专利名称：与建筑物相结合的多重温室太阳能热利用装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种新型太阳能热利用装置。
背景技术：
现有太阳能热利用技术主要有两大类平板和真空管太阳热水器。前者由于顶面散热损失严重而导致热效率很低，仅35％左右，后来用“蜂窝”来强制抑制顶部散热，效率最高也仅达50％。后者用“真空”来强制抑制顶部散热，热效率有所提高，达58％，这仍然很有限。而且由于真空技术极复杂、难度极大，使成本急剧提高现市场销售价已达5000---6000元/台。大多数人完全无法承受。
发明内容
为了克服现有平板太阳热水器的上述不足之处，本发明将其作了进一步改进，将它与“多重温室”相结合，并与建筑物相结合，这样可以同时降低成本、提高热效率，而且制造、运输、安装、使用也更方便。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案，主要有如下6个新的基本结构特征，现分别说明如下特征一“窗户型多重温室太阳能热利用装置”基本结构特征其基本结构是将日光温室作重要改进后，安装在建筑物的窗户外面下端，然后将太阳能集热器放置于温室中，而热水箱则一般放置于阳台内或室内。其具体结构见图1、图2、图3。
图1、图2是窗户型多重温室太阳能热利用装置的侧面剖面图，多重温室先由硬质材料(角钢等)制成骨架，受光面由多层透明簿板或簿膜(1)构成，它与由保温材料制成的底面(2)、顶面(3)、背面(4)和两个侧面均连结在骨架上，构成一个封闭的多重温室，侧面呈梯形。背面(4)为竖直的平面，与窗框(5)的下半部或窗户下端墙壁(6)的外表面密切接触并用螺钉固定牢固。
多重温室可以与室内或阳台内连通，如图1，将温室背面(4)处的窗玻璃去掉，背面(4)的板子也去掉，只剩下四周的边框与窗框(5)连结。这样，室内或阳台内的空气可以与温室内的空气互相对流。这一般适用于阳台的窗户，因下端墙壁(6)较矮，离地面(26)只高0.5----0.6m，可以不动(不挖)墙壁。
多重温室也可以与室内不连通，如图2，下端墙壁(6)将室内空气和温室内空气隔开，互相不能对流。这一般适用于无阳台的窗户，因下端墙壁(6)较高，离地面(13)高1.2m左右。
将太阳能热水器的集热器(7)倾斜放置于多重温室内，见图1、图2。将较小型的开水箱(8)固定在室内或阳台内靠窗户处，例如通过支架(13)把它固定在窗框(5)上，也可以将它固定在集热器上端与集热器一起放置于多重温室内(见图4)。而较大型的热水箱(9)则固定在室内或阳台内靠近窗户的上端墙壁(10)、阳台内或室内后墙壁(17)、侧面墙壁(42)和天花板(11)处。用密封软管(12)穿过窗户将集热器(7)与开水箱(8)和热水箱(9)密封连通。室内自来水管也与开水箱(8)和热水箱(9)连通以输送冷水。还有管道将热水箱(9)的热水输送到室内用水处(款洗间或厨房)。开水可直接从开水箱(8)的开关(16)接出，也可从与集热器(7)的下端相连结的软管(15)左端的开关接出。
这样就构成了“窗户型多重温室太阳能热利用装置”，它的正视图(从阳台内看窗外的正视图)如图3集热器(7)(可以是1个、两个或多个)通过密封软管(12)与开水箱(8)密封连通，集热器(14)(也可以是1个、两个或多个)通过密封软管(12)与热水箱(9)密封连通。
该装置的工作原理如下太阳光透过多层透明簿板或簿膜(1)照射到集热器(7)或集热器(14)上并将其中的水加热，这些热水再通过密封软管(12)与热水箱(9)或开水箱(8)中的冷水对流循环、将冷水加热，实验已证明还可以一年四季都将冷水烧开。
上述新结构产生的有益效果是------热效率高达90％以上多重温室能大幅度提高温室内温度、即集热器的环境温度，减小集热器与环境的温差、即减少集热器的散热损失，从而大幅度提高集热器的热效率。实验已证明在青海省西宁市这样的高寒地带，12月份温室内都可达40---50℃以上，05年12月8日达51℃，12月22日(冬至)都达46℃。据测试，这时热效率达90％以上(当代最好的真空管太阳热水器仅达58％)，还要外加从环境向热水器倒流的热量----因多数时间环境温度高于热水器水温，热量不但不从集热器散失，反而必然从环境向热水器倒流。
------总成本不到真空管的50％一个能放置集热面积1～1.5m2集热器的窗户型多重温室的成本仅50--60元。温室内的环境极为干燥、稳定，不受风雨雪等任何外界因素的影响，因此对集热器的材料、强度、制造工艺等各方面的要求都可大幅度降低，可用平板集热器，而且只需用简单较簿的保温层。这样，每m2集热器成本仅100元左右，整个太阳热水系统(容水量120---150公斤)的总成本仅400元左右。而真空管的相应成本为800--1000元。以上均为2005年的实验(实际制造)数据。
------生产设备投资也比真空管少很多真空管要150多万元，而该产品只要几万元。
