一种太阳能烟囱系统的制作方法

本实用新型属于被动式建筑技术领域，尤其涉及一种太阳能烟囱系统。

背景技术：

目前，随着经济的迅速发展和人们的生活水平的不断提高，建筑能耗在社会总的能源消耗中所占的比例越来越高。因此，在全球性能源短缺的今天，必须重视建筑领域的节能技术，并积极倡导生态节能建筑的概念，利用清洁的可再生能源来实现人类的可持续发展。

太阳能烟囱是一种利用热压作用引导和加强自然通风的装置。一般由玻璃板、集热板、风口和隔热材料组成，原理是太阳辐射透过玻璃板，加热空气通道内空气温度，产生热压差，热空气上升从出风口排出，形成空气循环流通，降低建筑空调能耗。

然而，空气的对流换热在接近集热板的区域比较强烈，远离集热板的区域难以达到良好的对流换热效果。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种太阳能烟囱系统，以解决现有技术中远离集热板的区域难以达到良好的对流换热效果的技术问题。

本实用新型的技术方案为：

一种太阳能烟囱系统，安装于具有朝阳外墙壁、天花板和地面的建筑上，包括：

玻璃幕墙板，安装于所述朝阳外墙壁上；

内墙，设置于所述建筑内，且与所述室内天花板连接；所述内墙与所述地面之间具有空气流通路径，所述内墙和所述玻璃幕墙板之间形成空气通道；

集热板，设置于所述内墙和所述朝阳外墙壁之间，并与所述内墙连接；所述集热板上设置有若干针肋，且所述针肋与所述集热板之间具有夹角；

至少一个第一风口，设置于所述空气通道上方的所述天花板上；

至少一个无动力风帽，位于所述建筑外；所述无动力风帽与所述第一风口一一对应，所述无动力风帽通过相对应的所述第一风口与所述空气通道连通。

优选地，本实用新型还包括太阳高度角自动测量仪；所述针肋与所述集热板转动连接；

所述集热板上横向设置有若干第一贯穿孔，所述第一贯穿孔内穿设有转轴；每一所述第一贯穿孔上均连通有设于所述集热板朝阳一侧的第一通孔；所述针肋的一端穿过相对应的第一通孔与相对应的所述转轴固连，且所述第一通孔与相对应的所述针肋之间具有空隙；

所述集热板具有第一侧面和与所述第一侧面相对应的第二侧面，所述集热板的周侧依次为朝阳一侧、所述第一侧面、背阳一侧和所述第二侧面；所述集热板的所述第一侧面和/或第二侧面上设有与所述转轴相对应的第一驱动件，所述第一驱动件与相对应的所述转轴连接，用于驱动所述转轴旋转；

所述太阳高度角自动测量仪设置于所述建筑外，用于接收太阳光照测得太阳高度角；所述太阳光线入射角传感器与所述第一驱动件电连接。

优选地，所述针肋的长度不小于所述集热板和所述朝阳外墙壁之间距离的百分之八十。

优选地，所述集热板与所述内墙转动连接；

所述集热板的上端与所述内墙转动连接；所述集热板的下端连接有至少一个驱动部，且所述驱动部与所述内墙连接，所述驱动部用于驱动所述集热板相对于所述内墙转动；所述驱动部与所述太阳高度角自动测量仪电连接。

优选地，所述集热板上端横向设置有第二贯穿孔，所述第二贯穿孔内穿设有固定轴；所述集热板的上端面设有若干连通所述第二贯穿孔的第二通孔，所述第二通孔内设置有连接杆，所述连接杆的一端设有套环套设于所述固定轴且与所述固定轴转动连接，所述连接杆的另一端与所述内墙固定连接。

优选地，所述驱动部包括主动杆、从动杆和第二驱动件；

所述主动杆的第一端与所述内墙转动连接，第二端与所述从动杆的第一端转动连接；所述从动杆的第二端与所述集热板的下端转动连接；

所述第二驱动件设置于所述内墙上，且与所述主动杆连接，用于驱动主动杆转动；所述第二驱动件与所述太阳高度角自动测量仪电连接。

优选地，所述集热板的朝向内墙一侧设置有保温板。

优选地，所述第一风口上设置有第一开/闭单元；

所述集热板与所述室内天花板之间具有间隔，所述内墙上与所述间隔对应处设置有至少一个第二风口，所述第二风口上设置有第二开/闭单元；所述第二风口的朝阳侧或背阳侧设置有风扇，所述风扇与所述天花板和/或内墙连接；

