太阳能平板空气集热器与相变蓄热联合通风分时调控系统

本发明属于建筑通风，特别是一种太阳能平板空气集热器与相变蓄热联合通风分时调控系统。

背景技术：

1、在全球能源转型的大趋势下，我国正在大力发展可再生能源技术并推动其广泛应用。近年来，在太阳能资源极其丰富的高原地区，开展了许多太阳能项目。因此，太阳能通风可以作为一种清洁的通风方式，改善高海拔地区的室内通风状况。但由于高海拔地区海拔高、气压低、昼夜温差大，单独使用太阳能集热器并不能满足实际工况要求。

2、相变蓄热技术是一种利用物质相变过程中释放或吸收的潜热来储存和释放能量的技术。相变材料这一特性使相变蓄热技术在太阳能利用、建筑能效提升等方面具有巨大潜力。通过相变蓄热技术可以突破太阳能利用受光照间歇性因素的制约，相变材料将白天富余的太阳能蓄存起来，在建筑负荷增大、用能需求增加时放出，达到节能与调节室内空气品质的目的。太阳能相变蓄热技术在提升能源利用效率、环境保护以及节能等方面展现出广泛的应用潜力，一直受到国内外学者和研究机构的持续关注，已经得到了大量的研究，相关的结构和运行策略也进行了优化分析，且均已经被验证具有较好的节能效果和舒适性性能。但通过完全被动方式，利用相变材料平衡太阳能供应的波动性，并同时调控室内空气品质和温度还没有研究者涉及，并且未考虑和分时调控相结合。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用太阳能和相变蓄热技术的被动式通风系统，以解决传统通风方式成本高、污染严重以及可再生能源利用效率低等问题，实现可再生能源在建筑领域的优化利用。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种太阳能平板空气集热器与相变蓄热联合通风分时调控系统，所述系统包括第一管道、第二管道、第三管道、保温方舱、通风烟囱，安装在保温方舱下侧且靠近地面的相变蓄热箱体，以及安装在保温方舱侧壁的太阳能平板空气集热器，所述太阳能平板空气集热器内设有第一过流通道，所述第一过流通道两端分别为第一进风口和第一出风口，所述第一进风口与外界连通，所述第一出风口通过第一管道与位于所述相变蓄热箱体内部的第二管道的入口端连通，所述第二管道的出口端通过第三管道与保温方舱内部连通，所述保温方舱经管路与外界连通，形成放热循环通道；所述第二管道的出口端还与通风烟囱的底部连接，形成蓄热循环通道；

3、还包括底部架空层，所述底部架空层位于保温方舱和相变蓄热箱体之间，且底部架空层内设有第四管道，作为第二过流通道；所述第二过流通道的两端分别为第二进风口和第二出风口，所述第二进风口与外界连通，所述第二出风口经第三管道与保温方舱连接。

4、进一步地，所述系统还包括安装在保温方舱侧壁的光伏组件，该光伏组件与保温方舱内部的蓄电模块连接，将太阳能转化为电能并存储在蓄电模块中。

5、进一步地，所述保温方舱内设有控制器，用于控制整个系统的用电以及蓄电模块的工作模式。

6、进一步地，所述保温方舱内还设有第一温度传感器，相变蓄热箱体内设有第二温度传感器，所述第一温度传感器、第二温度传感器均与控制器相连接，将所测温度传送到控制器内。

7、进一步地，所述相变蓄热箱体为一个封闭中空箱体，箱体内注有相变传热工质。

8、进一步地，所述太阳能平板空气集热器包括一个顶面敞开的箱体，箱体内的底部装有集热板，与箱体顶面平行；箱体顶部通过透明玻璃封闭，所述集热板和透明玻璃之间形成过流通道，过流通道的进风口和出风口分别设置在过流通道两端对应的箱体位置上。

