利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及供暖及通风领域，具体为一种利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统。该系统包括围护结构和地面，围护结构为水平布置的人字形屋顶、竖向围护结构组合，通过围护结构和地面构成的厂房内部空间；厂房内部空间的侧面与对流辐射空间连通，厂房内部空间的顶部与上对流辐射空间连通，对流辐射空间与厂房内部空间通过竖向围护结构分隔，上对流辐射空间与厂房内部空间通过人字形屋顶分隔。本发明解决单独被动式太阳房供暖或主动式太阳房供暖，存在的利用效率低或结构复杂及通风不畅等问题，利用太阳辐射能吸热钢板，钢板热量形成对流辐射空间形式的太阳能供暖及通风系统。
【专利说明】
利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统
技术领域
[0001]本发明涉及供暖及通风领域，具体为一种利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，利用太阳辐射能吸热钢板，钢板热量形成对流辐射空间形式的太阳能供暖及通风系统。
【背景技术】
[0002]太阳能供暖主要有两种方式:被动式太阳房供暖、主动式太阳房供暖。被动太阳能采暖即为不采用特殊的机械设备，而利用辐射、对流和传导使热能自然流经建筑物，并通过建筑物本身的性能控制热的流向，从而得到采暖效果。建筑物本身是系统的一个组成部件，因此该部件的最大特点是不能像一般的采暖设备那样，可以和建筑物分离开而成为独立的系统。按当前国内外的探索及实践，特别是结合我国当前的经济发展条件来看，被动式供暖在相当长的历史阶段是适合我国发展的一种既便宜、又有成效的方式。
[0003]主动式太阳能采暖系统利用动力设备，将热水或热空气从太阳能集热器输送到蓄热器或房间里。按照热媒种类不同，可分为空气式和热水式。按照太阳能利用方式不同，可分为直接式和间接式。主动式系统的设备较多，结构复杂，投资较大，但是太阳能辐射热的利用效率较高，而被动式系统结构相对简单，投资较低，但是太阳能辐射热的利用效率很低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，解决单独被动式太阳房供暖或主动式太阳房供暖，存在的利用效率低或结构复杂及通风不畅等问题。
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0006]—种利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，包括围护结构和地面，围护结构为水平布置的人字形屋顶、竖向围护结构组合，通过围护结构和地面构成的厂房内部空间；厂房内部空间的侧面与对流辐射空间连通，厂房内部空间的顶部与上对流辐射空间连通，对流辐射空间与厂房内部空间通过竖向围护结构分隔，上对流辐射空间与厂房内部空间通过人字形屋顶分隔。
[0007]所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，竖向围护结构的围护结构墙体外侧依次设置围护结构保温隔热层、围护结构防潮层，人字形屋顶的外侧依次设置保温隔热层、防潮层，围护结构保温隔热层与人字形屋顶的保温隔热层连成一体，围护结构防潮层与人字形屋顶的防潮层连成一体。
[0008]所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，竖向围护结构外侧下部设有厂房内部循环空气风门，厂房内部循环空气风门上设有靠自重关闭的空气风门，空气风门通过空气风门转轴与竖向围护结构连接，竖向围护结构上安装电磁铁，通过直流电控制空气风门在夜晚和春秋季节关闭；与厂房内部循环空气风门一侧对应的竖向围护结构上，设置与厂房内部相通的厂房内部循环空气入口。
[0009]所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，竖向围护结构的外侧设置吸热钢板，竖向围护结构与竖向围护结构外侧的吸热钢板组成对流辐射空间；人字形屋顶的外侧设置吸热钢板，人字形屋顶与人字形屋顶外侧的吸热钢板组成上对流辐射空间；竖向围护结构外侧的吸热钢板与人字形屋顶外侧的吸热钢板连成一体，对流辐射空间与上对流辐射空间连通。
