無源自驅多功能智能節能窗的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無源自驅多功能智能節能窗，屬于節能窗技術領域。
【背景技術】
[0002] 在我國，從社會能源消費的構成來看，建筑能耗、工業能耗和交通能耗已形成明顯 的三足鼎立之勢，其中建筑能耗已達到能源消耗總量的33%，而建筑外窗的耗熱量占到整 個建筑能耗的40%~50%。采用高效節能窗，能有效減少建筑外窗的熱損耗。
【發明內容】
[0003] 本發明目的是為了解決建筑能耗中建筑外窗的熱損耗大的問題，提供了一種無源 自驅多功能智能節能窗。
[0004] 本發明所述無源自驅多功能智能節能窗，它包括窗戶本體、兩片溫差發電片、光伏 發電片、散熱板、多源電能收集器、VO2薄膜、電熱線和單片機，
[0005] 窗戶本體包括窗體外框、窗體內框、夾層側壁和窗玻璃，窗體外框、窗體內框和夾 層側壁形成凹槽結構的窗戶本體，窗體外框和窗體內框上分別固定有窗玻璃；
[0006] -片溫差發電片固定在窗體外框的內壁上，另一片溫差發電片固定在窗體內框的 內壁上，散熱板夾接在兩片溫差發電片之間，并與夾層側壁相固定；光伏發電片附著在窗體 外框的外壁上，多源電能收集器固定在夾層側壁的外表面上，單片機固定在窗體內框的外 表面上；
[0007] 窗體內框上窗玻璃的內側表面上覆蓋有VO2薄膜，VO2薄膜的表面上均勻布置蛇形 排布的電熱線；
[0008] 溫差發電片的電能輸出端連接多源電能收集器的電能輸入端，光伏發電片的電能 輸出端連接多源電能收集器的電能輸入端，多源電能收集器為電熱線和單片機提供工作電 源，電熱線的通斷電控制信號輸入端連接單片機的通斷電控制信號輸出端。
[0009] 它還包括USB接口，USB接口設置在窗體內框上，
[0010] 多源電能收集器將收集的電能進行轉換后經USB接口輸出。
[0011] 它還包括煙霧傳感器、室內溫度傳感器、光強傳感器、紅外傳感器、室外溫度傳感 器和ZigBee傳感器模塊，
[0012] 煙霧傳感器和室內溫度傳感器設置在窗體內框的外表面上，光強傳感器、紅外傳 感器和室外溫度傳感器設置在窗體外框的外表面上，煙霧傳感器、室內溫度傳感器、光強傳 感器、紅外傳感器和室外溫度傳感器的傳感數據經ZigBee傳感器模塊傳遞給單片機；并且 ZigBee傳感器模塊由多源電能收集器提供工作電源。
[0013] 所述電熱線由耐火保溫玻璃纖維與康銅加熱線繞制，并在其外表面包覆硅橡膠耐 熱絕緣層后形成。
[0014] 本發明的優點：本發明在室內外存在20~40度溫差，或者戶外日照條件較好的情 況下，利用溫差發電和光伏發電，為節能窗提供能源。本發明在節能窗領域引用智能家居的 理念，運用ZigBee無線傳輸、￥02薄膜相變、單片機智能控制，通過一定的措施，實現窗戶熱 量進出的自適應控制，它顯著提高了建筑外窗的節能效果，同時又能夠讓窗體實現多種實 用功能。
[0015] 本發明通過電熱驅動VO2薄膜相變自適應控制窗戶熱量進出，采用單片機嵌入式 系統和ZigBee無線傳輸技術實現窗戶智能化。￥02薄膜相變可智能調節室內溫度，減少制 冷設備、供暖設備的能耗，以達到節能減排的目的。采用無線傳輸技術通過上位機界面編程 可實時監控室內外環境并提供可視化數據。本發明裝置無需額外供能，無污染排放，綠色環 保。裝置模塊化，成本低，適用范圍廣，在有陽光、內外存在溫差的窗戶就可使用。
[0016] 本發明在不影響窗戶透光面積的條件下，成功產生電能，并可以供給日常生活小 功率電器使用；ZigBee傳感器模塊通過組網，可實現對整個建筑物的數據采集，在無需額 外供電的情況下，實現智能化安保防盜、火情監測、建筑能耗統計等多種實用功能。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明所述無源自驅多功能智能節能窗的室外側結構示意圖；
[0018] 圖2是本發明所述無源自驅多功能智能節能窗的側面結構示意圖；