9、进一步地，所述保温方舱的顶部设有连通保温方舱和室外环境的第五管道，所述第五管道设有第一阀门，用于控制保温方舱内的空气排出室外。

10、进一步地，所述第二管道与第三管道的接口处设有第二阀门，用于控制室外空气或相变蓄热箱体内的空气进入保温方舱；

11、所述第一管道和第二管道的接口处设有第三阀门，用于控制太阳能平板空气集热器内的空气进入第二管道；

12、所述第二管道和通风烟囱的接口处设有第四阀门，用于控制第二管道内的空气进入通风烟囱并经通风烟囱排出；

13、所述第四管道的进风口处设有第五阀门，用于控制室外空气进入保温方舱或相变蓄热箱体内空气排出。

14、进一步地，所述控制器包括单片机、输入模块和驱动模块，其中所述输入模块和驱动模块均与单片机相连接，输入模块通过线路与第一温度传感器和第二温度传感器相连，所述驱动模块通过线路与第一阀门、第二阀门、第五阀门、第四阀门和第三阀门相连，驱动各阀门工作。

15、进一步地，所述第一管道、第五管道和通风烟囱外表面包裹有保温材料。

16、进一步地，所述第一管道和通风烟囱顶部设有防雨帽。

17、进一步地，所述太阳能平板空气集热器和光伏组件均倾斜设置，倾斜角度为30°～50°。

18、本发明的工作原理：

19、本发明提供的一种太阳能平板空气集热器与相变蓄热联合通风分时调控系统，收集白天多余的太阳能储存在相变材料中，夜间给室内供暖，具体的工作原理如下：

20、白天时：当室温高于25摄氏度时，控制器控制第四阀门和第三阀门开启，控制器控制其他阀门关闭，太阳能平板空气集热器可以对集热器内部空气进行加热，经过太阳能平板集热器的热风在通风烟囱作用下，流过相变蓄热箱体，热风放出热量储存在相变材料当中，当室内温度高于28摄氏度时，控制器控制第一阀门和第五阀门开启，室外温度较低的新鲜空气经第四管道和第三管道进入室内，达到换热通气的效果，室温低于28摄氏度后，控制器控制第一阀门和第五阀门关闭，当相变材料温度超过27摄氏度时，控制器控制第四阀门、第三阀门关闭。

21、夜间时：室温低于25摄氏度时，控制器控制第一阀门、第二阀门和第四阀门开启，储存在相变材料中的热量以自然对流的形式加热第二管道中的空气，空气吸收热量后被加热到与相变材料接近的温度后，在自然热压通风作用下，热风经第三管道2进入室内，达到供暖效果，当相变材料温度低于20摄氏度时，控制器关闭第一阀门、第二阀门和第四阀门。

22、本发明与现有技术相比，其显著优点为：

23、(1)本发明通过利用太阳能和相变蓄热技术，设置太阳能平板空气集热器和相变蓄热箱体，使得在白天，太阳能平板空气集热器可以对室外空气进行加热，空气会将热量传递给相变蓄热箱体内的相变材料，将热量存蓄在相变材料内。当夜晚，方舱内温度较低时，相变材料释放热量，在自然热压通风作用下，经相变材料加热的空气进入室内，以给室内供暖，降低夜间供暖能耗。同时，当白天方舱内温度过高时，从底部架空层引入室外温度较低的新鲜空气，以实现对方舱内换热通气的目的。

24、(2)通过太阳能平板空气集热器与相变蓄热联合的建筑通风技术在提高能源利用效率、确保稳定供热、降低能耗、环境友好和提高建筑舒适性等方面带来显著的有益效果。通过太阳能的高效利用和相变蓄热材料的储能特性，系统能够在阳光充足时实现空气加热，并在夜间时释放储存的热能，从而降低对传统能源的依赖，减少温室气体排放，符合可持续建筑理念。

25、(3)系统组装灵活，且通过供暖和通风分时主动控制策略，对太阳能进行合理存储和利用，在提高供暖和通风性能的同时，有效提升了高原拆卸式建筑的环境和经济效益。

26、下面结合附图对本发明作进一步详细描述。