[0010]所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，竖向围护结构外侧的吸热钢板上设有室外新鲜空气入口，室外新鲜空气入口由室外空气引流板、自动下落挡风板转轴、自动下落挡风板组成，室外空气引流板位于吸热钢板的外侧，自动下落挡风板位于吸热钢板的内侧，自动下落挡风板通过自动下落挡风板转轴与吸热钢板铰接。
[0011]所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，吸热钢板外侧喷涂有太阳能吸热材料层。
[0012]所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，竖向围护结构外侧的吸热钢板上距离厂房外部自然地面高1.5m、1.Sm以上设有室外新鲜空气入口，高
1.5m,1.8m室外新鲜空气入口间距0.3m，且向上每隔Im开有室外新鲜空气入口，室外新鲜空气入口的进风口水平方向长50mm、垂直方向高10mm，室外新鲜空气入口外侧的室外空气引流板与吸热钢板呈30°夹角，室外新鲜空气入口内侧的自动下落挡风板通过自动下落挡风板转轴与吸热钢板相连，自动下落挡风板转轴的两端安装在吸热钢板上。
[0013]所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，上对流辐射空间高点部位水平设置与其出口对应的集风管道，集风管道上开设与上对流辐射空间对应的集风管道风口。
[0014]所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，集风管道风口采用长方形，集风管道通过集风管道风口收集来自上对流辐射空间的热空气，集风管道风口的开口尺寸在开间方向由两侧大逐渐向中心减小，集风管道风口的相邻间距在开间方向由两侧大逐渐向中心减小，或按集风管道长度方向2m设置一个集风管道风口。
[0015]所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，集风管道在开间方向中心向下连接有向厂房内部送入空气的通风管道，通风管道上安装风阀、风机，通风管道下部与交叉设置的开间方向分配风管、进深方向送风管连通，开间方向分配风管、进深方向送风管的下部分别设置出风口。
[0016]本发明的设计思想是:
[0017]本发明利用太阳能蓄热形式的太阳能供暖及通风系统，将主动式太阳能供暖系统与被动式太阳能供暖系统相结合，以满足冬季厂房内部供暖需求和提供新风，内部设置对流辐射空间。对流辐射空间达到增加外部墙体热阻，防止厂房内部热量散失到厂房外部，有效地吸收钢板吸收热量形成的辐射热与对流换热并储存，混合钢板外侧新鲜空气。从而，提高了太阳能的利用效率，以达到充分和全面利用太阳能的目的，不仅可以实现对厂房内部供暖的功能，还可以使建筑物实现自然通风的功能。
[0018]本发明的优点及有益效果是:
[0019]1、本发明竖向围护结构外侧的被动吸热钢板上设有室外新鲜空气入口，在浮力和引力作用下，室外空气引流板引导吸热钢板外侧被加热的室外新鲜空气进入对流辐射空间，达到给厂房内部提供新鲜空气的目的，同时仅吸入被加热后的新鲜空气，更加有效地利用了太阳能。
[0020]2、本发明竖向围护结构外侧的被动吸热钢板上设有室外新鲜空气入口，室外新鲜空气入口内侧上部装有自动下落挡风板，自动下落挡风板在外侧空气浮力减小或风机不工作时，在自重作用下下落，阻挡室外新风进入对流辐射空间。
[0021]3、本发明人字形屋顶上设置的被动吸热钢板白天可以吸入太阳能热量，加热室外新鲜空气和厂房内部低温空气的混合气体，加热后的气体在浮力或风机作用下进入厂房内部，对厂房内部进行供暖和提供新风(新鲜空气)；吸热钢板在不能得到太阳辐射热后，温度逐渐降低，对流辐射空间内空气温度同步降低，温度引起的空气浮力作用减小，起到阻止对流辐射空间内空气运动的作用;在风阀开启、风机工作情况下整个系统强制工作。
[0022]4、本发明保温隔热层的设置，可以有效地阻止厂房内部储存的热量通过屋顶、墙体向外界的散失。本发明防潮层的设置，可以有效防止外侧潮湿空气进入保温隔热层、围护结构墙体和围护结构屋顶损坏围护结构，同时起到阻止厂房内部储存的热量通过围护结构墙体和围护结构屋顶向外界传热的目的。
