CN101831996A - 模块化太阳能集热建筑构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种模块化太阳能集热建筑构件，属于建筑节能、集热、保温、装饰、太阳能光热利用与建筑一体化的功能性构件技术领域。包括透光盖板、箱体、底板、吸热涂层、集热板芯、工质通道管、工质、备用接口、密封胶、管接头、吸附剂储条、固定条、绝热保温涂层、集热板芯加强筋、通道管抽真空头和散热头；在箱体的向上、向下两面挤压有密封胶；透光盖板通过密封胶固定在箱体上；底板与箱体向下面挤压的密封胶密封固定，集热板芯上喷涂有阳光选择性吸热涂层；工质通道管与集热板芯铆焊固定，填充工质后，固定在固定条上；吸附剂储条胶粘在固定条向心一侧；箱体内侧喷涂有绝热涂层；管接头套装固定在工质通道管进口、出口上。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种模块化太阳能集热建筑构件，属于建筑节能、集热、保温、装饰、太阳能光热利用与建筑一体化的功能性构件技术领域。
背景技术
为应对全球环境和资源能源危机，各国政府均在采取一系列的节能降耗、高效低碳措施，使本国经济能尽快摆脱金融危机的影响，走上可持续发展的道路，在建筑节能上尤为重视。
据对现有市场统计，我国建筑总能耗约占全国社会总能耗的27.6％左右，可想而知，建筑节能何等重要。
据对现有市场的调查发现，现有建筑节能较前沿的措施主要是在大型卖场、办公大楼、住宅建筑等的外墙采用墙外保温技术。如：对建筑墙体采用粘合剂粘合保温层，玻璃纤维与抹面砂浆结合，通过饰面层为建筑物提高附着力和遮盖力，最外层又附有饰面罩层的方法进行保温隔热。又如对窗户则采用双层玻璃或增加反射涂膜和外遮阳阻隔措施。这些措施无非是将热量抵挡在外，使室内外形成温差，减少建筑物内外冷热交换，使室内在制冷、取暖时降低能耗，达到节能的效果。
上述的措施存在严重的常规机理缺陷，不但没有充分利用好太阳赋予人类社会的取之不尽、用之不竭、清洁无污染、又可再生的廉价能源，而且经阻隔和反射在低空的光热，造成了光污染和提高了低空气温，破坏了人类宜于居住的自然环境，同时是对太阳能资源的极大浪费。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种模块化太阳能集热建筑构件，其最大的特点之一是为太阳能光热利用与建筑同步设计、同步安装、同步验收、同步后期管理提供了一种功能性建筑构件；特点之二是将集热、保温和装饰融为一体，提升了建筑的视觉效果，同时又起到了节能降耗的作用。
模块化太阳能集热建筑构件是采取以下技术方案实施的：模块化太阳能集热建筑构件包括透光盖板、箱体、底板、吸热涂层、集热板芯、工质通道管、工质、备用接口、密封胶、管接头、吸附剂储条、固定条、绝热保温涂层、集热板芯加强筋、通道管抽真空头和散热头。
箱体采用四角定位法，通过附件或直接铆焊成方形、长方形或不等边形的箱体，在箱体的向上、向下两面挤压有密封胶；透光盖板通过密封胶固定在箱体上；底板与箱体通过向下面挤压的密封胶密封固定，为提高密封效果，周向四边均填充有密封胶，集热板芯上喷涂有阳光选择性吸热涂层，以提高阳光辐射时的集热效果；集热板芯上设置有加强筋，使板芯在冷、热骤变时免遭变形；工质通道管与集热板芯铆焊固定，填充工质后，固定在固定条上；吸附剂储条胶粘在固定条向心一侧；箱体内侧喷涂有绝热涂层；备用接口安装在箱体上；管接头套装固定在工质通道管进口、出口上，有利于与下一构件对接，按照先后顺序装配成一套完整的模块化太阳能集热建筑构件。
所述的透光盖板采用市售高硼硅3.3平板玻璃或PC透光板、增透平板钢化玻璃及其他低铁透光材料，根据需要可采用双层或单层。
所述的箱体采用3A21铝合金方管、扁方管或采用便于密封装配并具有一定强度的其他异形金属材料管及钢塑管。
