太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑，包括相變房屋和屋頂上的太陽(yáng)能系統(tǒng)。相變房屋的水泥地板內(nèi)埋設(shè)有相變套管，相變套管內(nèi)設(shè)置有相變材料，多根相變套管水平設(shè)置組成相變材料層，所述相變材料為無(wú)機(jī)相變材料、有機(jī)相變材料或有機(jī)相變材料的低共熔混合物；水泥地板與地面之間設(shè)置有通風(fēng)層，通風(fēng)層通過(guò)通風(fēng)窗與室外空氣相同，水泥地板上設(shè)置的孔洞與通風(fēng)層相通。太陽(yáng)能集熱器通過(guò)管路與相變套管形成一個(gè)完整的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)循環(huán)回路。本發(fā)明可跨季節(jié)使用，冬季通過(guò)太陽(yáng)能系統(tǒng)為房屋內(nèi)供熱，夏季通過(guò)自然通風(fēng)為房屋內(nèi)降溫，通過(guò)相變材料穩(wěn)定室內(nèi)熱環(huán)境，最大程度地利用可再生能源，減少了建筑能耗。
【專(zhuān)利說(shuō)明】太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種民用住宅，特別涉及一種太陽(yáng)能光熱技術(shù)和相變蓄能材料集成設(shè)計(jì)及應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)供暖能源自維持的房屋。屬于綠色建筑和可再生能源利用領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，整個(gè)社會(huì)對(duì)生態(tài)和節(jié)能的重視程度越來(lái)越高，國(guó)家也相繼推出一系列的政策和法規(guī)來(lái)指導(dǎo)節(jié)能工作，其中的重點(diǎn)之一就是建筑節(jié)能。我國(guó)人口眾多，居住形式也多種多樣，盡管近年來(lái)我國(guó)的城市化發(fā)展一直在以較快的速度進(jìn)行，多數(shù)城市和城鎮(zhèn)居民已經(jīng)進(jìn)入住宅小區(qū)居住，但在廣大的農(nóng)村區(qū)域和部分城市區(qū)域仍存在數(shù)量眾多的形式相對(duì)簡(jiǎn)單、能耗水平較高的獨(dú)立住宅。為了緩解能源問(wèn)題，國(guó)家于2006年頒布了《可再生能源法》，提倡可再生能源的利用，然而這些法規(guī)和政策在無(wú)論是農(nóng)村或是城市的獨(dú)立住宅領(lǐng)域收效甚微，如何改善獨(dú)立住宅領(lǐng)域的能源結(jié)構(gòu)，增加其中可再生能源的比重是一個(gè)值得注意和研究的課題。
[0003]可再生能源包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力能、潮汐能等，相對(duì)我國(guó)而言，對(duì)這其中的太陽(yáng)能的利用具有較大的優(yōu)勢(shì)。首先，我國(guó)地域廣大，氣候和環(huán)境也多種多樣，太陽(yáng)能沒(méi)有地域的限制，無(wú)論陸地海洋或高山海島處處皆是，并且可以直接利用，無(wú)須開(kāi)采和運(yùn)輸。其次，太陽(yáng)能是最清潔的能源之一，在環(huán)境問(wèn)題日益突出的今天，清潔能源極其寶貴。再次，太陽(yáng)蘊(yùn)藏的能量巨大，一年內(nèi)達(dá)到地球的太陽(yáng)能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤約1.892X1016億噸，可以說(shuō)是取之不盡用之不竭的。
[0004]我國(guó)的太陽(yáng)能資源較為豐富，但利用形式較為單一，尤其是在廣大的農(nóng)村地區(qū)和部分城市地區(qū)的獨(dú)立建筑領(lǐng)域，其主要利用途徑仍舊是使用太陽(yáng)能熱水器提供生活熱水。隨著太陽(yáng)能利用技術(shù)與建筑一體化技術(shù)的日益完善，太陽(yáng)能集熱器的應(yīng)用已不僅僅局限于提供生活熱水這一單一的功能上，在供暖、制冷、烘干和其他工業(yè)應(yīng)用上也有著很大的利用潛力。
