一种可监测效果的集成光伏驱动的地下空间用自然通风与采光装置及其调控方法与流程

本发明涉及太阳能建筑一体化利用技术领域，特别涉及一种可监测效果的集成光伏驱动的地下空间用自然通风与采光装置。

背景技术：

地下空间通常采用人工照明与机械通风，依赖大量非再生能源消耗，易导致实际使用时风机停开、地下室内空气污浊和照明灯具少开照度不够等地下室内环境指标不合格的问题。

太阳能具有非再生能源所无法比拟的清洁性、安全性、资源广泛性等优点。光伏照明和光导照明装置利用太阳能进行采光照明，绿色环保。然而，此类装置往往只注重自然采光和光伏照明其中一个方面，可调性差、效率低下且光强不足。同时，此类装置没有通风系统，无法实现地下空间的通风换气，不能达到建筑一体化的目的。此类装置也无法对装置运行状况进行监测，实用性不高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构紧凑且维修方便的通风采光装置及其调控方法，以解决现有技术可调性差、效率低下、照度不够、无法对系统运行状况进行监测和无法同时实现通风采光等问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种可监测效果的集成光伏驱动的地下空间用自然通风与采光装置，包括光导系统、照明系统、通风系统、光伏系统和监测系统。

所述光导系统为中空密封的手电筒结构，包括从上到下依次连接的采光罩、光导管和漫射器。所述采光罩位于通风井外。所述光导管贯穿于通风井内外。所述漫射器位于地下空间内。室外太阳光由采光罩收集，光导管将采集的光线传输至地下空间，漫射器将光导管传输的光线均匀的分散到地下空间内，提供自然采光照明。

所述照明系统包括led灯条。所述led灯条围绕在漫射器的底部外侧。

所述通风系统包括若干台风机和若干个通风管。所述风机安装在通风井的两侧墙壁上。所述通风管连通通风井与地下空间。所述风机可调节档位。所述通风管的管道下端为进风口。所述进风口位于地下空间的天花板上。

所述光伏系统包括若干块光伏板、蓄电池和逆变器。所述若干块光伏板均支撑摆放在通风井的屋面上。所述蓄电池与光伏板线路相连。所述led灯条和风机通过连接线路与蓄电池相连。所述逆变器安装在蓄电池的输出线路上。

当室外光照微弱时，蓄电池所储蓄能源供led灯条进行照明。当热压通风量不足以满足地下空间通风要求时，风机利用蓄电池提供的电能进行送风。

所述监测系统包括单机片和数据监测设备。所述数据监测设备包括若干个太阳总辐射传感器、若干个温度传感器、功率传感器、电流传感器、电压传感器、照度传感器和若干个风速传感器。所述太阳总辐射传感器和温度传感器安装在光伏板上。所述功率传感器安装在光伏板与蓄电池相连线路上。所述电流传感器和电压传感器安装在蓄电池与逆变器相连线路上。所述照度传感器置于地下空间内。所述风速传感器置于进风口断面上。所述太阳总辐射传感器、温度传感器和风速传感器均预设有阈值。所述单机片的输出端连接有用户界面。各数据监测设备通过数据传输线将监测到的数据传至单机片。单机片接收这些监测数据后，根据预设的计算准则计算光伏系统的发电量、室内通风量和系统耗电量等性能指标，并将运行参数和性能指标显示在用户界面上。

进一步，所述采光罩和光导管的连接处安装有防雨圈。

进一步，所述单机片安装在通风井外侧墙壁上。

进一步，所述风速传感器与进风口断面平行。所述照度传感器距地下空间地面1米且与地下空间地面平行。所述太阳总辐射传感器平行于光伏板的采光面。

本发明还公开一种上述监测系统的调控方法，包括以下步骤：

1)监测设备获取装置当前的监测数据。其中，所述监测数据包括太阳辐照量q、光伏板表面温度、光伏板输出功率、蓄电池的输出电压u、蓄电池的输出电流i、地下空间室内照度和进风口风速v。

