TWI681157B - 建築結構熱回收之節能裝置 - Google Patents

Abstract

一種建築結構熱回收之節能裝置，用以解決習知的建築外遮陽冷卻節能系統，需要設置泵浦以提供水流動力及未充份利用太陽熱能的問題。係包含：一儲液槽，具有一入口可引進液體至一槽體，且該儲液槽具有一出口可將該槽體內的液體排出，該出口連通一熱交換管的一端，該熱交換管係用以埋設於至少一發熱壁面中；一儲液模組，置設於較該槽體底部水平面更低之位置，該儲液模組具有一容室，該容室具有一第一入液口，該第一入液口連通該熱交換管的另一端，使該槽體所儲存之液體可以利用位差進入至該容室。

Description

建築結構熱回收之節能裝置

本發明係關於一種建築結構，尤其是一種能將經太陽照射於建築結構體的熱源與液體進行熱交換，充份利用太陽熱能的建築結構熱回收之節能裝置。

夏季時，建築物白天會直接或間接受太陽照射的熱能，該熱能逐漸從牆面傳導至建築物的室內空間，使室內變得悶熱，而人們為了舒適就需要長時間運轉空調裝置以維持室內的舒適溫度，如此一來，會導致能源使用過度而不符合環保節能概念。

為此，一種習知的建築外遮陽冷卻節能系統，係將數個牆外遮陽板體設於建築物之外側，各該牆外遮陽板體的內部具有至少一流道，利用雨水收集裝置集收水液，以一泵浦將該集收水液輸入至該數個牆外遮陽板體內的流道，使水液能與因日曬而升溫的牆外遮陽板體進行熱交換，及使太陽熱能不會傳導至室內，以達到降低空調負擔的效果。而熱交換後的高溫水液離開該流道後，會被輸送至一水冷卻器進行冷卻，降溫後的水液則再重新輸送至該數個牆外遮陽板體內的流道繼續進行熱交換。類似於該習知建築外遮陽冷卻節能系統的一實施例，已揭露於中華民國公告第M503548號專利案當中。

然而，上述習知的建築外遮陽冷卻節能系統，其數個牆外遮陽 板體幾乎遮蔽了建築物的其中一側，以致影響到建築物的通風、採光甚至景觀。此外，該習知的建築外遮陽冷卻節能系統，因為需要將高溫水液輸送至該水冷卻器進行冷卻，因而需要設置該泵浦以提供水流動力，故該泵浦之運作形成了其中一個耗能的原因。更重要的是，該習知的建築外遮陽冷卻節能系統，是直接將因太陽熱能而升溫的水液導入該水冷卻器中進行冷卻，不僅未充份利用太陽熱能，該水冷卻器的設置及運作成本也形成了另一個耗能的原因。

有鑑於此，習知的建築外遮陽冷卻節能系統，確實仍有加以改善之必要。

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種建築結構熱回收之節能裝置，係可以在不影響建築物通風、採光及景觀的情況下，可以降低太陽熱能造成建築結構體升溫的程度，以減少室內蓄熱的效果。

本發明的次一目的是提供一種建築結構熱回收之節能裝置，係可以利用液體自然流動通過建築結構體內部，以減少額外能源之耗損者。

本發明的又一目的是提供一種建築結構熱回收之節能裝置，係可以充份太陽熱能，使一液體受熱後能提供熱液供應器使用，以減少熱液供應器將水液加熱至預定溫度之能源耗損者。

本發明以下所述方向性或其近似用語，例如「前」、「後」、「左」、「右」、「上(頂)」、「下(底)」、「內」、「外」、「側面」等，主要係參考附加圖式的方向，各方向性或其近似用語僅用以輔助說明及理解本發明的各實施例，非用以限制本發明。