[0005]太陽(yáng)能分布廣泛，但受到晝夜、季節(jié)和地理緯度等自然因素的限制和晴天、多云、陰雨甚至霧霾等隨機(jī)因素的影響，太陽(yáng)能具有極大不穩(wěn)定性。為了使太陽(yáng)能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源，各類(lèi)的蓄能技術(shù)是首選方案，而這其中又以相變材料儲(chǔ)能技術(shù)在建筑太陽(yáng)能利用中最具優(yōu)勢(shì)，集中體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):首先，各類(lèi)相變材料在相變過(guò)程中會(huì)吸收或釋放相變潛熱，其熱量相對(duì)于顯熱熱量要大得多。對(duì)于房屋來(lái)說(shuō)，這樣就可以節(jié)省建筑空間，降低成本。其次，在相變過(guò)程進(jìn)行的同時(shí)材料自身的溫度幾乎維持不變或變化較小，形成一個(gè)寬的溫度平臺(tái)，這對(duì)維持溫度恒定有著重要的意義。再次，相變材料種類(lèi)眾多，不同的材料具有不同的物理性質(zhì)，可以針對(duì)某一類(lèi)型房屋根據(jù)其使用功能和要求進(jìn)行選擇。最后，相變材料是一種蓄熱能力強(qiáng)，熱惰性大的材料，其作為建筑材料應(yīng)用在房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，對(duì)穩(wěn)定室內(nèi)溫度作用明顯，在節(jié)能的基礎(chǔ)上同時(shí)改善室內(nèi)熱環(huán)境，使得建筑更加宜居。
[0006]專(zhuān)利號(hào)為21201210169219.5的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種由軟脂酸、肉豆蘧酸、石蠟組成的太陽(yáng)能相變儲(chǔ)能復(fù)合材料。該相變儲(chǔ)能復(fù)合材料無(wú)添加劑，相變潛熱大，蓄熱量高。其吸熱峰在46-501，放熱峰在441左右。用于地板輻射采暖，將該相變儲(chǔ)能復(fù)合材料填裝于儲(chǔ)熱罐中，將儲(chǔ)熱罐安裝在太陽(yáng)能熱水器與熱水箱之間，在夜晚或環(huán)境溫度降低時(shí)，相變復(fù)合材料固化放熱，從而可繼續(xù)向地板輻射采暖器提供所需401左右的熱水保證采暖正常進(jìn)行。該復(fù)合材料及應(yīng)用方式存在的問(wèn)題是相變溫度較正常室溫高，夏季室溫升高時(shí)也完全是凝固狀態(tài)，不能夠?qū)崿F(xiàn)相變材料調(diào)節(jié)室內(nèi)氣溫的跨季節(jié)應(yīng)用，只可在供暖季進(jìn)行使用。其次，向室內(nèi)提供的熱水溫度過(guò)高會(huì)使得室內(nèi)過(guò)熱、停止供熱后室溫下降較快等極端問(wèn)題的出現(xiàn)。再次，將相變材料放置在熱水箱處，不僅在一定程度上使得相變材料的用量較小，蓄能能力較低，而且忽略了相變材料維持室溫穩(wěn)定這一重要作用。
[0007]專(zhuān)利號(hào)為21201320137266.1的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種家用中央太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)，用于給房屋室內(nèi)的地暖提供熱量，包括集熱器、與集熱器管路相連的水箱以及與水箱管路相連的地暖地板，水箱上連接有冷水管，所述地暖地板從下往上依次設(shè)有基礎(chǔ)層、擠塑聚苯板層、隔熱層以及地板層，地板層與隔熱層之間鋪設(shè)有間隔排列的水管，相鄰水管之間填充有相變材料。其地暖地板內(nèi)填充有相變材料體，在地暖地板接受水箱提供的熱水同時(shí)，相變材料體可吸收熱水中的熱量加以?xún)?chǔ)存，到晚上繼續(xù)給地暖地板供熱，從而提高了太陽(yáng)能采暖效率，也減少了水箱的容量。該系統(tǒng)存在的問(wèn)題同樣有只可在供暖季使用，不可實(shí)現(xiàn)跨季節(jié)的應(yīng)用。其次通過(guò)其描述可以推斷出相變材料在此系統(tǒng)中僅作為蓄熱單元使用，而忽略了相變材料維持室溫穩(wěn)定的作用。再次，相變材料填充在水管間，與水系統(tǒng)分離，會(huì)使相變材料蓄熱能力降低，同時(shí)用量也會(huì)受到限制。