所述的备用接口是为了便于安装抽真空头元件或进、出排气装置而设置的，在装配结束后可对箱内进行抽真空并充入惰性气体，惰性气体一般采用氩气，由于惰性气体自身所具有的特性可以减慢热对流，以提高箱体内的保温性能。
所述的密封胶是市售的建筑用结构胶、丁基胶或736道康宁和其他密封性、耐高温、耐候性好的封装胶。
所述的吸热涂层采用可在金属材料上应用的市售TXT-1太阳能选择性涂料或者其他对金属体能高效吸收光能的涂料，可将阳光有效地聚集起来，以提高阳光的转换利用率。
所述的集热板芯是采用3A21铝合金一次性挤压成型的并带有加强筋的条状板材或整板。多块条状集热板组合成的集热板芯，可以在每一块条状集热板的一边压制成向上的抛物面，使条状板之间形成缝隙；也可以使用其他金属薄板，如：铜、合金、不锈钢。当采用这类薄板制作时，两边可自然折边，以增加板材强度。
所述的底板是采用不锈钢、防锈铝合金、镀锌板、铝塑板等板材，制作时在板材上冲压有凹凸状加强筋。
所述的底板也可以采用透光钢化玻璃或PC透光板等，当透光底板与透光盖板组合使用时，使居室的窗户、大厦幕墙，透光体阳台的功能性与美观性更完美地展现。
所述的工质采用市售2-2超导介质，或低温导热油，或在低温35℃～50℃左右时可以汽化的超导液，也可直接采用自来水、锅炉用软水。在阳光辐射持续加热工质的状态下，使工质汽化升温，通过工质通道管将聚集到的热能输送到储热桶内，供人们日常生产生活之用。
所述的工质通道管采用圆形管、方形管、三角形管或一边、双边带可固定卡口的异型管，通过焊接可制作成“中”字型、“由”字型等其他更利于吸收、传导的结构，工质通道管也可以根据需要布置1-5根或其他形态排列的管形。工质通道管一端密封并设置备用接口，另一头设置有散热头，散热头可制成散热片状，曲面管状式圆管状头。
所述的工质通道管两端设置有管接头，该管接头为自锁接头或活络接头，由于采用自锁接头和活络接头，使得每一块构件之间的连接变得更为方便，为大规模模块化安装打下了良好的基础。
所述的吸附剂储条是为了使在抽真空操作后，箱体内残余气体能够被充分干燥和吸收，使箱体内保持长期的真空状态，防止因水雾或其他气体的存在而降低透光盖板的透射能力。
所述的固定条采用低传导率的工程塑料、硅胶条、橡胶条或陶瓷材料、耐火材料等制成的方形、扁方形条状，固定条上面采用耐高温胶或螺钉、铆钉将集热板芯固定，固定条下面采用耐高温胶或螺钉、铆钉与底板密封固定。由于固定条的存在，使得本构件在运输、搬运、安装过程中，都能很好地保证集热板芯和箱体免受损坏。
所述的绝热保温涂层采用市售的CI-100隔热保温涂料或采用相对应的具有固体含量高、耐温性好、延展性好、附着性佳、施工方便等特点的新型隔热保温涂料。由于采用隔热保温效果好的薄型涂料，使本构件整体制作厚度大幅下降。
工作原理：
集热板芯与工质通道管迎光面涂有金属体太阳能选择性吸收涂层，主动吸收透过透光盖板的太阳辐射能，并将光能转化为热能，将聚集在工质通道管壁的热量以传导方式传入管芯，载热流体吸收蒸发，在阳光持续辐射加温的作用下，使管内载体工质不断升温并向冷凝段运动，将热能带走。在使用超导液、导热油等作为载体传热工质时，冷凝后的工质又回落到工质通道管蒸发段，重新接受阳光辐射，继续受热蒸发，如此循环下去，不断把聚集到的热量从蒸发段传递给冷凝段，由收集管或储热桶给予存储备用。同时，由于箱体采用严密的保温绝热技术及材料，使透过透光盖板的能量被牢牢锁住。
本发明模块化太阳能集热建筑构件如与“平板型抛物面太阳能聚光集热装置”及“组合式多热源快速热水器”组合配套使用，能起到事半功倍的作用。
本发明模块化太阳能集热建筑构件所具有的技术和性能优势：
