建築式太陽集熱裝置的製作方法

2023-09-21 14:18:35 2

專利名稱：建築式太陽集熱裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於太陽能利用技術，涉及太陽能的光熱轉換裝置，特別涉及一種建築式太陽集熱裝置，該集熱裝置可將建築物表面接收的太陽光轉變成熱能並予輸出。
背景技術：
能源是人類賴以生存和發展的物質基礎。太陽能是實現可持續、永恆利用的能源。人們對利用太陽能提供熱水或加熱空氣的裝置已經進行了大量的研究，取得了許多成果。
提供熱水的裝置是通過集熱器捕獲太陽能的；這些集熱器主要有平板太陽集熱器和真空管太陽集熱器，它們常常被安裝在屋頂上。太陽集熱器依靠其自身的黑色受光體把太陽輻射光轉換成熱能，把箱體內的水或真空管內的水加熱，以達到利用的目的。
太陽能加熱空氣的裝置則是把太陽集熱器受光面所捕獲的光轉變成熱能，再利用流動的空氣把熱能帶走以便利用。這些裝置也可以安裝在屋項上，但絕大多數安裝在地面的空地上。
中國專利01817104.4公開了一種太陽能加熱屋頂的裝置。美國、日本、英國等均有一些相關專利，它們利用屋頂加熱空氣等。
無論是採用提供熱水的還是加熱空氣的太陽能裝置，它們提供能量的多少很大程度上取決於其太陽集熱器受光面的面積大小。為了獲取較多的能量，需要較大的受光面積。這樣對屋頂的面積要求也會增加，而常常是難以滿足要求的。同時，對屋頂的承重要求也會增加。另外這樣的集熱器還影響美觀，一旦出現故障會殃及周鄰。
無論是真空管太陽集熱器還是平板太陽集熱器，它們存在二方面問題。一方面，它們都需要成為一個獨立的專用系統進行安裝和使用，需佔據特定的空間、場地和循環管路，這既受到了場地的限制，安裝施工也多有不便，又增加了運行維護和成本費用，還不美觀，常常破壞了建築的整體格調。另一方面，它們都直接用水作熱媒。由於水的物理特性也給使用者帶來了諸多不便，如在0℃結冰、100℃沸騰、導熱係數小、結垢、溢水等一系列問題。熱媒工作處於開路循環系統狀態。

發明內容
針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在於，提供一種建築式太陽集熱裝置，該裝置與建築物朝陽牆體表面或屋頂的朝陽表面形成一體，成為建築物的一部分，可實現與建築物的一體化。
為了實現上述目的本發明採取的技術方案是，一種建築式太陽集熱裝置，包括建造在太陽照射牆體上用於收集太陽能的集熱牆面，其特點是，在該收集太陽能的牆面上由表及裡依次設置有隔熱透光層、陽光吸收層、反射牆面輻射層、光熱轉換牆和封閉在光熱轉換牆內的用於光熱交換的熱媒；它們與建築物牆體之間有一層絕熱層；熱媒的封閉管路分為主幹線和支線；熱媒通過熱能轉移通道和換熱器送入房間的的二次供熱設備中。
本發明的其它特點是，所述隔熱透光層選用氧化物薄膜；陽光吸收層選用金屬氧化物薄膜；反射牆面輻射層選用反射性能良好的金屬氧化物薄膜。
所述氧化物薄膜為氧化鋁或TiO2/Ag/TiO2或鋁、鈦的氧化物複合塗層等。
所述金屬氧化物薄膜為氧化銅黑或氧化鐵黑或鉻黑或銅底碳化鐵。
所述光熱轉換牆為鋼或鐵的薄板材料。
所述支線、主幹線可以與光熱轉換牆製成一體。
本發明不僅把建築物朝陽牆體表面(或屋頂的朝陽面)製成採光板，成為建築物的一部分，實現了太陽能裝置與建築物的一體化。而且它還把採光板捕獲的光轉換成熱能的同時，採用物理性能優越的熱媒把熱能迅速輸送出去以提高產熱量和光熱轉換效率。除了熱媒的物理性能差異之處，本發明的建築式太陽集熱裝置採用的熱媒是在一個閉路通道中傳遞能量的。在裝置運行過程中，熱媒不會減少。始終保證系統處於良好的運行狀態。還與傳統方式不同的是熱媒工作不需要外加強制循環，從結構和工作模式上解決了常規或傳統太陽集熱器的問題。


