CN208072799U - 一种独立房屋用供热供冷*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种独立房屋用供热供冷***，在相变屋顶的上表面浇筑混凝土层，在混凝土层上铺盖有保温层；所述相变屋顶内部均匀铺设有自来水管，自来水管和相变屋顶内部空间之间的间隙内填充相变材料；在相变屋顶的上部设有上部开口，下部设有下部开口；自来水管的两端分别设有进水接口和出水接口，进水接口穿出相变屋顶安装有四通换向阀(12)，四通换向阀(12)分别与房屋的自来水进水管、太阳能***出水管和旁通管的一端相连，出水接口穿出相变屋顶安装有四通换向阀(8)。能实现冬季太阳能和夏季自来水冷量在单体建筑中的高效、多元利用，维持室内热环境的舒适及稳定。

Description

一种独立房屋用供热供冷***

技术领域

本实用新型属于绿色建筑和可再生能源利用领域，具体涉及一种民用住宅用、以太阳光热为热源、自来水为冷源和相变蓄能材料集成的供热供冷***。

背景技术

随着我国近些年经济的快速发展，能源形势与环境问题日益严峻。整个社会对能源利用和生态环境保护的重视越来越来高，国家也相继相继推出一系列的政策和法规来指导节能工作，建筑节能就是其中重点之一。我国幅员辽阔，人口众多，各地区的居住形式也多种多样，虽然近些年来我国一直以较快的速度进行城镇化建设，大部分的城市和城镇的居民已经住进了高楼小区，但在广大的农村地区和部分城市区域依然存在数量众多的形式简易、能耗水平较高的独立住宅。为缓解能源短缺问题，我国高度重视节约，积极开展节能工作，大力发展新能源技术和节能技术科学技术是第一生产力，建立中国特色的新能源与可再生能源发展基金等一系列的节能措施，然而这些措施无论是在农村还是城市的独立住宅领域收效甚微，如何改善独立住宅领域的能源结构，提过可再生能源的使用率是一个值得注意和研究的课题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决当前建筑能耗较大，可再生能源利用率较低的问题。提供了一种以太阳能为热源、自来水为冷源和相变蓄能技术集成的独立房屋用供热供冷***，以实现冬季太阳能和夏季自来水冷量在单体建筑中的高效、多元利用，维持了室内热环境的舒适及稳定。

本实用新型的技术方案是：

一种独立房屋用供热供冷***，其特征在于该供热供冷***包括相变屋顶、太阳能***和自来水***；在相变屋顶的上表面浇筑混凝土层，在混凝土层上铺盖有保温层；所述相变屋顶内部均匀铺设有自来水管，自来水管和相变屋顶内部空间之间的间隙内填充相变材料；在相变屋顶的上部设有上部开口，下部设有下部开口；自来水管的两端分别设有进水接口和出水接口，进水接口穿出相变屋顶安装有第一四通换向阀(12)，第一四通换向阀(12)分别与房屋的自来水进水管、太阳能***出水管和旁通管的一端相连，出水接口穿出相变屋顶安装有第二四通换向阀(8)，第二四通换向阀(8)分别与太阳能***进水管、位于房屋内的自来水出水管和旁通管的另一端相连；

在保温层上设置有太阳能***，太阳能***包括太阳能集热器，太阳能集热器通过太阳能***出水管、第一四通换向阀(12)、自来水管、第二四通换向阀(8)和太阳能***进水管构成一个完整的太阳能热水***循环回路；太阳能***进水管上设置有顶部自动排气阀、水泵、补水箱、电磁阀，太阳能***进水管经电磁阀后与第二四通换向阀(8)相连；太阳能***出水管上设置有第一热量表(25)；

自来水进水管上设有流量表(27)；自来水出水管设置有水龙头开关；自来水进水管、流量表(27)、第一四通换向阀(12)、自来水管、第二四通换向阀(8)、自来水出水管和水龙头开关构成一套完整的自来水***；

所述自来水管的外管壁上设置有强化传热的圆形肋片；自来水管通过第一四通换向阀 (12)切换分别与太阳能***进水管和自来水进水管连接，自来水管通过第二四通换向阀(8) 切换分别与太阳能***出水管和自来水出水管连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型将房屋的相变屋顶与太阳能***和自来水***通过相变材料相结合，在冬季，太阳能供暖的平均能量利用率可达到49.4％，在夏季，自来水提供的平均冷量利用率可到48.6％。所选用的相变材料的相变温度与室内温度较接近，在18—25℃之间，可以防止室内过热和较大的波动。相变材料的相变潜热相对显热大得多，完全可以瞒足室内所需的热量和冷量的要求。

