CN2906459Y - 基于光热以及光伏综合利用的太阳能建筑一体化阳台 - Google Patents

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Abstract

一种节能技术领域的基于光热以及光伏综合利用的太阳能建筑一体化阳台，包括：太阳能阳台封闭系统、太阳能热水管道系统、换热盘管、循环水泵、直流电池、直流电池充电控制器、电路、蓄热水箱以及电加热盘管。太阳能阳台封闭系统、换热盘管、蓄热水箱以及循环水泵通过太阳能热水管道系统连接，形成太阳能集热系统。太阳能阳台封闭系统、直流电池、直流电池充电控制器以及循环水泵通过电路连接，形成太阳能光伏系统。本实用新型集太阳能热水供应、太阳能光伏发电功能于一体，将太阳能利用装置与阳台围护结构有机复合在一起，提高热水系统的太阳能利用率，可极大地促进太阳能建筑一体化进程。

Description

基于光热以及光伏综合利用的太阳能建筑一体化阳台
技术领域
本实用新型涉及一种节能技术领域的建筑构件，特别是一种基于光热以及光伏综合利用的太阳能建筑一体化阳台。
背景技术
能源问题是人类发展面临的一个重大问题，建筑、能源和环境的协调发展已成为趋势。我国已成为世界上太阳能热水器产量最多的国家。太阳能热水器推广应用范围正在不断扩大，正从中、小城市、小城镇向大中城市的市场扩展，从分散、独立使用方式向分散、独立与集中并举的方式发展。住宅建筑是安装使用太阳能热水器的主要场所，因此，应重点研究太阳能热水器与住宅一体化技术。由于没有统一的安装规范，目前在安装方式上大多处于事后安装，无序安装的状态。太阳能热水器与建筑业结合的问题，多数小区在规划时没有进行太阳能热利用与建筑一体化的设计，导致太阳能热利用系统的布局混乱，与建筑不协调，甚至造成视觉污染。因此，注重太阳能建筑一体化是促进我国太阳能产业以及建筑业协调发展的必由之路。
目前，太阳能热水系统与建筑一体化常见的做法是将太阳能集热器与南向坡屋面一体化安装，蓄热水箱隐蔽在屋面下的阁楼空间或放在其它房间。对于城市中普遍存在的多层尤其高层住宅来说，有限的屋面面积难以满足用户的热水需求，从而阻碍了太阳能热水系统的推广应用。因此，开发研究新的太阳能建筑一体化方案已成为上海以及其它大型城市推广利用太阳能的必然趋势。
经对现有技术的文献检索发现，中国实用新型专利名称为：真空管太阳能阳台浴室，申请号为：02154442，该专利公开了一种基于太阳能热利用技术的阳台浴室。包括水箱、集热器、墙壁、门窗和地板等。通过控制布帘、透光窗的开合，实现了浴室功能、阳光温室功能、相邻房间通风、采光功能。该专利主要针对于浴室中的太阳能热利用，没有涉及厨房等住宅空间，另外也没有包括太阳能光伏技术。
发明内容
本实用新型目的是针对现有太阳能建筑一体化阳台的不足，提出一种基于光热以及光伏综合利用的太阳能建筑一体化阳台，使其解决上述的不足，集太阳能热水供应、太阳能光伏发电功能为一体。相对于常规太阳能热水供给系统，本实用新型具有太阳能利用率高、易于实现建筑一体化、地域适应性广等突出特点，符合当前太阳能利用系统与建筑一体化的发展趋势，尤其对城市多层以及高层住宅中太阳能建筑一体化技术的推广应用提供指导和借鉴。
本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括：太阳能阳台封闭系统、太阳能热水管道系统、换热盘管、循环水泵、直流电池、直流电池充电控制器、电路、蓄热水箱以及电加热盘管。连接方式为：太阳能阳台封闭系统、换热盘管、蓄热水箱以及循环水泵通过太阳能热水管道系统连接，形成太阳能集热系统。太阳能阳台封闭系统、直流电池、直流电池充电控制器以及循环水泵通过电路连接，形成太阳能光伏系统。