圖1是本發明的結構示意圖；圖中的符號分別為1.隔熱透光層、2.陽光吸收層、3.反射牆面輻射層、4.光-熱牆面、5.熱媒；圖2是本發明的熱媒管路圖；圖中的符號分別為6.收集熱能枝線，7.傳輸熱能主幹，8.熱能轉移通道，9.換熱器；圖3是本發明的實施例示意圖圖中的符號分別為10.集熱牆面，11.絕熱層，12.二次供熱設備。
具體實施例方式
以下結合附圖和發明人給出的實施例對本發明作進一步的詳細描述。
依照本發明的技術方案，建築式太陽集熱裝置，包括建造在太陽照射牆體上或朝陽屋頂上的用於收集太陽能的牆面10，在該收集太陽能的牆面10上由表及裡依次設置有隔熱透光保護層1、陽光吸收層2、反射牆面輻射層3、光熱轉換牆4和封閉在轉換牆4內的用於光熱交換的熱媒5；它們與建築物牆體之間有一層絕熱層11；熱媒5的封閉管路分為主幹線7和支線6，熱媒5通過熱能轉移通道8和換熱器9送入房間的的二次供熱設備12中。
隔熱透光保護層1選用氧化物薄膜；陽光吸收層2選用金屬氧化物薄膜；反射牆面輻射層3選用反射性能良好的金屬氧化物薄膜。
氧化物薄膜為氧化鋁塗層或TiO2/Ag/TiO2複合塗層或鋁、鈦的氧化物複合塗層等。
金屬氧化物薄膜為氧化銅黑、氧化鐵黑、鉻黑或銅底碳化鐵。
光熱轉換牆4為鋼或鐵的薄板材料。
隔熱透光層1、陽光吸收層2、反射牆面輻射層3和光轉換熱牆4構成了收集太陽能的牆面10。牆面10接受太陽光並轉變成為熱能。它與建築物牆體之間有一層絕熱層11，以防止熱能從牆體散失。如此，收集太陽能的牆面10在夏季可阻止陽光的熱能直接進入房間、冬季阻礙房間的熱能從此處傳向室外，有一定的冬暖、夏涼作用。
二次供熱設備12用於把換熱器9中的熱能進行二次疏散。它將根據用戶需求配置熱媒進行再分配。如用水作熱媒，可提供、產出熱水以資利用，如洗澡、取暖等；用空氣作熱媒則產出熱空氣用於取暖或乾燥加工等；用油作熱媒用於取暖等等。二次供熱設備12還可與電加熱、天然氣加熱或煤爐加熱等併網工作，構成互補產熱系統以確保全天候供熱。
本發明的工作原理是，當太陽光照射在收集太陽能的牆面10時，光線穿過隔熱透光層1，在陽光吸收層2被吸收並轉換成熱能。該熱能加熱了光熱轉換牆4中的熱媒5，熱媒5利用支線6把這些熱能吸收，並通過主幹線7傳輸熱能，經熱能轉移通道8傳送給換熱器9，再送入房間的的二次供熱設備12中進行該熱能的利用。
隔熱透光層1有三個作用，一個作用讓陽光透過；第二個作用保護陽光吸收層2以免被風吹、日曬、雨、雪等損壞；第三個作用阻礙光熱換熱牆4中的熱能向外界疏散。陽光吸收層2由吸收率非常高的材料構成，以將照射在其上的陽光吸收並進行熱能轉換。反射牆面輻射層3的作用主要是把光熱轉換牆4因自身體熱所產生的長波輻射給反射回去，以減少熱能傳向外界的損失。光熱轉換牆4由導熱良好的材料製成，如鋼或鐵的薄板材料。熱媒5是由導熱極好的材料製成，它的作用是在一個閉路中超高速的傳遞熱能。
支線6沿著主幹線7呈柵狀分布在整個光熱轉換牆4上，以便其中的熱媒5把光熱轉換牆上的熱能吸收、傳輸出去。主幹線7是把支線6中的熱能通過熱能轉移通道8快速的傳送到換熱器9中。熱能轉移通道8是連接光熱轉換牆4和換熱器9的傳熱管道，可根據需要製成不同長短、彎曲形狀的管路。換熱器9由導熱性能良好的材料製成並加工成單位重量、單位體積表面積很大的幾何形狀，以便於二次供熱設備12的熱能交換。絕熱層11阻止光熱轉換牆4和熱能在傳輸過程中熱能的散失。
封閉管路的支線6、主幹線7與光熱轉換牆4製成為緊密結合為一體，其間熱阻幾乎為零。
支線6、主幹線7、熱能轉移通道8和換熱器9是中空、相通的並且它們還必須是密封的。這樣保證熱媒5不會出現洩漏。一定密度的熱媒5可保證它在這個密閉的通道中超高速的傳遞能量。
不但熱媒5在工作過程中不必進行強制循環，而且換熱器9和二次供熱設備12也不受重力等因素的限制，可安置在房屋內的任何地方。
按照本發明的裝置可取得的效果主要有①實現了太陽能利用裝置與建築物的一體化。這樣可在建築物建造時或遷入裝修時預先將本發明裝置安裝。從而克服了常規太陽熱水器安裝在建築物的屋頂所產生的一系列問題，如屋頂的承重、美觀、循環管路的鋪設和管路造成的熱能損失和水的浪費等。