[0023]5、本发明围护结构墙体、围护结构保温隔热层、围护结构防潮层下部设置厂房内部循环空气入口和厂房内部循环空气风门，通过厂房内部循环空气入口和厂房内部循环空气风门向对流辐射空间的输送室内循环低温空气，在竖向围护结构的外侧装有空气风门，空气风门在外侧空气浮力减小或风机不工作时，在自重作用下下落，阻挡厂房内部的室内循环低温空气进入对流辐射空间。
[0024]6、本发明对流辐射空间与上对流辐射空间连通，上对流辐射空间的高点部位设有集风管道，集风管道与上对流辐射空间侧面对应处设置集风管道风口，均匀收集从上对流辐射空间的热空气，达到上对流辐射空间空气流动速度均匀一致且不产生回流现象发生。
[0025]7、本发明通风管道上安装风阀，用于调节风量个关闭整个通风系统，并且可以在春秋季对建筑物进行自然通风进行控制。本发明通风管道上安装风机，风机可以对气流的流向及流量起到诱导和调节的作用，并且风机的启停控制和调节便捷。
[0026]8、本发明厂房内部送风采取由上向下的送风方式，与空气浮力作用相反，起到了阻止热空气向上流动的部分作用；厂房下部空气入口为厂房低温空气流出厂房内的通道，起到热空气向下部流动的作用，减小厂房内部温度梯度，亦起到阻止灰尘产生。
【附图说明】
[0027]图1为本发明太阳能辐射热供暖及通风系统结构图。
[0028]图2为本发明室外新鲜空气入口结构图。
[0029 ]图3为本发明厂房内部循环空气风门结构图。
[0030]图4为本发明集风管道图。
[0031]图5为本发明太阳能辐射热供暖温度分布图。
[0032]图中，1、围护结构墙体;2、厂房内部循环空气风门；2-1、电磁铁;2-2、空气风门；2-
3、空气风门转轴;3、厂房内部循环空气入口；4、围护结构保温隔热层;5、围护结构防潮层；6、对流辐射空间；7、室外新鲜空气入口 ； 7-1、室外空气引流板;7-2、自动下落挡风板转轴；7-3、自动下落挡风板;8、吸热钢板;9、上对流辐射空间；10、集风管道;10-1集风管道风口 ；11、通风管道;12、风阀；13、风机;14、开间方向分配风管；15、进深方向送风管；16、出风口。
【具体实施方式】
[0033]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。为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0034]如图1-图4所示，本发明利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，包括围护结构和地面，围护结构为水平布置的人字形屋顶、竖向围护结构组合，通过围护结构和地面构成的厂房内部空间。厂房内部空间的侧面与对流辐射空间连通，厂房内部空间的顶部与上对流辐射空间连通，对流辐射空间与厂房内部空间通过竖向围护结构分隔，上对流辐射空间与厂房内部空间通过人字形屋顶分隔。
[0035]如图1所示，竖向围护结构的围护结构墙体I外侧依次设置围护结构保温隔热层4、围护结构防潮层5，人字形屋顶的外侧依次设置保温隔热层、防潮层，围护结构保温隔热层4与人字形屋顶的保温隔热层连成一体，围护结构防潮层5与人字形屋顶的防潮层连成一体。
[0036]如图1、图3所示，在太阳光可以辐射到的竖向围护结构外侧下部设有厂房内部循环空气风门2，厂房内部循环空气风门2上设有靠自重关闭的空气风门2-2，空气风门2-2通过空气风门转轴2-3与竖向围护结构连接，竖向围护结构上安装电磁铁2-1，通过直流电控制空气风门2-2在夜晚和春秋季节关闭。与厂房内部循环空气风门2—侧对应的竖向围护结构上，设置与厂房内部相通的厂房内部循环空气入口3(室内循环低温空气入口)。
[0037]如图1所示，竖向围护结构的外侧设置吸热钢板8，竖向围护结构的围护结构保温隔热层4和围护结构防潮层5外侧，与吸热钢板8组成对流辐射空间6。人字形屋顶的外侧设置吸热钢板，人字形屋顶的保温隔热层和防潮层外侧，与人字形屋顶外侧的吸热钢板组成上对流辐射空间9 ο吸热钢板8与人字形屋顶外侧的吸热钢板连成一体，对流辐射空间6与上对流辐射空间9连通。
[0038]如图1、图2所示，竖向围护结构外侧的吸热钢板8上设有室外新鲜空气入口7，室外新鲜空气入口7由室外空气引流板7-1、自动下落挡风板转轴7-2、自动下落挡风板7-3组成，室外空气引流板7-1位于吸热钢板8的外侧，自动下落挡风板7-3位于吸热钢板8的内侧，自动下落挡风板7-3通过自动下落挡风板转轴7-2与吸热钢板8铰接。吸热钢板外侧喷涂有太阳能吸热材料层，吸热钢板受到太阳辐射后温度升高。