所述建筑内设置有二氧化碳传感器，所述二氧化碳传感器分别与所述第二开/闭单元和所述风扇电连接。

优选地，所述集热板下端的高度不高于所述玻璃幕墙板下端的高度。

本实用新型由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

(1)本实用新型提供的太阳能烟囱系统中，针肋与集热板之间具有夹角，针肋相当于集热板的延伸部件延伸到离集热板较远的地方。集热板吸收的热量一部分传递给掠过集热板表面的空气，一部分传导到针肋上，由针肋接受集热板上的热量传递到距离集热板较远的地方，保证烟囱内的气流受热平均，流动更加平稳；且针肋本身也会吸收太阳辐射的热量，用于传递给掠过针肋表面的空气。因此，在集热板上设置针肋，增大了吸收太阳辐射的面积和对流换热面积，解决了现有技术中远离集热板的区域难以达到良好的对流换热效果的技术问题，增强了太阳能烟囱系统的自然通风效果。

(2)本实用新型提供的太阳能烟囱系统中，集热板和针肋都可以转动，通过太阳高度角自动测量仪测得的太阳高度角来调节集热板和针肋的角度，从而获得更大的吸热面积和吸热效果，更合理充分地利用太阳的热量。

(3)本实用新型提供的太阳能烟囱系统中，包括设置在室内的二氧化碳传感器，若二氧化碳传感器检测到室内二氧化碳浓度较大，则说明室内利用太阳能烟囱自身的自然通风效果不佳，此时可以通过风扇正转来室内空气流向第一风口，从第一风口排出，来增加通风效果。

(4)本实用新型提供的太阳能烟囱系统中不仅能够强化自然通风效果，通过改变太阳能烟囱系统中各部件的状态还能够在冬季提高室内温度。打开第一风口上的第一开/闭单元，集热板和针肋吸收太阳辐射的热量并将热量传递给空气，空气吸热上浮通过第一风口从无动力风帽排出，强化了自然通风。在冬季时气温较低，关闭第一风口上的第一开/闭单元，打开第二风口上的第二开/闭单元，集热板和针肋吸收太阳辐射的热量并将热量传递给空气，热空气从第二风口流向整个室内，提高室内温度；必要时可通过风扇反转来带动热空气流动。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本实用新型的一种太阳能烟囱系统的结构示意图；

图2为集热板上端与内墙连接的结构示意图；

图3为剖面图a；

图4为剖面图b；

图5为集热板与内墙的连接示意图；

图6为双摇杆结构示意图；

图7为针肋排列方式示意图；

图8为针肋和集热板的连接示意图；

图9为剖面图c；

图10为内墙示意图；

图11为太阳能烟囱系统通风控制流程图；

图12为集热板和针肋的控制流程图。

附图标记说明：

1：建筑；11：朝阳外墙壁；12：天花板；13：地面；14：玻璃幕墙板；15：内墙；2：集热板；21：蓄热材料；22：固定轴；23：连接杆；24：主动杆；25：从动杆；26：保温板；3：针肋；31：转轴；32：第一驱动件；4：第一风口；5：无动力风帽；6：第二风口；7：风扇；8：太阳高度角自动测量仪；9：二氧化碳传感器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种…作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

同时，“第一”、“第二”等表述仅用于区分多个构型的目的，而不是限制构型或其他特征之间的顺序。

另外，“包括”元件的表述是“开放式”表述，该“开放式”表述仅仅是指存在对应的部件，不应当解释为排除附加的部件。

请参看图1至图12，本实施例提供了一种太阳能烟囱系统，安装于具有朝阳外墙壁11、天花板12和地面13的建筑1上，包括玻璃幕墙板14、内墙15、集热板2、至少一个第一风口4和至少一个无动力风帽5。玻璃幕墙板14安装在朝阳外墙壁11上。内墙15设置在建筑1内，且与室内天花板12连接；内墙15与地面13之间具有空气流通路径，内墙15和玻璃幕墙板14之间形成空气通道。集热板2设置在内墙15和朝阳外墙壁11之间，并与内墙15连接；集热板2上设置有若干针肋3，且针肋3与集热板2之间具有夹角。第一风口4设置在空气通道上方的天花板12上。无动力风帽5位于建筑1外，且无动力风帽5与第一风口4一一对应，无动力风帽5通过相对应的第一风口4与空气通道连通。