太阳能阳台封闭系统包括：真空管、热管、保温材料、集热板换热器、太阳能光伏电池板、板翅式换热器、聚碳酸酯玻璃、低辐射保温玻璃及内金属板。这些部件通过一铝合金框架构筑为一体，且形成上隔断和下隔断两部分。
聚碳酸酯玻璃为下隔断前表面，低辐射保温玻璃为下隔断后表面，这样形成一封闭腔体。由于聚碳酸酯玻璃具有极高的太阳辐射穿透率(95％-99％)，绝大部分比例的太阳入射辐射将会穿过该玻璃进入腔体。由于低辐射保温玻璃具有极低的太阳辐射穿透率(5％)及良好的保温性能(传热系数仅为1.8W/m2·K)，绝大部分比例的太阳入射辐射将会在触及该玻璃后返回腔体。这样形成一高热流密度腔体。热管蒸发端封闭于双錋硅玻璃真空管内，并插入该腔体吸收聚集于此的太阳热，并将所吸收的热量以管内蒸汽的形式传至冷凝端。由于真空管之间有50-80mm之间的间隔，太阳可见光线依然能穿过腔体进入阳台平台，不会造成光阻隔现象。
太阳能光伏电池板为上隔断前表面。其背侧紧贴一板翅式换热器，用以冷却光伏电池从而提高其光伏转换效率。蓄热水箱中的水首先进入板翅式换热器，冷却太阳能光伏电池后，进入集热板换热器，在此吸收热管冷凝端凝结放热，而后流回到蓄热水箱。集热板换热器及热管冷凝端位于上隔断中部，且为紧配合接触以实现良好的热传递。一金属薄板构成上隔断后表面。在板翅式换热器、集热板换热器及后金属薄板之间填充有玻璃棉保温材料，以最大程度地减少热损失。
蓄热水箱、板翅式换热器、集热板换热器以及循环水泵通过管道连接。循环水泵采用直流式离心泵，为太阳能集热系统提供循环动力。太阳能光伏系统通过直流电池驱动循环水泵。
太阳能阳台主要目的是实现太阳能与建筑一体化，为建筑卫生间以及厨房提供生活热水。太阳能热水通过换热盘管将蓄热水箱中的水加热，太阳能不足或阴雨天时开启电加热盘管，生活热水依靠自来水压力送至各用水点。采用二次换热方式提供生活热水，以保证水质清洁。
本实用新型首先通过热管式太阳能集热器以及太阳能光伏电池收集太阳辐射能量。其中太阳能光伏电池通过光电转换产生直流电，并蓄存于直流电池，成为驱动循环水泵的动力。热管式太阳能集热器通过光热转换收集太阳辐射热，并蓄存于蓄热水箱，提供厨房、卫生间等的生活热水。
本实用新型集太阳能光热以及光伏利用于一体，使太阳能集热系统摆脱了对城市电网的依赖，构成了完全由太阳能驱动的可再生能源利用系统，具有环保节能、太阳能利用率高、符合太阳能建筑一体化趋势等特点。据计算，在太阳能资源较好的地区，对于一组2.7m2的太阳能集热器(高：1.55m，宽：1.75m)与0.35m2的太阳能光伏电池(高：0.2m，宽：1.75m)组合而成的太阳能阳台封闭系统，采用500升的蓄热水箱，日均加热量达到3-5kWh，而蓄热水箱温度可达到40℃。该太阳能阳台全年太阳能保证率可达到80％以上。
本实用新型采用热管式太阳能集热器与太阳能光伏电池合理组合，使得太阳能集热器以及太阳能光伏电池不仅成为太阳能集热系统的热源以及动力，而且成为建筑阳台封闭的一部分，实现了太阳能与建筑阳台的一体化。采用太阳能光伏系统直接驱动太阳能集热系统，减少了太阳能光伏系统的逆变控制器以及并网等技术环节，提供了一种新颖的太阳能建筑一体化设计思路，这种装置尤其适用于城市多层以及高层住宅，形成分布式太阳能热水系统。而通过太阳能集热器与太阳能光伏电池的面积优化匹配，使得太阳能集热系统与太阳能光伏系统保持一定的同步性，整个热水系统处于高效稳定的运行工况。
本实用新型采用低辐射保温玻璃作为阳台封闭内表面，采用聚碳酸酯玻璃作为阳台封闭外表面，形成一高热流密度腔体以提高系统热效率。真空热管在腔体内间隔布置避免了因安装该系统而造成的光阻隔现象。
本实用新型采用闭式蓄热水箱，通过自来水压力直接向用户供热水，不需要额外设置给水增压泵，可以实现稳定的热水供应。