2.本实用新型将相变材料填充在屋顶上，可以实现冬季进行蓄热，夏季进行蓄冷。太阳能***利用太阳能加热热水，采用热水作为热媒，自来水水***采用自来水做作为冷媒，使得能量利用率大大提高。整套房屋设计在使用时的耗电部分仅有冬季供暖水泵耗电，耗电量平均每天只有1KWh，夏季完全无需耗电。本实用新型充分利用自来水的冷量和太阳能，大大节约了常规能源。

3.可再生能源包括太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等。它们在自然界可以循环再生，是取之不尽，用之不竭的能源，不需要人力参与便会自动再生。太阳能没有地域的限制，无论陆地海洋或高山海岛处处皆是，并且可以直接利用，无须开发和运输，每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。自来水是指通过自来水处理厂净化、消毒后生产出来的符合相应标准的供人们生活、生产使用的水。自来水源多为地下水，即使在夏季，地表水温也较低，一般能在15～20℃左右。一般来说自来水都是直接使用，这样造成了自来水冷量的浪费。经调查，夏季一用户的月用水量约30立方米，如果采用适当的方式将其冷量全部利用，完全可以满足一小型家庭的温舒适的要求。太阳能具有极大的不稳定性。夏季的自来水温度相对较低，温度变化小，但一般自来水随机性和间断性的使用，使自来水的冷量不能充分的使用，从而造成了自来水冷量极大的浪费。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，自来水冷量的充分利用，通过相变材料将二者结合，相变材料在相变过程中会吸收或释放相变潜热，其热量相对显热热量要大得多。对于房屋来说，这样就可以节省建筑空间，降低成本。其次，在相变过程进行的同时材料自身的温度几乎维持不变或变化较小，形成一个相对稳定的温度平台。本实用新型针对独立的房屋住宅将三者结合，能有效维持室内处于舒适的环境，为冬季供暖或为夏季供冷。

附图说明

图1是本实用新型独立房屋用供热供冷***的整体安装构造示意图；

图2是本实用新型独立房屋用供热供冷***的相变屋顶内部管路示意图；

图3是本实用新型独立房屋用供热供冷***的相变屋顶内的自来水管的立体结构示意图；

图4是本实用新型独立房屋用供热供冷***的轴测结构示意图；

图5是本实用新型独立房屋用供热供冷***的主视结构示意图；

图中，1—房屋，2—混凝土层，3—上部开口，4—下部开口，5—水泵，6—太阳能***进水管，7—顶部自动排气阀，8—第二四通换向阀，9—自来水出水管，10—水龙头开关，11—太阳能***出水管，12—第一四通换向阀，13—自来水进水管，14—相变屋顶，15—自来水管，16—进水接口，17—出水接口，18—太阳能集热***，19—第一集热水箱，20—第一集热单元，21—管道，22—第二集热水箱，23—第二集热单元，24—电磁阀，25—热量表，26—相变材料，27—流量表，28—保温层，29—补水箱，30—圆形肋片，31—角钢架，32—旁通管。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。

本实用新型独立房屋用供热供冷***(简称供热供冷***，参见图1-5)，该供热供冷***为一种以太阳能为热源、以自来水为冷源并结合相变蓄能技术构成的供热供冷***，包括相变屋顶、太阳能***和自来水***；该供热供冷***的实施对象为独立的住宅房屋，房屋的屋顶为相变屋顶14，在相变屋顶14的上表面浇筑混凝土层2，在混凝土层2上铺盖有保温层28；所述相变屋顶内部均匀铺设有自来水管15，自来水管15和相变屋顶内部空间之间的间隙内填充相变材料26；在相变屋顶的上部设有上部开口3，下部设有下部开口4，相变材料由上部开口3灌入相变屋顶内，并能由下部开口4排出；自来水管15的两端分别设有进水接口16和出水接口17，进水接口16穿出相变屋顶安装有第一四通换向阀12，第一四通换向阀12分别与房屋1的自来水进水管13、太阳能***出水管11和旁通管32的一端相连，出水接口17穿出相变屋顶安装有第二四通换向阀8，第二四通换向阀8分别与太阳能***进水管6、位于房屋内的自来水出水管9和旁通管32的另一端相连；

在保温层28上设置有太阳能***，太阳能***包括太阳能集热器18，太阳能集热器18 通过太阳能***出水管11、第一四通换向阀12、自来水管15、第二四通换向阀8和太阳能***进水管6构成一个完整的太阳能热水***循环回路；所述太阳能集热器18由第一集热单元20和第二集热单元23组成，分别设置在坡度为45°的角钢支架31上，按下上顺序排列；第一集热单元20与第二集热单元23的顶部设有第一集热水箱19和第二集热水箱22；第一集热水箱19与第一集热单元20相连通，第二集热水箱22与第二集热单元23相连通，第一集热水箱19与第二集热水箱22通过管道21串联在一起；太阳能***进水管6上设置有顶部自动排气阀7、水泵5、补水箱29、电磁阀24，太阳能***进水管6经电磁阀24后与第二四通换向阀8相连；太阳能***出水管11上设置有热量表25；