[0008]專(zhuān)利號(hào)為21200910310405.4的中國(guó)專(zhuān)利公布了一種太陽(yáng)能集成房屋，室內(nèi)地板下面有卵石蓄熱層，卵石蓄熱層的下面有柵孔板，柵孔板與地面之間鋪設(shè)有卵石層風(fēng)道，卵石層風(fēng)道的一側(cè)與設(shè)于房屋墻體根部的進(jìn)風(fēng)口連通，卵石層風(fēng)道的另一側(cè)與房屋另一墻體根部的出風(fēng)口連通，進(jìn)風(fēng)口處有可關(guān)閉百葉，出風(fēng)口處有抽風(fēng)機(jī)；太陽(yáng)能空氣集熱器的出氣口通過(guò)送風(fēng)管與卵石層風(fēng)道連通，太陽(yáng)能空氣集熱器的進(jìn)氣口與出風(fēng)管連通，送風(fēng)管和出風(fēng)管的上端凸出于屋頂，出風(fēng)管的下端延伸至房屋室內(nèi)。該房屋的設(shè)計(jì)雖然可以實(shí)現(xiàn)跨季節(jié)使用，但存在的問(wèn)題一是利用卵石進(jìn)行顯熱蓄熱，其蓄熱量勢(shì)必較??；二是全年利用空氣作為冷熱量的載體，不僅輸送能力有限，而且存在損失較大的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的，為解決目前單體建筑能耗較大，可再生能源利用率低的問(wèn)題。提供一種集成太陽(yáng)能光熱技術(shù)和相變蓄能技術(shù)集成及應(yīng)用的房屋，以實(shí)現(xiàn)冬季太陽(yáng)能在單體住宅中的高效、多元利用，同時(shí)維持其他季節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境的舒適及穩(wěn)定，
[0010]本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0011]一種太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑，包括相變房屋和太陽(yáng)能系統(tǒng)，其特征在于，所述相變房屋1的北墻設(shè)置有外門(mén)23，南墻設(shè)置有外窗24 ；水泥地板29內(nèi)埋設(shè)相變套管2，每根相變套管2內(nèi)均設(shè)置有相變材料，多根相變套管2水平設(shè)置構(gòu)成相變材料層；在水泥地板29與地面28之間設(shè)置有通風(fēng)層4，通風(fēng)層4為一個(gè)空間，其內(nèi)部通過(guò)兩處交錯(cuò)設(shè)置的砌體結(jié)構(gòu)34將其分隔成近似風(fēng)道狀，砌體結(jié)構(gòu)34同時(shí)作為承重結(jié)構(gòu)支撐水泥地板29 ；南墻下部臨近通風(fēng)層4處設(shè)置有南墻通風(fēng)口 25，北墻下部臨近通風(fēng)層4處設(shè)置有北墻通風(fēng)口 26 ；相變房屋1臨近東墻或西墻的水泥地板29上設(shè)置有孔洞27，孔洞27與通風(fēng)層4相連通；
[0012]相變房屋1的屋頂上設(shè)置有太陽(yáng)能系統(tǒng)，太陽(yáng)能系統(tǒng)包括太陽(yáng)能集熱器3，太陽(yáng)能集熱器3通過(guò)熱水供水管路6和熱水回水管路7與相變套管2形成一個(gè)完整的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)循環(huán)回路；所述太陽(yáng)能集熱器3由集熱單元八17和集熱單元833組成，分別設(shè)置在坡度為45度的角鋼支架上，按上下順序排列；集熱單元八17和集熱單元833的頂部設(shè)有集熱器水箱八16和集熱器水箱832 ；集熱器水箱八16與集熱單元八17相連通，集熱器水箱832與集熱單元833相連通，集熱器水箱八16與集熱器水箱833通過(guò)管道串聯(lián)在一起；熱水回水管路7上設(shè)置有水泵5、補(bǔ)水箱11、電磁閥12和集水器9 ；熱水供水管路6上設(shè)置有熱量表10、分水器8，還設(shè)置有底部自動(dòng)排氣閥15、中部自動(dòng)排氣閥14和頂部自動(dòng)排氣閥13 ；
