CN220524375U - 一种环形热管耦合毛细管式光伏光热节能墙系统 - Google Patents
一种环形热管耦合毛细管式光伏光热节能墙系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种环形热管耦合毛细管式光伏光热节能墙系统，集太阳能光电、光热利用，热水制备与空气调节于一体，实现建筑节能、低碳运行，改善建筑热舒适度，并提高室内空气品质。该节能墙体系统包括基层墙体、空气间层、环形热管冷却型光伏板层和热水水箱，环形热管冷却型光伏板层包括环形热管集热侧和光伏板，环形热管集热侧下部填充有低沸点工质；空气间层内设有横向导风板和环形热管集液侧管道，其底端与环形热管集热侧管道连通，顶端通过旁路A与环形热管集液侧管道连通，通过旁路B上的沉浸式换热器和设有毛细管的管路C与环形热管集液侧管道连通；旁路A、B和管路C上均分别设有截止阀。
Description
技术领域
本实用新型属于建筑新能源利用和建筑节能技术领域，具体涉及一种集太阳能光电光热利用、热水制备与空气调节功能于一体的环形热管耦合毛细管式节能墙系统。
背景技术
近年来，建筑太阳能光伏一体化技术得到了广泛应用，但普通光伏板只能将入射太阳辐射的4-17％转换为电能，超过50％的太阳辐射转换成热能被光伏板吸收，导致光伏板温度升高，光电转化效率下降，同时会影响光伏板的寿命。
实用新型内容
针对上述现有技术，本实用新型提供一种环形热管耦合毛细管式光伏光热节能墙系统，以期实现以下目的(1)为建筑全年提供清洁电能与生活热水；(2)解决太阳能光伏板工作时背面过热的问题，提高光伏板发电效率并延长使用寿命；(3)为建筑内部及时输送新风，提升室内空气品质的同时尽可能地降低建筑冷热负荷。
为了解决上述技术问题，本实用新型提出的一种环形热管耦合毛细管式光伏光热节能墙系统，包括位于墙体顶部的热水水箱，所述墙体包括基层墙体，所述热水水箱内设有沉浸式换热器；所述基层墙体外侧依次设有空气间层和环形热管冷却型光伏板层；所述环形热管冷却型光伏板层包括自内向外依次布置的欧松板、保温材料层、环形热管集热侧和光伏板，所述环形热管集热侧包括环形热管集热侧管道；所述空气间层的两侧内壁上设有上下交错布置的横向导风板，所述空气间层内设有穿插于所述横向导风板的环形热管集液侧管道，所述环形热管集液侧管道的底部与所述环形热管集热侧管道的底部连通；所述环形热管集热侧管道上穿插有紧贴所述光伏板的背面的换热翅片，所述环形热管集热侧管道的下部空间内填充有液态低沸点工质；所述环形热管集热侧管道的顶端通过管接头分为旁路A和旁路B，所述旁路A与所述的环形热管集液侧管道连通，所述旁路B连接至所述沉浸式换热器的进口，所述沉浸式换热器的出口通过管路C与所述环形热管集液侧管道连通；所述旁路A上设有第一截止阀，所述旁路B上设有第二截止阀，所述管路C上自所述沉浸式换热器的出口至所述环形热管集液侧管道依次设有毛细管和第三截止阀；所述环形热管冷却型光伏板层的顶部设有通向所述空气间层的室外排风口，所述基层墙体的顶部设有通向所述空气间层的室内送风口；所述墙体的底部设有贯通室内外的室外新风口和室内回风口，所述室外新风口与室内回风口之间设有空气过滤器和通向所述空气间层的引风机。
进一步讲，本实用新型所述的环形热管耦合毛细管式光伏光热节能墙系统，其中：
所述空气间层内，由上下交错布置的横向导风板形成沿所述空气间层竖向的波浪形导风通道。
所述室外排风口、室内送风口、室外新风口和室内回风口处均分别设有风量调节阀。
所述引风机位于新风-回风混合段。
所述光伏板产生的电能通过输送装置供给建筑使用或并入电网。
所述热水水箱连接至用户的热水管道。