本实用新型采用蓄热水箱内置换热盘管，通过二次换热加热生活热水，可以保证生活热水的水质。
本实用新型采用蓄热水箱内置电加热盘管，作为太阳能的辅助热源，保证了生活热水的全天候供应。
本实用新型采用光热以及光伏综合利用技术，构造出太阳能建筑一体化阳台，在热水系统以及建筑阳台构件的规模化生产以及工厂化制作方面具有突出的优点，在建筑业高速发展的我国，具有广阔的市场前景。可广泛应用于别墅、多层以及高层住宅，推广应用具有极大的经济和社会价值。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图
图2为本实用新型垂直剖面图
图3为图2所示I-I剖面图
图4为图3所示II-II剖面图
图5为图3所示III-III剖面图
图6为本实用新型热水系统原理图
图中，真空管1、热管2、保温材料3、集热板换热器4、太阳能光伏电池板5、板翅式换热器6、低辐射保温玻璃7、聚碳酸酯玻璃8、铝合金框架9、内金属板10、太阳能阳台封闭系统11、太阳能热水管道系统12、换热盘管13、循环水泵14、直流电池15、直流电池充电控制器16、电路17、蓄热水箱18、电加热盘管19、太阳能集热系统20、太阳能光伏系统21、上隔断22、下隔断23。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实用新型包括：太阳能阳台封闭系统11、太阳能热水管道系统12、换热盘管13、循环水泵14、直流电池15、直流电池充电控制器16、电路17、蓄热水箱18以及电加热盘管19。连接方式为：太阳能阳台封闭系统11、换热盘管13、蓄热水箱18以及循环水泵14通过太阳能热水管道系统12连接在一起，形成太阳能集热系统20。太阳能阳台封闭系统11、直流电池15、直流电池充电控制器16以及循环水泵14通过电路17连接在一起，形成太阳能光伏系统21。
太阳能阳台封闭系统11包括真空管1、热管2、保温材料3、集热板换热器4、太阳能光伏电池板5、板翅式换热器6、聚碳酸酯玻璃7、低辐射保温玻璃8、铝合金框架9及内金属板10。连接方式为：真空管1、热管2和集热板换热器4组合为一体，太阳能光伏电池5与板翅式换热器6组合为一体，以上组件嵌入铝合金框架9，然后将集热板换热器4与板翅式换热器6通过管件连接在一起，最后将聚碳酸酯玻璃7、低辐射保温玻璃8、保温材料3及内金属板10与铝合金框架9紧密结合在一起。
铝合金框架9包括上隔断22和下隔断23两部分。其中，上隔断22的前表面为太阳能光伏电池板5，上隔断22的后表面为内金属板10；下隔断23的前表面为聚碳酸酯玻璃7，下隔断23的后表面为低辐射保温玻璃8。太阳能光伏电池板5与聚碳酸酯玻璃7分别与铝合金框架9的上隔断22和下隔断23连接，共同构成铝合金框架9的前表面；内金属板10与低辐射保温玻璃8分别与铝合金框架9的上隔断22和下隔断23连接，共同构成铝合金框架9的后表面。
采用太阳能阳台封闭系统11中各部件的合理组合，使得太阳能捕集装置(真空管1、热管2、集热板换热器4、板翅式换热器6、聚碳酸酯玻璃7及低辐射保温玻璃8)以及太阳能光伏电池5不仅成为太阳能集热系统20的热源以及动力，而且成为建筑阳台的一部分，实现了太阳能与建筑阳台的一体化。这种装置尤其适用于城市多层以及高层住宅，形成分布式太阳能热水系统。
太阳能光伏电池5为铝合金上隔断外表面，板翅式换热器6布置在太阳能光伏电池5背部，蓄热水箱18中的水首先进入板翅式换热器6，用来冷却太阳能光伏电池5，以提高光伏转换效率。而后进入集热板换热器4由热管2进一步加热后，流回蓄热水箱18，实现了能量的梯级利用。