本發明的建築結構熱回收之節能裝置，包含：一儲液槽，具有 一入口可引進液體至一槽體，且該儲液槽具有一出口可將該槽體內的液體排出，該出口連通一熱交換管的一端，該熱交換管係用以埋設於至少一發熱壁面中；一儲液模組，置設於較該槽體底部水平面更低之位置，該儲液模組具有一容室，該容室具有一第一入液口，該第一入液口連通該熱交換管的另一端，使該槽體所儲存之液體可以利用位差進入至該容室，且該熱交換管位於較該儲液模組更低之位置。

據此，本發明的建築結構熱回收之節能裝置，可以設置在建築物的屋頂板，且將該熱交換管埋設於該建築物受到太陽直接照射的屋頂或/及牆壁，如此，在不影響建築物通風、採光及景觀的情況下，係可以降低該建築物受太陽照射所造成炙熱的程度，進而降低室內空調的負擔；另外，藉由連通管與熱對流原理，即可使液體自然流動通過該建築物受到太陽直接照射的屋頂或/及牆壁，係可以減少額外能源之耗損的功效。

其中，該出口具有一閥體，該閥體切換使該液體流經相連通之該熱交換管或一連通管，該連通管與該容室之一第二入液口相連通。如此，操作該閥體可切換液體之流動路徑，將該槽體由該熱交換管與該容室連通切換成該槽體由該連通管與該容室連通，具有提升操作自由度的功效。

其中，該發熱壁面為一建築物之屋頂板或外牆。如此，可以減少該建築物之屋頂板或/及外牆中受熱傳導至該建築物的室內，係可以降低室內空調的負擔，係具有節能的功效。

其中，該熱交換管的中心較鄰近該發熱壁面之外壁面而較遠離該發熱壁面之內壁面。如此，當該熱交換管靠近溫度較高的外壁面時，液體可熱交換的熱能變多，係具有可以提升該熱交換管與該發熱壁面的熱交換效率。

其中，該熱交換管係具有一輸入端及一輸出端，該輸入端連通 該出口，該輸出端連通該第一入液口，該輸入端及該輸出端之間包括複數縱向管及複數橫向管，該複數縱向管與該複數橫向管相連通。如此，係可以減少過長的熱交換路徑，且可以減少該熱交換管後端的熱交換不佳問題，係具有可以提升熱交換效率的功效。

其中，該複數縱向管及該複數橫向管形成複數分流件，該複數分流件分別由頭端連通至該輸入端，且該複數分流件之尾端分別延伸至該輸出端。如此，可以避免造成越高樓的熱交換效果越差的現象，使各樓層都能達到維持良好的熱回收效果，以降低室內空調的負擔，係具有節能的功效。

其中，該熱交換管為一整片的板體，並於該板體的內部形成相間隔的該複數縱向管及該複數橫向管，該複數縱向管及該複數橫向管相連通。如此，在相同寬度的外牆中，係可以具有更多的水液通過，係具有可以提升熱交換效率的功效。

其中，該複數橫向管與該複數縱向管的上、下端相連通，及再以該輸入端連通於該閥體，及以該輸出端連通於該第一入液口。如此，可減少過長的熱交換路徑，且可以減少該熱交換管之後端的熱交換不佳問題，係具有可以提升熱交換效率的功效。

其中，該容室另具有一分配管將該液體導出，該分配管與至少一熱液供應器連通，使該液體輸送到該至少一熱液供應器。如此，該容室內的升溫後液體係可以從該分配管提供至該熱液供應器，可以減少該熱液供應器將水液加熱至預定溫度之能源耗損，係具有節能的功效。

其中，該容室的外表面具有一絕熱層。如此，係可以對該容室內部的液體進行保溫，使熱能不易散失，可以減少能源耗損，係具有節能的功效。

其中，該熱交換管的橫截面成矩形。如此，與該建築物的壁面 係具有較大的接觸面積，係具有提升熱交換效率的功效。

其中，另包含一太陽能模組，該太陽能模組係具有一太陽能板，該太陽能板能將太陽能轉換為電能，該太陽能模組具有一溫度感測器及一加熱器，該溫度感測器及該加熱器伸入於該儲液模組之該容室中，該溫度感測器用以感測該容室中的液體溫度，該加熱器與該太陽能板電性連接，及利用該電能對該容室中的液體加熱。如此，該太陽能模組能夠提供電能至該加熱器，使該加熱器可用以對該容室中的液體加熱，且不會造成額外的能源耗損，係具有節能的功效。