与现有技术相比，本实用新型提出的环形热管耦合毛细管式光伏光热节能墙系统实现了建筑对太阳能的高效利用，为用户提供全年生活用电与热水，提高室内空气品质，具体有益效果如下：
(1)本实用新型的墙体系统中的环形热管基于热管热回收原理，采用低沸点工质代替传统冷却介质水，通过低沸点工质气化吸热，既解决了光伏板工作时背部余热聚集导致发电效率低的问题，又利用相态变化时的潜热进行吸热/放热，提高换热效率，充分回收利用余热。此外低沸点工质不需要输送泵仅靠重力作用即可完成循环，实现了能源的清洁高效利用。
(2)毛细管在夏季根据需要对经过热水水箱放热后的工质进一步实施节流降压降温，使其温度低于空气间层中的空气温度，从而起到一定的冷却空气的作用，在增加室外新风改善室内空气品质的同时降低室内空调负荷增量。
(3)夏季工况下环形热管内部的低沸点工质与热水水箱内的低温水进行充分换热，供给生活热水。
附图说明
图1为本实用新型提出的节能墙体系统剖面图；
图2为图1中所示环形热管式冷却型光伏板层的细部构造图；
图3为图1中所示环形热管式冷却型光伏板层集热侧构造图；
图4为图1中所示环形热管式冷却型光伏板层集液侧构造图。
图中：
1-环形热管冷却型光伏板层 2-空气间层 3-基层墙体
4-室外新风口 5-室内回风口 6-空气过滤器
7-风量调节阀 8-引风机 9-保温材料层
10-欧松板 11-光伏板 12-环形热管集热侧管道
13-环形热管集液侧管道 14-横向导风板 15-室外排风口
16-室内送风口 171-第一截止阀 172-第二截止阀
173-第三截止阀 18-热水水箱 19-沉浸式换热器
20-毛细管 21-换热翅片
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。
本实用新型提出的一种环形热管耦合毛细管式光伏光热节能墙系统，如图1所示，该节能墙体系统包括墙体和位于墙体顶部的热水水箱18。所述热水水箱18内设有沉浸式换热器19。
所述墙体包括基层墙体3，所述基层墙体3外侧依次设有空气间层2和环形热管冷却型光伏板层1。
如图1和图2所示，所述环形热管冷却型光伏板层1包括自内向外依次布置的欧松板10、保温材料层9、环形热管集热侧和光伏板11，所述环形热管集热侧包括环形热管集热侧管道12；所述空气间层2的两侧内壁上设有上下交错布置的横向导风板14，在所述空气间层2内，由上下交错布置的横向导风板14形成沿所述空气间层2竖向的波浪形导风通道，增强扰动作用，有效提高换热效率。所述空气间层2内设有穿插于所述横向导风板14(即位于波浪形导风通道中)的环形热管集液侧管道13，所述环形热管集液侧管道13的底部与所述环形热管集热侧管道12的底部连通；所述环形热管集热侧管道12上穿插有紧贴所述光伏板11的背面的换热翅片21，以增强换热。所述环形热管集热侧管道12的下部空间内填充有液态低沸点工质；所述环形热管集热侧管道12的顶端通过管接头分为旁路A和旁路B，如图1和图2所示，所述旁路A与所述的环形热管集液侧管道13连通，所述旁路A上设有第一截止阀171，集热侧即环形热管集热侧管道12下端的液态工质吸热气化后通过顶端旁路A进入集液侧即环形热管集液侧管道13，气态工质在环形热管集液侧管道13上端放热后靠重力作用自回流至其下端；如图1和图3所示，所述旁路B连接至所述沉浸式换热器19的进口，所述旁路B上设有第二截止阀172；如图1和图4所示，所述沉浸式换热器19的出口通过管路C与所述环形热管集液侧管道13连通，所述管路C上自所述沉浸式换热器19的出口至所述环形热管集液侧管道依次设有毛细管20和第三截止阀173。气态工质与热水水箱18中的低温水换热后，通过毛细管20降压降温后进入所述环形热管集液侧管道13，部分气化的工质逆流回热水水箱18进行二次降温，冷凝后的工质靠重力作用自回流至所述环形热管集液侧管道13底部，进入下一工作循环。