②可靠性大幅提高。本發明的結構形式是一種閉路系統，在運行過程中，沒有運動部件或流動液體。如常規採用的強制循環泵、水作為熱的載體等所引起的問題。
③太陽能裝置性能得到改善。本發明的結構完全克服了環境溫度過低時結冰造成不能使用甚至膨脹破壞裝置的現象，採光板溫度過高時產生水的沸騰或結垢導致使用性能下降，上水過量出現溢水等問題。
④提高產熱量。由於本發明的建築式太陽集熱裝置，採用建築式的牆面或屋面的結構，自身承載要求很低，不受樓層或屋頂面積限制，這樣可大大擴大太陽輻射的採光面積，從而可提供更多的熱能。
⑤用途較廣。本發明的結構是把太陽光轉換的熱能傳至換熱器。再由換熱器利用其它熱媒二次輸往它處；這樣它可加熱水、加熱空氣、加熱油等以滿足不同場合的需要。
總之，本發明可克服常規、傳統太陽集熱器的弊端、提高自身性能、擴大使用範圍。為進一步提高和普及太陽能的利用具有一定的積極作用。
以下是發明人給出的實施例。
如圖3所示，這是本發明的一個實施列，隔熱透光層1選用氧化物薄膜。陽光吸收層2選用金屬氧化物薄膜。反射牆面輻射層3選用反射性能良好的金屬氧化物薄膜。熱媒5選用準納米導熱材料，光熱轉換牆4、熱媒的支線6、主幹線7、熱能轉移通道8和換熱器9分別選用價格低廉的黑色金屬薄板、管材料加工而成。絕熱層11選用一般的保溫材料即可，其管道部分可選用型材。二次供熱設備12可以選擇暖氣包或淋浴器。
收集太陽能的牆面10作為建築房屋朝陽垂牆外表面的一部分被建造在牆體上。它不需要另加裝配支架和固定裝置。
權利要求
1.一種建築式太陽集熱裝置，包括建造在太陽照射牆體上或朝陽屋頂上的用於收集太陽能的牆面(10)，其特徵在於，在該收集太陽能的牆面(10)上由表及裡依次設置有隔熱透光保護層(1)、陽光吸收層(2)、反射牆面輻射層(3)、光熱轉換牆(4)和封閉在光熱轉換牆(4)內的用於光熱交換的熱媒(5)；它們與建築物牆體之間有一層絕熱層(11)；熱媒(5)的封閉管路分為主幹線(7)和支線(6)，熱媒(5)通過熱能轉移通道(8)和換熱器(9)送入房間的的二次供熱設備(12)中。
2.如權利要求1所述的建築式太陽能集熱裝置，其特徵在於，所述隔熱透光保護層(1)選用氧化物薄膜；陽光吸收層(2)選用金屬氧化物薄膜；反射牆面輻射層(3)選用反射性能良好的金屬氧化物薄膜。
3.如權利要求2所述的建築式太陽能集熱裝置，其特徵在於，所述氧化物薄膜氧化物薄膜為氧化鋁或TiO2/Ag/TiO2複合塗層或鋁、鈦的氧化物複合塗層。
4.如權利要求2所述的建築式太陽能集熱裝置，其特徵在於，所述金屬氧化物薄膜為氧化銅黑或氧化鐵黑或鉻黑或銅底碳化鐵。
5.如權利要求2所述的建築式太陽能集熱裝置，其特徵在於，所述光熱轉換牆(4)為鋼或鐵的薄板材料。
6如權利要求1所述的建築式太陽集熱裝置，其特徵在於，所述支線(6)、主幹線(7)可以與光熱轉換牆(4)製成一體。
全文摘要
本發明公開了一種建築式太陽集熱裝置，包括建造在太陽照射牆體上或朝陽屋頂上的用於收集太陽能的牆面，在該收集太陽能的牆面上由表及裡依次設置有隔熱透光保護層、陽光吸收層、反射牆面輻射層、光熱轉換牆和封閉在轉換牆內的用於光熱交換的熱媒；它們與建築物牆體之間有一層絕熱層；熱媒5的封閉管路分為主幹線和支線，熱媒通過熱能轉移通道和換熱器送入房間的的二次供熱設備中。本發明將太陽光轉換成熱能並把該熱輸送出去的裝置。由於是利用牆體自身產熱，所以實現了太陽能利用裝置與建築物的一體化。這可大大提高建築物捕獲太陽光的面積。同時本發明結構也使太陽集熱裝置的性能得到提高。這對節能、環保和能源的替代都有一定的積極意義。
文檔編號E04D13/18GK1563630SQ200410025989
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月25日 優先權日2004年3月25日
發明者施鈺川, 黃國華 申請人:西安交通大學