所述房屋1内自来水进水管13通过第一四通换向阀12连接相变屋顶14内自来水管15 的进水接口16，自来水进水管13上设有流量表27；自来水出水管9通过第二四通换向阀8连接相变屋顶14内自来水管15的出水接口17；自来水出水管9设置有水龙头开关10；自来水进水管13、流量表27、第一四通换向阀12、自来水管15、第二四通换向阀8、自来水出水管9和水龙头开关10构成一套完整的自来水***；

所述自来水管15的外管壁上设置有强化传热的圆形肋片30，自来水管15内为自来水流动管路；自来水管15通过第一四通换向阀12切换分别与太阳能***进水管11和自来水进水管13连接，自来水管15通过第二四通换向阀8切换分别与太阳能***出水管6和自来水出水管9连接。

所述房屋1的长4m～10m，宽3m～5m，高3m～3.8m，房屋的墙体采用240mm～370mm厚的空心砖墙或混凝土墙，外部加装20mm～60mm厚保温层；相变屋顶14由厚度为5mm 的铝板焊接而成，相变屋顶14内部空间的厚度为150mm～200mm，相变屋顶14上浇筑的混凝土层2的厚度为150mm～170mm，在混凝土层外部的保温层28的厚度为20mm～60mm；墙体传热系数小于0.55W/㎡.K，相变屋顶14上部分传热系数小于0.6W/㎡.K。

所述相变屋顶14内灌入相变材料，其相变温度与室内温度相接近，在18—25℃之间，该相变材料可以为无机相变材料、有机相变材料或有机相变材料的低共熔混合物。

所述有机相变材料的低共熔混合物为脂肪酸与高碳醇类的混合物，脂肪酸为正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸或硬酯酸；高碳醇为十二醇、十四醇、十六醇或十八醇；脂肪酸与高碳醇类的质量比为46.4：97.5、2.5：53.6；所述的脂肪酸和高碳醇的熔点都小于80℃。

本实用新型相变材料种类众多，不同的材料具有不同的物理性质，可以针对某一类型房屋根据其使用功能和要求进行选择。相变材料蓄热能力强，热惰性大，其作为建筑材料应用在房屋维护结构中，对稳定室内温度作用明显，在节能的基础上同时改善室内热环境，使得建筑环境更加舒适。

自来水管15与第一四通换向阀12、太阳能***出水管11、热量表25、太阳能集热器18、太阳能***进水管6、水泵5、补水箱29、电磁阀24和第二四通换向阀8构成了冬季供暖***，在冬季，太阳能集热器18产生的热水通过管路流入自来水管15与相变材料进行换热，然后再经管路流回太阳能集热器18；自来水管15与自来水进水管13、流量表27、第一四通换向阀12、第二四通换向阀8、自来水出水管9和水龙头开关10构成了夏季供冷***，在夏季，来自市政自来水管网的自来水经自来水进水管流进自来水管15与相变材料进行换热，再经自来水出水管9流出用于使用，充分利用自来水本身的冷量，保证夏季室内凉爽舒适。

实施例1

本实施例独立房屋用供热供冷***，所实施对象房屋1的外形尺寸为4m*4m*4m，房屋 1的墙体采用240mm炉渣空心砖墙，外部加装45mm厚聚苯温板；相变屋顶14采用5mm的铝板焊接而成，相变屋顶14的高200mm，相变屋顶14上有150mm的现浇混凝土层2，外部加装50mm厚聚苯保温板为保温层28；房屋1的地面为水泥地板，上面贴有45mm厚的聚苯保温板；

用于进行换热的自来水管15均匀铺设在相变屋顶14内，相变屋顶14内充满相变材料；太阳能集热器18放置在房屋1的相变屋顶14上，设置在坡度为45°的角钢架31上，通过太阳能***进水管11、自来水管15和太阳能***出水管6形成一个完整的太阳能热水***循环回路，其中太阳能***进水管11、太阳能***出水管6和补水箱29都包裹保温材料；自来水进水管13固定在房屋1的西侧内墙表面上，自来水进水管13与市政自来水管网相连接，自来水出水管9固定在房屋1的东侧内墙表面上，自来水出水管9末端安装有水龙头开关10，自来水进水管13、自来水水管15、自来水出水管9和水龙头开关10形成一个完成的自来水冷水***管路。

太阳能集热器由第一集热单元20和第二集热单元23组成，分别安装在一个坡度为45°的角钢架31上，按下上顺序排列；第一集热单元20和第二集热单元23的顶部均设有第一集热水箱19和第二集热水箱22；第一集热水箱19与第一集热单元20相连通，第二集热水箱22与第二集热单元23相连通，第一集热水箱19与第二集热水箱22通过管道21串联在一起；自来水进水管13固定在房屋1的西侧内墙上，自来水出水管9固定在房屋1的东侧内墙上，自来水出水管9末端安装有水龙头开关10，自来水进水管13通过自来水管15与自来水出水管9串联在一起。