-----安装、日常维护-维修，都比真空管简单很多，这一切都可在“家里”进行专业工人安装该装置象安装一幅窗帘那样简单，日常维护(例如擦去温室外顶面的灰尘)，相当于擦一个玻璃窗，等等，都是举手之劳。而对真空管太附热水器，干这一切都要爬上房顶----而一般用户是不可能爬房顶的，都要花钱请专业工人，这些都是很麻烦的。
------使用极为方便进、出水管都与开、热水箱固定连接好，整个装置平时都不移动。开关一开，即可从自来水管给水箱上冷水，有管道将热水自动输到用水处----款洗间或厨房。从开水箱可直接将开水接到家用保温瓶中，或将集热器管道直接与家用饮水机的开水箱有机的连接，使饮用开水更加方便。
-----对与阳台连通的温室，北方冬天还可利用室内的暖气，使温室内晚上也不结冰。这使平板太阳热水器可以在北方一年四季使用(原来只能使用三季，冬天因要结冰不能使用)，这也已经得到实验证实。
-----其他方面它完全不影响窗户采光。完全不影响阳台或房间的使用面积、也可装饰得很美观。温室和集热器都位于窗户外面，集热器的倾斜角和方位都可以任意调节，因而可以充分接收来自任何方向和高度的太阳光。由于在干燥、稳定的环境中，材料不会损坏，因此使用寿命也比真空管长。整个楼房各住户的多重温室可以按统一标准伸出窗外、并将外表装饰得很美观而不影响住宅区外部环境的美观。真空管太阳热水器因放房顶而影响住宅外部环境的美观，很多住宅区不准在房顶放置太阳热水器。
如此等等，其有益效果还有很多。
特征二多重温室的新结构特征为了提高多重温室内的温度，可采用如下新结构措施----温室的顶面(受光面)由多层透明簿板或簿膜(1)构成，每两层之间一有一空气层，故称为多重温室。这样，热量更不容易散发到温室外面。多层透明簿膜都很簿，也不影响太阳光透入温室。
----温室的底、侧、背面，都有硬质材料(角钢等)制成的骨架，再贴上保温材料，并在其内表面上，贴上旣容易吸收太阳光热量、又容易散热、本身温度又容易升高的物质，例如在沙子上浇上黑色沥青油漆，等等。
----多重温室尽量密封，将背面作成平面，与窗框或墙壁贴紧密封，使温室内外空气互不流通。
上述新结构措施产生的有益效果，都是有利于升高温室内温度、减少温室的散热损失，即提高集热器的环境温度，从而提高热效率。
特征三多重温室的交叉双尖窄状结构特征其具体结构见图4(侧视图)在原有窗户型多重温室的里面，再加放倾斜角较大的多层透明簿膜(18)和倾斜角较小的多层透明簿膜(19)，二者在A处连结。于是就构成接近“水平放置”的尖窄状、类似梯形的结构ABCD因CB边很短，仅几公分，AD也只有十几----二十几公分，故其侧面形状为类似梯形的尖窄状结构，又构成“竖直放置”的尖窄状、类似梯形的结构DEFG同样，因EF边、GD边都很短，其侧面形状也为类似梯形的尖窄状结构。二者在A、D、G处互相交叉连通，故称为“交叉双尖窄状结构”。
然后将集热器(7)或集热器(14)倾斜放置于梯形DEFG中，再在边(2)的上表面铺上吸收率高、又能及时散热的黑色物质(20)。原来顶面的多层透明簿板或簿膜(1)就可以只是1层或2层。其余连接结构(水箱等)不变。
此结构产生的有益效果是[1]太阳光除了照射到集热器上，还同时照射到集热器之外的面积、边(2)的上表面黑色物质(20)上，其吸收和散发的热量(热空气)必然自动上升到梯形DEFG内、使其温度更高，即集热器的环境温度更高，因而热效率更高，也就是利用了集热面之外的太阳光来提高环境温度和热效率。[2]实验证明尖窄状的温室内的温度更高，而这种位于原有窗户型温室内的“交叉双尖窄状结构”使温室内温度更进一步提高、热效率也更进一步提高。
特征四多重温室的竖直双尖窄状结构特征其具体结构(侧视图)见图5多重温室仍由各面紧贴在硬质骨架上抅成。作得较长，其背面仍是平面，紧密贴在无窗墙壁(25)上(可用膨胀螺钉固定牢固)。受光面由倾斜透明簿板或簿膜(22)和竖直透明簿板或簿膜(28)组成，底面(2)和两个侧面仍有保温材料。
太阳能集热器(7)倾斜放置在温室内上部，上端靠在墙壁(25)上，下端放在与墙壁(25)牢固连结的板架(27)上。上端的软管(12)穿过墙壁与室内的水箱密封连通。倾斜板(21)放置在温室内下部，其上端与板架(27)相连、下端与底面(2)相连，其外表面贴有黑色物质(20)。
在温室内上部，再加放多层透明簿膜(24)，它与倾斜集热器(7)抅成一个侧面形状为尖窄状的四边形abcd。在温室内下部，再加放多层透明簿膜(23)，它与倾斜板(21)抅成一个侧面形状为尖窄状的类似三角形的结构abe，并与尖窄状的四边形abcd连通。由于二者都沿着竖直方向，故称为“竖直双尖窄状结构”这样，太阳光同时照射在集热器(7)和倾斜扳(21)外表面的黑色物质(20)上，前者仍然用太阳光热量制造热水，而后者则用太阳光热量制造热空气-----黑色物质(20)吸收太阳光能量，转变成热能后再散发到类似三角形结构abe内的空气中，这些热空气必然自动上升到四边形abcd内、用于提高集热器(7)顶面的环境温度、从而提高热效率。由于类似三角形结构abe和四边形abcd都呈尖窄状，它们内部的环境温度更高、从而热效率也更高。