其中，該太陽能模組另具有一控制器，該控制器耦接該溫度感測器及該加熱器，用以接收該溫度感測器所感測到的水溫，及控制該加熱器運作。如此，係可以依據該水溫控制該加熱器運作與否，可以將該容室內的水溫維持一門檻值，係可以減少該熱液供應器將水液加熱至預定溫度之能源耗損，且具有提升水溫穩定性及具有節能的功效。

〔本發明〕

1‧‧‧儲液槽

11‧‧‧入口

12‧‧‧槽體

13‧‧‧出口

14‧‧‧支撐體

15‧‧‧閥體

16‧‧‧熱交換管

17‧‧‧連通管

2‧‧‧儲液模組

21‧‧‧容室

22‧‧‧第一入液口

23‧‧‧第二入液口

24‧‧‧分配管

25‧‧‧熱液供應器

26‧‧‧絕熱層

3‧‧‧太陽能模組

31‧‧‧溫度感測器

32‧‧‧加熱器

33‧‧‧太陽能板

34‧‧‧控制器

4‧‧‧熱交換管

41‧‧‧輸入端

42‧‧‧輸出端

43‧‧‧縱向管

44‧‧‧橫向管

C‧‧‧建築物

P‧‧‧分流件

〔第1圖〕本發明第一實施例的立體圖。

〔第2圖〕沿第1圖的A-A線剖面圖。

〔第3圖〕本發明第二實施例的立體圖。

〔第4圖〕沿第3圖之B-B線剖面圖。

〔第5圖〕本發明的熱交換管另一實施例剖面圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下 文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 請參照第1、2圖所示，其係本發明建築結構熱回收之節能裝置的第一實施例，係包含一儲液槽1及一儲液模組2，該儲液模組2位於較該儲液槽1底部水平面更低之位置。

該儲液槽1具有一入口11與一槽體12，該入口11可引進來自自來水等液體至該槽體12，該槽體12主要用以儲存水液等液體，並可將該液體用於熱交換或清洗物品等。該槽體12可例如是圓桶、方桶或由防水材砌成的儲水空間等結構，本發明均不加以限制。該儲液槽1具有一出口13，可藉由該出口13將該槽體12內的液體排出，較佳地，還可以利用一支撐體14將該儲液槽1架高，該支撐體14之構造不以圖式所揭露之形態為限。此外，該出口13較佳具有一閥體15，該閥體15可經由手動或電動控制切換方式，使該出口13所導出的液體流經相連通之一熱交換管16或一連通管17，該熱交換管16係由易導熱的材質製成，該熱交換管16係可以埋設於至少一發熱壁面，該發熱壁面可以為太陽直接照射的屋頂或/及牆壁；此外，當一建築物C之至少一發熱壁面未受太陽照射時，使該發熱壁面無法提升該槽體12及由該出口13所導出液體的溫度時，係可以經由該閥體15控制，使該液體流經該連通管17。

該儲液模組2置設於較該槽體12底部水平面更低之位置，該儲液模組2具有一容室21，該容室21具有一第一入液口22及一第二入液口23，該第一入液口22與該熱交換管16相連通，該第二入液口23與該連通管17相連通，藉由該閥體15切換，使該槽體12所儲存之液體可以利用位差，由該熱交換管16或該連通管17直接進入至該容室21。該容室21另具有一分配管24，該分配管24可以將該容室21內之液體導出，該分配管24可以將該液體輸送到至少一熱液供應器25，該熱液供應器25可以為習知的熱水 器，使該受熱而升溫的液體供應至各該熱液供應器25後可以被加熱，進而可以減少該熱液供應器25將水液加熱至預定溫度之能源耗損。該容室21的外表面較佳具有一絕熱層26，使容置於該容室21內部的液體可以獲得保溫，以減少熱能的散失。

