南坡、东坡和西坡安装多晶硅式1500mm*750mm太阳能光伏板3。为了能够使太阳能光伏板3产生足够的的电量，在水保温层上设置一个坡屋顶式的光伏板屋架4。一方面增加了屋顶上光伏板的放置数量，另一方面使得整幢建筑物美观度有了提升。

先将规格为25*50，厚度为5mm的H型不锈钢型钢进行焊接，搭建钢龙骨骨架9，然后将钢龙骨骨架9固定在外墙柱上，整个龙骨的承重由外墙柱来受力。并且预留出放置太阳能光伏板3的安装区，其余未安装太阳能光伏板3的位置，用厚度为20-30mm的轻质隔板12将其铺满，轻质隔板12用螺栓固定在钢龙骨骨架9上，轻质隔板12之间的缝隙用密封结构胶进行粘接，防止雨水渗漏进去。在将坡屋顶式的光伏板屋架4建造好后，再将太阳能光伏板3一个个嵌入屋顶之中，并在光伏板四周打上结构胶，做好防水措施。

在夏季通过光伏板的遮挡，减少夏季太阳直射所带来的热量，进一步降低夏季房屋中冷负荷的消耗。并将屋顶太阳直射的太阳能通过光伏板转换为电能，将原本夏季不利的太阳能转化为所需要的电能，将此电能提供给建筑能量综合利用系统中的用电设备，用电设备可以是潜水泵13、电动控制阀、传感器或照明、监控等设备。

通过相关资料查阅以及进行计算发现，该光伏板和光伏薄膜的发电量以及发电效率十分高效。通过光伏板发电，一来能够保证建筑物内部必要的电能使用，供整个系统的用电设备使用。二来还会产生较多富余电能，可以进行能源的转卖，充分将能源最高层次的利用，单晶硅、多晶硅、薄膜比较如下表：

表1

现市面上太阳板常见的有3种：单晶硅式，多晶硅式，薄膜式。

光伏板发电量计算：

日照效率假设如图8所示，

南坡日照效率100％，南坡安装了32块多晶硅式1500mm*750mm太阳能光伏板3，夏季一天日照时间按8小时计算，

0.15kw/h×8h×32＝38.4kw.h/天。

东坡日照效率93.9％，东坡安装了25块多晶硅式1500mm*750mm太阳能光伏板3，夏季一天日照时间按8小时计算，

0.15kw/h×8h×25×93.9％＝28.17kw.h/天。

西坡日照效率93.9％，西坡安装了25块多晶硅式1500mm*750mm太阳能光伏板3，夏季一天日照时间按8小时计算，

0.15kw/h×8h×25×93.9％＝28.17kw.h/天。

理论所有光伏板发电量：38.4+28.17+28.17＝94.74kw.h/天，

实际所有光伏板发电量：能量转换效率和消耗按30％计算，

94.74×(1-30％)＝66.318kw.h/天。

综上计算，所有光伏板一天实际发电量为66.318kw.h。

潜水泵13耗电量计算和抽完水后储水池1液面下降高度计算如下：

水泵耗电量计算：

水泵流量：4.17L/s＝15.012m³/h；

抽水时间：44.364÷15.012≈3h；

耗电量：2.2×3＝2.2kw.h；

水池容积：15×8×2＝240m³；

水井5容积：(13-2)×π×1.52＝77.715m³；

液面下降高度：2-[(240-44.364)÷15×8]≈0.4m。

综上计算，每抽一次水耗电2.2kw.h，储水池1液面下降约0.4m，屋顶光伏板一天发电量约为66.318kw.h，经过比较，发电量完全足够支持设备运行，电量还有富余。

由此可见，本建筑物模型能高效利用雨水储备，进而达到建筑物内部的温度调节，能源利用率高，节能高效。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种建筑能量回收利用系统，包括太阳能利用系统和雨水回用系统，其特征在于，所述雨水回用系统包括设于屋顶一侧的雨水槽、设于屋顶下方的水保温隔层和设于地面的储水池，雨水槽与储水池通过雨水管连通；所述储水池中设有水井，水井中的水通过潜水泵与水保温隔层连通；所述水井下部设有孔洞，所述水井周围铺设圆环状过滤层，过滤层上层为溪石过滤层，过滤层下层为散石过滤层，储水池中的雨水通过池底、溪石过滤层和散石过滤层渗透到水井中；

所述太阳能利用系统包括设于屋顶顶面的光伏板屋架，光伏板屋架上设有太阳能光伏板，太阳能光伏板电性连接所述潜水泵，

所述光伏板屋架与水保温隔层共同调节建筑内部温度。

2.如权利要求1所述的一种建筑能量回收利用系统，其特征在于，所述储水池长为15m、宽为8m、深度为2m，所述水井深度为13m、直径为3m，所述水井下方3米为预制含孔洞的混凝土水井。

3.如权利要求1所述的一种建筑能量回收利用系统，其特征在于，所述水井周围铺设内径为3m，外径9m的圆环状过滤层，过滤层上层为6m深的溪石过滤层，下层为5m深的散石过滤层。

4.如权利要求3所述的建筑能量回收利用系统，其特征在于，所述水保温隔层中安装有浮球阀联动装置，当水保温隔层中的水位达到一定高度时，浮球阀上升，潜水泵关闭。

5.如权利要求3所述的建筑能量回收利用系统，其特征在于，所述光伏板屋架为坡屋顶样式，太阳能光伏板设于光伏板屋架的南坡、东坡和西坡，所述太阳能光伏板还与建筑内部用电设备电性连接。

6.如权利要求5所述的建筑能量回收利用系统，其特征在于，所述光伏板屋架包括倾斜设置的钢龙骨骨架，所述钢龙骨骨架固定于房屋外墙柱上，所述钢龙骨骨架设有太阳能光伏板的安装区，安装区以外的钢龙骨骨架上铺设有轻质隔板。

7.如权利要求6所述的建筑能量回收利用系统，其特征在于，所述太阳能光伏板嵌入所述安装区内，太阳能光伏板的四周以及轻质搁板之间粘接结构胶。

8.如权利要求7所述的建筑能量回收利用系统，其特征在于，所述水保温隔层与光伏板屋架之间设有一层拼接式保温搁板，所述拼接式保温搁板采用不锈钢型钢和轻质隔板组成。

9.如权利要求1所述的建筑能量回收利用系统，其特征在于，所述太阳能光伏板为多晶硅式太阳能光伏板。

10.如权利要求1所述的建筑能量回收利用系统，其特征在于，所述雨水槽顶部开放且环布在屋顶周围。

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