这种结构一般安装在楼房墙壁的没有窗户的部位，因此墙壁有足够的竖直长度可以利用，而且完全不影响窗户的使用、美观等等。该结构外表也可统一制作得很美观，不影响住宅区的外部环境。
以上特点也是该结构的有益效果。
特征五多重温室内集热器的新结构特征图6是现有平板集热器(7)的基本结构的侧视图。其底、侧保温层(31)紧贴在集热器水箱(29)的外底面和侧面(其外表面涂有黑色光谱选择性涂层)，顶部连有多层透明面盖(30)，上端的软管(12)用于与开、热水箱密封连接。现将其作如下改进
1、集热器水箱(29)用金属簿板作成超簿夹层，其三视图如图7。夹层内空间厚度只有1-10mm，即每m2容水量只有2、3kg。夹层内充水，夹层外表面涂有黑色光谱选择性涂层。其有益效果是夹层内的水很容易被晒热，然后通过对流迅速将热量传递到热水箱(9)或开水箱(8)的水中。实验已证明簿的夹层比厚的夹层更容易将水烧热、特别是更容易将水烧开。
2、如图8，超簿夹层集热器水箱(29)内也可以充其他非水液体，夹层内空间厚度只有1-10mm，并与软管(12)内和热交换器(32)内的非水液体互相密封连通，仍以对流方式互相传热。热交换器(32)也由一些中空的管道连通抅成，再密封伸入开水箱(8)或热水箱(9)(即其中的水不能从密封处(33)漏出)，以传导传热的方式将其中的水烧热或烧开，但热交换器(32)内的非水液体不能泄漏到其中的水中。
3、图7所示超簿夹层集热器水箱(29)，也可用透明簿板制成(夹层内空间厚度仍只有1-10mm，)，其背面涂有黑色光谱选择性涂层(34)，或在其背面再紧挨着贴一层内部充满黑色液体的透明夹层(35)，超簿夹层集热器水箱(29)内仍然充水，并通过软管(12)与开、热水箱直接密封连通。
工作原理太阳光会透过集热器水箱(29)这一透明夹层和其中的水，照射在背面的黑色光谱选择性涂层(34)上，或照射在背面内部充满黑色液体的透明夹层(35)上，转变成的热量再从集热器水箱(29)这一透明夹层的底面(背面)加热夹层中的水，并通过软管(12)对流，最终加热开、热水箱中的水。
这种结构产生的有益效果是[1]太阳光能量从集热器水箱(29)这一透明夹层的底面(背面)转变成热能来加热夹层中的水，因此它的透明顶面(36)的温度就很低-----与夹层内和它接触的水的温度相等，因此透明顶面(36)的散热损失就很少。当环境温度高于水温时，集热器热量不但不损失，反而从环境向集热器水箱(29)中的水倒流更多的热量，因此会得到更多的热水。
实验早已证明很多黑色液体对太阳光的吸收率接近1，而发射率接近0，超过最好的光谱选择性涂层，而且还有不易损坏、即寿命长等优点。因此，用内部充满黑色液体的透明夹层(35)来取代光谱选择性涂层，热效率更高。
4、图7所示超簿夹层集热器水箱(29)，也可以只是顶面(36)用透明簿板制成，其背面、侧面可用不透明簿板制成，夹层内充满黑色液体，夹层内空间厚度只有1-10mm，并与软管(12)、热交换器(32)中的黑色液体互相密封连通。热交换器(32)再密封伸入开水箱(8)或热水箱(9)(即其中的水不能从密封处(33)漏出)，以传导传热的方式将其中的水烧热或烧开，但热交换器(32)内的黑色液体不能泄漏到其中的水中。此结构就不再需要其内部充黑色液体的透明夹层(35)，其背面也不需要再涂黑色光谱选择性涂层(34)。
这种结构产生的有益效果仍然是黑色液体对太阳光的吸收率接近1，而发射率接近0，透明顶面(36)的温度很低、散热损失很少，反而从环境向集热器倒流更多的热量-----最终是热效率更高、会得到更多的热水。
特征六新型空气集热器和多重温室热空气源热泵将金属簿片上先画出多条等距离的平行线，再沿平行线折迭成图12所示的形状多个同样的三角状的“山峰”依次相连，其横截面为多个同样的三角形依次相连，就构成三角状金属簿片(45)，见图12。也可以将金属簿片折迭成叉状金属簿片(58)-----其侧面象金属叉，见图14。将这两种金属簿片的上表面涂上黑色光谱选择性涂层、下端多个棱角与集热器底面保温层(31)固定连接，见图12、图14。再用它取代图6所示的平板集热器内的水箱(29)，就构成图13和图14所示的太阳能空气集热器。它的上端开有出气口(49)、下端开有进气口(50)。将它放置于多重温室abcdef内，使其上端与温室内背面的内表面连接、下端与温室内底画的内表面连接。
热交换器(32)由弯曲的管道构成(一般用金属管)，放置于热水箱(9)中、与热水箱(9)内的底面连接，但管道向上弯曲，使其进气孔(57)、出气孔(58)位于水箱(9)的上边缘，这样水箱(9)的底、侧就不再打孔，见图15。
出气保温管道(51)穿过多重温室，依次与出气口(49)、空气泵(52)和热交换器(32)的进气孔(57)密封连通。还有进气保温管道(53)也穿过多重温室，两端分别与热交换器(32)的出气孔(58)、集热器的进气口(50)密封连通，就构成一种新型的“多重温室热空气源热泵”，见图15。
