专利名称：建筑物构建的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种构建建筑物的方法及设备，特别是一种可以同时提供避寒暑，绝缘和太阳能收集(热和/或电)功能的建筑物。
背景技术：
随着对二氧化碳排放越来越高的关注，以及矿石燃料匮乏程度的增加，依靠这些传统能源作为电能的来源变得更加的困难和昂贵。因此，对可再生能源的开发已经成为了一个正在增长的市场。对于对我们有用的天然能源的开发，太阳能表现为一种最为成熟的技术，因而也以最受欢迎的方式增长。然而，要制备产生与传统燃烧燃料的设备相当的单块的太阳设备是很困难的，因为要达到这样的输出所需的太阳板的面积很大。要克服此类困难的一种方式就是在多点设置小块的太阳能板，诸如在屋顶。这些太阳板之后就可以用于产生电能，或者例如用于收集太阳的热量。通常太阳能板很脆，一般很难安装。因此，人们特别期望能有一种可以允许太阳能板快速且容易地安装的方法。
发明内容
相应的，本发明提供一种构建建筑物的方法，该方法包括(i)提供一个支撑框架；(ii)提供至少一个能量产生部件，该能量产生部件包括，在一个不连续的单元内一个第一层和一个第二层，其中第一层包括一个支撑材料，第二层包括至少一个将太阳能转换成热能和/或电能的转换器；以及(iii)将该能量产生部件粘结到所述框架上，以使得该能量产生部件完全自支撑并提供一个建筑物的外表面。以这种方式，本发明提供了一种简单有效的构建建筑物的方法，其中使用既可以作为结构部件同时又能提供热和/或电能的部件。根据本发明，能量产生部件可以在被带至构建现场简单的固定在适当位置而形成一面墙壁或屋顶之前，在工地外生产成完整的综合性的集成板。因此，本发明组合了太阳能板以及墙壁或屋顶的板，以极大地简化构建过程，并且同时可以提供避寒暑以及绝缘的功能。它可以取代椽子、板、绝缘材料、屋顶覆盖物以及其它典型的我们可以在建筑物中发现的材料。通过以这种方式整合能量转换器，该建筑物的构建部件同样可以作为转换器的支撑部件，不再需要第二个支撑件。所有这些特点大大节约了建筑时间以及材料的花费。该框架材料可以包括木材、钢材、混凝土、塑料、玻璃强化塑料或任何其它适宜的材料或组合材料。典型的，该框架可以是A字型屋顶。该框架同样可以是建筑物内壁。典型的，该能量转换器可以包括一个光电设备，例如一个薄膜半导体设备。例如， 晶体、薄膜以及钢型的太阳能电池均可以使用。该能量转换器除了光电设备外，还可以包括例如至少一个热量收集器。在一个具体实施例中，该能量产生部件包括一个第三层，第三层包括至少一个热量收集器，该第三层被保护在第一及第二层中间。另一种替代方案是，该第三层可以完全透明并固定在第一层之上。在该实施方式中流体可以代表性地穿过第三层以便来自第一层的热量可以被吸收。热量收集器既有利于保持光电设备冷却同时还可以用于加热水、空气或其它任何后续用于建筑物内部或周围的所需物质，或者用于蒸发冷却。在目前优选的实施方式中，该热量收集器包括至少一个金属管，该管在使用时填充有流体，一般是水。可替换地，该管在使用时除了一定量的流体如水以外完全抽空的，所述水的体积在压缩状态下远远小于管的内部容积。可替换地，该热量收集器可以仅仅包括一个容纳适宜的热导流体的管，所述热导流体如水、乙二醇、氨水及其类似物。该管可以是直的，在这种状况下大量的平行管可以用于覆盖光电设备下的区域。 另外，少量的弯管或弧形管也可以用于覆盖同样的区域。典型的，该热量收集器包括一个平板，该平板中可以进一步包括用于传输流体的管道，该管道是在生产过程中就挤压成型的，以便可以容易地生产出所需的长度，或者是在后来截成所需的长度。