[0039]竖向围护结构外侧的吸热钢板8上距离厂房外部自然地面高1.5m、1.8m以上设有室外新鲜空气入口 7 (新风进口)，高1.5m、1.8m的新风进口间距0.3m，且向上每隔Im开有室外新鲜空气入口7(新风进口)，室外新鲜空气入口7的进风口水平方向长50mm、垂直方向高10mm，室外新鲜空气入口 7外侧的室外空气引流板7-1与吸热钢板8呈30°夹角，室外新鲜空气入口 7内侧的自动下落挡风板7-3通过自动下落挡风板转轴7-2与吸热钢板8相连，自动下落挡风板转轴7-2的两端安装在吸热钢板8上。室外空气引流板7-1的作用是:引导吸热钢板8外表面附近的被加热空气在浮力作用下进入对流辐射空间6，充分利用吸热钢板8外表面的热量。
[0040]如图1、图4所示，上对流辐射空间9高点部位水平设置与其出口对应的集风管道10，集风管道10上开设与上对流辐射空间9对应的集风管道风口 10-1。集风管道风口 10-1采用长方形，集风管道10通过集风管道风口 10-1收集来自上对流辐射空间9的热空气，集风管道风口 10-1的开口尺寸在开间方向由两侧大逐渐向中心减小，集风管道风口 10-1的相邻间距在开间方向由两侧大逐渐向中心减小(或按集风管道10长度方向2m设置一个)，以保证在对流辐射空间6和上对流辐射空间9被加热的空气均匀向上流动。
[0041]集风管道10在开间方向中心向下连接有向厂房内部送入空气的通风管道11，通风管道11上安装风阀12、风机13(轴流风机)，通风管道11下部与交叉设置的开间方向分配风管14(纵向)、进深方向送风管15(横向)连通，开间方向分配风管14、进深方向送风管15的下部分别设置出风口 16。厂房内部循环空气入口 3、对流辐射空间6、室外新鲜空气入口 7、上对流辐射空间9、集风管道1、通风管道11、风阀12、风机13，构成对流辐射空间6、上对流辐射空间9与厂房内部空间的供暖新风通道。
[0042]本发明的工作原理为:
[0043]如图1-图4所示，白天晴天时，竖向围护结构外侧的吸热钢板8接受太阳辐射照射使温度升高，不断的向内侧对流辐射空间6和吸热钢板8外放热，使吸热钢板8附近的空气温度升高，吸热钢板8内外侧空气在浮力作用下向上运动。当风机13、风阀12开启后，空气风门2-2、自动下落挡风板7-3打开;空气风门2-2打开后，吸热钢板8外侧被加热空气在室外空气引流板7-1的引导下进入对流辐射空间6，与原有空气混合后继续向上部运动；自动下落挡风板7-3打开后，厂房内部的室内循环低温空气进入对流辐射空间6并向上运动；人字形屋顶外侧的吸热钢板继续对上对流辐射空间9内流动空气进行加热，加热后的热空气进入集风管道10，进一步通过风阀12、风机13、开间方向分配风管14、进深方向送风管15、出风口 16后进入厂房内部，从而达到供暖和提供新风的目的。根据厂房内部的供暖需求选择性的开启和关闭风机13，并同时调节风机13的转速，控制进入厂房内空气量，从而达到对厂房供暖调节的目的；厂房内部的送风采用上送下出方式，目的是减小厂房内部的温度梯度，热空气向下部流动，减小灰尘的产生，满足人体舒适性要求。
[0044]如图5所示，从太阳能辐射热供暖温度分布图看出，室外环境温度为255K(_18°C)。利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖系统对北方地区工业厂房供暖，厂房内部温度最低值为280K(6.85°C)，高值为295K(21.85°C)，效果是非常明显的。
[0045]在春秋季节，可人为通过直流电控制挡风板在春秋季节关闭，利用对流辐射空间的浮力达到给厂房提供新风的目的，通过开启和调节风阀进行流量控制，满足厂房内部对空气质量要求，达到一个适合工人工作的舒适环境。从而，将主动式太阳能供暖系统与被动式太阳能供暖系统联合起来，室外新风与厂房内部空气混合使用，组成供暖、新风系统，将太阳辐射热量和功能发挥全面。
【主权项】