它的工作原理如下太阳光透过温室和集热器的透明顶面，射到三角状金属簿片(45)或叉状金属簿片(58)的表面上，该表面上的黑色光谱选择性涂层充分吸收太阳光并转变为热能，再散发到集热器内的空间中----因金属簿片呈三角状或叉状，又是两面同时散热，就大大的增大了散热面积，使散热更充分。
因集热器倾斜放置，热空气从三角状金属簿片(45)或叉状金属簿片(58)的上下两面上升，从出气口(49)沿出气保温管道(51)从进气孔(57)流进热交换器(32)、将热量传递给水箱(9)中的水。降温后的热空气再从热交换器的出气孔(58)，沿进气保温管道(53)从集热器的进气口(50)流进集热器内部的下端，再被加热、上升…如此连续往复循环，水箱(9)中的水就逐渐被加热。气泵(52)可以控制热空气的流动速度，使水箱(9)中的水能充分的从热交换器(32)吸热。
这种新型的“热空气源热泵”产生的有益效果主要是由于空气集热器不断由太阳光产生热空气，使热空气有了来源，而且温度更高(实验证明冬天温室内气温都达70-80℃，夏天温度更高)，因此输出能量(加热水)与输入能量(耗电)之比，远远超过现有空气源热泵的2、3倍；而且由于集热器大大简化，不再需要容水的集热器和输水管道那一整套系统(是平板集热器中的主要系统，加工维修较难、成本较高)，而代之以极为简单、便宜、轻便的金属簿片和空气管道，等等，就使成本大幅度下降；此外还有冬天绝对不怕冻、加工制造和安装维修简单方便等众多的优点。
在现实中，“热空气源”还有很多，例如室内的暖气、工厂的高温车间(特别是炼钢高炉车间等)、太阳照射的地面----特别是荒山坡、有石头的河滩、沙滩，戈壁、沙漠，甚至人工的水泥地面、房顶、墙面，都会自然产生大量热空气。只需将上述空气集热器稍加改进，就可作为上述“热空气源热泵”的热源、产生廉价热水。祥见下文“实施例八、九、十”。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1、图2是窗户型多重温室太阳能热利用装置的侧面剖面图。
图3是窗户型多重温室太阳能热利用装置的正视图。
图4是多重温室的交叉双尖窄状结构侧视图。
图5是多重温室的竖直双尖窄状结构侧视图。
图6是平板集热器的基本结构的侧视图。
图7是超簿夹层集热器水箱的三视图。
图8是充其他非水液体(包括黑液体)的太阳能集热装置的原理图。
图9是多重温室在房顶大面积组合-集体化使用的基本结构示意图。
图10是无窗墙壁组合型多重温室太阳能开水热水系统的外观立体图。
图11是图10所示装置的侧面剖面图。
图12是三角状金属簿片与集热器底面保温层连结的部件图。
图13是新型太阳能空气集热器的立体图，图14是连接有叉状金属簿片的新型太阳能空气集热器的侧面剖面图。
图15是新型多重温室热空气源热泵基本结构的立体图。
图16是利用地面太阳能热源的新型空气集热器基本结构的立体图。
图17、图18是利用现有暖气片、暖气管热源的新型空气集热器基本结构的立体图。
具体实施例方式
将以上5个新结构特征进行不同的有机组合，还会产生更多的新结构特征和更多的有益效果。经过仔细研究和实验，本发明共精选出10个具体实施例，现分别说明如下。
实施例一家庭窗户型多重温室太阳能开水热水系统该系统设计时首先考虑到如下特点每个家庭所需热水可分为两类一类是“低温热水”，主要用于洗澡、洗衣、洗脸脚等。另一类是开水或“高温热水”，也可统称“厨房用水”，用于直接饮用、作饭菜等。
对低温热水的水质、水温的要求都不高。水温40℃左右即可，水箱等用廉价的镀锌铁板制造即可。这种热水成本较低，但需要量较大，水箱容水量需80-150公斤。
开水或高温热水对水质的要求较高，必须符合饮用卫生标准。因此水箱等必须由昂贵的不锈钢或铝合金材料制造。对水温的要求也较高，最好能烧开或烧到70、80℃(太阳不大时)，再直接用于烧开水或烧饭菜，就可很快烧开。这样才能较多的节约能源。这种热水显然成本较高，但需要量不大，一个三口之家每天10公斤左右足够，大一点的五口之家每天十几公斤也已足够，相当于普通家用小水桶一桶水(从卫生角度要求，厨房用水应包括洗碗洗菜等所用低温热水，这时可用开水或高温热水兑上冷水成为低温热水使用，也可用开水箱(8)烧低温热水)。
该系统就是根据家庭用开热水的上述实际需要的特点设计制造----其显著特点是将开水、热水分开，也就是将太阳开水系统和热水系统分开制造和分别使用，这样可以巧妙的降低成本、又能满足实际需要。其具体特点如下1、水箱的安装位置及使用方式，见图3容水量80---150公斤的保温大热水箱(9)安装在室内或阳台内窗户上面挨到天花板的墙角处(这样可以产生较大的下流压力)，有与它连通的管道挨着墙壁穿过里面房间通往款洗间等用水处，并与自来水管连通。只需合理控制开关，就既可自动流下热水、又可将自来水冷水自动灌入水箱(9)，即用水、上水都极为方便。尽管系统规模较大，但水箱(9)、各种水管、开关等都只使用耐40℃左右低温的廉价材料和工艺制造，故成本仍然很低，约300---400元/套。