在本實施例當中，本發明的建築結構熱回收之節能裝置更包括有一太陽能模組3，該太陽能模組3具有一溫度感測器31及一加熱器32，該溫度感測器31及該加熱器32可伸入於該儲液模組2之該容室21中，該溫度感測器31用以感測該容室21中的液體溫度，該加熱器32可用以對該容室21中的液體加熱，該太陽能模組3係具有一太陽能板33，該太陽能板33能將太陽能轉換為一電能，且該電能能提供該加熱器32，使該加熱器32可用以對該容室21中的液體加熱。由於該容室21外表面包覆有該絕熱層26，故可將該太陽能板33抵靠於該容室21及該絕熱層26，如此，係可以提升空間利用率，且該容室21內的液溫也不易傳遞到該太陽能板33。該太陽能模組3另具有一控制器34，該控制器34耦接該溫度感測器31及該加熱器32，用以接收該溫度感測器31所感測到的水溫，及依據該水溫控制該加熱器32運作與否。

請續參閱第1、2圖所示，其係本發明一較佳使用例，該儲液槽1與該儲液模組2係可置設於該建築物C之頂樓。在本實施例中，還可以在該建築物C之頂樓上架設該支撐體14，以由該支撐體14架高該槽體12，使該槽體12的底部與該建築物C之屋頂具有一預定間距，從而達到使該儲液模組2之該容室21低於該槽體1底部之效果。

該熱交換管16係可埋設於該建築物C之屋頂板或外牆中，該熱交換管16之一端連通該槽體12，另一端連通該容室21，使液體可以利用位差直接經由流入至該熱交換管16中，以與該建築物C受熱之屋頂板或外牆 進行熱交換，且升溫後的水液可以流入至該容室21儲存備用。

較佳地，將該熱交換管16完全埋設於該建築物C受熱之屋頂板或外牆內，使該熱交換管16不凸出該建築物C之內、外壁面，以避免影響該建築物C的外觀，且可以使該熱交換管16受到保護較不易受損。

另，由於太陽熱能對該建築物C的溫度影響，係由該外壁面朝該內壁面遞減，故該熱交換管16較佳鄰近該建築物C的該外壁面，以提升該熱交換管16的熱交換效果。又，本實施例的熱交換管16可以呈連續U形管的蜿蜒形態，以延長該液體通過該熱交換管16的路徑與時間，使該熱交換管16中的液體可充份地與該建築物C進行熱交換。

據由前述結構，本實施例的建築結構熱回收之節能裝置，係可以在氣候炎熱的時候(例如夏季)，由該閥體15控制該槽體12內的該液體流經該熱交換管16。如此，當屋頂或外牆受太陽照射時，太陽該熱能使該建築物C之溫度升高時，流經該熱交換管16內的液體係可以與相對高溫的該建築物C之屋頂板或外牆進行熱交換，使該液體溫度上升，且升溫後的液體可以流入該容室21中儲存，以及，該建築物C之屋頂或外牆也可以達到降溫的效果，因而可減少熱能傳導至該建築物C的室內，以保持室內涼爽。另一方面，當該建築物C內的用戶有使用熱水的需求時，係可以將該容室21所儲存的液體導引至該熱液供應器25，且由於該容室21中的水液已與該建築物C之屋頂或外牆進行熱交換而達到預熱效果，故可有效減少該熱液供應器25將水液加熱至預定溫度之耗能。

值得注意的是，由於該容室21位於比該槽體12底部還低的位置，故可藉由連通管原理，使液體自然從該槽體1流出，通過該熱交換管16而流入該容室21，同時，經過熱交換之液體的溫度上升而產生熱對流，進而使升溫後的液體往該容室21之方向流動，所以此過程中並不需要額外設置如 泵浦等耗能構件。因此，本實施例的建築結構熱回收之節能裝置，可在不額外耗能的情況下有效地利用太陽熱能，同時達到降低室內溫度及對液體進行預熱的效果。