针肋3与集热板2之间具有夹角，针肋3相当于集热板2的延伸部件延伸到离集热板2较远的地方。太阳光透过玻璃幕墙板14照射到集热板2和针肋3上。集热板2吸收太阳辐射的热量，一部分传递给掠过集热板2表面的空气，一部分传导到针肋3上，由针肋3将热量传递到距离集热板2较远的地方，保证烟囱内的气流受热平均，流动更加平稳；且针肋3本身也会吸收太阳辐射的热量，用于传递给掠过针肋3表面的空气。因此，在集热板2上设置针肋3，增大了吸收太阳辐射的面积和对流换热面积，解决了现有的太阳能烟囱中远离集热板2的区域难以达到良好的对流换热效果的技术问题。

空气吸收集热板2和针肋3上上传递过来的热量后温度升高上浮，通过第一风口4从无动力风帽5中排出，内墙15背阳一侧的空气压力变低，从而强化自然通风，进而保证室内的空气质量。

现对本实施例的结构进行说明。内墙15和玻璃幕墙板14之间的空气通道一般不做太阳能烟囱系统以外的功用，内墙15不安装集热板2的一侧为人们主要的建筑1内活动区域，因此，为便于说明，在本实施例中将建筑1内内墙15不安装集热板2的一侧称为室内。

本实施例提供的太阳能烟囱系统设置在建筑1的朝阳侧，一般为建筑1的南侧。通常情况下太阳能烟囱系统作为强化自然通风的一种手段较多的用于夏季，大多数情况下更多地安装于北回归线以内的住宅建筑1内。本实施例提供的太阳能烟囱系统出了能够强化自然通风外，在冬季还可以作为供暖的一种辅助，具体可从下面的说明中体现。在本实施例中，将太阳能烟囱系统用于强化自然通风时，称为通风工况；太阳能烟囱系统用于供暖时，称为供暖工况。

玻璃幕墙板14透明，能够使太阳光照射到室内。玻璃幕墙板14的下端可以与集热板2的平齐或略微高于集热板2，这样可以保证充分利用太阳射入室内的辐射。

在内墙15和玻璃幕墙板14之间的空气通道范围较大时，可以根据实际需要设置多个第一风口4和与第一风口4配套的第一开/闭单元、无动力风帽5。具体地，第一开/闭单元可以是一个阀门。第一风口4在通风工况下打开，用于通气通道中的热空气流出建筑1增强通风；在供暖工况下关闭，防止经过太阳能烟囱换热后的热空气流出。

无动力风帽5设置在建筑1外第一风口4的对应位置处，作为通风工况下的室内空气出口，在防止建筑1外空气倒流的同时还增强空气通道内空气流动，还具有防止建筑1外雨水等杂物落入建筑1内的作用。

实施例包括还包括太阳高度角自动测量仪8。太阳高度角自动测量仪8设置在建筑1外太阳光线可以充分照射的地方，用于接收太阳光照并测得太阳高度角。

集热板2起到吸收太阳能转化为热能加热空气的作用。表面可以采用多孔结构的光吸收材料(如石墨、石墨烯、氧化石墨、炭黑和碳纳米管)，多孔结构的光吸收材料可以在充分吸收太阳辐射的同时，减少对外界的长波辐射损耗；内部采用蓄热材料21制作，可以将晴天所吸收的热量存储在夜晚或者阴天也起到一定的强化自然通风的作用。

集热板2和内墙15转动连接。集热板2的上端与内墙15转动连接；集热板2的下端连接至少一个驱动部，驱动部与内墙15连接，驱动部用于驱动集热板2绕集热板2上端和内墙15转动连接的转动轴转动。其中驱动部与太阳高度角自动测量仪8电连接，根据太阳高度角自动测量仪8检测到的太阳高度角调整集热板2的旋转角度，使集热板2接受太阳光照的面积尽可能的大，太阳光热射角度与集热板2的集热面的法线夹角尽可能小，从而达到更好的吸热效果。

具体地，请主要参看图2至图4，集热板2的最上面部分水平横向设置一个第二贯穿孔，第二贯穿孔内穿设固定轴22。集热板2的上端面上设置若干连通第二贯穿孔的第二通孔，第二通孔内设置连接杆23，连接杆23的一端设置套环套设在固定轴22上且和固定轴22转动连接，连接杆23的另一端与内墙15固定连接。因此，集热板2可以绕固定轴22旋转。

请主要参看图5和图6，驱动部可以包括主动杆24、从动杆25和第二驱动件。主动杆24的第一端和内墙15转动连接，第二端和从动杆25的第一端转动连接；而从动杆25的第二端和集热板2的下端转动连接。第二驱动件设置在内墙15上，且和主动杆24连接，用于驱动主动杆24绕主动杆24和内墙15的转动连接处旋转。其中，第二驱动件可以是电机。

