CN103791653B - 一种建筑生态节能*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种建筑生态节能***，包括太阳能集热***、集冷管路***、至少二个以上互相绝热的水箱和设置在各个房间的散热器，所述水箱内设置有换热器，所述太阳能集热***通过保温集热泵阀管道与所述换热器连接，所述集冷管路***通过保温集冷泵阀管道与所述换热器连接，所述换热器通过并联连接的保温放热泵阀管道和保温放冷泵阀管道与所述散热器连通。本发明利用冬天和夏天的温度差，加以反季节充分利用，从而减少目前由于室内温度调节而对煤、油、天然气等石化能源和电能的依赖。本发明亦可用于现有城市供热网改造，将供热站由燃煤取热方式改为取太阳能转化热方式，并利用和改造现有供热管网在冬季为居民供热。在夏天用冷风方式为居民供冷。

Description

一种建筑生态节能***
技术领域
本发明涉及建筑领域，特别涉及一种建筑生态节能***。
背景技术
太阳能是绿色无污染的能源，太阳能的利用是改变人类能源利用结构、实现人类持续发展的必然要求。
目前地球环境问题是全人类面临的共同挑战。在全球气温上升成为众所周知的科学事实面前，给人类带来了一幅幅灾难性的前所未有的可悲情景。
全球变暖、温室效应如果不能被有效阻止。这些灾难的景象不久将会提前出现。目前人类利用的主要能源来自于化石燃料燃烧产生的能量，这种能量产生方式不仅消耗大量氧气，产生温室气体，而且由于燃烧不充分，产生大量有害气体和微粒，严重污染大气环境，严重伤害人民身体健康。如果人类能源利用结构不改变，这种环境恶化趋势就不会停止。人类的发展将不可能持续。
发明内容
本发明提供一种建筑生态节能***，利用冬天和夏天的温度差，加以反季节充分利用，从而减少目前由于室内温度调节而对煤、油、天然气等石化能源和电能的依赖。
本发明的技术方案是这样实现的：一种建筑生态节能***，包括太阳能集热***、集冷管路***、至少二个以上互相绝热的水箱和设置在各个房间的散热器，所述水箱内设置有换热器，所述太阳能集热***通过保温集热泵阀管道与所述换热器连接，所述集冷管路***通过保温集冷泵阀管道与所述换热器连接，所述换热器通过并联连接的保温放热泵阀管道和保温放冷泵阀管道与所述散热器连通。
其中，优选地，所述水箱采用保温材料进行绝热保温，所述保温材料为160～200cm厚的玻璃棉制品、CGI无机泡沫绝热制品、聚氨酯或纳基隔热软毡，或为10～20cm厚的双层真空玻璃，或为20～40cm厚的STP或CVIP真空绝热保温板。
其中，优选地，还包括用于能量传递的传递介质，所述传递介质为50%的乙二醇水溶液、1%的磷酸氢二钠水溶液或1.6%的三乙醇胺水溶液，所述传递介质置于管道内。
其中，优选地，所述太阳能集热***包括太阳能集热器；所述集冷管路***包括设置建筑外墙保温层上的金属扁管和铺设在建筑外墙背光处的金属集冷管，所述集冷泵阀***、所述集冷管路***和所述换热器依次连接，构成闭路循环。
其中，优选地，还包括设置在所述保温集热泵阀管道上的集热泵阀***、设置在所述保温集冷泵阀管路上的集冷泵阀***、设置在所述保温放热泵阀管道上的放热泵阀***和设置在所述保温放冷管道上的放冷泵阀***。
其中，优选地，所述集热泵阀***由集热循环泵、集热出流阀、集热返流阀组成；所述集冷泵阀***由集冷循环泵、集冷出流阀、集冷返流阀组成；所述放热泵阀***由放热循环泵、放热出流阀、放热返流阀组成；所述放冷泵阀***由放冷循环泵、放冷出流阀、放冷返流阀组成。
其中，优选地，还包括：
设置在所述水箱内的水箱温度传感器；
设置在所述太阳能集热器内出液口处的集热器温度传感器；
设置在所述金属集冷管出液口处的集冷管温度传感器；