[0013]所述相變套管2由內(nèi)外兩層鋼管組成，外管18縱向的同心位置設(shè)置有內(nèi)管19，內(nèi)管19與外管18的管壁之間設(shè)置有強(qiáng)化傳熱的圓形肋片20 ；內(nèi)管19為水管路，其兩端分別設(shè)置有接口八30和接口 831，分別作為進(jìn)水口和出水口 ；外管18的兩端為封閉狀，且留有接口八和接口 8 ；內(nèi)管19與外管18之間由肋片20分割為相變材料填充腔22，相變材料填充腔22內(nèi)設(shè)置有相變材料；外管18的一端側(cè)面設(shè)置有接口 21，作為相變材料填充孔及自動(dòng)排氣閥的接口；內(nèi)管19通過(guò)集水器9與熱水回水管路7相連接，并通過(guò)分水器8與熱水供水管路6相連接。
[0014]所述相變房屋1長(zhǎng)3111?100,寬2--5111,高3?4.5111,墻體米用240麵?370麵厚的實(shí)心磚墻、空心磚墻或混凝土墻，外部加裝20皿?60皿厚保溫材料；屋頂為現(xiàn)燒混凝土屋頂或預(yù)制板屋頂，厚度為150皿?300皿，外部加裝20皿?60皿厚保溫材料；墻體傳熱系數(shù)小于0.551/1112.X，屋頂傳熱系數(shù)小于0.61/1112.X。
[0015]所述北墻設(shè)置的外門(mén)23高1.80?2.2%寬0.8111?1.20 ；南墻設(shè)置的外窗24高1.2111?1.8111,寬1.2111?1.5111 ；門(mén)窗外框材料為塑鋼或斷橋招合金。
[0016]所述南墻通風(fēng)口 25和北墻通風(fēng)口 26均可開(kāi)啟和關(guān)閉，孔洞27設(shè)置有蓋板，以控制建筑內(nèi)氣流流動(dòng)。
[0017]所述相變材料填充腔19內(nèi)填充的相變材料，其相變溫度與室內(nèi)溫度相接近，在16-281之間，可以是無(wú)機(jī)相變材料、有機(jī)相變材料或有機(jī)相變材料的低共熔混合物。
[0018]所述有機(jī)相變材料的低共熔混合物為脂肪酸與高碳醇類(lèi)的混合物，脂肪酸為正癸酸、月桂酸、肉豆蘧酸、棕櫚酸或硬脂酸；高碳醇為十二醇、十四醇、十六醇或十八醇；脂肪酸與高碳醇類(lèi)的質(zhì)量比為46.4?97.5:2.5?53.6 ；所述的脂肪酸和高碳醇的熔點(diǎn)都小于80。。。
[0019]相變套管2的進(jìn)水口與分水器8、出水口與集水器9相連接；太陽(yáng)能集熱器3產(chǎn)生的熱水通過(guò)管路流入分水器8，再經(jīng)分水器8流入各個(gè)相變套管進(jìn)行換熱，然后匯入集水器9，最后經(jīng)管路流回太陽(yáng)能集熱器3，完成循環(huán)。
[0020]太陽(yáng)能熱水循環(huán)系統(tǒng)為同程式熱水采暖系統(tǒng)。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022]1、房屋結(jié)構(gòu)與太陽(yáng)能系統(tǒng)通過(guò)相變套管結(jié)合，太陽(yáng)能供暖的平均能量利用率可達(dá)49.6%，高于平均水平。
[0023]2、所選用的相變材料的相變溫度與室內(nèi)溫度相接近，在19-281之間，可以防止室內(nèi)過(guò)熱和較大的波動(dòng)。相變材料的相變潛熱較顯熱大得多，完全可以滿(mǎn)足夜間室內(nèi)需熱要求。
[0024]3、相變材料鋪設(shè)在地板上，同時(shí)在其下面設(shè)有通風(fēng)層，可以實(shí)現(xiàn)跨季節(jié)室溫調(diào)控；冬季進(jìn)行蓄熱，夏季進(jìn)行蓄冷。
[0025]4、太陽(yáng)能系統(tǒng)采用熱水作為冷熱媒，使得冷熱量輸送能力加大，能量利用率提高。