聚碳酸酯玻璃7及低辐射保温玻璃8(低辐射保温玻璃的太阳辐射穿透率为5％，传热系数为1.8w/m2·K)分别为下隔断23前、后表面将形成一高热流密度腔体，从而提高系统热效率。真空管1在腔体内间隔布置避免了因安装该系统造成的光阻隔现象。
蓄热水箱18内置换热盘管13，通过二次换热加热生活热水，从而保证生活热水的水质。
蓄热水箱18内置电加热盘管19，作为太阳能的辅助热源，保证了生活热水的全天候供应。
本实用新型使用时，太阳能光伏电池板5通过光伏转换效应产生直流电流，经直流电池充电控制器16，蓄存在直流电池15中；直流电池15驱动循环水泵14，使得太阳能热水管道系统12中的水在换热盘管13和集热板换热器4之间循环，并加热蓄热水箱18中的水。电加热盘管19作为辅助热源，在太阳能不足的情况下开启，保证生活热水的全天候供应。

Claims (8)

1、一种基于光热以及光伏综合利用的太阳能建筑一体化阳台，包括：太阳能阳台封闭系统(11)、太阳能热水管道系统(12)、换热盘管(13)、循环水泵(14)、直流电池(15)、直流电池充电控制器(16)、电路(17)、蓄热水箱(18)以及电加热盘管(19)，其特征在于：太阳能阳台封闭系统(11)、换热盘管(13)、蓄热水箱(18)以及循环水泵(14)通过太阳能热水管道系统(12)连接在一起，形成太阳能集热系统(20)，太阳能阳台封闭系统(11)、直流电池(15)、直流电池充电控制器(16)以及循环水泵(14)通过电路(17)连接在一起，形成太阳能光伏系统(21)。
2、根据权利要求1所述的基于光热以及光伏综合利用的太阳能建筑一体化阳台，其特征是，太阳能阳台封闭系统(11)包括真空管(1)、热管(2)、保温材料(3)、集热板换热器(4)、太阳能光伏电池板(5)、板翅式换热器(6)、聚碳酸酯玻璃(7)、低辐射保温玻璃(8)、铝合金框架(9)及内金属板(10)，真空管(1)、热管(2)和集热板换热器(4)组合为一体，太阳能光伏电池板(5)与板翅式换热器(6)组合为一体，以上组件嵌入铝合金框架(9)，集热板换热器(4)与板翅式换热器(6)通过管件连接在一起，聚碳酸酯玻璃(7)、低辐射保温玻璃(8)、保温材料(3)及内金属板(10)与铝合金框架(9)紧密结合在一起。
3、根据权利要求2所述的基于光热以及光伏综合利用的太阳能建筑一体化阳台，其特征是，铝合金框架(9)包括上隔断(22)和下隔断(23)两部分，其中，上隔断(22)的前表面为太阳能光伏电池板(5)，上隔断(22)的后表面为内金属板(10)，下隔断(23)的前表面为聚碳酸酯玻璃(7)，下隔断(23)的后表面为低辐射保温玻璃(8)。
4、根据权利要求2所述的基于光热以及光伏综合利用的太阳能建筑一体化阳台，其特征是，太阳能光伏电池板(5)与聚碳酸酯玻璃(7)分别与铝合金框架(9)的上隔断(22)和下隔断(23)连接，共同构成铝合金框架(9)的前表面；内金属板(10)与低辐射保温玻璃(8)分别与铝合金框架(9)的上隔断(22)和下隔断(23)连接，共同构成铝合金框架(9)的后表面。
5、根据权利要求2或者4所述的基于光热以及光伏综合利用的太阳能建筑一体化阳台，其特征是，太阳能光伏电池板(5)为上隔断(22)外表面，板翅式换热器(6)布置在太阳能光伏电池(5)背部。
6、根据权利要求3或者4所述的基于光热以及光伏综合利用的太阳能建筑一体化阳台，其特征是，下隔断(23)形成一腔体，真空管(1)在腔体内间隔布置。
7、根据权利要求1所述的基于光热以及光伏综合利用的太阳能建筑一体化阳台，其特征是，蓄热水箱(18)内置换热盘管(13)。
8、根据权利要求1或者7所述的基于光热以及光伏综合利用的太阳能建筑一体化阳台，其特征是，蓄热水箱(18)内置电加热盘管(19)。
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