基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种建筑体的温度调控系统，特别是基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制系统及方法。本发明集太阳热能、光能、水存贮能、水发电、水温调控技术、地暖技术、园林设计技术综合在建筑设计当中，使建筑群体在很少利用外部电力的情况下，通过自身环境能源的利用，结合农村地多、空间大的特别，在总体节省土地的情况下，进行住房设计，使环境、生活居住、生态调控、能源节省、环保健康融入在农村现代化改造过程中。
【专利说明】基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种建筑体的温度调控系统，特别是基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]在现有城市化过程中，将小城市住房、县城住房、农村住房按现有的大城市建筑标准设计和建造，在农村一是失去了原有的田源风光，二是要使农民、城市居民必需有足够的经济基础向物业交水电费、管理费，使原有的低成本生存变成了必需有支付能力的生存，所带来的问题好坏现在还远远不能评估。
[0003]楼房的结构需要有水电供给，有条件的需要有天然气供给，天然气作为天然能源有枯竭的风险，一旦天然气枯竭，将给居住者带来严重的生活问题。可以供济的是电能使用，通过生活电器代替天然气。因此降低生活用电，又不会因降低电能使用给生活带来不便，是现代人居住的一个重要话题。
[0004]为了节省电力，通过太阳能利用获取能源，太阳能中最常用的有热能和光能，太阳热能通过辐射方式到一种热管上，热管具有高效吸收太阳热能的能力，热管特性:1、超强的导热性:可在温度301:— 10001:范围内传导热量，单根导热效率98(%。2、优良的等温性:热管一端输入100°C，另一端可导出95°C。良好的等温性使热管在很小的温差下，传递很大的热通量，传热阻力小。3、热流密度可变性:在管径一定的情况下供热量可根据需要不断变化。4、热流方向可逆性:热管两端均可吸热、放热。5、使用安全性:管内压力低于外界大气压，热管不会发生爆炸。目前，太阳热能主要用于生活洗澡用。
[0005]太阳光能利用是通过光伏电池接收太阳光输出电能，其效率为16.7%，为了使太阳光能产生的电能在晚上使用，光伏电池产生的电能充入相应容量的蓄电池内，由蓄电池蓄电，蓄电池虽然能存贮电能，但蓄电池在制造过程中将会产生大量的污染源，而消毁过程中同样会产生大量的污染物，长期大量使用会严重影响人类生存环境。
[0006]地热利用在我国是近年来应用起来的技术，地热同样是太阳能的一种变化形式，地热是储藏在地下的热能，通过水介质和地源热泵技术，可以将地热用于地暖或水冷中央空调，由于受环境影响，只能在有条件的地方使用。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种既能提供田源风光、又能改善生活环境，同时能大大利用自然能源、节能、环保的基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制系统及方法。
[0008]本发明的目的是这样实现的，基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制系统，其特征是:至少包括:
综合居住建筑区，用于提供生活居住环境，它由逐渐面积减少的楼层过渡成梯形住宅结构，在综合居住建筑区上层有上层水缓冲区，在综合居住建筑区下层有下层水缓冲区，上层水缓冲区和下层水缓冲区之间有水轮发电机和直流水泵，水轮发电机在上层水缓冲区和下层水缓冲区之间的45度布置的水管路下端；在上层水缓冲区分布有太阳能板和热管，白天太阳能板向直流水泵供直流电，电压在24-28V之间；直流水泵将下层水缓冲区的水抽入上层水缓冲区，上层水缓冲区包括加热水温区、保温水温区、缓冲水区，缓冲水区与输入水管管道连接，保温水温区与输出水管管道连接，保温水温区在加热水温区与缓冲水区之间，加热水温区与热管连接，通过热管使加热水温区水形成对流，对加热水温区水加热，加热水温区水温到恒定温度时，加热水温区水置入保温水温区水，加热水温区重接入缓冲水区水。
[0009]所述直流水泵将下层水缓冲区的水抽入上层水缓冲区后，在没有光照的情况下，则利用水能发电单元发电，水能发电单元包括太阳能电池、直流水泵、上层水缓冲区水、下层水缓冲区水、连接上层水缓冲区水和下层水缓冲区的水管路，直流水泵电压是24v，吸程4米，扬程40米，太阳能板将太阳能电池产生的输出与直流水泵电源电连接，上层水缓冲区水与下层水缓冲区水通过管路连接，管路上的发电机是水轮发电机，当太阳能板电池有电流输出时，太阳能电池输出电压加载在直流水泵上，通过直流水泵将下层水缓冲区水扬程到上层水缓冲区水的缓冲水区，产生的电能供给LED照明和控制系统工作。