[0026]5、整套房屋設(shè)計(jì)在使用時(shí)的耗電部分僅有冬季供暖水泵耗電，耗電量平均每天只有1.31^1！，過(guò)渡季及夏季完全無(wú)需耗電。本發(fā)明大大節(jié)約了常規(guī)能源，減少了二氧化碳的排放量。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本發(fā)明太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑的整體構(gòu)造示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑的房屋結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0029]圖3是本發(fā)明太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑的南墻、北墻結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4是本發(fā)明太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑的通風(fēng)層結(jié)構(gòu)不意圖(圖1的八首I』視圖)；
[0031]圖5是本發(fā)明太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑的太陽(yáng)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖6是本發(fā)明太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑的相變套管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]本發(fā)明附圖標(biāo)記如下:
[0034]1-相變房屋2-相變套管
[0035]3-太陽(yáng)能集熱器4-通風(fēng)層
[0036]5-水泵6-熱水供水管路
[0037]7-熱水回水管路8-分水器
[0038]9-集水器10-熱量表
[0039]11-補(bǔ)水箱12-電磁閥
[0040]13-頂部自動(dòng)排氣閥14-中部自動(dòng)排氣閥
[0041〕 15-底部自動(dòng)排氣閥16-集熱器水箱八
[0042]17-集熱單元418-外管
[0043]19-內(nèi)管20-肋片
[0044]21-接口22-相變材料填充腔
[0045]23-外門(mén)24-外窗
[0046]25-南墻通風(fēng)口26-北墻通風(fēng)口
[0047]27-孔洞28-地面
[0048]29-水泥地板30-接口八
[0049]31-接口 832-集熱器水箱8
[0050]33-集熱單元8 34-砌體結(jié)構(gòu)

【具體實(shí)施方式】
[0051〕 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0052]本發(fā)明所設(shè)計(jì)的能源自維持的房屋，主要包括相變房屋和太陽(yáng)能系統(tǒng)兩大部分。
[0053]相變房屋1的相關(guān)結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1、圖3、圖3和圖4，所述相變房屋1的外形尺寸為311^ 311^ 30，在相變房屋1的北墻設(shè)置有一扇1.811^0.8111的塑鋼門(mén)23，南墻設(shè)置一扇
1.2111^ 1.2111的塑鋼外窗24。墻體采用240臟爐潘空心磚墻，外部加裝45臟厚聚苯保溫板；屋頂采用現(xiàn)燒混凝土屋頂，厚度為150皿，外部加裝60皿厚聚苯保溫板。用于封裝相變材料的相變套管2埋設(shè)在水泥地板29內(nèi)，形成相變材料層。太陽(yáng)能集熱器3放置在相變房屋1的屋頂上，設(shè)置在坡度為45度的角鋼支架上，通過(guò)熱水供水管路6和熱水回水管路7與相變套管2形成一個(gè)完整的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)循環(huán)回路。在水泥地板29與地面28之間設(shè)置有通風(fēng)層4，地面28的上面貼有45臟厚的聚苯保溫板。