设置在各个房间的室内温度传感及调节控制器；
根据所述集热器温度传感器、集冷管温度传感器、室内温度传感及调节控制器和水箱温度传感器传输的温度信号控制所述集热泵阀***、所述集冷泵阀***、所述放热泵阀***或所述放冷泵阀***开关及流量的控制器，所述控制器分别与所述水箱温度传感器、所述集热器温度传感器、所述集冷管温度传感器和所述室内温度传感及调节控制器连接。
本发明的建筑生态节能***有六种工作状态：集热状态、高温保温状态、放热状态、集冷状态、低温保温状态、放冷状态。每一时刻每个水箱储能及换热***只能在一种工作状态下。不同工作状态之间可以根据需要进行切换。
在集热状态下，***只开启集热管路泵阀***和太阳能集热***，而关闭放热管路泵阀***、集冷管路泵阀***、放冷管路泵阀***。***处于集热工作状态。
在高温保温状态下，***只开启集热管路泵阀***和太阳能集热***，而关闭放热管路泵阀***、集冷管路泵阀***、放冷管路泵阀***。***处于高温保温工作状态。
在放热状态下，***只开启放热管路泵阀***和太阳能集热***，而关闭集热管路泵阀***、集冷管路泵阀***、放冷管路泵阀***。***处于放热工作状态。
在集冷状态下，***只开启集冷管路泵阀***，而关闭放热管路泵阀***、集热管路泵阀***、放冷管路泵阀***和太阳能集热***。***处于集冷工作状态。
在低温保温状态下，***关闭集冷管路泵阀***、春季供热截止阀、放冷管路泵阀***和太阳能集热***。***处于低温保温工作状态。这时太阳能集器收集的热量直接通过集热管路泵阀***和放热管路泵阀***为各户供热。
在放冷状态下，***只开启放冷管路泵阀***，而关闭放热管路泵阀***、集热管路泵阀***、集冷管路泵阀***和太阳能集热***。***处于放冷工作状态。
本发明的有益效果：
1.本发明将四季的太能阳以热能的方式储存在水中，供冬季中取暖和四季热水使用；在冬季中储存冷水，供夏季降温使用，和现有的建筑空调***相比，节能减排，大幅度减轻污染和温室效应；且整个***造价低、省电、使用方便，因此易于推广应用。
2.本发明亦可用于现有城市供热网改造，将供热站由燃煤取热方式改为取太阳能转化热方式，并利用和改造现有供热管网在冬季为居民供热。在夏天用冷风方式为居民供冷。
3.本发明的实施应与建筑节能设计和节能保温材料的应用紧密联系、共同实施。以最大程度地实现节能、环保、宜居的理念。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例工作原理示意图；
图2为本发明控制***控制原理框图。
图中，1.水箱，2.换热器，3.太阳能集热器，4.集冷管路***，5.热水换热器，6.室内温度传感及调节控制器，7.散热器，8.集热出流阀，9.集热循环泵，10.集热返流阀，11.放热返流阀，12.放热循环泵，13.放冷出流阀，14.放冷循环泵，15.放冷返流阀，16.集冷出流阀，17.集冷循环泵，18.集冷返流阀，19.水温控制器，20.热水龙头，21.放热出流阀，22.热水器进流阀，23.热水器出流阀，24.春季供热截止阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发实施例提供一种建筑生态节能***，一种建筑生态节能***，包括太阳能集热***、集冷管路***4、三个互相绝热的水箱1和设置在各个房间的散热器7，水箱1内设置有换热器2，太阳能集热***通过保温集热泵阀管道与换热器2连接，集冷管路***4通过保温集冷泵阀管道与换热器2连接，换热器2通过并联连接的保温放热泵阀管道和保温放冷泵阀管道与散热器7连通。
