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系统。
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。
技术实现要素：
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系统，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系统，其特征在于该供热供冷系统包括相变屋顶、太阳能系统和自来水系统；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、太阳能系统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)分别与太阳能系统进水管、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系统，太阳能系统包括太阳能集热器，太阳能集热器通过太阳能系统出水管、第一四通换向阀(12)、自来水管、第二四通换向阀(8)和太阳能系统进水管构成一个完整的太阳能热水系统循环回路；太阳能系统进水管上设置有顶部自动排气阀、水泵、补水箱、电磁阀，太阳能系统进水管经电磁阀后与第二四通换向阀(8)相连；太阳能系统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系统；
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)切换分别与太阳能系统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) 切换分别与太阳能系统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系统和自来水系统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。太阳能系统利用太阳能加热热水，采用热水作为热媒，自来水水系统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系统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系统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系统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系统的轴测结构示意图；
图5是本实用新型独立房屋用供热供冷系统的主视结构示意图；
图中，1—房屋，2—混凝土层，3—上部开口，4—下部开口，5—水泵，6—太阳能系统进水管，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—太阳能系统出水管，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—太阳能集热系统，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系统(简称供热供冷系统，参见图1-5)，该供热供冷系统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系统，包括相变屋顶、太阳能系统和自来水系统；该供热供冷系统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、太阳能系统出水管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分别与太阳能系统进水管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上设置有太阳能系统，太阳能系统包括太阳能集热器18，太阳能集热器18 通过太阳能系统出水管11、第一四通换向阀12、自来水管15、第二四通换向阀8和太阳能系统进水管6构成一个完整的太阳能热水系统循环回路；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；太阳能系统进水管6上设置有顶部自动排气阀7、水泵5、补水箱29、电磁阀24，太阳能系统进水管6经电磁阀24后与第二四通换向阀8相连；太阳能系统出水管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系统；
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切换分别与太阳能系统进水管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切换分别与太阳能系统出水管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、太阳能系统出水管11、热量表25、太阳能集热器 18、太阳能系统进水管6、水泵5、补水箱29、电磁阀24和第二四通换向阀8构成了冬季供暖系统，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构成了夏季供冷系统，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系统，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，通过太阳能系统进水管11、自来水管15和太阳能系统出水管6形成一个完整的太阳能热水系统循环回路，其中太阳能系统进水管11、太阳能系统出水管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系统管路。
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与太阳能系统相连；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，系统停止循环；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，自来水系统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；整个过渡季太阳能系统不运行，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，太阳能系统不运行。
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。