2)各监测数据通过数据传输线传输至单片机。其中，当地下空间室内照度低于阈值时，单片机控制照明系统运行。当进风口风速v低于阈值时，单片机控制通风系统运行。

3)单片机接收监测数据后，根据预设的计算准则分析计算得出装置当前运行的性能指标。其中，计算准则如下：

(a)室内通风量q：

q＝a×v×3600，式中，q为风量(m³/h)。a为进风口断面面积(m⁾，由通风管参数确定。v为进风口断面平均流速(m/s)，由风速传感器测得。

(b)光伏日发电量w1：

w＝q×a×η1×η2，式中，w为光伏组件的发电量(kwh/日)。q为太阳辐照量(kj/m²日)，由太阳总辐射传感器测得。a为光伏板的面积(m⁾，由光伏板参数确定。η1为光电转换效率，由光伏板参数确定。η2为实际发电效率，由光伏板参数确定。

(c)装置日耗电量w2：

式中，i为蓄电池与逆变器相连线路的电流(a)，由电流传感器测得。u为蓄电池与逆变器相连的线路的电压(v)，由电压传感器测得。t为时间(h)。

4)各监测数据和性能指标显示在用户界面上。

5)管理人员实时监测装置的运行情况和运行效果。当管理人员发现指标参数异常时，结合现场实际情况对装置采取相应的调控措施。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

a)通风装置和照明采光装置集成于一个系统里，结构紧凑，功能齐全，维护方便，达到了高效的建筑一体化；

b)利用光伏发电提供照明和通风，充分利用了可再生能源，大大降低了建筑能耗；

c)可实时显示监测数据并且计算分析相关性能指标，可与历史数据相比较；

d)管理人员可轻松掌握系统的运行情况和运行效果，便于及时发现问题，根据实际情况解决问题并进行优化。

附图说明

图1为装置结构示意图；

图2为通风井结构示意图；

图3为通风管与漫射器位置关系示意图；

图4为监测系统的运行流程示意图。

图中：采光罩1、防雨圈2、光导管3、漫射器4、led灯条5、风机6、光伏板7、蓄电池8、连接线路9、逆变器10、太阳总辐射传感器11、温度传感器12、功率传感器13、电流传感器14、电压传感器15、照度传感器16、通风管17、风速传感器18、进风口19、通风井20、数据传输线21、单机片22。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开一种可监测效果的集成光伏驱动的地下空间用自然通风与采光装置，包括光导系统、照明系统、通风系统、光伏系统和监测系统。

参见图1，所述光导系统为中空密封的手电筒结构，包括从上到下依次连接的采光罩1、光导管3和漫射器4。所述采光罩1位于通风井20外。所述光导管3贯穿于通风井20内外。所述漫射器4位于地下空间内。室外太阳光由采光罩1收集，光导管3将采集的光线传输至地下空间，漫射器4将光导管3传输的光线均匀的分散到地下空间内，提供自然采光照明。在本实施例中，所述采光罩1和光导管3的连接处安装有防雨圈2，有利于雨水快速导流，确保装置正常运作以及系统的完好性。

参见图3，所述照明系统包括led灯条5。所述led灯条5围绕在漫射器4的底部外侧。

参见图1和图3，所述通风系统包括2台风机6和4个通风管17。所述2台风机6分别安装在通风井20的两侧墙壁上。所述风机6可调节档位。所述通风管17均连通通风井20与地下空间。在本实施例中，4个通风管17呈矩形排列，围绕在漫射器4周围。所述通风管17的管道下端为进风口19。所述进风口19位于地下空间的天花板上。通风井20内空气温度高于地下空间内空气的温度，两处空气密度不同形成热压，空气经过进风口19、通风管17和通风井20自下而上地流动，形成自然通风。

所述光伏系统包括2块光伏板7、蓄电池8和逆变器10。所述光伏板7支撑摆放在通风井20的两个斜屋面上。所述蓄电池8与光伏板7线路相连。线路置于通风井20内，蓄电池8置于地下空间内。光伏板7利用太阳能进行发电，并将电能通过连接线路9储存至蓄电池8中。所述光伏板7还为通风系统和监测系统挡雨。所述led灯条5和风机6通过连接线路9与蓄电池8相连。所述逆变器10安装在蓄电池8的输出线路上，将蓄电池输出的直流电转化为交流电，供led灯条5照明和风机6运转。