通風(fēng)層4為一個(gè)空間，內(nèi)部有兩處交錯(cuò)設(shè)置的砌體結(jié)構(gòu)34將空間分隔成近似風(fēng)道狀(參見(jiàn)圖4)，砌體結(jié)構(gòu)34同時(shí)作為承重結(jié)構(gòu)支撐水泥地板29。通風(fēng)層4與南墻接觸處設(shè)置有兩個(gè)通風(fēng)口 25，與北墻接觸處設(shè)置有一個(gè)通風(fēng)口 26 ；所述南墻通風(fēng)口 25和北墻通風(fēng)口 26均可開(kāi)啟和關(guān)閉，以控制建筑內(nèi)氣流流動(dòng)。相變房屋1臨近東墻或西墻的地板上設(shè)置有孔洞27，孔洞27與通風(fēng)層4相連通；孔洞27上設(shè)置有可開(kāi)啟關(guān)閉的蓋板(參見(jiàn)圖2)。
[0054]太陽(yáng)能系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖5，太陽(yáng)能集熱器由集熱單元八17和集熱單元833組成，分別安裝在一個(gè)坡度為45度的角鋼焊接支架上，按上下順序排列；集熱單元八17和集熱單元833的頂部均設(shè)有集熱器水箱八16和集熱器水箱832 ；集熱器水箱八16與集熱單元八17相連通，集熱器水箱832與集熱單元834相連通，集熱器水箱八16與集熱器水箱833通過(guò)管道串聯(lián)在一起。
[0055]多根并聯(lián)埋設(shè)于水泥地板29內(nèi)的相變套管2由內(nèi)外兩層鋼管組成(參見(jiàn)圖6)，夕卜管18縱向的同心位置設(shè)置有內(nèi)管19，內(nèi)管19與外管18的管壁之間設(shè)置有強(qiáng)化傳熱的圓形肋片20 ；內(nèi)管19為水管路，其兩端分別設(shè)置有接口八30和接口 831，分別作為進(jìn)水口和出水口 ；外管18的兩端為封閉狀，且留有接口 4和接口 8 ；內(nèi)管19與外管18之間由肋片20分割為相變材料填充腔19，相變材料填充腔19內(nèi)設(shè)置有相變材料；外管18的一端側(cè)面設(shè)置有接口 21，作為相變材料填充孔及自動(dòng)排氣閥的接口。所述相變材料的相變溫度與室內(nèi)溫度相接近，在16-281之間，可以是無(wú)機(jī)相變材料、有機(jī)相變材料或有機(jī)相變材料的低共熔混合物。本實(shí)施例采用正癸酸與十六醇的低共熔混合物，其質(zhì)量比為62.5:37.5，熔化溫度為22.51，凝固溫度為20.6。。。
[0056]熱水供水管路6上設(shè)置有分水器8，熱水回水管路7上設(shè)置有集水器9 ；分水器8上設(shè)置有多個(gè)接口，分別與多個(gè)相變套管2的內(nèi)管19的進(jìn)水口相連接，該分水器8與熱水供水管路6相連接；集水器9上也設(shè)置有多個(gè)接口，分別與多個(gè)相變套管2的內(nèi)管19的出水口相連接，集水器9與熱水回水管路7相連接。熱水供水管路6的上端與集熱器水箱八16相連接，下端與分水器7頂端接口相連。熱水供水管路6從上到下依次還安裝有頂部自動(dòng)排氣閥13、中部自動(dòng)排氣閥14、底部自動(dòng)排氣閥15、及熱量表10，其在室外部分包裹有保溫材料層以及電伴熱帶。熱水回水管路7的上端與集熱器水箱832相連接，下端與集水器9的底端接口相連接，與熱水供水管路6形成同程式系統(tǒng)。分水器8與集水器9與相變套管2處于同一平面，與部分管路共同埋設(shè)置于水泥地板29內(nèi)，其整體上稍有坡度，并在沿坡度向下處設(shè)置有三通，其中一通延伸至室外作為排水管。熱水回水管路7從上至下依次還安裝有水泵5、補(bǔ)水箱11、電磁閥12及其他閥門(mén)等。太陽(yáng)能集熱器3產(chǎn)生的熱水通過(guò)管路流入分水器8，再經(jīng)分水器8流入各個(gè)相變套管進(jìn)行換熱，然后匯入集水器9，最后經(jīng)管路流回太陽(yáng)能集熱器3，完成循環(huán)。
[0057]本發(fā)明的工作過(guò)程如下:
[0058]冬季供暖過(guò)程:水泵5和電磁閥11受智能電源控制箱控制，控制箱內(nèi)引出三個(gè)溫度探頭分別布置在集熱器水箱、集水器和室內(nèi)，當(dāng)集熱器水箱中水溫達(dá)到301，且集水器溫度低于181時(shí)，循環(huán)水泵和電磁閥開(kāi)啟；當(dāng)此兩個(gè)溫度探頭測(cè)得的水溫溫差小于51時(shí)，水泵及電磁閥關(guān)閉，系統(tǒng)停止循環(huán)；當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到或超過(guò)281時(shí)，水泵及電磁閥也會(huì)關(guān)閉。整個(gè)冬季運(yùn)行過(guò)程中，通風(fēng)層4的所有通風(fēng)口全部為關(guān)閉狀態(tài)，孔洞27也為關(guān)閉狀態(tài)。
[0059]過(guò)渡季過(guò)程:整個(gè)過(guò)渡季通風(fēng)層4的所有通風(fēng)口全部為關(guān)閉狀態(tài)，孔洞23也為關(guān)閉狀態(tài)。太陽(yáng)能系統(tǒng)不運(yùn)行。在過(guò)渡季完全依靠建筑自身自然調(diào)控，不涉及人為控制。
[0060]夏季過(guò)程:通風(fēng)層4的所有通風(fēng)口全部為開(kāi)啟狀態(tài)，在白天室外溫度較高時(shí)，孔洞27關(guān)閉，阻止室外空氣進(jìn)入室內(nèi)從而將熱量帶入建筑內(nèi)部，同時(shí)通過(guò)傳熱和陽(yáng)光直接射入室內(nèi)所帶來(lái)的多余熱量被相變材料吸收儲(chǔ)存；在夜間室外氣溫較低且低于室內(nèi)溫度時(shí)，夕卜窗24開(kāi)啟，孔洞27也為開(kāi)啟狀態(tài)，通過(guò)自然通風(fēng)的方式將室內(nèi)多余熱量以及相變材料凝固所放出的白天儲(chǔ)存的熱量帶走。在夏季過(guò)程中，太陽(yáng)能系統(tǒng)不運(yùn)行。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑，包括相變房屋和太陽(yáng)能系統(tǒng)，其特征在于，所述相變房屋⑴的北墻設(shè)置有外門(mén)(23)，南墻設(shè)置有外窗(24);水泥地板(29)內(nèi)埋設(shè)相變套管(2)，每根相變套管⑵內(nèi)均設(shè)置有相變材料，多根相變套管(2)水平設(shè)置構(gòu)成相變材料層；在水泥地板(29)與地面(28)之間設(shè)置有通風(fēng)層(4)，通風(fēng)層(4)為一個(gè)空間，其內(nèi)部通過(guò)兩處交錯(cuò)設(shè)置的砌體結(jié)構(gòu)(34)將其分隔成近似風(fēng)道狀，砌體結(jié)構(gòu)(34)同時(shí)作為承重結(jié)構(gòu)支撐水泥地板(29);南墻下部臨近通風(fēng)層(4)處設(shè)置有南墻通風(fēng)口(25)，北墻下部臨近通風(fēng)層(4)處設(shè)置有北墻通風(fēng)口(26);相變房屋(I)臨近東墻或西墻的水泥地板(29)上設(shè)置有孔洞(27)，孔洞(27)與通風(fēng)層(4)相連通； 相變房屋(I)的屋頂上設(shè)置有太陽(yáng)能系統(tǒng)，太陽(yáng)能系統(tǒng)包括太陽(yáng)能集熱器(3)，太陽(yáng)能集熱器(3)通過(guò)熱水供水管路(6)和熱水回水管路(7)與相變套管(2)形成一個(gè)完整的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)循環(huán)回路；所述太陽(yáng)能集熱器(3)由集熱單元A(17)和集熱單元B(33)組成，分別設(shè)置在坡度為45度的角鋼支架上，按上下順序排列；集熱單元A(17)和集熱單元B (33)的頂部設(shè)有集熱器水箱A (16)和集熱器水箱B (32);集熱器水箱A (16)與集熱單元A (17)相連通，集熱器水箱B (32)與集熱單元B (33)相連通，集熱器水箱A (16)與集熱器水箱B(33)通過(guò)管道串聯(lián)在一起；熱水回水管路(7)上設(shè)置有水泵(5)、補(bǔ)水箱(11)、電磁閥(12)和集水器(9);熱水供水管路(6)上設(shè)置有熱量表(10)、分水器(8)，還設(shè)置有底部自動(dòng)排氣閥(15)、中部自動(dòng)排氣閥(14)和頂部自動(dòng)排氣閥(13)； 