其中，太阳能集热***包括太阳能集热器3；集冷管路***4包括设置建筑外墙保温层上的金属扁管和铺设在建筑外墙背光处的金属集冷管，集冷泵阀***、集冷管路***4和换热器2依次连接，构成闭路循环。
其中，在保温集热泵阀管道上设置有集热泵阀***，在所述保温集冷泵阀管路上设置有集冷泵阀***，在保温放热泵阀管道上设置有放热泵阀***和在保温放冷管道上设置有放冷泵阀***。
其中，集热泵阀***由集热循环泵9、集热出流阀8、集热返流阀10组成；所集冷泵阀***由集冷循环泵17、集冷出流阀16、集冷返流阀18组成；放热泵阀***由放热循环泵12、放热出流阀21、放热返流阀11组成；放冷泵阀***由放冷循环泵14、放冷出流阀13、放冷返流阀15组成。
其中，水箱1内还设置热水换热器5，热水换热器5入口端连接有自来水管，自来水管上连接有热水器进流阀22，换热器的出口端连接有热水管，热水管上连接有热水器出流阀23、水温控制器19和热水龙头20。
其中，水箱1采用保温材料进行绝热保温，保温材料为160～200cm厚的玻璃棉制品、CGI无机泡沫绝热制品、聚氨酯或纳基隔热软毡，或为10～20cm厚的双层真空玻璃，或为20～40cm厚的STP或CVIP真空绝热保温板。根据不同地区的自然条件，选择与当地温度相适应的温材料。
其中，还包括用于能量传递的传递介质，传递介质放置在循环管道内，所述传递介质为50%的乙二醇水溶液、1%的磷酸氢二钠水溶液或1.6%的三乙醇胺水溶液，根据各地区的温度选择不同的传递介质。
在本发明中，还包括控制***，其中控制***包括：
设置在水箱1内的水箱温度传感器；
设置在太阳能集热器3内出液口处的集热器温度传感器；
设置在金属集冷管出液口处的集冷管温度传感器；
设置在水管上的水温传感器；
设置在各个房间的室内温度传感及调节控制器6；
根据集热器温度传感器、集冷管温度传感器、水温传感器、室内温度传感及调节控制器6和水箱温度传感器传输的温度信号控制集热泵阀***、集冷泵阀***、放热泵阀***或放冷泵阀***开关及流量的控制器，控制器分别与水箱温度传感器、集热器温度传感器、集冷管温度传感器和室内温度传感及调节控制器6连接。上述泵阀***可以由控制器控制其开关及流量，也可人工控制上述泵阀***的开关及流量。
本发明在具体实施过程中至少需要有二个以上互相绝热的水箱1及换热***，以保证放热和集冷同时进行，或放冷和集热同时进行。
工作过程：
1）热能收集保存过程
利用太阳能集热器将热传递介质加热，此时水箱储能及换热***处于集热状态下，***只开启集热管路泵阀***和太阳能集热***，而关闭放热管路泵阀***、集冷管路泵阀***、放冷管路泵阀***。***处于集热工作状态。集热循环泵通过保温管道向装在水箱中的换热器进行闭路循环，将太阳集热器收集的热量传给水箱中的水，使水箱中的水不断被加热，储存热量。为加快换热器效率，水箱中换热器旁设置有搅拌器（图中未示出），加速了水箱内水的对流。同时，水箱中的水箱温度传感器和太阳能集热器中的集热器温度传感器通过控制器比较控制循环泵的开并及流量。对水箱进行绝热保温，注意所有绝热细节，尽力杜绝热量损失。
将太阳能集热器安放在建筑表面，一边收集热量，同时减少太阳对建筑物的照射，为建筑物降温。以北纬40度为例，夏天地面上1平米太阳能照射一白天的能量平均为5度电的能量。如果利用率为50%，可以将约50公斤水加温热温升约40℃。若每家安装15平米，夏天平均每天有500公斤水加热温升约60℃。整个夏天90天约有45吨水加热温升约至60℃。春天和秋天1平米太阳能照射平均能力为夏天的一半，所以在夏秋两季180天约有45吨水加热温升约60℃。冬季一平米太阳能照射平均能力为夏天的20%，所以冬季90天约有9吨水加热温升约60℃。一年共约100吨水被加热至80℃。