而容水量15---20公斤的保温小开水箱(8)(直径、高度仅约0.3---0.4m即可)，则安装在窗台上或稍高一些即可。它的下端有开关(对图1、图5那种安装方式，集热器(7)的下端还连接有出水软管(15)，它的左端也有开关)，可直接流下开水或高温热水，灌入家用保温瓶，提到厨房等处使用。也有管道将它与自来水管连通，同样开关一开即可自动灌入冷水。即用水、上水仍然非常方便。尽管水箱(8)、水管、开关等都要用耐100℃高温并符合饮用卫生标准的、较昂贵的材料和工艺制造，但因规模小----每个家庭只需要这么小的规模就已足够----因此成本仍然较低，约200---300元/套。
2、热水箱(9)、开水箱(8)分别与各自的集热器(1个或多个)相连，例如图3中，两个集热器(14)通过软管(12)(穿过墙壁或窗户)与热水箱(9)相连，而另两个集热器(7)则通过软管(12)(也是穿过墙壁或窗户)与开水箱(8)相连。每个集热器都倾斜放置在自已的多重温室内。多重温室的安装位置和自身的不同结构、集热器的各种改进结构、整个装置的工作原理以及众多的优越性等等，见图1、图2、图4、图5、图7和图8，已由上文特征一-----特征五祥细描述。
实施例二办公室窗户型多重温室太阳能开水系统实施例一中的开水系统，也适合安装在办公室的有阳光的窗户上。因办公室一般没有低墙的阳台，只有墙高约1.2m的窗户，所以只适合安装图2和图5所示的多重温室(与室内不连通，因有墙壁隔开)。开水箱(8)就固定在窗台上，与之相连通的集热器仍倾斜放置于窗外下端的多重温室内，其大小和个数，由办公室人员的开水需要量决定。
特别是，可以将太阳集热器的软管(12)与通常的电加热饮水机相连---有机组合，可以节省很多电能，并使饮用开水更加方便。
由于办公室数量巨大-----每个单位都有大量办公室，因此该产品的市场和经济效益，也将非常巨大。
实施例三房顶多重温室太阳能热水器也可采用现有真空管太阳热水器一样的使用方式将多重温室放上大楼房顶并固定牢固，透明受光顶面正对南方。这时该温室必须全封闭，集热器和水箱(9)也一起放进温室，水箱(9)位于倾斜放置的集热器上端并与集热器连通。水箱(9)的进出水管穿出温室沿房顶伸进下面房间通往用水处。
与现有真空管太阳热水器相比，这种实施方式仍然具有热效率高、成本低等有益效果。
实施例四房顶多重温室大面积组合太阳能热利用装置-集体化使用方案可将放在房顶的多重温室作成长条形，见图9，长度与大搂房顶(37)的长度相当，从十几m到几十m。为避免大风的损坏，不宜太高，高1m左右即可。
因此宽度也只有1-2m。透明受光顶面仍正对南方，其外形如图9中的长条形温室(38)，图9中南面墙壁上画有一系列窗户(43)。
将多个同样的这种长条形温室等距离平行排列，如图9中的温室(38)、温室(39)…温室(40)等等，就在房顶形成“多重温室阵”的大面积组合，可以布满整个大搂顶面。
每个长条形多重温室内，倾斜放置有多个集热器，总长度也与温室长度相当。集热器上端，不是水箱、而是等于温室长度的长水管与集热器上端平行，并有多根软管(每隔一定距离1根)与集热器密封连通，使集热器中的热水与长水管中的冷水互相对流。长水管的一端从温室的一端伸出，与大搂内的自来水管连通，用于输入冷水。长水管的另一端从温室的另一端伸出，与搂顶特制的保温大热水箱(41)连通，见图9(集热器和各种管道都在温室内或大楼内，故图9中未画出)。
大热水箱(41)最好安装在大搂每个单元顶楼的楼梯上部空间、紧挨天花板处(这里一般都有较大的空余空间)。大搂的每个单元都在同样位置安装这样一个大热水箱(41)。大热水箱(41)有保温热水管穿过墙壁通往本单元每户人家的用水处(厨房、款洗间等)。
该装置的工作原理如下大搂内的自来水冷水，沿温室外水管流入长条形多重温室内、集热器上端并与集热器平行的长水管，长水管中的冷水通过与集热器连通的软管，与集热器中被太阳晒热的热水对流，使长水管中的冷水变热，变热的水再沿该长水管穿出温室，流入大楼内的保温大热水箱(41)，再沿其保温热水管穿过墙壁流到每家住户的用水处。整个过程连续进行冷水连续从自来水管流入温室内长水管，变成热水后又连续流入大热水箱(41)。当然，在该装置相关部位安装有自动定温放水仪器等全套控制装置，并有人作日常管理(可由物业管理工人兼管)，等等。
该装置产生的有益效果是1、实现了“集体化使用”，有人统一管理，用户自己不用操心，开关一开就有现成的太阳能热水开水。
2、大热水箱保温性能好----每个单元就按十几----二、三十家住户计，水箱容水量也要上千、甚至几千公斤。这样大的水箱，热水七、八天都不会冷却。也就是连续七、八天阴雨天，也有太阳能热水使用。
3、热水箱越大，它装的水的内部越容易和空气隔绝，细菌在水中不能生长，水越清洁、水质越好，相当于无菌的泉水----人工制造的温泉。
4、规模越大，单位装置的成本就越低。该装置本来成本就低(见上文特征一)，现在规模比单家单户大得多，因此单位装置的成本就更低。
5、该装置同样具有寿命长、热效率高(达90％以上)，还要外加从高温环境向热水器倒流的热量等优点。
