基于太陽能的城鎮化綜合居住區能源控制系統及方法
【專利摘要】本發明涉及一種建筑體的溫度調控系統，特別是基于太陽能的城鎮化綜合居住區能源控制系統及方法。本發明集太陽熱能、光能、水存貯能、水發電、水溫調控技術、地暖技術、園林設計技術綜合在建筑設計當中，使建筑群體在很少利用外部電力的情況下，通過自身環境能源的利用，結合農村地多、空間大的特別，在總體節省土地的情況下，進行住房設計，使環境、生活居住、生態調控、能源節省、環保健康融入在農村現代化改造過程中。
【專利說明】基于太陽能的城鎮化綜合居住區能源控制系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種建筑體的溫度調控系統，特別是基于太陽能的城鎮化綜合居住區能源控制系統及方法。
【背景技術】
[0002]在現有城市化過程中，將小城市住房、縣城住房、農村住房按現有的大城市建筑標準設計和建造，在農村一是失去了原有的田源風光，二是要使農民、城市居民必需有足夠的經濟基礎向物業交水電費、管理費，使原有的低成本生存變成了必需有支付能力的生存，所帶來的問題好壞現在還遠遠不能評估。
[0003]樓房的結構需要有水電供給，有條件的需要有天然氣供給，天然氣作為天然能源有枯竭的風險，一旦天然氣枯竭，將給居住者帶來嚴重的生活問題。可以供濟的是電能使用，通過生活電器代替天然氣。因此降低生活用電，又不會因降低電能使用給生活帶來不便，是現代人居住的一個重要話題。
[0004]為了節省電力，通過太陽能利用獲取能源，太陽能中最常用的有熱能和光能，太陽熱能通過輻射方式到一種熱管上，熱管具有高效吸收太陽熱能的能力，熱管特性:1、超強的導熱性:可在溫度301:— 10001:范圍內傳導熱量，單根導熱效率98(%。2、優良的等溫性:熱管一端輸入100°C，另一端可導出95°C。良好的等溫性使熱管在很小的溫差下，傳遞很大的熱通量，傳熱阻力小。3、熱流密度可變性:在管徑一定的情況下供熱量可根據需要不斷變化。4、熱流方向可逆性:熱管兩端均可吸熱、放熱。5、使用安全性:管內壓力低于外界大氣壓，熱管不會發生爆炸。目前，太陽熱能主要用于生活洗澡用。
[0005]太陽光能利用是通過光伏電池接收太陽光輸出電能，其效率為16.7%，為了使太陽光能產生的電能在晚上使用，光伏電池產生的電能充入相應容量的蓄電池內，由蓄電池蓄電，蓄電池雖然能存貯電能，但蓄電池在制造過程中將會產生大量的污染源，而消毀過程中同樣會產生大量的污染物，長期大量使用會嚴重影響人類生存環境。
[0006]地熱利用在我國是近年來應用起來的技術，地熱同樣是太陽能的一種變化形式，地熱是儲藏在地下的熱能，通過水介質和地源熱泵技術，可以將地熱用于地暖或水冷中央空調，由于受環境影響，只能在有條件的地方使用。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種既能提供田源風光、又能改善生活環境，同時能大大利用自然能源、節能、環保的基于太陽能的城鎮化綜合居住區能源控制系統及方法。
[0008]本發明的目的是這樣實現的，基于太陽能的城鎮化綜合居住區能源控制系統，其特征是:至少包括:
綜合居住建筑區，用于提供生活居住環境，它由逐漸面積減少的樓層過渡成梯形住宅結構，在綜合居住建筑區上層有上層水緩沖區，在綜合居住建筑區下層有下層水緩沖區，上層水緩沖區和下層水緩沖區之間有水輪發電機和直流水泵，水輪發電機在上層水緩沖區和下層水緩沖區之間的45度布置的水管路下端；在上層水緩沖區分布有太陽能板和熱管，白天太陽能板向直流水泵供直流電，電壓在24-28V之間；直流水泵將下層水緩沖區的水抽入上層水緩沖區，上層水緩沖區包括加熱水溫區、保溫水溫區、緩沖水區，緩沖水區與輸入水管管道連接，保溫水溫區與輸出水管管道連接，保溫水溫區在加熱水溫區與緩沖水區之間，加熱水溫區與熱管連接，通過熱管使加熱水溫區水形成對流，對加熱水溫區水加熱，加熱水溫區水溫到恒定溫度時，加熱水溫區水置入保溫水溫區水，加熱水溫區重接入緩沖水區水。
[0009]所述直流水泵將下層水緩沖區的水抽入上層水緩沖區后，在沒有光照的情況下，則利用水能發電單元發電，水能發電單元包括太陽能電池、直流水泵、上層水緩沖區水、下層水緩沖區水、連接上層水緩沖區水和下層水緩沖區的水管路，直流水泵電壓是24v，吸程4米，揚程40米，太陽能板將太陽能電池產生的輸出與直流水泵電源電連接，上層水緩沖區水與下層水緩沖區水通過管路連接，管路上的發電機是水輪發電機，當太陽能板電池有電流輸出時，太陽能電池輸出電壓加載在直流水泵上，通過直流水泵將下層水緩沖區水揚程到上層水緩沖區水的緩沖水區，產生的電能供給LED照明和控制系統工作。