一、构思独特，理念新颖，应用领域广，为建筑一体化的同步设计、同步安装、同步验收、同步后期管理提供了一款极富使用价值的功能性建筑构件。本发明模块化太阳能集热建筑构件不但能在屋顶、阳台、墙体、窗户朝阳面充分利用空间安装，而且可在圆柱面及透光阳台和窗户遮阳上可采用弯曲、任意变形的特殊工艺加工成更符合建筑美学的形状安装，如图8、9、10-1、10-2。
由此可见，本发明模块化太阳能集热构件必将会给全社会带来极大的社会效益和经济效益，为建筑一体化、低碳生活作出贡献。
二、节能降耗，低碳生活，效益明显，能效优良，为千家万户创制了一台低价“多功能制热机”设备。
若以每个家庭朝阳面采用10平方米本集热构件为例，计算节能减排数据如表1。
表1 应用本发明模块化太阳能集热建筑构件节能减排数据
| 家庭数目 | 朝阳面积(m2) | 吸收热量(J) | 转换标煤(kg) | 减排CO2(kg) | 减排SO2(kg) |
| 一户 | 10 | 7.5×107 | 3.4 | 8.9 | 0.03 |
| 一万户 | 105 | 7.5×1011 | 3.4×104 | 8.9×104 | 3×102 |
注：1、太阳能单位面积辐射量700W/m2.h，每天3.5h有效吸热时长，转换率85％；
2、标准煤按热值为2.93×107J/KG计算，锅炉效率按75％计算；
3、以工业锅炉每燃烧一吨标准煤，产生二氧化碳2620kg，二氧化硫8.5kg计。
4、按照水从15℃加热到65℃计算，安装本发明每天可供应357L生产生活用水。
由此可见，不管是在独家独户的农舍小屋还是别墅，城市的小高层建筑12层以下和12层以上的高层建筑，只要设计合理，都可以把迎光面太阳能全部收入囊中吸收利用，让践行政府提倡的2020年前达到节能减排40％～50％的目标变得指日可待。而千家万户可在一次投资后享受到15年以上利益，就像购买到了一台低价“多功能制热机”设备，让生活更加美好。
三、吸热与隔热并举，保温与装饰并存。在充分利用太阳能的前提下以一种创新型的机理，把太阳能利用变被动阻隔、遮挡、反射为主动吸热、利用，达到隔热保温的效果。不但充分利用了家门口的清洁、可再生的太阳能，同时又是一款更具开发潜力的迎光外墙面阳台、窗户装饰保温、遮阳功能性构件。颠覆了目前在建筑外墙保温、窗户、屋顶所采取的“一隔、一反、一遮”了事的被动做法。本发明模块化太阳能集热建筑构件必将会受到全社会的重视和爱戴，也为提高建筑节能标准提供了依据。
四、制造方便，性价适当，安装容易，免维护，具有广阔的应用价值。本发明模块化太阳能集热建筑构件完全依靠国产设备就可大批量规模化生产，操作工人只需作简单培训就可上岗。成品总价格每户以一平方米房价为基础，如果除去原有热水器和外墙装饰材料的价格则更为低廉，体现巨大的竞争潜力。
本发明模块化太阳能集热建筑构件不但可以单体使用，也可模块化安装，形成巨大的太阳能场，从南半球到北半球，从泥草房到高楼大厦，只要有阳光照射的地方，所有的建筑迎光面均可享受到安装本发明模块化太阳能集热建筑构件所带来的温暖和财富，为太阳能热利用领域增加了一款更具市场推广价值的产品，也为建筑节能材料界提供了一种可设计性强、物超所值的革命性绿色、无碳建筑光热应用新技术。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是模块化太阳能集热建筑构件(方案一)主视图。
图2是模块化太阳能集热建筑构件(方案一)A-A剖面图。
图3是模块化太阳能集热建筑构件(方案一)B-B剖面图。
图4是模块化太阳能集热建筑构件(方案一)C-C剖面图。
图5是模块化太阳能集热建筑构件(方案二)主视图。
图6是模块化太阳能集热建筑构件(方案二)D-D剖面图。
图7是模块化太阳能集热建筑构件(方案二)E-E剖面图。
图8是模块化太阳能集热建筑构件窗户遮阳、墙面、透视阳台安装简图。
图9是模块化太阳能集热建筑构件屋顶工作流程示意图。