收集的热量采取加强保温和持续收集热量补充相结合的方式进行。即在尽量减少损失的同时在春秋和冬季补充热量。因为冬天需要的热量比夏天需要的冷量多，而且沐浴及厨卫都需要热水，因此夏天收集热量应更多。
2）热能利用过程
水箱内换热器通过保温管以串联方式与设置在各个房间的散热器相联，构成闭路循环***，且设置动力泵为循环提供动力。在各个房间的温度传感器，连接水箱内换热器和散热器的保温管道上设置有放热阀，控制器根据室内温度传感及调节控制器的设置温度来自动调节放热泵阀的开闭和流量。室内温度传感及调节控制器和放热泵阀也可以人工控制。
其中，水箱内还设置热水换热器，控制器根据水温控制器调节热水龙头的开闭和流量，也可人工控制热水龙头的开关。
冬天保温良好的使用面积在100M2的居室，在冬天环境温度在-10℃时，温度要保持在16-20℃之间，需1000W空调开启。一天需约24度电，一个冬天需约2400度电。1000W空调开启时每秒带来约2000W约500卡热量。如果热水段的温度为75℃，经循环后为25℃，则1吨水由75℃到25℃所放出的热量相当开1000W空调约28小时。整个冬天估计需100吨水。高温水经过两次换热（75-25℃，25-0℃）变成低温水进行保温。热水在25℃以上作用为供热，在25℃以下作用为保温和取冷。分别走两路管线循环。室内走热风和暖气，室外走外墙保温层外金属扁管和金属集冷管。
3）冷量收集保存过程
利用冬天将20℃的水变成0℃的冰水收集起来的技术。用集冷循环泵将20℃的冷热媒体液通过贴敷在建筑外墙保温层上的扁管流动向环境放热，使液体达到环境温度并为建筑保温。在建筑物外墙上靠风口背阳光处铺设金属集冷管30米，管间距15cm，面积约为4.5M2。在冬天开启流动，流动速度在约100公斤/1小时左右。20℃的冷热媒体液在流至30米末端时温度降至0℃左右。一天可获得约2吨的冰水。从11月15日至来年2月15日共90天可得冰水180吨。在低温保温状态下，***关闭集冷管路泵阀***、春季供热截止阀24、放冷管路泵阀***和太阳能集热***。***处于低温保温工作状态，并将冰水保温半年。春季供热截止阀24设置在集热出流管和集热返流管与水箱交汇连接处附近。
统为各户供热。与高温水不同，冷水只能在严冬时降温，在其他三个季节都不能补充。因此在严冬时要尽量多吸冷气（加大冷热媒体液流量）。争取将冷水变成较低温度的水进行存储。以备夏天需要。
4）冷量利用过程
水箱内换热器还和建筑各房间的放冷管连通，通过设置在放冷管背后的风扇将冷量吹出。连接水箱内换热器和放冷管的保温管道上设置有放冷阀和放冷循环泵。室内温度传感及调节控制器和放冷泵阀可以人工控制，也可以与控制器连接，由控制器根据室内温度传感及调节控制器的设置温度来自动调节放冷泵阀的开闭和流量。
5）冷热资源的分配：热量的收集靠太阳能集热器全年收集。在11月至3月共5个月的采暖期内热量分配大致比例为：
11月12月1月2月3月
10%20%40%20%10%
在多层建筑设计时，建筑的每一层设一个水箱，每三层为一个冷热循环***，共设三个水箱。在11月份采暖期开始时，三个水箱储存的都是热水，在11-12月份，将其中第一个水箱的热量用完（水温变成25℃左右），并在12月底将此箱水用于冷量收集。在1-2月份将剩余两箱水的热量用完，并在用完后立即将此箱水用于冷量收集。3月份居室保温用3月份太阳能集热器收集的热量。即关闭阀门，这时太阳能集器收集的热量直接通过集热管路泵阀***和放热管路泵阀***为各户供热。
夏天需要用冷风的时间为：6-9月共三个月，冷量资源大致分配如下：
6月7月8月
20%50%30%
在6月初，三个水箱储存的都是冷水，在6-7月份，将其中两水箱的冷量用完（水温变成20℃），并在用完后立即将此箱水用于热量收集。8月份将第三箱水的冷量用完，并在用完后立即将此箱水用于热量收集。到9月份三箱水都储存的是热水。