[0010]所述下层水缓冲区下端有冷藏室，冷藏室由冷水的冷藏室保温层保温和降温，水轮发电机通过太阳能板直接供电；综合居住建筑区分不同季节使供电、供热、供水按系统要求工作。
[0011]所述综合居住建筑区采用三级供电，一是太阳能供电，二是水势能供电，三是220v交流供电，三级供电由混合电源控制和调配，太阳能电池、水轮发电机和220v交流供电输入到混合电源的输入端，混合电源通过对太阳能电池、水轮发电机和220v交流电压和电流检测，进行统一分配和调控，只有到太阳能电池和水轮发电机供济不足，或不稳定时，由220v交流供电，当太阳能电池和水轮发电机供济稳定后，由控制器在切断220v交流供电。
[0012]基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制方法，其特征是:在20°C以下，太阳能热管将上层水缓冲区的水温加热到50°C以上，保温在上层水缓冲区的温水池，温水池水通过水调控单元的水调控组件后，输出稳定的15°C -20°C的恒温水，恒温水经压缩机组件后，输出40-50°C的取暖水向地热单元供暖；而压缩机组件另一端的蒸发器连接的水回路，一端接室外水，室外水水温低于10°C，通过蒸发器后，将水温调节在1°C _4°C输出，供给冷藏室，使冷藏室温度控制在1°C -8°C ;冷藏室将依据水果的水分特征分配冷藏室局部温度；
在20°C以上，室外水或自来水接压缩机组件的蒸发器连接的水回路，室外水或自来水水温低于20°C，通过蒸发器后，将水温调节在1°C _4°C输出，供给下层水缓冲区的冷藏室，使冷藏室温度控制在1°C -8°C ;冷藏室将依据水果的水分特征分配冷藏室局部温度，经冷藏室后，水温增高，但低于15°C，将低于15°C的水通过地热单元，地热单元使室内降温，通过地热单元升温后，水进入上层水缓冲区的温水池，温水池可以供游泳使用，温水池继续升温，通过过滤器后，进入压缩机组件的冷凝器，继续升温，通过冷凝器交换后升温至50度，供生活洗澡用。
[0013]所述的水调控组件包括调节阀、热水进水管，冷水进水管、恒温水出水管、温度传感器和控制器，上层水缓冲区包括加热水温区、保温水温区、缓冲水区，加热水温区外有热管，热管将水温加热，放入保温水温区，保温水温区通过管道与热水进水管连接，缓冲水区与冷水进水管管道阀门连接，热冷水进入调节阀后，通过调节阀对热冷水进行调节由恒温水出水管输出，恒温水出水管口有温度传感器，温度传感器连接有控制器，控制器驱动调节阀左右转动，使进入调节阀腔体内的热水量和冷水量按设定的温度混比进行输出。
[0014]所述的地热单元供热是通过上层水缓冲区的温水池的水经热管加热形成热水，上层水缓冲区包括加热水温区、保温水温区、缓冲水区，缓冲水区的水是通过水泵将下层水缓冲区的水入进行存贮，一方面用于无光照时发电，另一方面向加热水温区提供补充水，加热水温区与热管的上端相连接，热管将加热水温区水加热；在冬天加热水温区水温在50°C以上，将加热水温区水和缓冲水区的水通过水调控组件调控，产生15-20°C的稳定低温热水，稳定低温热水通过压缩机单元后，由压缩机组件的蒸发器继续加热，输出40°C -50°C的热水，供给地热单元，地热单元输出端的水温低于40°C — 50°C时，系统重新循环，保持地热单元供热。
[0015]本发明的优点是:由于本发明集太阳热能、光能、水存贮能、水发电、水温调控技术、地暖技术、园林设计技术综合在建筑设计当中，使建筑群体在很少利用外部电力的情况下，通过自身环境能源的利用，结合农村地多、空间大的特别，在总体节省土地的情况下，进行住房设计，使环境、生活居住、生态调控、能源节省、环保健康融入在农村现代化改造过程中。
[0016]这种设计不但能节约建造费用，扩大农业产品的生产规模和农副产品产业化，同时，带动光伏产业、房地产产业、园林设计、地暖技术发展、水温调控技术及众多产业化项目得到持续健康发展。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]下面结合本实施例及附图对本发明作进一步说明:
图1是本发明实施例结构示意图；
图2是气温在20°C以下时，温控系统结构示意图；
图3是气温在20°C以上时，温控系统结构示意图；
图4是气温在20°C以上时，带有发电的温控系统结构示意图；
图5水温调节阀结构示意图；
图6是水能发电单元发电原理图；
图7地热单元11供热是通过上层水缓冲区3的温水池的水经热管2加热形成热水原理图；