图10-1、10-2是模块化太阳能集热建筑构件屋顶安装方式说明图。
具体实施方式
参照附图1～10，模块化太阳能集热建筑构件包括：透光盖板1、箱体3、底板10、吸热涂层13、集热板芯2、工质通道管6、工质16、备用接口8、密封胶5、管接头11、吸附剂储条15、固定条4、绝热保温涂层14、集热板芯加强筋12、通道管抽真空头7、散热头9。
箱体3采用四角定位法，通过附件或直接铆焊成方形、长方形或不等边形的箱体3，在箱体3的向上、向下两面挤压有密封胶5；透光盖板1通过密封胶5固定在箱体3上；底板10与箱体3通过向下面挤压的密封胶5密封固定，为提高密封效果，周向四边均填充有密封胶5，集热板芯2上喷涂有阳光选择性吸热涂层13，以提高阳光辐射时的集热效果；集热板芯2上设置有加强筋，使板芯在冷、热骤变时免遭变形；工质通道管6与集热板芯2铆焊固定，填充工质16后，固定在固定条4上；吸附剂储条15胶粘在固定条4向心一侧；箱体3内侧喷涂有绝热涂层；备用接口8安装在箱体3上；管接头11套装固定在工质通道管6进口、出口上，有利于与下一构件对接。按照先后顺序装配成一套完整的模块化太阳能集热建筑构件。
所述的透光盖板1采用市售高硼硅3.3平板玻璃或PC透光板、增透平板钢化玻璃或其他低铁透光材料，根据需要可采用双层或单层。
所述的箱体3采用3A21铝合金方管、扁方管或采用便于密封装配并具有一定强度的其他异形金属材料管及钢塑管。
所述的备用接口8是为了便于安装抽真空头元件而设置的，在装配结束后可对箱内进行抽真空并充入惰性气体，惰性气体一般采用氩气，由于惰性气体自身所具有的特性可以减慢热对流，以提高箱体3内的保温性能。
所述的密封胶5是市售的建筑用结构胶、丁基胶或736道康宁和其他密封性、耐高温、耐候性好的封装胶。
所述的吸热涂层13采用可在金属材料上应用的市售TXT-1太阳能选择性涂料或者其他对金属体能高效吸收光能的涂料，可将阳光有效地聚集起来，以提高阳光的转换利用率。
所述的集热板芯2是采用3A21铝合金一次性挤压成型的并带有加强筋的条状板材或整板。多块条状集热板组合成的集热板芯2，可以在每一块条状集热板的一边压制成向上的抛物面，使条状板之间形成缝隙；也可以使用其他金属薄板，如：铜、合金、不锈钢。当采用这类薄板制作时，两边可自然折边，以增加板材强度。
所述的底板10采用金属材料板或非金属材料板。
所述的底板10是采用不锈钢、防锈铝合金、镀锌板、铝塑板等金属材料板，制作时在板材上冲压有凹凸状加强筋。
所述的底板10也可以采用透光钢化玻璃或PC透光板等非金属材料板，当透光底板与透光盖板1组合使用时，使居室的窗户、大厦幕墙，透光体阳台的功能性与美观性更为完美地展现。
所述的工质16采用市售2-2超导介质，或低温导热油，或在低温35℃～50℃左右时可以汽化的超导液，也可直接采用自来水、锅炉用软水。在阳光辐射持续加热工质16的状态下，使工质16汽化升温，通过工质通道管6将聚集到的热能输送到储热桶内，供人们日常生产生活之用。
所述的工质通道管6采用圆形管、方形管、三角形管或一边、双边带可固定卡口的异型管，通过焊接可制作成“中”字型、“由”字型等其他更利于吸收、传导的结构，工质通道管6也可以根据需要布置1-5根或其他形态排列的管形。工质通道管6一端密封并设置备用接口8，另一头设置有散热头9，散热头9可制成散热片状或曲面管状式圆管状头。
所述的工质通道管6两端设置有管接头11，该管接头11为自锁接头或活络接头，由于采用自锁接头和活络接头，使得每一块构件之间的连接变得更为方便，为大规模模块化安装打下了良好的基础。
所述的吸附剂储条15是为了使在抽真空操作后，箱体3内残余气体能够被充分干燥和吸收，使箱体3内保持长期的真空状态，防止因水雾或其他气体的存在而降低透光盖板1的透射能力。