主动杆24、从动杆25、集热板2、固定轴22和主动杆24第一端之间的连线，形成双摇杆机构。内墙15是双摇杆机构的机架，固定轴22和主动杆24第一端之间的连线为等效机架。第二驱动件驱动主动杆24转动，可以使从动杆25缓慢转动，从而使集热板2转动。第二驱动件的输入端与太阳高度角自动测量仪8的输出端电连接，第二驱动件根据太阳高度角自动测量仪8检测到的太阳高度角来调整驱动第一杆转动的角度，从而调整集热板2的角度，使其调整到被太阳光照射的最佳角度。集热板2的最大转动幅度大小控制在10°内，这样既不会阻碍空气通道中的空气排出，不破坏建筑1结构，也可以达到尽量多地吸收太阳辐射能的目的。

当然，在其他实施例中，集热板2和内墙15可以是固定连接，只是因为无法根据太阳高度角调整集热板2的角度，吸收太阳辐射的效果较本实施例差，太阳能烟囱系统起到的增强自然通风的效果自然也会比本实施例差。

集热板2朝向内墙15的一侧安装有保温板26，保证集热板2的热量不会因为对流换热大量散发到集热板2背后的空气中或传到室内增加室内温度，尤其是夏季的室内温度。保温板26具体可以采用xps挤塑保温板，xps挤塑保温板保温性能良好，质量轻，不会给双摇杆机构过多的载荷。

针肋3采用导热性能良好、吸收辐射能力强的材料，如石墨烯材料。针肋3可以直接和集热板2固定连接，也可以和集热板2转动连接，本实施例采用转动连接。

请主要参考图7，针肋3采用顺排安装的形式，虽然换热速度有一定减少，但是可以保证气流流动时的空气阻力很小，保证空气流动顺畅，从而保证室内通风效果。

具体地，请主要参考图8至图9，集热板2上水平横向设置若干第一贯穿孔，第一贯穿孔内穿设转轴31，每一第一贯穿孔上均连通有设于集热板2朝阳一侧的第一通孔。针肋3的一端即针肋3的连接端穿过相对应的第一通孔与相对应的转轴31固定连接，且第一通孔与对应的针肋3之间具有空隙。具体，针肋3的连接段设置有套环，套环套设并固定连接在转轴31上；第一通孔的内部为与套环的形状相匹配的形状，使得针肋3转动的过程中，针肋3的套环一直有一部分与第一通孔接触；第一通孔具有大开口，即上述的第一通孔和对应的针肋3之间具有空隙，这使得针肋3可以绕转轴31转动。针肋3与集热板2通过转轴31连接在一起，能保证传热面积较大，保证传热效果。

集热板2具有第一侧面和与第一侧面相对应的第二侧面，集热板2的周侧依次为朝阳一侧、第一侧面、背阳一侧和第二侧面。一根转轴31对应的集热板2的第一侧面和第二侧面上分别设置用于驱动该转轴31转动的第一驱动件32，或一根转轴31只在集热板2的第一侧面或第二侧面中一个侧面上设置用于驱动该转轴31转动的第一驱动件32。第一驱动件32的输入端和太阳高度角自动测量仪8的输出端电连接，第一驱动件32根据太阳高度角自动测量仪8检测到的太阳高度角来调整驱动转轴31的旋转幅度，从而调整针肋3的角度，使其调整到吸收辐射和对流换热效果最好的位置，即在晴朗的天气下，通过转动集热板2以及调整针肋3和集热板2的角度的方式增大集热板2和针肋3吸收太阳辐射的整体面积。例如，太阳高度角增大时，抬高集热板2并使针肋3向下转动调整，可以更多地吸收太阳辐射；太阳高度角较小时，可以使集热板2竖直放置，针肋3垂直于集热板2或略微转动使其与集热板2的角度在15°以内，可以在尽量吸收太阳辐射的同时，更好的强化对流换热自然通风。具体地，第一驱动件32可以为设置在集热板2上的电机。

针肋3的长度需要足够长，一般需要不小于集热板2和朝阳外墙壁11之间距离的百分之八十，从而才能保证空气通道内的空气可以得到均匀的换热。

在阴天或者夜间将集热板2调整至竖直位置，使空气通道通畅，以保证空气以阻力最小的方式排出；针肋3调整至与集热板2垂直的位置，这样可以尽可能多地吸收集热板2以及针肋3发出的长波辐射，从而减少向外界环境发出的长波辐射。在阴天或者夜晚可以用集热板2在之前的晴天的蓄热来进行强化自然通风。