如图1和图2所示，所述环形热管冷却型光伏板层1的顶部设有通向所述空气间层2的室外排风口15，所述基层墙体3的顶部设有通向所述空气间层2的室内送风口16；所述墙体的底部设有贯通室内外的室外新风口4和室内回风口5，所述室外排风口15、室内送风口16、室外新风口4和室内回风口5处均分别设有风量调节阀7。所述室外新风口4与室内回风口5之间设有空气过滤器6和通向所述空气间层2的引风机8，所述引风机8位于新风-回风混合段。
本实用新型中，所述热水水箱18连接至用户的热水管道，可以为用户提供生活用热水，所述光伏板11吸收太阳辐射能转化为电能，产生的电能通过输送装置供给建筑使用或并入电网。
本实用新型将环形热管式冷却型光伏板层1、空气间层2与基层墙体3组合形成新型复合节能墙体，集太阳能光电、光热利用，热水制备与空气调节于一体，实现建筑节能、低碳运行，改善建筑热舒适度，并提高室内空气品质。本实用新型节能墙体系统包括冬季运行模式、夏季运行模式和过渡季运行模式，具体运行模式如下：
冬季运行模式：冬季时打开第一截止阀171，关闭第二截止阀172和第三截止阀173，环形热管集热侧下端的液态低沸点工质吸收光伏板背部聚集的热量气化，对光伏板11进行高效冷却，提高发电效率，光伏板11产生的电能提供给建筑使用或并入电网。吸热气化后的工质通过第一截止阀171进入环形热管集热侧顶端的旁路A，进入位于空气间层2的环形热管集液侧，与引入空气进行充分换热，提高空气温度的同时，工质换热冷凝，并靠重力作用自回流至环形热管换热侧下端，完成热管系统循环。当室内空气品质较好时，开启基层墙体3底部的室内回风口5与顶部室内送风口16，关闭空气间层2底部的室外新风口4与顶部的室外排风口15，空气间层2内仅有室内回风与环形热管进行换热；当室内空气品质较差时，开启空气间层2底部的室外新风口4、基层墙体3底部的室内回风口5与顶部室内进风口16，关闭顶部室外排风口15，空气间层2内的室内回风和室外新风混合后与环形热管进行换热，由空气间层2底部引入的空气受到导风板的扰动作用，在空气间层2内呈波浪式上升，与环形热管集液侧管道13进行充分换热，最终由室内送风口16引入室内。与环形热管换热后的空气不仅能够有效提升室内空气品质，并且减小了引入室外新风带来的建筑热负荷增量。
夏季运行模式：夏季时打开第二截止阀172和第三截止阀173，关闭第一截止阀171，环形热管集热侧下端的液态低沸点工质吸收光伏板11背部聚集的热量气化，对光伏板11进行高效冷却，提高发电效率，产生的电能提供给建筑使用或并入电网。吸热气化后的工质通过第二截止阀172进入环形热管集热侧顶端的旁路B，进入热水水箱18内部的沉浸式换热器19，与热水水箱18内部的低温水进行充分换热，提高水温，供给生活热水，同时换热降温后的低沸点工质通过管路C流经毛细管20进行节流降压降温，进入位于空气间层2的环形热管集液侧与空气进行换热，降低空气温度，部分气化的工质逆流回热水水箱进行二次降温，工质换热冷凝后靠重力作用自回流至环形热管换热侧下端，完成热管系统循环。当室内空气品质较好时，开启基层墙体3底部的室内回风口5与顶部室内送风口16，关闭空气间层2底部的室外新风口4与顶部室外排风口15，空气间层2内仅有室内回风与环形热管集液侧进行换热；当室内空气品质较差时，开启空气间层2底部的室外新风口4、基层墙体3底部的室内回风口5与顶部的室内送风口16，关闭顶部的室外排风口15，空气间层2内的室内回风和室外新风混合后与环形热管集液侧进行换热，由空气间层2底部引入的空气受到导风板的扰动作用，在空气间层2内呈波浪式上升，与环形热管进行充分换热，最终由室内送风口16引入室内。与环形热管换热后的空气不仅能够有效提升室内空气品质，并且减小了引入室外新风带来的建筑冷负荷增量。夜间可开启所有风口(室外排风口15、室内送风口16、室外新风口4和室内回风口5)，受烟囱效应迫动，有序组织室内外空气流动，降低室内空气温度。