[0019] 圖3是本發明所述無源自驅多功能智能節能窗的室內側結構示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0020] 一：下面結合圖1至圖3說明本實施方式，本實施方式所述無源自驅 多功能智能節能窗，它包括窗戶本體1、兩片溫差發電片2、光伏發電片3、散熱板4、多源電 能收集器5、VO2薄膜6、電熱線7和單片機8，
[0021] 窗戶本體1包括窗體外框、窗體內框、夾層側壁和窗玻璃，窗體外框、窗體內框和 夾層側壁形成凹槽結構的窗戶本體1，窗體外框和窗體內框上分別固定有窗玻璃；
[0022] -片溫差發電片2固定在窗體外框的內壁上，另一片溫差發電片2固定在窗體內 框的內壁上，散熱板4夾接在兩片溫差發電片2之間，并與夾層側壁相固定；光伏發電片3 附著在窗體外框的外壁上，多源電能收集器5固定在夾層側壁的外表面上，單片機8固定在 窗體內框的外表面上；
[0023] 窗體內框上窗玻璃的內側表面上覆蓋有VO2薄膜6,VO2薄膜6的表面上均勻布置 蛇形排布的電熱線7 ;
[0024] 溫差發電片2的電能輸出端連接多源電能收集器5的電能輸入端，光伏發電片3 的電能輸出端連接多源電能收集器5的電能輸入端，多源電能收集器5為電熱線7和單片 機8提供工作電源，電熱線7的通斷電控制信號輸入端連接單片機8的通斷電控制信號輸 出端。
[0025] 本實施方式中溫差發電片2采用SP1848-27145SA半導體溫差發電片，其長寬都 為40mm，厚度為4mm，散熱板4截面長寬和發電片一致，厚度可隨窗框厚度調整。兩片溫差 發電片2與散熱板4的布置方式，能夠保證發電片在冬夏兩季的適用，其與窗框形成過盈 配合，即沿溫差發電片2與散熱板4厚度方向的長度之和略大于窗框厚度，增加溫差發電 片2的應力，能夠提高其發電效率。窗戶本體1長600mm，寬400mm，窗框寬度44mm，窗框厚 度76_。實際應用中窗戶本體1長寬尺寸可隨窗洞口大小調整，但窗框寬度應大于或等于 44_，以保證能嵌入溫差發電片2,窗框厚度應與窗戶玻璃層數和厚度相適應，但窗框厚度 不宜過大，避免增加散熱板厚度，增加材料消耗量，窗框厚度應取60~100mm。
[0026] 多源電能收集器5為了使其上電子器件能合理布置，長寬高不能過小；為了將多 源電能收集器5嵌入窗框中，長寬高不能過大，可選取：長80~110mm，寬50~70mm，高 30~40mm。多源電能收集器5內部具有穩壓電路、可充放電鋰電池和USB輸出口。可充放 電鋰電池采用四節3. 7伏8800mA鋰電池。多源電能收集器5能夠對兩片溫差發電片2、光 伏發電片3所產生的電能進行電力電子變換，達到日常生活用電要求，通過變換后可獲得 5W的輸出功率。
[0027] 單片機8為STM32單片機，其芯片型號為F103,它用來控制電熱線7的通斷電。單 片機系統板尺寸為長98mm，寬80mm，可與ZigBee傳感器模塊14通信。單片機具有一塊長 60mm，寬50mm，像素尺寸240X320的LED顯示屏，利用STM32單片機的顯示屏實時顯示傳感 器檢測的各項數據。
[0028] 當室外溫度高于室內溫度時，因陽光照射產生的熱量通過窗戶本體1傳遞給室外 側的溫差發電片2,使其熱端溫度升高，熱量經散熱板4散去，避免溫差發電片2冷端溫度升 高，使室外側的溫差發電片2產生溫差，進而產生電能，它能夠減小光伏發電片3的表面溫 度，提高光伏發電片3的光電轉化效率。溫差發電片2在溫差40 °C時發電功率為0. 45瓦， 光伏發電片3在白天時發電功率為0. 5瓦。同樣，當室內溫度高于室外溫度時，室內的熱量 通過窗戶本體1傳遞給室內側的溫差發電片2,使其熱端溫度升高，熱量經散熱板4散去，避 免溫差發電片2冷端溫度升高，使室內側的溫差發電片2產生溫差，進而產生電能。
[0029] 多源電能收集器5主要由蓄電池組、降壓穩壓電路以及阻塞二極管等組成。其電 路相關參數由下式計算：
[0030] 輸出濾波器設計：
[0043] 式中：Ipeak-電流峰值；
[0044] I。一輸出電流；
[0046] 式中：Iu3_-電感電流有效值。
[0047] 在發電系統中，降壓穩壓模塊的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電 壓，快速、平穩、高效地為蓄電池充電，