所述的固定条4采用低传导率的工程塑料、硅胶条、橡胶条或陶瓷材料、耐火材料等制成的方形或扁方形条状，固定条4上面采用耐高温胶或螺钉、铆钉将集热板芯2固定，固定条4下面采用耐高温胶或螺钉、铆钉与底板10密封固定。由于固定条4的存在，使得本构件在运输、搬运、安装过程中，都能很好地保证集热板芯2和箱体3免受损坏。
所述的绝热保温涂层14采用市售的CI-100隔热保温涂料或采用相对应的具有固体含量高、耐温性好、延展性好、附着性佳、施工方便等特点的新型隔热保温涂料。由于采用隔热保温效果好的薄型涂料，使本构件整体制作厚度大幅下降。
参照附图8、9、10-1、10-2，本发明模块化太阳能集热建筑构件不但能在屋顶20、阳台、墙体19、窗户朝阳面18充分利用空间安装，而且可在圆柱面及透光阳台和窗户遮阳17上可采用弯曲、任意变形的特殊工艺加工成更符合建筑美学的形状安装。
Claims (10)
1.一种模块化太阳能集热建筑构件，其特征在于包括透光盖板、箱体、底板、吸热涂层、集热板芯、工质通道管、工质、备用接口、密封胶、管接头、吸附剂储条、固定条、绝热保温涂层、集热板芯加强筋、通道管抽真空头和散热头；
在箱体的向上、向下两面挤压有密封胶；透光盖板通过密封胶固定在箱体上；底板与箱体通过向下面挤压的密封胶密封固定，为提高密封效果，周向四边均填充有密封胶，集热板芯上喷涂有阳光选择性吸热涂层；集热板芯上设置有加强筋，使板芯在冷、热骤变时免遭变形；工质通道管与集热板芯铆焊固定，填充工质后，固定在固定条上；吸附剂储条胶粘在固定条向心一侧；箱体内侧喷涂有绝热涂层；备用接口安装在箱体上；管接头套装固定在工质通道管进口、出口上，有利于与下一构件对接，按照先后顺序装配成一套完整的模块化太阳能集热建筑构件。
2.根据权利要求1所述的模块化太阳能集热建筑构件，其特征在于所述的箱体采用四角定位法，通过附件或直接铆焊成方形、长方形或不等边形的箱体。
3.根据权利要求1所述的模块化太阳能集热建筑构件，其特征在于所述的透光盖板采用高硼硅3.3平板玻璃或PC透光板、增透平板钢化玻璃或其他低铁透光材料，根据需要可采用双层或单层。
4.根据权利要求1所述的模块化太阳能集热建筑构件，其特征在于所述的吸热涂层采用在金属材料上应用的TXT-1太阳能选择性涂料或者其他对金属体能高效吸收光能的涂料。
5.根据权利要求1所述的模块化太阳能集热建筑构件，其特征在于所述的集热板芯是采用3A21铝合金一次性挤压成型的并带有加强筋的条状板材或整板；多块条状集热板组合成的集热板芯，在每一块条状集热板的一边压制成向上的抛物面，使条状板之间形成缝隙。
6.根据权利要求1所述的模块化太阳能集热建筑构件，其特征在于所述的底板采用金属材料板或非金属材料板。
7.根据权利要求1所述的模块化太阳能集热建筑构件，其特征在于所述的工质采用2-2超导介质，或低温导热油，或在低温35℃～50℃时汽化的超导液，也可直接采用自来水、锅炉用软水。
8.根据权利要求1所述的模块化太阳能集热建筑构件，其特征在于所述的工质通道管采用圆形管、方形管、三角形管或一边、双边带可固定卡口的异型管，通过焊接可制作成“中”字型、“由”字型，工质通道管也可以根据需要布置1-5根或其他形态排列的管形；工质通道管一端密封并设置备用接口，另一头设置有散热头，散热头可制成散热片状或曲面管状式圆管状头。
9.根据权利要求1所述的模块化太阳能集热建筑构件，其特征在于所述的工质通道管两端设置有管接头，该管接头为自锁接头或活络接头。
10.根据权利要求1所述的模块化太阳能集热建筑构件，其特征在于所述的固定条采用低传导率的工程塑料、硅胶条、橡胶条或陶瓷材料、耐火材料制成的方形或扁方形条状，固定条上面采用耐高温胶或螺钉、铆钉将集热板芯固定，固定条下面采用耐高温胶或螺钉、铆钉与底板密封固定。
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