图8综合居住建筑区采用三级供电原理图。
[0018]图中，1、太阳能板；2、热管；3、上层水缓冲区；4、水管路；5、水轮发电机；6、综合居住建筑区；7、下层水缓冲区；8、冷藏室；9、冷藏室保温层；10、直流水泵；11、地热单元；
12、室外水；13、水调控单元；14、压缩机组件；15、过滤器；16、水调控组件；17、热水进水管；18、冷水进水管；19、恒温水出水管；20、温度传感器；21、控制器；22、调节阀；23、蒸发器；24、节流装置；25、冷凝器；26、压缩机；27、混合电源；28、led灯。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制系统及方法，它至少包括: 综合居住建筑区6，用于提供生活居住环境，它由逐渐面积减少的楼层过渡成梯形住宅
结构，在不考虑占地面积的情况下，这种结构有利于节省成本、降低建设费用，提高住宅使用寿命(200年以上)。在综合居住建筑区6上层有上层水缓冲区3，在综合居住建筑区6下层有下层水缓冲区7，上层水缓冲区3和下层水缓冲区7之间有水轮发电机5和直流水泵10，水轮发电机5在上层水缓冲区3和下层水缓冲区7之间的45度布置的水管路下端；在上层水缓冲区3分布有太阳能板I和热管2，白天太阳能板I向直流水泵10供直流电，电压在24-28V之间。直流水泵10将下层水缓冲区7的水抽入上层水缓冲区3，上层水缓冲区3包括加热水温区、保温水温区、缓冲水区，缓冲水区与输入水管管道连接，保温水温区与输出水管管道连接，保温水温区在加热水温区与缓冲水区之间，加热水温区与热管连接，通过热管使加热水温区水形成对流，对加热水温区水加热，加热水温区水温到恒定温度时，加热水温区水置入保温水温区水，加热水温区重接入缓冲水区水。
[0020]如图6所示，直流水泵10将下层水缓冲区7的水抽入上层水缓冲区3后，在没有光照的情况下，则利用水能发电单元发电，水能发电单元包括太阳能电池1、直流水泵10、上层水缓冲区水3、下层水缓冲区水7、连接上层水缓冲区水和下层水缓冲区的水管路4，直流水泵电压是24v，吸程4米，扬程40米，见表I。太阳能板I将太阳能电池产生的输出与直流水泵电源电连接，上层水缓冲区水与下层水缓冲区水通过管路连接，管路上的发电机是水轮发电机5，当太阳能板I电池有电流输出时,太阳能电池输出电压加载在直流水泵上，通过直流水泵10将下层水缓冲区水扬程到上层水缓冲区水的缓冲水区。产生的电能供给LED照明和控制系统工作。
[0021]表I
【权利要求】
1.基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制系统，其特征是:至少包括: 综合居住建筑区(6)，用于提供生活居住环境，它由逐渐面积减少的楼层过渡成梯形住宅结构，在综合居住建筑区(6)上层有上层水缓冲区(3)，在综合居住建筑区(6)下层有下层水缓冲区(7)，上层水缓冲区(3)和下层水缓冲区(7)之间有水轮发电机(5)和直流水泵(10)，水轮发电机(5)在上层水缓冲区(3)和下层水缓冲区(7)之间的45度布置的水管路下端；在上层水缓冲区(3)分布有太阳能板(I)和热管(2)，白天太阳能板(I)向直流水泵(10)供直流电，电压在24-28V之间；直流水泵(10)将下层水缓冲区(7)的水抽入上层水缓冲区(3)，上层水缓冲区(3)包括加热水温区、保温水温区、缓冲水区，缓冲水区与输入水管管道连接，保温水温区与输出水管管道连接，保温水温区在加热水温区与缓冲水区之间，力口热水温区与热管连接，通过热管使加热水温区水形成对流，对加热水温区水加热，加热水温区水温到恒定温度时，加热水温区水置入保温水温区水，加热水温区重接入缓冲水区水。
2.根据权利要求1所述的基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制系统，其特征是:所述直流水泵(10)将下层水缓冲区(7)的水抽入上层水缓冲区(3)后，在没有光照的情况下，则利用水能发电单元发·电，水能发电单元包括太阳能电池(I)、直流水泵(10)、上层水缓冲区水(3)、下层水缓冲区水(7)、连接上层水缓冲区水和下层水缓冲区的水管路(4)，直流水泵电压是24v，吸程4米，扬程40米，太阳能板(I)将太阳能电池产生的输出与直流水泵电源电连接，上层水缓冲区水与下层水缓冲区水通过管路连接，管路上的发电机是水轮发电机(5)，当太阳能板(I)电池有电流输出时，太阳能电池输出电压加载在直流水泵上，通过直流水泵(10)将下层水缓冲区水扬程到上层水缓冲区水的缓冲水区，产生的电能供给LED照明和控制系统工作。