该挤出物然后可以在任意一端通过端盖盖住或封住，该端盖设计用于收集流体并按所需引导其流向。可替换地，平板收集器可以由粘结的或焊接的金属片制备并且以同样的方式进行连接。该热量收集器同样可以包括一个吸收板带有或者(i) 一个盘管/管或者(ii) 一个热管焊接或粘接到其背面。热量收集器优选采用金属，因为他们有高的热传导性。然而，也可以使用任何热导材料。当材料的厚度很小时热传导就被增强了。在一些实施例中，塑料薄膜能够允许热量快速地传导到流体介质。水是优选的流体介质因为其高的热容，能够满足少量的水用于传输大量的热，减少传输能量至最终目的地过程中的能量损耗。然而，其它的在适宜的温度及压力下的气态或液态物质，如乙二醇或空气也可以使用。同管一样，也可以使用实心的热导体。例如，金属翅片可用于传导热量至所需的目的地，如在能量产生部件一端的贮水池。通常，该能量产生部件进一步包括一个保护层，该保护层可以是透明的。该保护层可以安装在能量转换器上。该保护层还可以包括至少一个金属片、玻璃片层，例如低铁或低幅射玻璃，塑料或其它透明或半透明材料。低铁玻璃是最好的因为它在太阳光谱中具有好的透光率特性。该透明的保护部件还可以包括一个低辐射涂层。低幅射玻璃或其它类似材料将会是很有用的，因为他们能反射由能量产生部件内发射的红外光线，帮助该部件保持其温度，这是很有必要的。在一些情况下，该太阳能转换器还可能包含在保护层内。该保护层可以保护能量转换器并且可以帮助保持来自于热量收集器的热量。在该保护层以及光电设备之间可以有一个空隙，其中可以，例如抽真空或者填充氩气、二氧化碳或一些其它光线传输绝缘材料或气体以进一步增强热量保留的能力。在任何情况下，该能量产生部件应该优选形成一个封闭单元。能量产生部件的内部可以放置一些抑制剂以防止水蒸汽和/或细菌的累积。气玻璃可以用于填充能量产生部件的任何空间。该方法可以进一步包括(iv)提供一个模拟部件，该模拟部件包括一个作为一个支撑部件的第一层和一个遮盖物以模拟该能量产生部件；以及(ν)粘接所述模拟部件至该框架，该模拟部件基本上是自支撑并提供一建筑物的外表面。该模拟部件的使用使得建筑物的整体表面由相互匹配的嵌板构造而成，甚至其中不需要能量转换器。通常该支撑部件包括一个低热传导性的绝缘材料。该绝缘材料可以是矿物棉，塑料如聚苯乙烯或聚氨酯泡沫塑料，植物或动物制品如纤维素或羊毛，或者任何其它适宜材料。这将为建筑物提供绝缘。聚氨酯同时还可以提供建筑刚性并封闭该能量产生部件。该支撑部件将通常包括放置在建筑物中的绝缘材料，由支撑材料如木材、金属、混凝土、塑料和玻璃强化塑料或任何其它适宜材料组成。如前述任意方法，进一步包括截取能量产生部件至适应支撑框架的长度。因此，该预制的能量产生部件可以在线截取或在制备过程中截取。在这种情况下，需要提供端盖以密封能量产生部件的一端或两端。这样的端盖可以提供电子和/或流体连接至能量转换器。其中热量收集器由多个平行管道构成，一个端盖可以提供用于连接相临的管道，借此形成蜿蜒的流体通路。本发明进一步提供了一种如上所述的能量产生部件，以及一个如上所述的模拟部件。本发明同样提供了一个设备用于将太阳能转换为热能，该设备包括一个等截面部件，其中设定有基本平行的管道；以及至少一个第一端片适于粘接至该部件，通过该端片管道被引入到流体流通系统。通过这种方式，本发明提供了一种可以通过标准过程生产的设备，并且使长度标准化，但其后也可以通过截断平行管道并粘接端片的方式截成任何需要的长度。一旦获得了所需长度，该设备可以被安装并且流体通过管道以使流体被太阳能加热。其中周围温度低于管道内温度，根据本发明的设备可以作为一个散热器。