多根串联铺的水管组成自来水管15，自来水管15外壁设置有强化传热的圆形肋片30；自来水管15内部为水管路，其两端设有进水接口16和出水接口17；所述相变材料的相变温度与室内温度相接近，本实施例采用正癸酸与十六醇的低共熔混合物，其质量比为62.5：37.5，熔化温度为22.5℃，凝固温度为20.6℃。

本实用新型的工作过程如下：

冬季供暖过程：水泵5和电磁阀24受智能电源控制箱控制，控制箱内引出四个温度探头分别布置在集热水箱、太阳能集热器、室内和室外，当时室外温度低于10℃以下时，第一四通换向阀12和第二四通换向阀8切换到供暖模式，使自来水管15与太阳能***相连；当集热水箱中温度达到32℃，且太阳能集水器温度低于17℃时，水泵5和电磁阀24开启；当集热水箱和太阳能集热器中的两个温度探头测得的水温温差小于4℃时，水泵5和电磁阀24关闭，***停止循环；当室内温度达到或超过26℃和室外温度大于10℃时，水泵5和电磁阀24也会关闭。在整个冬季运行过程中，自来水***中自来水不流经自来水管15，而是通过旁通管32流到自来水出水管9。

在过渡季节过程；整个过渡季太阳能***不运行，自来水从自来水进水管13通过旁通管32流到自来水出水管9。在过渡季节完全依靠建筑自身自然调节，不涉及人为控制。

夏季过程：当室外温度大于25℃以上时，第一四通换向阀12和第二四通换向阀8切换到供冷模式，使自来水流经相变屋顶14内的自来水管15，由于自来水管15有蓄水和缓冲的作用，增加了自来水与相变材料的接触时间，使相变材料将来自自来水的冷量储存起来。当室内温度高于相变材料的熔化温度时，相变材料吸收室内多余的热量，使室内温度维持在一个恒定的温度。在夏季的过程中，太阳能***不运行。

本实用新型未述及之处适用于现有技术，所涉及的元器件均可通过商购获得。

Claims (3)

1.一种独立房屋用供热供冷***，其特征在于该供热供冷***包括相变屋顶、太阳能***和自来水***；在相变屋顶的上表面浇筑混凝土层，在混凝土层上铺盖有保温层；所述相变屋顶内部均匀铺设有自来水管，自来水管和相变屋顶内部空间之间的间隙内填充相变材料；在相变屋顶的上部设有上部开口，下部设有下部开口；自来水管的两端分别设有进水接口和出水接口，进水接口穿出相变屋顶安装有第一四通换向阀(12)，第一四通换向阀(12)分别与房屋的自来水进水管、太阳能***出水管和旁通管的一端相连，出水接口穿出相变屋顶安装有第二四通换向阀(8)，第二四通换向阀(8)分别与太阳能***进水管、位于房屋内的自来水出水管和旁通管的另一端相连；

在保温层上设置有太阳能***，太阳能***包括太阳能集热器，太阳能集热器通过太阳能***出水管、第一四通换向阀(12)、自来水管、第二四通换向阀(8)和太阳能***进水管构成一个完整的太阳能热水***循环回路；太阳能***进水管上设置有顶部自动排气阀、水泵、补水箱、电磁阀，太阳能***进水管经电磁阀后与第二四通换向阀(8)相连；太阳能***出水管上设置有热量表(25)；

自来水进水管上设有流量表(27)；自来水出水管设置有水龙头开关；自来水进水管、流量表(27)、第一四通换向阀(12)、自来水管、第二四通换向阀(8)、自来水出水管和水龙头开关构成一套完整的自来水***。

2.根据权利要求1所述的独立房屋用供热供冷***，其特征在于所述太阳能集热器由第一集热单元(20)和第二集热单元(23)组成，分别设置在坡度为45°的角钢支架上，按下上顺序排列；第一集热单元(20)与第二集热单元(23)的顶部设有第一集热水箱(19)和第二集热水箱(22)；第一集热水箱(19)与第一集热单元(20)相连通，第二集热水箱(22)与第二集热单元(23)相连通，第一集热水箱(19)与第二集热水箱(22)通过管道串联在一起。

3.根据权利要求1所述的独立房屋用供热供冷***，其特征在于相变屋顶所安装的房屋墙体采用240mm～370mm厚的空心砖墙或混凝土墙，外部加装20mm～60mm厚保温层；相变屋顶由厚度为5mm的铝板焊接而成，相变屋顶内部空间的厚度为150mm～200mm，相变屋顶上浇筑的混凝土层的厚度为150mm～170mm。