6、如果在城市里大楼密集的地区，在多座大楼的整个楼顶，都安装上这种大面积装置，则所产生的太阳能热水开水的数量就极为巨大并且廉价。这就可以在城市创办“太阳能开水热水自来水厂”，集体供应城市的大片区域，甚至可以供给北方冬天的暖气用热水。
实施例五无窗墙壁组合型多重温室太阳能开水热水系统一般建筑物，特别是住宅楼，在竖直的两排窗户之间，往往有较宽的、没有安装窗户的墙壁，而且从房顶一直连续延伸到地面，都无窗户。这里正好安装从上到下连续组合的多重温室太阳能开水热水系统。其具体结构见图10、图11。
图10是这种“无窗墙壁组合型多重温室太阳能开水热水系统”的外观立体图在两排竖直排列的窗户(43)之间的无窗墙壁上，安装上长条状立方体多重温室abcdefgh，从房顶(37)一直连续延伸到地面(26)。其结构仍一般先作硬质骨架固定在墙壁上，其他面的材料则紧贴固定在骨架上。其中，顶面efgh必须是多层透明的板或簿膜，侧面aehd和侧面bfgc可以是透明材料，也可以是不透明的保温材料。顶面abfe和底面cdhg用保温材料。
图11是图10所示装置的侧面剖面图。在温室abcdefgh内部，倾斜放置有多个太阳能集热器(7)，由上到下沿竖直方向排列、组合，每个集热器(7)的中部一般位于天花板(11)的位置，即窗户(43)的中、下端。其上端靠在外墙(44)上，其下端放在与外墙(44)牢固连结的支架(27)上。其上端的的软管(12)穿过外墙(44)，将集热器(7)和室内的开水箱(8)或热水箱(9)互相连通-----即在一个长条状多重温室abcdefgh内部，从上到下组合安装有多套太阳开水热水器，一般每个家庭一套。
这种结构产生的有益效果是可以充分、完整地利用建筑物的无窗墙壁，完全不影响窗户结构和采光；由于多家用户共用一个长条状温室，因此每户分担的温室的成本更低；统一制作的长条状温室的外表可以很容易作得很美观，完全不影响住宅区外部环境的美观，等等。
实施例六野外多重温室大面积组合太阳能热利用装置-大规模廉价集体化使用方案可以将实施例四中的“多重温室阵”的大面积组合装置在野外实施在野外的荒山荒坡、沙漠、戈壁、草原，甚至河流、公路的上空，都可以实施。这些地方一般都在城市的附近，离开热水的用水处----城市、工厂、住宅区等-----都有一定距离，因此要修建专门的冷水输水管(进水管)，将冷水输到“多重温室阵”的一端。在这里被太阳光加热成开水、热水后，又要从另一端沿着专门修建的保温输水管(出水管)，输到用水处。在“多重温室阵”里，各种水管、集热器等的连结方式，与实施例四相同。
这种野外装置产生的有益效果是1、规模更大，“多重温室阵”可以大到数平方公里、甚至数十、数百平方公里。可以成为对国家有重要作用的“能源基地”。产生的太阳能开水、热水，甚至可以供应整个工业区、甚至供应整个城市。例如，内蒙、新疆、青海等西北各省，佷多城市附近都有大量荒山荒坡、沙漠、戈壁、草原等，在这些地方修建这种大面积太阳能装置，完全可以供给整座城市太阳能开水、热水。
2、由于规模更大，产生的太阳能开水、热水的成本将会更低。
3、以上优点就决定了产生的经济效益将会更大。
实施例七将实施例一、二、三、四、五、六中的太阳能集热器改换成图13或图14所示的太阳能空气集热器，并将它象图15那样用保温管道与气泵(52)、水箱(9)、热交换器(32)相连接(参看上文特征六)，就构成各种与建筑物相结合的和野外大面积组合的多重温室热空气源热泵----又一种新型太阳能热利用装置。
它仍然具有实施例一-----六的有益效果，而且还有进一步大幅度降低成本、冬天绝对不怕冻、加工制造和安装维修极为简单方便等众多新的有益效果。
实施例八将图13所示集热器的底面保温层(31)和与它相连的三角状金属簿片(45)拆去，就剩下一个透明的“盖子”----四个侧面的上边缘密封连结着透明面盖。将这样的“盖子”盖在太阳照射的地面上(四个侧面的下边缘与地面非密封连结，即留有一些缝隙，便于空气进出)，也就构成一种太阳能空气集热器因为这些地面----特别是荒山坡、石头河滩、沙滩，戈壁、沙漠，甚至人工的水泥地面、房顶，等等----能有效吸收太阳光并转化成热量散发出来，使夏天地面温度高达60-70℃。如果再在这些地面上涂抹上某种黑色光谱选择性涂层或黑色物质，则吸收太阳光的效果更好。
将这种“透明盖子空气集热器”同样象图15那样用保温管道与气泵(52)、水箱(9)、热交换器(32)相连接(参看上文特征六)，最终使热水箱(9)中的水变热，就构成一种野外大面积组合的简易多重温室热空气源热泵----又一种新型太阳能热利用装置。
它新产生的有益效果是成本更低、更容易制造、安装、维修，更容易实现野外大面积利用太阳热能。
实施例九将实施例八的透明“盖子”罩在室内那种与热源连通的暖气管或暖气组片上，就是暖气管或暖气组片(56)与“盖子”的内表面非密封连接，即不一定密切接触，有一点空隙也可，就象室内装修中“包暖气”一样。这时顶面不一定透明，也可用不透明材料制造。这也是一种“热空气源集热器”。见图17，此方案特别适用于“方形”的暖气组片。同样将它象图15那样用保温管道与气泵(52)、水箱(9)、热交换器(32)相连接(参看上文特征六)，最终使热水箱(9)中的水变热，就构成一种新型的“暖气热空气源热泵”。