一个具体实施例中，可以通过沿着另一个轴整体切除一些平行管道而调整设备的尺寸，端片同样需要截取以相适应。通常，该部件作为一种挤出物成型。在本发明的一个实施例中，使用时至少多个平行管道中的两个通过第一端片进行连接，以便形成一个连续的通道。通常，该设备包括一个适于粘接至管道的第二端片，以使得管道通过端片进行连接。这样，在使用时，第一端片连接管道的第一端，第二端片连接管道的另一端。通常，该设备包括一个适于粘接至该部件的第二端片，借此，管道通过该端片引入到流体流通系统。在使用时，第一端片粘接至部件的第一端，第二端片粘接于部件的第二端。
现在将要结合附图描述本发明的一个具体实施例，附图仅作为示例，参考之用，其中图1是根据本发明的第一太阳能设备的水平剖面图；图2是根据本发明的模拟设备的剖面图；图3是第一太阳能设备的纵向剖面图；图4是第一太阳能设备的纵向侧视图；图5、6、7是根据本发明安装后的太阳能设备图；图8是用于本发明的一个端片的剖面图；图9是根据本发明安装的第一及第二太阳能设备的视图10是一个根据本发明的第三太阳能设备的纵向剖面图；图11是一个热交换器的纵向剖面图；图12是根据本发明的两个实施例的两个热交换器的水平剖面图；图13是另一个热交换器的水平剖面图；图14是三种可替换样式的端片。
具体实施例方式图1所示的是一个第一太阳能设备10的剖面图，该太阳能设备适于用于根据本发明构建建筑物。该实施例包括一片光电(PV)单元12，通过一粘结层16粘贴至一个第一热交换器14，粘接剂层16提供良好的热传导。该第一热交换器14粘接至支撑部件18并由其支撑。该PV单元12由一片低铁玻璃20保护，通过在它们上部的间隔条22支持。该第一太阳能设备10是刚性的，自支撑结构，当构建建筑物时，可以很容易地粘接至框架以形成该建筑物的一个墙壁或屋顶。当暴露于光线下之时，该第一太阳能设备10将会同时产出电能及热水。该PV单元12是薄膜半导体单元，其使用了一非晶硅薄层以由太阳能产生电能。这些单元12制成一软片并很容易用于大面积覆盖。他们的弹性意味着如果需要本发明实施过程中可以用于弧形表面的制造。该第一热交换器14通过挤出方式制造，如果需要本发明弧形实施方式时也可以相应成形。有许多平行管道M设置于第一热交换器14的内部。在使用时，这些管道M内充满水。当阳光照射在第一太阳能设备10上时，该PV单元12被加热，这些热量通过粘结层 16传输至第一热交换器14。在管道M内的水吸收热量。这样有两种好处第一、该PV单元被冷却从而更有效工作；第二、该管道对内的热水可以泵送出第一太阳能设备10以便使用。为了避免用于保持管道对内低压的密封损坏，该热水通常通过一个含有更多水的罐中的密封盘管来泵送，然后再通过热传导被加热。这将用于冷却来自于第一太阳能设备的水， 在其返回到管道M之前。该片玻璃20有利于阻止由于对流所导致的热量损失，从而保证可以通过第一热交换器产生更热的水。低铁玻璃用于玻璃20因为它能在宽的频率内提供好的光线传输功能。位于玻璃以及PV单元之间的该空间沈中充满氩气。使用氩气是因为它是惰性的，透明度很大并且具有低的热传导性。在间隔条22的周围有密封胶观以便防止氩气的泄露。该支撑部件18由两部分组成，一个由绝缘材料30构成的内核以及一个硬质材料 32，34构成的外层。内核30是聚氨酯泡沫塑料，其可以为使用第一太阳能设备10的建筑物提供绝缘层，因为它具有很低的热传导性。特别是，该绝缘层的使用降低了热量损耗，否则就会通过在PV单元12内或其周围的金属而发生热量损耗。在实际操作中，低的传导率还有利于降低来自第一热交换器14的热损失并为建筑物提供绝缘性。也可使用其它绝缘材料，并设置成与建筑物规范相匹配。该外层包括两个固定于饰板34上的椽子32，并且易于保护内核30以及加强支撑件18，该部件可以作为第一太阳能设备10的支撑。如图1中所示，该第一热交换器14部分架设于在椽子32内为其开设的凹槽内，以使其可以稳固地固定在其位置上。该椽子32以及饰板34通常是木质的，但它们也可以包括例如塑料，组合材料如玻璃强化塑料，混凝土或钢材。