过渡季运行模式：在春秋过渡季，当室外气温低于室内气温时，运行模式同冬季运行模式；当室外气温高于室内气温时，运行模式同夏季运行模式。
尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (6)
1.一种环形热管耦合毛细管式光伏光热节能墙系统，包括位于墙体顶部的热水水箱(18)，所述墙体包括基层墙体(3)，其特征在于，
所述热水水箱(18)内设有沉浸式换热器(19)；
所述基层墙体(3)外侧依次设有空气间层(2)和环形热管冷却型光伏板层(1)；
所述环形热管冷却型光伏板层(1)包括自内向外依次布置的欧松板(10)、保温材料层(9)、环形热管集热侧和光伏板(11)，所述环形热管集热侧包括环形热管集热侧管道(12)；所述空气间层(2)的两侧内壁上设有上下交错布置的横向导风板(14)，所述空气间层(2)内设有穿插于所述横向导风板(14)的环形热管集液侧管道(13)，所述环形热管集液侧管道(13)的底部与所述环形热管集热侧管道(12)的底部连通；
所述环形热管集热侧管道(12)上穿插有紧贴所述光伏板(11)的背面的换热翅片(21)，所述环形热管集热侧管道(12)的下部空间内填充有液态低沸点工质；
所述环形热管集热侧管道(12)的顶端通过管接头分为旁路A和旁路B，所述旁路A与所述的环形热管集液侧管道(13)连通，所述旁路B连接至所述沉浸式换热器(19)的进口，所述沉浸式换热器(19)的出口通过管路C与所述环形热管集液侧管道(13)连通；
所述旁路A上设有第一截止阀(171)，所述旁路B上设有第二截止阀(172)，所述管路C上自所述沉浸式换热器(19)的出口至所述环形热管集液侧管道(13)依次设有毛细管(20)和第三截止阀(173)；
所述环形热管冷却型光伏板层(1)的顶部设有通向所述空气间层(2)的室外排风口(15)，所述基层墙体(3)的顶部设有通向所述空气间层(2)的室内送风口(16)；
所述墙体的底部设有贯通室内外的室外新风口(4)和室内回风口(5)，所述室外新风口(4)与室内回风口(5)之间设有空气过滤器(6)和通向所述空气间层(2)的引风机(8)。
2.根据权利要求1所述的环形热管耦合毛细管式光伏光热节能墙系统，其特征在于，所述空气间层(2)内，由上下交错布置的横向导风板(14)形成沿所述空气间层(2)竖向的波浪形导风通道。
3.根据权利要求1所述的环形热管耦合毛细管式光伏光热节能墙系统，其特征在于，所述室外排风口(15)、室内送风口(16)、室外新风口(4)和室内回风口(5)处均分别设有风量调节阀。
4.根据权利要求1所述的环形热管耦合毛细管式光伏光热节能墙系统，其特征在于，所述引风机(8)位于新风-回风混合段。
5.根据权利要求1所述的环形热管耦合毛细管式光伏光热节能墙系统，其特征在于，所述光伏板(11)产生的电能通过输送装置供给建筑使用或并入电网。
6.根据权利要求1所述的环形热管耦合毛细管式光伏光热节能墙系统，其特征在于，所述热水水箱(18)连接至用户的热水管道。
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| GR01 | Patent grant | ||
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