又，由於本實施例的該太陽能模組3還設有前述的該太陽能板33等構件，故可由該太陽能板33吸收太陽熱能及產生電能，並於該控制器34接收該溫度感測器31所感測到的水溫低於一門檻值時，由該控制器34控制該加熱器32對該容室21中的液體加熱，使該容室21內的液溫可維持於一預定溫度以上。且由於該加熱器32運作的電源來自該太陽能板33所產生的電能，故維持該容室21內水溫的功能也不需額外耗能。而該電能用罄而無法提供該加熱器32運作時，該容室21內的液溫雖會逐漸下降，但輸入該熱液供應器25的液體溫度頂多約與該槽體12的液體溫度相同，並不會有增加耗能的問題。

請參照第3、4圖所示，其係本發明建築結構熱回收之節能裝置的第二實施例，與第一實施例相較，當該建築物C具有複數樓層時，該熱交換管4亦可以選擇埋設於該建築物C之外牆中，為避免該熱交換管4繞經複數樓層的熱交換效果不佳問題，該熱交換管4係具有一輸入端41及一輸出端42，該輸入端41連通於該閥體15，該輸出端42連通於該第一入液口22，該輸入端41及該輸出端42之間還包括有複數縱向管43及複數橫向管44，該複數橫向管44與該複數縱向管43相連通，該輸入端41及該輸出端42均低於該儲液槽1之底部，以確保該液體可藉由連通管原理由該第一入液口22自然流入該容室21。

詳言之，本實施例的該熱交換管4具有相連通的複數縱向管43及複數橫向管44，使來自該槽體12的液體可以流入該熱交換管4，並由該複數縱向管43及該複數橫向管44分別與該建築物C之複數樓層的外牆進行熱 交換後，可藉由熱對流原理由該第一入液口22自然流入至該容室21中儲存。其中，該複數縱向管43及該複數橫向管44可以選擇組合成複數分流件P，該複數分流件P分別由頭端連通至該輸入端41，且該複數分流件P之尾端分別延伸至該建築物C之頂部，再由位於該建築物C頂部的該輸出端42連通該複數分流件P之尾端與該容室21，又，該複數分流件P可以分別埋設於各樓層對應之該發熱壁面內。如此，該複數縱向管43及複數橫向管44係可以分別與相對應的外牆進行熱交換而升溫，故可以使各樓層都能夠達到良好的熱回收效果，且可以獲得較大量的熱交換液體。

須特別說明的是，由於相同截面積的圓形管與矩形管相比，矩形管與該建築物的壁面具有較大的接觸面積，會有較佳的熱傳導效果，故本實施例的該熱交換管4的橫截面係可以選擇使用矩形，係可以提升熱交換效率。

請參照第5圖所示，其係該熱交換管4的另一較佳實施例，該熱交換管4係可以為一整片的板體，並於該板體的內部形成相間隔的複數縱向管43及複數橫向管44，該複數縱向管43及該複數橫向管44可以相連通，較佳地，該複數橫向管44與該複數縱向管43的上、下端相連通，及再以該輸入端41連通於該閥體15，及以該輸出端42連通於該第一入液口22，其同可以達到較佳的熱交換效率。

綜上所述，本發明的建築結構熱回收之節能裝置，可以設置在建築物的屋頂板，且將該熱交換管埋設於該建築物受到太陽直接照射的屋頂或/及牆壁，如此，在不影響建築物通風、採光及景觀的情況下，係可以降低該建築物受太陽照射所造成炙熱的程度，進而降低室內空調的負擔；另外，藉由連通管與熱對流原理，即可使液體自然流動通過該建築物受到太陽直接照射的屋頂或/及牆壁，係可以減少額外能源之耗損；係可以充份利用太陽熱 能，且可以使液體預熱後再提供熱液供應器使用，亦可以減少熱液供應器將水液加熱至預定溫度之能源耗損，係具有提升節能的功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧儲液槽