可以采用可替换的固定途径，包括使用绝缘材料30作为固定材料/粘结剂。用于第一太阳能设备10的饰板34具有适宜的品质及外观以使其在需要时可留作屋顶或墙壁的内表面。然而，如果需要，内饰材料如石膏板，木材或隔音材料可以很容易地额外安装上去或作替代物。图2所示的是一个模拟的太阳能设备40，同样用于根据本发明构建建筑物。该模拟的太阳能设备40包括一个支撑部件18，与第一太阳能设备10相似。它同样包括一片玻璃20，通过间隔条22支撑在支撑件18的上方。然而，没有PV单元，也没有第一热交换器， 位于玻璃下方的空间内也没有充入氩气。该模拟的太阳能设备是密封的并且带有防止水蒸汽和/或微生物聚集的抑制剂。作为替代方案，选择看起来很像PV单元的一薄层五彩材料 42，将其粘接到支撑部件18上，以使得该模拟太阳能设备40在外观上与第一太阳能设备10 相同。模拟的太阳能设备可以用于与本发明前述的实施方案相结合，沿着那些仅用于收集热量和/或产生电能的实施方式。根据本发明的设备组合所构成的墙壁或屋顶的外观是无缝的，在所用实施例中其外面的覆盖层可以是一样的。该模拟的太阳能设备40打算用于同样使用第一太阳能设备10的建筑物中。该模拟太阳能设备40更经济并不像第一太阳能设备10那么脆弱，因此，比较适于用于那些没有足够太阳光照射的墙壁或屋顶，以使得对第一太阳能设备10的使用更为经济。这就允许建筑物拥有统一的外观，不会突然出现不和谐的质地的变化，例如在北部与南部的装饰壁之间。在使用时，第一太阳能设备10以及模拟太阳能设备40两者都典型地固定到常规的由木梁、混凝土、钢材或任意其它适宜材料所形成的框架上，以形成所要构建的建筑物的屋顶或墙壁部分。该设备在提供将太阳能转换成热或电能的同时，也提供了寒暑的防护、绝缘以及外部装饰等建筑元素。图3所示的是第一太阳能设备10的纵向剖面图，该剖面图是沿着图1中线A所示剖开的。如在图3中所示，在第一热交换器M内的管道M连接至第一端件50。该第一端件50本身是空的，以允许水能够移至管道M内。该流体然后流经管道的长度，管道的长度已经被切割成屋顶所需的长度，然后通过该设备相对侧的一个第一端件50排出。一个电连接52包括一束导线将一个将PV单元12连接至该第一太阳能设备10外部的接线盒M。该电连接52为实现该目的，穿过在间隔条22内的洞以及支撑部件18的内核30。密封剂观同样塞满了电连接52的周围以防止氩气从位于玻璃20下部空间沈内泄露。该电连接可以在该设备的任意一端。图4显示出如图3所示的第一太阳能设备10的纵向剖面，但是侧剖的。该第一端件50穿过椽子32以使得第一热交换器14可以连接至泵或虹吸管或至相邻的第一太阳能设备10的第一热交换器。图5、6、7所示使用中的第一太阳能设备10。在图5中，两个第一太阳能设备10的端部在其顶点处放置以形成一个屋项空间60。一个绝缘盖62安装在第一太阳能设备10的端部以便密封该屋顶。图6显示了一个相似的安装，除了屋顶空间60通过在每一第一太阳能设备10的端部延伸玻璃20，并在顶点处将两片玻璃密封在一起而进行密封。图7显示了在屋顶空间60上部的第一太阳能设备10的端部，在其前部与一个槽64安装在一起。图 7中仅显示了该太阳能设备10位于其低端的一个第一端件50。另一第一端件50被安装在