实施例十将实施例八的透明“盖子”的四个侧面和顶面都用不透明保温材料构成并形成长方体形或园形、椭圆形，将与热源相连通的暖气管(48)或暖气组片包住，即与其内表面非密切接触的连接，见图18，此方案特别适用于园形的暖气管。同样将它象图15那样用保温管道与气泵(52)、水箱(9)、热交换器(32)相连接(参看上文特征六)，最终使热水箱(9)中的水变热，就构成又一种新型的“暖气热空气源热泵”。
实施例九、十的有益效果主要是能利用暖气来产生热水。实验证明它不会因此降低室内的温度因暖气管在连续不断的散热，相当多的热量散发到室外去了，利用它来加热水，只不过少散发一些热量到室外而已。这就多了一份收获。
总的说来，本发明所述的“多重温室太阳能热利用装置”，看来是找到了一个比真空管更好的太阳能热利用方法。因为如上文特征一～特征五的论述，它在热性能、成本(包括生产设备投资)、安装-维修-日常维护、使用方便程度，以及使用寿命、保持环境美观等等各方面，都比真空管好。它在本人家里已投入了实际使用，并作了大量的相关实验。根据已有的实验事实，已可以确认如下看法-----该装置为家庭使用太阳能开水热水，找到了一个比较完善的解决方法可以非常方便地一年四季使用极为廉价的太阳能开水和热水。而且随着高层建筑的迅速增多，适合在窗户使用的家庭，远远多于适合在房顶使用的家庭，因此它将会使更多的人受益，市场前景也比真空管广阔得多。
-----美国人曾作出这样的结论冬季使用太阳热水器在经济上是不合适的。我国国家标准对太阳热水器的检测时间范围，也不包括冬季。现在这些结论已经可以改变，在本人家里的实际使用证明在青海省这一青藏高原北方高寒地带的冬天，在太阳辐射量最低的冬至(12月22日)这一天，仍然烧开三次，温室内达46℃(12月8日达51℃)，两个集热面积仅0.35m2的小型太阳能开水系统，共得十余公斤开水，外加4-5公斤高温热水。热水系统所产40---45℃的低温热水仍可满足三口之家的洗衣洗澡，而开水、热水这两套系统的总成本才500---600元(真空管仅一套热水系统，成本就要800-1000元)。这些数字已证明比烧天然气、电灶更便宜。
-----如果在整个房顶、野外实现大面积使用，将会大规模产生大量廉价太阳能开水、热水，经核算，其成本可与煤炭、天燃气所烧开热水竞争，从而有可能实现21世纪人类太阳能热利用的长远目标即全社会的人民生活和工业用开水、热水，主要由太阳能供给，能顶替煤、天然气、石油相当部分作用，甚至起到全局性作用-----因此它最终必将广泛推广并取代真空管，其科学技术意义非常重大。
权利要求
1.一种与建筑物相结合的多重温室太阳能热利用装置，它由太阳能集热器和水箱通过管道互相连通抅成，其特征是[1]多重温室由底面、背面、两个侧面和顶面互相密封连结构成，顶面由多层透明的簿板或簿膜(1)抅成，每两层透明的簿板或簿膜之间，有空气层，其他面由硬质骨架和保温材料抅成，其内表面由黑色物质抅成；[2]多重温室的背面与建筑物窗户外面的墙壁密切接触牢固连结(多重温室与室内不连通)，或与建筑物窗户外面的窗框密封牢固连结(其背面为活动的可装卸结构，多重温室与室内连通或不连通)；[3]太阳能集热器(7)的上端与开水箱(8)密封连通、并与温室内背面的内表面连接，其下端与温室内底面的内表面连接，其下端的管(15)的另一端连有开关；[4]太阳能集热器(14)的上端与温室内背面的内表面连接，其下端与温室内底面的内表面连接，热水箱(9)与室内的上端墙壁(10)牢固连结，管(12)穿过窗户或墙壁将室内的热水箱(9)和温室内的集热器(14)互相密封连通，热水箱(9)的进、出水管穿过里面房间通往用水处并与室内自来水管连通。
2.根据权利要求1所述的太阳能热利用装置，其特征是[1]在多重温室的内部，连接有倾斜角较大的多层透明簿膜(18)，构成接近“水平放置”的尖窄状结构ABCD，还连接有倾斜角较小的多层透明簿膜(19)，构成接近“竖直放置”的尖窄状结构DEFG，二者在温室内下端交叉，构成“交叉双尖窄状结构”；[2]集热器(7)和集热器(14)的上、下端分别与接近“竖直放置”的尖窄状结构DEFG内的上、下端连接。
3.根据权利要求1所述的太阳能热利用装置，其特征是[1]太阳能集热器(7)的上端连接在多重温室内上部的墙壁(25)上，其下端连接在与墙壁(25)牢固连结的板架(27)上，上端的管(12)穿过墙壁与室内的开水箱(8)或热水箱(9)密封连通，在温室内下部，倾斜板(21)上端与板架(27)相连、下端与底面(2)相连，其外表面由黑色物质(20)构成；[2]在温室内上部，连接有多层透明簿膜(24)，它与倾斜放置的集热器(7)抅成一个侧面形状为尖窄状的四边形abcd，在温室内下部，连接有多层透明簿膜(23)，它与倾斜板(21)抅成一个侧面形状为尖窄状类似三角形的结构abe，并与尖窄状的四边形abcd连通，构成“竖直双尖窄状结构”。