11‧‧‧入口

12‧‧‧槽體

13‧‧‧出口

14‧‧‧支撐體

15‧‧‧閥體

16‧‧‧熱交換管

17‧‧‧連通管

2‧‧‧儲液模組

21‧‧‧容室

22‧‧‧第一入液口

23‧‧‧第二入液口

24‧‧‧分配管

25‧‧‧熱液供應器

26‧‧‧絕熱層

3‧‧‧太陽能模組

32‧‧‧加熱器

33‧‧‧太陽能板

34‧‧‧控制器

C‧‧‧建築物

Claims (13)

1. 一種建築結構熱回收之節能裝置，包含：一儲液槽，具有一入口可引進液體至一槽體，且該儲液槽具有一出口可將該槽體內的液體排出，該出口連通一熱交換管的一端，該熱交換管係用以埋設於至少一發熱壁面中；一儲液模組，置設於較該槽體底部水平面更低之位置，該儲液模組具有一容室，該容室具有一第一入液口，該第一入液口連通該熱交換管的另一端，使該槽體所儲存之液體可以利用位差進入至該容室，且該熱交換管位於較該儲液模組更低之位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之建築結構熱回收之節能裝置，其中，該出口具有一閥體，該閥體切換使該液體流經相連通之該熱交換管或一連通管，該連通管與該容室之一第二入液口相連通。
3. 如申請專利範圍第1項所述之建築結構熱回收之節能裝置，其中，該發熱壁面為一建築物之屋頂板或外牆。
4. 如申請專利範圍第3項所述之建築結構熱回收之節能裝置，其中，該熱交換管的中心較鄰近該發熱壁面之外壁面而較遠離該發熱壁面之內壁面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之建築結構熱回收之節能裝置，其中，該熱交換管係具有一輸入端及一輸出端，該輸入端連通該出口，該輸出端連通該第一入液口，該輸入端及該輸出端之間包括複數縱向管及複數橫向管，該複數縱向管與該複數橫向管相連通。
6. 如申請專利範圍第5項所述之建築結構熱回收之節能裝置，其中，該複數縱向管及該複數橫向管形成複數分流件，該複數分流件分別由頭端連通至該輸入端，且該複數分流件之尾端分別延伸至該輸出端。
7. 如申請專利範圍第5項所述之建築結構熱回收之節能裝置，其中，該熱交換管為一整片的板體，並於該板體的內部形成相間隔的該複數縱向管及該複數橫向管，該複數縱向管及該複數橫向管相連通。
8. 如申請專利範圍第2項所述之建築結構熱回收之節能裝置，其中，該複數橫向管與該複數縱向管的上、下端相連通，及再以該輸入端連通於該閥體，及以該輸出端連通於該第一入液口。
9. 如申請專利範圍第1項所述之建築結構熱回收之節能裝置，其中，該容室另具有一分配管將該液體導出，該分配管與至少一熱液供應器連通，使該液體輸送到該至少一熱液供應器。
10. 如申請專利範圍第1項所述之建築結構熱回收之節能裝置，其中，該容室的外表面具有一絕熱層。
11. 如申請專利範圍第1項所述之建築結構熱回收之節能裝置，其中，該熱交換管的橫截面成矩形。
12. 如申請專利範圍第1至11項中任一項所述之建築結構熱回收之節能裝置，另包含一太陽能模組，該太陽能模組係具有一太陽能板，該太陽能板能將太陽能轉換為電能，該太陽能模組具有一溫度感測器及一加熱器，該溫度感測器及該加熱器伸入於該儲液模組之該容室中，該溫度感測器用以感測該容室中的液體溫度，該加熱器與該太陽能板電性連接，及利用該電能對該容室中的液體加熱。
13. 如申請專利範圍第12項所述之建築結構熱回收之節能裝置，其中，該太陽能模組另具有一控制器，該控制器耦接該溫度感測器及該加熱器，用以接收該溫度感測器所感測到的水溫，及控制該加熱器運作。

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