所述监测系统包括单机片22和数据监测设备。所述单机片22安装在通风井20外侧墙壁上。所述数据监测设备包括2个太阳总辐射传感器11、2个温度传感器12、功率传感器13、电流传感器14、电压传感器15、照度传感器16和4个风速传感器18。每块光伏板7上安装有1个太阳总辐射传感器11和1个温度传感器12。所述太阳总辐射传感器11用于监测太阳辐照量,作为计算光伏板发电量的依据。所述温度传感器12用于监测光伏板表面温度,判断光伏板是否正常运行的参数。所述太阳总辐射传感器11平行于光伏板7的采光面。所述功率传感器13安装在光伏板7与蓄电池8相连线路上，用于监测光伏板输出功率。所述电流传感器14和电压传感器15安装在蓄电池8与逆变器10相连线路上，用于监测蓄电池的输出电流和电压。所述照度传感器16置于地下空间内，距地下空间地面1米且与地下空间地面平行，用于监测地下空间室内照度。所述照度传感器16所述风速传感器18置于进风口19断面上，且与进风口19断面平行，用于监测进风口风速。所述照度传感器16、温度传感器12和风速传感器18均预设有阈值。所述单机片22的输出端连接有用户界面。各数据监测设备通过数据传输线21将监测到的数据传至单机片22。单机片22接收这些监测数据后，根据预设的计算准则计算光伏系统的发电量、室内通风量和系统耗电量等性能指标，并将运行参数和性能指标显示在用户界面上。

当室外光照微弱时，即当地下空间内的照度传感器16监测到的室内照度低于设定阈值时，蓄电池8输出直流电。直流电经逆变器10转化为交流电，经连接线路9输送给led灯条5，单片机22控制led灯条5开启，进行光照作用，使室内维持亮度，以满足室内光照要求。当热压通风量不足以满足地下空间通风要求时，即当风速传感器18监测到进风口风速小于预设阈值时，风速传感器18经线路21将信号传输至单片机22，单片机22控制风机6开启，蓄电池8输出直流电，直流电经逆变器10转化为交流电，经连接线路9输送给风机6，单片机22根据监测到的风速控制风机6选择合适的档位，从而达到室内空气不断流动的效果，以满足地下空间的通风要求。当温度传感器12监测到的光伏板温度高于设定阈值时，温度传感12经线路21将信号传输至单片机22，用户界面上出现光伏板温度过高的报警信号。

实施例2：

本实施例公开一种关于实施例1所述可监测效果的集成光伏驱动的地下空间用自然通风与采光装置的调控方法，参见图4，包括以下步骤：

1)监测设备获取装置当前的监测数据。其中，所述监测数据包括太阳辐照量q、光伏板表面温度、光伏板输出功率、蓄电池的输出电压u、蓄电池的输出电流i、地下空间室内照度和进风口风速v。

2)各监测数据通过数据传输线21传输至单片机22。当地下空间室内照度低于阈值时，单片机22控制照明系统运行。当进风口风速v低于阈值时，单片机22控制通风系统运行。

3)单片机22接收监测数据后，根据预设的计算准则分析计算得出装置当前运行的性能指标。其中，计算准则如下：

(a)室内通风量q：

q＝a×v×3600，式中，q为风量m³/h。a为进风口断面面积m²，由通风管17参数确定。v为进风口断面平均流速(m/s)，由风速传感器18测得。

(b)光伏日发电量w1：

w＝q×a×η1×η2，式中，w为光伏组件的发电量kwh/日。q为太阳辐照量kj/m²日，由太阳总辐射传感器11测得。a为光伏板7的面积m²，由光伏板7参数确定。η1为光电转换效率，由光伏板7参数确定。η2为实际发电效率，由光伏板7参数确定。

(c)装置日耗电量w2：

式中，i为蓄电池与逆变器相连线路的电流a，由电流传感器14测得。u为蓄电池与逆变器相连的线路的电压v，由电压传感器15测得。t为时间h。

4)各监测数据和性能指标显示在用户界面上。

5)管理人员实时监测装置的运行情况和运行效果。当管理人员发现指标参数异常时，结合现场实际情况对装置采取相应的调控措施。