7该设备高端处。当管以及线穿过墙壁到达屋顶时，提供这样一个位于低端处的连接件通常是非常方便的方案。图8示出了一个第二端件70，其与第一连接件72和第二连接件74相适配。该第二端件70是准备用于诸如图9中所示的情形。这里第一太阳能设备10示于左侧，从图1 所示的线B的方向剖视。图9中的该第一太阳能设备10形成了一个四坡顶的一部分，为了与屋顶的斜坡相适应，使用了一个第二太阳能设备80。该第二太阳能设备80包括一个第一热交换器14，该热交换器连接至第一连接件72并且通过一个第二端件70以通常的方式进行操作。该第二太阳能设备80也包括一个翅片式热交换器84，该翅片式热交换器已经进行了切割以提供一个斜边。该翅片式热交换器84使用了固体金属翅片而不是用管道中的水来传热，因而在用于这样短距离上并且仅仅在一侧具有端片时是很实用的。该翅片式热交换器连接至第二端件70的第二连接件74以便为屋顶提供一个无缝的外观。如果需要的话，PV单元12也可以用于太阳能设备80的顶部，在翅片式热交换器84的上部。由于屋顶是斜的，该两个太阳能设备高度是不同的，第一个太阳能设备10通过一个连接件82连接到第二个太阳能设备80。图10显示了一个第三太阳能设备90的剖面图，第三太阳能设备包含第二热交换器92。该第二热交换器92使用填充有水蒸汽的管道M以吸收热量。该位于第二热交换器 92内的管道M除了一定体积的水之外，基本上是抽空的，在压缩时水的体积远小于管道的容积。由于压力很低，该水因此在大部分温度下都是气态的。管道M沿着第三太阳能设备 90仅部分延伸。连接到PV单元12下面的金属翅片94，传到第三太阳能设备90剩余的长度，将热量传到管道对。该实施方式的优点是它可以很容易地截取一定的尺寸而不损害到第二热交换器92。该第二热交换器92也同样不依赖于泵来移动管道M内的水。替代的， 该热交换器作为一个热管，管道M内被加热的水蒸汽由于对流而移至第一端件50，因此其可以加热位于多歧管98内环流第一端件50的水。进一步地，位于玻璃20以及第三太阳能设备90的PV单元12之间的空间96被抽空较充入氩气方式有更小的热量损失。图11显示了连接两个本发明的端件50的热交换器14的纵向剖面图。箭头102 指示操作中穿过热交换器的水流方向。图12显示出根据本发明两个实施方式的两热交换器14的水平剖面图，其中标示出了每个热交换器的尺寸。这些热交换器使用挤压的方式生产。图13显示出了进一步的热交换器110，已经被构造在了两块通过粘结剂16粘结至间隔件114的板112上。图14显示了三个可替换形式的端件120、122以及124。这些端件具有一个平的顶部以使得如果他们被暴露出来，而不是在其上部塞满聚亚氨酯时，一片PV单元12可以放置在端件120、122或124的端部。尽管薄膜平导体PV单元12用于如上所述的实施例中，其它的太阳能向电能的转换技术也可以使用。例如可以使用晶体硅元件。同样的，透明的保护片20不一定是低铁玻璃，低铁玻璃是很贵的。其它保护盖也可以使用，如聚碳酸酯。以上所描述的热交换器14使用了含水的管道来传热。然而，其它类型的热交换器，如翅片式，盘管式或热管式换热器也可以使用。该热交换器也可以按需要结合不同的技术来传输热量。其中流体介质用于传输热量，流体通常是水，但也可以是其它适宜的物质。
在图1至14中所示的实施例中，化学粘结剂16用于将部件粘合在一起。然而，这些部件也可以通过机械方式进行连接，如螺丝钉、钉子、通过焊接以及通过电磁固定或其它适宜的方式。总之，本发明提供了一种用于构建建筑物的方法，该方法包括(i)提供一个支撑框架；(ii)提供至少一个能量产生部件10，该能量产生部件10包括，在一个不连续的单元内，一个第一层和一个第二层，其中该第一层包括一个支撑材料30、32、34，该第二层包括至少一个能量转换器用于将太阳能转换成为热能和/或电能12、14 ；以及(iii)粘接该能量产生部件10至该框架以使得能量产生部件10是基本自支撑的并提供一个建筑物的外表面。