4.根据权利要求1所述的太阳能热利用装置，其特征是[1]长条状多重温室abcdefgh的背面与两排竖直排列的窗户(43)之间的无窗墙壁密封连结；[2]长条状多重温室abcdefgh内部，由上到下的多个集热器(7)的上端与外墙(44)连接、下端连结在与外墙(44)牢固连结的板架(27)上，其上端的管(12)穿过外墙(44)，将集热器(7)和室内的开水箱(8)或热水箱(9)互相连通。
5.根据权利要求1所述的太阳能热利用装置，其特征是[1]全密封的多重温室的底面与房顶牢固连结，集热器(14)的上端与水箱(9)密封连通，其上、下端分别与多重温室内的背面、底面连接，水箱(9)的进出水管沿房顶伸进下面房间通往用水处。[2]将多重温室作成长条形，将多个这种长条形温室平行排列，在房顶形成“多重温室阵”的大面积组合，多个集热器的上、下端分别与多个长条形多重温室内的背面和下表面连接，集热器上端的长水管与集热器密封连通，长水管的一端从温室的一端伸出，与大搂内的自来水管连通，长水管的另一端从温室的另一端伸出，与搂顶的保温大热水箱(41)连通，与大热水箱(41)连通的保温热水管穿过墙壁通往每户人家的用水处。
6.根据权利要求5所述的太阳能热利用装置，其特征是大面积组合的“多重温室阵”的底面，与野外地面或山坡面牢固连结，其长水管的一端与冷水输水管相连通，与长水管另一端连通的保温输水管通到用水处。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的太阳能热利用装置，其特征是[1]集热器水箱(29)用金属簿板抅成超簿夹层，该夹层内空间厚度只有1-10mm；[2]金属簿板超簿夹层内的水与管(12)、开水箱(8)或热水箱(9)中的水密封连通；[3]金属簿板超簿夹层内的非水物质与管(12)、热交换器(32)中的非水物质互相密封连通，热交换器(32)与开水箱(8)或热水箱(9)内的底面连接。
8.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的太阳能热利用装置，其特征是[1]集热器水箱(29)用透明材料簿板抅成超簿夹层，该夹层内空间厚度只有1-10mm；[2]透明超簿夹层集热器水箱(29)的背面涂黑色光谱选择性涂层(34)，或在其背面再紧挨着贴一层内部充满黑色液体的透明夹层(35)，透明超簿夹层集热器水箱(29)内的水与管(12)、热水箱(9)或开水箱(8)中的水密封连通；[3]透明超簿夹层集热器水箱(29)只是顶面(36)用透明簿板抅成，其背面、侧面用不透明簿板抅成，该超簿夹层内的非水物质与管(12)、热交换器(32)中的非水物质互相密封连通，热交换器(32)与开水箱(8)或热水箱(9)内的底面连接。
9.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的太阳能热利用装置，其特征是[1]将集热器水箱(29)替换成由金属簿片折迭成横截面为三角形的三角状金属簿片(45)或叉状金属簿片(58)，其上表面涂黑色光谱选择性涂层、下端棱角与集热器底面保温层(31)固定连接，该集热器上端开有出气口(49)、下端开有进气口(50)；[2]出气保温管(51)依次与集热器出气口(49)、空气泵(52)、热交换器(32)的进气孔(57)密封连通，进气保温管(53)依次与热交换器(32)的出气孔(58)、集热器的进气口(50)密封连通，热交换器(32)与热水箱(9)内的底面连接；
10.根据权利要求9所述的太阳能热利用装置，其特征是[1]将集热器的底面保温层(31)和与它相连的三角状金属簿片(45)拆去；[2]将其余四个侧面的下边缘与野外地面非密封连接，在这些地面上涂抹黑色光谱选择性涂层或黑色物质；[3]将其余四个侧面的内表面与暖气管或暖气组片非密切接触的连接，暖气管或暖气组片与热源相连通，集热器的顶面也可用不透明保温材料构成；[4]将其余四个侧面和顶面都用不透明保温材料构成并形成长方体形或园形、椭圆形，将与热源相连通的暖气管或暖气组片与其内表面非密切接触的连接。
全文摘要
一种新型多重温室太阳能热利用装置，将多重温室安装在建筑物窗户外面下端的墙壁或无窗墙壁上，其受光面由多层透明薄板或薄膜(1)制成。太阳能集热器(7)放置于该温室内，并用软管(12)与放于室内或阳台内的热水箱(9)相连通。集热器还可作成内装金属簿片的空气集热器，并用保温管道与气泵和水箱中的热交换器连通，就构成新型热空气源热泵。集热器(7)内的水被太阳光晒热后，通过对流，将热水箱(9)中的水加热或烧开。实验证明多重温室和热空气源热泵可以大幅度提高环境温度和降低成本，将集热器热效率提高到90％以上，并在热性能、安装维修、使用方便等各方面，都优于真空管太阳热水器。还可在房顶和野外大面积组合，以实现大规模廉价集体化使用。
文档编号F24D17/00GK101067513SQ20061016914
公开日2007年11月7日 申请日期2006年12月18日 优先权日2006年12月18日
发明者王济堂 申请人:王济堂