家庭用热水解决方案：在水箱温度在40度以上时打开热水阀门和即可提供热水，若在水箱温度在40度以下，关闭热水阀门，使用一层或几层统一安装太阳能热水器供各家庭用热水需要。每家根据实际需要走表使用。社会及经济效益分析：
如北京市燃煤集中供热平均需要（采暖期）：标煤22.9公斤/平米住房，耗水：96.7公斤/平米住房，耗电：3.12度/平米住房，总体供热效率在35-58%，即到用户的标煤数为8-13.3公斤/平米住房。此技术一年可使一户节约标煤2.3吨，在全国推广后可减少冬季取暖标准煤6.9亿吨。占全国能源耗量的19%。降低二氧化硫排放约460万吨，能有效降低北方冬天燃煤取暖造成的空气污染。
本发明亦可用于现有城市供热网改造，将供热站由燃煤取热方式改为取太阳能转化热方式，并利用和改造现有供热管网在冬季为居民供热。在夏天用冷风方式为居民供冷。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种建筑生态节能***，其特征在于：包括太阳能集热***、集冷管路***、至少二个以上互相绝热的水箱和设置在各个房间的散热器，所述水箱内设置有换热器，所述太阳能集热***通过保温集热泵阀管道与所述换热器连接，所述集冷管路***通过保温集冷泵阀管道与所述换热器连接，所述换热器通过并联连接的保温放热泵阀管道和保温放冷泵阀管道与所述散热器连通；还包括设置在所述保温集热泵阀管道上的集热泵阀***、设置在所述保温集冷泵阀管道上的集冷泵阀***、设置在所述保温放热泵阀管道上的放热泵阀***和设置在所述保温放冷泵阀管道上的放冷泵阀***。
2.根据权利要求1所述的一种建筑生态节能***，其特征在于：所述水箱采用保温材料进行绝热保温，所述保温材料为160～200cm厚的玻璃棉制品、CGI无机泡沫绝热制品、聚氨酯或纳基隔热软毡，或为10～20cm厚的双层真空玻璃，或为20～40cm厚的STP或CVIP真空绝热保温板。
3.根据权利要求1所述的一种建筑生态节能***，其特征在于：还包括用于能量传递的传递介质，所述传递介质为50％的乙二醇水溶液、1％的磷酸氢二钠水溶液或1.6％的三乙醇胺水溶液。
4.根据权利要求1所述的一种建筑生态节能***，其特征在于：所述太阳能集热***包括太阳能集热器；所述集冷管路***包括设置建筑外墙保温层上的金属扁管和铺设在建筑外墙背光处的金属集冷管，所述集冷泵阀***、所述集冷管路***和所述换热器依次连接，构成闭路循环。
5.根据权利要求4所述的一种建筑生态节能***，其特征在于：所述集热泵阀***由集热循环泵、集热出流阀、集热返流阀组成；所述集冷泵阀***由集冷循环泵、集冷出流阀、集冷返流阀组成；所述放热泵阀***由放热循环泵、放热出流阀、放热返流阀组成；所述放冷泵阀***由放冷循环泵、放冷出流阀、放冷返流阀组成。
6.根据权利要求4所述的一种建筑生态节能***，其特征在于：还包括：
设置在所述水箱内的水箱温度传感器；
设置在所述太阳能集热器内出液口处的集热器温度传感器；
设置在所述金属集冷管出液口处的集冷管温度传感器；
设置在各个房间的室内温度传感及调节控制器；
根据所述集热器温度传感器、所述集冷管温度传感器、所述室内温度传感及调节控制器和所述水箱温度传感器传输的温度信号控制所述集热泵阀***、所述集冷泵阀***、所述放热泵阀***或所述放冷泵阀***开关及流量的控制器，所述控制器分别与所述水箱温度传感器、所述集热器温度传感器、所述集冷管温度传感器和所述室内温度传感及调节控制器连接。
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