权利要求
1.一种构建建筑物的方法，该方法包括(i)提供一个支撑框架；(ii)提供至少一个能量产生部件，该能量产生部件包括，在一个不连续的单元内，一个第一层和一个第二层，其中第一层包括一个支撑材料，第二层包括至少一个将太阳能转换成热能和/或电能的转换器；以及(iii)将该能量产生部件粘结到所述框架上，以使得该能量产生部件完全自支撑并提供一个建筑物的外表面。
2.如权利要求1所述的方法，其中能量转换器是一个光电设备。
3.如权利要求2所述的方法，其中光电设备包括一个薄膜半导体设备。
4.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述能量转撚器包括至少一个热量收集器。
5.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述的能量产生部件进一步包括一个透明保护层，该保护层固定在能量转换器上。
6.如权利要求5所述的方法，其中透明保护部件包括至少一层低铁玻璃。
7.如权利要求5或权利要求6所述的方法，其中所述的透明保护部件包括一个低辐射率的覆盖层。
8.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述支撑材料包括一个低热传导率的绝缘材料。
9.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述方法进一步包括(iv)提供一个模拟部件，该模拟部件包括一个第一层，第一层是一个支撑部件以及一个覆盖层，以使其很像能量产生部件；以及(ν)粘结所述的模拟部件至该框架以使得模拟部件完全自支撑以及提供一个建筑物的外表面。
10.如前述任一权利要求所述的方法，进一步包括将能量产生部件截取至适合支撑框架的长度。
11.一种适用于前述任一权利要求所述方法的能量产生部件。
12.一种适用于如权利要求9或权利要求10所述方法的模拟部件。
13.一种将太阳能转换成热能的设备，该设备包括一个柱形的部件，其中设定了多个基本平行的管道；至少一个适于粘结到该部件上的第一端件，通过该端件将管道连接至流体传输系统。
14.如权利要求12所述的设备，该部件以挤出物的方式成形。
15.如权利要求12或权利要求13所述的设备，其中，在使用时，至少多个平行管道中的两个通过一个第一端件连接以形成一个连续的管道。
16.如权利要求12至14中任一所述的设备，其中该设备包括一个适于粘接至所述部件的第二端件，通过该端件管道被引入到液体通道，其中，使用时，第一端件粘接至管道的一端，第二端件粘接至管道的另一端。
全文摘要
相应地，本发明提供了一种构建建筑物的方法，该方法包括(i)提供一个支撑框架；(ii)提供至少一个能量产生部件10，该能量产生部件10包括，在一个不连续的单元内，一个第一层和一个第二层，其中该第一层包括一个支撑材料30、32、34，该第二层包括至少一个能量转换器用于将太阳能转换成为热能和/或电能12、14；以及(iii)粘接该能量产生部件10至该框架以使得能量产生部件10是基本自支撑的并提供一个建筑物的外表面。
文档编号F24J2/24GK102159904SQ200980136880
公开日2011年8月17日 申请日期2009年9月18日 优先权日2008年9月19日
发明者理查德·大卫·班卡特 申请人:理查德·大卫·班卡特