1.一种利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，其特征在于，包括围护结构和地面，围护结构为水平布置的人字形屋顶、竖向围护结构组合，通过围护结构和地面构成的厂房内部空间；厂房内部空间的侧面与对流辐射空间连通，厂房内部空间的顶部与上对流辐射空间连通，对流辐射空间与厂房内部空间通过竖向围护结构分隔，上对流辐射空间与厂房内部空间通过人字形屋顶分隔。2.按照权利要求1所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，其特征在于，竖向围护结构的围护结构墙体外侧依次设置围护结构保温隔热层、围护结构防潮层，人字形屋顶的外侧依次设置保温隔热层、防潮层，围护结构保温隔热层与人字形屋顶的保温隔热层连成一体，围护结构防潮层与人字形屋顶的防潮层连成一体。3.按照权利要求1所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，其特征在于，竖向围护结构外侧下部设有厂房内部循环空气风门，厂房内部循环空气风门上设有靠自重关闭的空气风门，空气风门通过空气风门转轴与竖向围护结构连接，竖向围护结构上安装电磁铁，通过直流电控制空气风门在夜晚和春秋季节关闭；与厂房内部循环空气风门一侧对应的竖向围护结构上，设置与厂房内部相通的厂房内部循环空气入口。4.按照权利要求1所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，其特征在于，竖向围护结构的外侧设置吸热钢板，竖向围护结构与竖向围护结构外侧的吸热钢板组成对流辐射空间；人字形屋顶的外侧设置吸热钢板，人字形屋顶与人字形屋顶外侧的吸热钢板组成上对流辐射空间；竖向围护结构外侧的吸热钢板与人字形屋顶外侧的吸热钢板连成一体，对流辐射空间与上对流辐射空间连通。5.按照权利要求4所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，其特征在于，竖向围护结构外侧的吸热钢板上设有室外新鲜空气入口，室外新鲜空气入口由室外空气引流板、自动下落挡风板转轴、自动下落挡风板组成，室外空气引流板位于吸热钢板的外侧，自动下落挡风板位于吸热钢板的内侧，自动下落挡风板通过自动下落挡风板转轴与吸热钢板铰接。6.按照权利要求5所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，其特征在于，吸热钢板外侧喷涂有太阳能吸热材料层。7.按照权利要求4所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，其特征在于，竖向围护结构外侧的吸热钢板上距离厂房外部自然地面高1.5m、l.Sm以上设有室外新鲜空气入口，高1.5m、1.8m室外新鲜空气入口间距0.3m，且向上每隔Im开有室外新鲜空气入口，室外新鲜空气入口的进风口水平方向长50mm、垂直方向高1mm，室外新鲜空气入口外侧的室外空气引流板与吸热钢板呈30°夹角，室外新鲜空气入口内侧的自动下落挡风板通过自动下落挡风板转轴与吸热钢板相连，自动下落挡风板转轴的两端安装在吸热钢板上。8.按照权利要求1所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，其特征在于，上对流辐射空间高点部位水平设置与其出口对应的集风管道，集风管道上开设与上对流辐射空间对应的集风管道风口。9.按照权利要求8所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，其特征在于，集风管道风口采用长方形，集风管道通过集风管道风口收集来自上对流辐射空间的热空气，集风管道风口的开口尺寸在开间方向由两侧大逐渐向中心减小，集风管道风口的相邻间距在开间方向由两侧大逐渐向中心减小，或按集风管道长度方向2m设置一个集风管道风口。10.按照权利要求1所述的利用工业厂房外围护结构的太阳能辐射热供暖及通风系统，其特征在于，集风管道在开间方向中心向下连接有向厂房内部送入空气的通风管道，通风管道上安装风阀、风机，通风管道下部与交叉设置的开间方向分配风管、进深方向送风管连通，开间方向分配风管、进深方向送风管的下部分别设置出风口。
【文档编号】F24D5/02GK105953291SQ201610471957
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】宋世海, 王子乐
【申请人】宋世海, 王子乐