3.根据权利要求1所述的基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制系统，其特征是:所述下层水缓冲区(7)下端有冷藏室(8)，冷藏室(8)由冷水的冷藏室保温层(9)保温和降温，水轮发电机(5)通过太阳能板(I)直接供电；综合居住建筑区(6)分不同季节使供电、供热、供水按系统要求工作。
4.根据权利要求1所述的基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制系统，其特征是:所述综合居住建筑区(6 )采用三级供电，一是太阳能供电，二是水势能供电，三是220v交流供电，三级供电由混合电源(27)控制和调配，太阳能电池(I)、水轮发电机(5)和220v交流供电输入到混合电源(27)的输入端，混合电源(27)通过对太阳能电池(I)、水轮发电机(5)和220v交流电压和电流检测，进行统一分配和调控，只有到太阳能电池(I)和水轮发电机(5)供济不足，或不稳定时，由220v交流供电，当太阳能电池(I)和水轮发电机(5)供济稳定后，由控制器在切断220v交流供电。
5.基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制方法，其特征是:在20°C以下，太阳能热管(2)将上层水缓冲区(3)的水温加热到50°C以上，保温在上层水缓冲区(3)的温水池，温水池水通过水调控单元(13)的水调控组件(16)后，输出稳定的15°C _20°C的恒温水，恒温水经压缩机组件(14)后，输出40-50°C的取暖水向地热单元(11)供暖；而压缩机组件(14)另一端的蒸发器连接的水回路，一端接室外水(12)，室外水水温低于10°C，通过蒸发器后，将水温调节在1°C _4°C输出，供给冷藏室(8)，使冷藏室(8)温度控制在1°C -80C ;冷藏室(8)将依据水果的水分特征分配冷藏室局部温度； 在20°C以上，室外水(12)或自来水接压缩机组件(14)的蒸发器连接的水回路，室外水或自来水水温低于20°C，通过蒸发器后，将水温调节在1°C -4°C输出，供给下层水缓冲区(7)的冷藏室，使冷藏室温度控制在1°C -8°C ;冷藏室将依据水果的水分特征分配冷藏室局部温度，经冷藏室后，水温增高，但低于15°C，将低于15°C的水通过地热单元(11)，地热单元(11)使室内降温，通过地热单元(11)升温后，水进入上层水缓冲区(3 )的温水池，温水池可以供游泳使用，温水池继续升温，通过过滤器(15)后，进入压缩机组件(14)的冷凝器，继续升温，通过冷凝器交换后升温至50度，供生活洗澡用。
6.根据权利要求5所述的基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制方法，其特征是:所述的水调控组件(16)包括调节阀(22)、热水进水管(17)，冷水进水管(18)、恒温水出水管(19)、温度传感器(20)和控制器(21)，上层水缓冲区(3)包括加热水温区、保温水温区、缓冲水区，加热水温区外有热管(2)，热管(2)将水温加热，放入保温水温区，保温水温区通过管道与热水进水管(17)连接,缓冲水区与冷水进水管(18)管道阀门连接,热冷水进入调节阀(22)后，通过调节阀(22)对热冷水进行调节由恒温水出水管(19)输出，恒温水出水管(19)口有温度传感器(20)，温度传感器(20)连接有控制器(21)，控制器(21)驱动调节阀(22)左右转动，使进入调节阀(22)腔体内的热水量和冷水量按设定的温度混比进行输出。
7.根据权利要求5所述的基于太阳能的城镇化综合居住区能源控制方法，其特征是:所述的地热单元(11)供热是通过上层水缓冲区(3)的温水池的水经热管(2)加热形成热水，上层水缓冲区(3)包括加热水温区、保温水温区、缓冲水区，缓冲水区的水是通过水泵将下层水缓冲区(7)的水入进行存贮，一方面用于无光照时发电，另一方面向加热水温区提供补充水，加热水温区与热管(2)的上端相连接，热管(2)将加热水温区水加热；在冬天加热水温区水温在50°C以上，将加热水温区水和缓冲水区的水通过水调控组件(16)调控，产生15-20°C的稳定低温热水，稳 定低温热水通过压缩机单元后，由压缩机组件(14)的蒸发器(23 )继续加热，输出40°C -50 V的热水，供给地热单元(11)，地热单元(11)输出端的水温低于40°C — 50°C时，系统重新循环，保持地热单元(11)供热。
【文档编号】E03B11/02GK103437570SQ201310371628
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】刘珉恺, 丁仕春 申请人:西安发威电子科技有限公司