所述相變套管(2)由內(nèi)外兩層鋼管組成，外管(18)縱向的同心位置設(shè)置有內(nèi)管(19)，內(nèi)管(19)與外管(18)的管壁之間設(shè)置有強(qiáng)化傳熱的圓形肋片(20);內(nèi)管(19)為水管路，其兩端分別設(shè)置有接口 A(30)和接口 B(31)，分別作為進(jìn)水口和出水口 ；外管(18)的兩端為封閉狀，且留有接口 A和接口 B ;內(nèi)管(19)與外管(18)之間由肋片(20)分割為相變材料填充腔(22)，相變材料填充腔(22)內(nèi)設(shè)置有相變材料；外管(18)的一端側(cè)面設(shè)置有接口(21)，作為相變材料填充孔及自動(dòng)排氣閥的接口 ；內(nèi)管(19)通過(guò)集水器(9)與熱水回水管路(7)相連接，并通過(guò)分水器(8)與熱水供水管路(6)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑，其特征在于，所述相變房屋⑴長(zhǎng)3m?1m,寬2m?5m,高3?4.5m,墻體米用240謹(jǐn)?370謹(jǐn)厚的實(shí)心磚墻、空心磚墻或混凝土墻，外部加裝20_?60_厚保溫材料；屋頂為現(xiàn)燒混凝土屋頂或預(yù)制板屋頂，厚度為150mm?300mm,外部加裝20mm?60mm厚保溫材料；墻體傳熱系數(shù)小于0.55ff/m2.K，屋頂傳熱系數(shù)小于0.6ff/m2.K。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑，其特征在于，所述北墻設(shè)置的外門(mén)(23)高1.8m?2.2m，寬0.Sm?1.2m ;南墻設(shè)置的外窗(24)高1.2m?1.8m,寬1.2m?1.5m ；門(mén)窗外框材料為塑鋼或斷橋招合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑，其特征在于，所述南墻通風(fēng)口(25)和北墻通風(fēng)口(26)均可開(kāi)啟和關(guān)閉，孔洞(27)設(shè)置有蓋板，以控制建筑內(nèi)氣流流動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑，其特征在于，所述相變材料填充腔(19)內(nèi)填充的相變材料，其相變溫度與室內(nèi)溫度相接近，在16-28°C之間，可以是無(wú)機(jī)相變材料、有機(jī)相變材料或有機(jī)相變材料的低共熔混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑，其特征在于，所述有機(jī)相變材料的低共熔混合物為脂肪酸與高碳醇類(lèi)的混合物，脂肪酸為正癸酸、月桂酸、肉豆蘧酸、棕櫚酸或硬脂酸；高碳醇為十二醇、十四醇、十六醇或十八醇；脂肪酸與高碳醇類(lèi)的質(zhì)量比為46.4?97.5:2.5?53.6 ;所述的脂肪酸和高碳醇的熔點(diǎn)都小于80。。。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑，其特征在于，相變套管⑵的進(jìn)水口與分水器(8)、出水口與集水器(9)相連接；太陽(yáng)能集熱器(3)產(chǎn)生的熱水通過(guò)管路流入分水器(8)，再經(jīng)分水器(8)流入各個(gè)相變套管進(jìn)行換熱，然后匯入集水器(9)，最后經(jīng)管路流回太陽(yáng)能集熱器(3)，完成循環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑，其特征在于，太陽(yáng)能熱水循環(huán)系統(tǒng)為同程式熱水采暖系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】F24J2/04GK104294924SQ201410527469
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】呂石磊, 李翼然 申請(qǐng)人:天津大學(xué)