请主要参看图10，集热板2和室内天花板12之间具有间隔，内墙15上与间隔对应的地点设置有至少一个第二风口6，在第二风口6上设置第二开/闭单元。具体地，第二开/闭单元可以是一个阀门。在第二风口6的朝阳侧或背阳侧设置有风扇7，风扇7与天花板12和/或内墙15连接。在室内设置二氧化碳传感器9，二氧化碳传感器9的输出端分别与第一开/闭单元的输入端、第二开/闭单元的输入端以及风扇7的输入端电连接。二氧化碳传感器9可以检测室内的二氧化碳浓度，通过二氧化碳的浓度可以判断室内的自然通风效果是否良好。在自认通风效果良好时，第二风口6关闭，风扇7不启用；在自然通风效果不好时，如检测到室内二氧化碳浓度大于预设的浓度时，第二风口6打开并启动风扇7正转，使室内空气流向第一风口4，从第一风口4排出，通过多元通风的方式达到良好的通风效果。同时也可以根据二氧化碳的浓度判断的通风效果和太阳高度角自动测量仪8来一起调整集热板2的角度以及针肋3的角度，更好地满足室内的通风要求。

在通风工况下，当风扇7关闭时，第二风口6也要关闭，防止空气通道内的热空气在从第二风口6进入室内，尤其是在夏季，增加室内温度会给室内增添炎热。

在供暖工况下，第二风口6打开，风扇7反转，将空气通道内经过换热后的热空气送入室内，送入紊流的气流使室内温度体高。此时若检测得到的室内二氧化碳浓度过高，则可打开第一风口4，将风扇7正转，将部分空气从第一风口4送出，减低室内二氧化碳浓度。等室内二氧化碳浓度降低后，在关闭第一风口4，将风扇7反转，回到普通的供暖工况。

进一步地，可以设置一总的控制器，分别和二氧化碳传感器9的输出端、太阳高度角自动测量仪8的输出端、第一驱动件32的输入端、第二驱动件的输入端、第一开/闭单元、第二开/闭单元、风扇7电连接，用来根据太阳高度角自动测量仪8检测到的太阳高度角来控制第一驱动件32和第二驱动件的输出、根据二氧化碳传感器9检测到的室内二氧化碳浓度来控制第一开/闭单元、第二开/闭单元的启闭以及风扇7的转向。

进一步地，将控制器和手机电信号连接，手机接收二氧化碳的浓度信号，通过手机可以根据个人对于室内温度和空气质量的偏好调整集热板2的角度、针肋3的角度、第一风口4的开/闭、第二风口6的开/闭以及风扇7的转动情况。

请主要参看图11，本实施例中包括第一风口4、第二风口6和风扇7等设备的通风控制的具体流程为：

先判断工况，若为通风工况，则开启第一风口4，二氧化碳传感器9检测室内二氧化碳浓度是否超标，若超标则开启第二风口6和风扇7，风扇7正转排风使得通风加速，若不超标则无需开启第二风口6和风扇7；若为供暖工况，则开启第二风口6和风扇7，风扇7反转，给室内送风，二氧化碳传感器9检测室内二氧化碳浓度是否超标，若超标则开启第一风口4，风扇7正转，向建筑1外排风，若不超标，则关闭第一风口4，风扇7反转，给室内送风。

请主要参看图12，本实施例的集热板2和针肋3等设备的具体控制流程为：

判断是晴天还是阴天或夜晚，即有无太阳光照，若是晴天有太阳光照，则根据太阳高度角自动测量仪8测得的太阳高度角，根据太阳高度角调整集热板2和针肋3的角度；若是阴天或夜晚等，无太阳光照，则将集热板2调整到竖直角度，针肋3垂直集热板2。

总的来说，为了解决提高太阳能烟囱系统的对流换热强化自然通风能力，根据太阳高度角改变针肋3角度和集热板2角度，并在自然通风无法满足室内通风要求时通过机械通风(风扇7)补充；同时在冬季也可以回收利用对流换热后的空气的热量。

具体，通过集热板2与针肋3将热量传给空气，空气吸热受到浮升力作用上升从无动力风帽5排出，从而强化自然通风，若自然通风效果不佳则开启风扇7正转向外排风，室外空气则会因为负压进入室内。在气温较低时，则可以将升温后的空气经过风扇7反转送入室内，达到热量合理利用的目的。室外的太阳高度角自动测量仪8可以检测太阳高度角，室内的二氧化碳传感器9也可以测试室内二氧化碳浓度，从而调整集热板2的角度以及针肋3的角度并判断自然通风效果的好坏并决定是否开启自然通风与机械通风结合的通风方式，从而满足室内的通风需求。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。