[0010]所述下層水緩沖區下端有冷藏室，冷藏室由冷水的冷藏室保溫層保溫和降溫，水輪發電機通過太陽能板直接供電；綜合居住建筑區分不同季節使供電、供熱、供水按系統要求工作。
[0011]所述綜合居住建筑區采用三級供電，一是太陽能供電，二是水勢能供電，三是220v交流供電，三級供電由混合電源控制和調配，太陽能電池、水輪發電機和220v交流供電輸入到混合電源的輸入端，混合電源通過對太陽能電池、水輪發電機和220v交流電壓和電流檢測，進行統一分配和調控，只有到太陽能電池和水輪發電機供濟不足，或不穩定時，由220v交流供電，當太陽能電池和水輪發電機供濟穩定后，由控制器在切斷220v交流供電。
[0012]基于太陽能的城鎮化綜合居住區能源控制方法，其特征是:在20°C以下，太陽能熱管將上層水緩沖區的水溫加熱到50°C以上，保溫在上層水緩沖區的溫水池，溫水池水通過水調控單元的水調控組件后，輸出穩定的15°C -20°C的恒溫水，恒溫水經壓縮機組件后，輸出40-50°C的取暖水向地熱單元供暖；而壓縮機組件另一端的蒸發器連接的水回路，一端接室外水，室外水水溫低于10°C，通過蒸發器后，將水溫調節在1°C _4°C輸出，供給冷藏室，使冷藏室溫度控制在1°C -8°C ;冷藏室將依據水果的水分特征分配冷藏室局部溫度；
在20°C以上，室外水或自來水接壓縮機組件的蒸發器連接的水回路，室外水或自來水水溫低于20°C，通過蒸發器后，將水溫調節在1°C _4°C輸出，供給下層水緩沖區的冷藏室，使冷藏室溫度控制在1°C -8°C ;冷藏室將依據水果的水分特征分配冷藏室局部溫度，經冷藏室后，水溫增高，但低于15°C，將低于15°C的水通過地熱單元，地熱單元使室內降溫，通過地熱單元升溫后，水進入上層水緩沖區的溫水池，溫水池可以供游泳使用，溫水池繼續升溫，通過過濾器后，進入壓縮機組件的冷凝器，繼續升溫，通過冷凝器交換后升溫至50度，供生活洗澡用。
[0013]所述的水調控組件包括調節閥、熱水進水管，冷水進水管、恒溫水出水管、溫度傳感器和控制器，上層水緩沖區包括加熱水溫區、保溫水溫區、緩沖水區，加熱水溫區外有熱管，熱管將水溫加熱，放入保溫水溫區，保溫水溫區通過管道與熱水進水管連接，緩沖水區與冷水進水管管道閥門連接，熱冷水進入調節閥后，通過調節閥對熱冷水進行調節由恒溫水出水管輸出，恒溫水出水管口有溫度傳感器，溫度傳感器連接有控制器，控制器驅動調節閥左右轉動，使進入調節閥腔體內的熱水量和冷水量按設定的溫度混比進行輸出。
[0014]所述的地熱單元供熱是通過上層水緩沖區的溫水池的水經熱管加熱形成熱水，上層水緩沖區包括加熱水溫區、保溫水溫區、緩沖水區，緩沖水區的水是通過水泵將下層水緩沖區的水入進行存貯，一方面用于無光照時發電，另一方面向加熱水溫區提供補充水，加熱水溫區與熱管的上端相連接，熱管將加熱水溫區水加熱；在冬天加熱水溫區水溫在50°C以上，將加熱水溫區水和緩沖水區的水通過水調控組件調控，產生15-20°C的穩定低溫熱水，穩定低溫熱水通過壓縮機單元后，由壓縮機組件的蒸發器繼續加熱，輸出40°C -50°C的熱水，供給地熱單元，地熱單元輸出端的水溫低于40°C — 50°C時，系統重新循環，保持地熱單元供熱。
[0015]本發明的優點是:由于本發明集太陽熱能、光能、水存貯能、水發電、水溫調控技術、地暖技術、園林設計技術綜合在建筑設計當中，使建筑群體在很少利用外部電力的情況下，通過自身環境能源的利用，結合農村地多、空間大的特別，在總體節省土地的情況下，進行住房設計，使環境、生活居住、生態調控、能源節省、環保健康融入在農村現代化改造過程中。
[0016]這種設計不但能節約建造費用，擴大農業產品的生產規模和農副產品產業化，同時，帶動光伏產業、房地產產業、園林設計、地暖技術發展、水溫調控技術及眾多產業化項目得到持續健康發展。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]下面結合本實施例及附圖對本發明作進一步說明:
圖1是本發明實施例結構示意圖；
圖2是氣溫在20°C以下時，溫控系統結構示意圖；
圖3是氣溫在20°C以上時，溫控系統結構示意圖；
圖4是氣溫在20°C以上時，帶有發電的溫控系統結構示意圖；
圖5水溫調節閥結構示意圖；
圖6是水能發電單元發電原理圖；
圖7地熱單元11供熱是通過上層水緩沖區3的溫水池的水經熱管2加熱形成熱水原理圖；
圖8綜合居住建筑區采用三級供電原理圖。
[0018]圖中，1、太陽能板；2、熱管；3、上層水緩沖區；4、水管路；5、水輪發電機；6、綜合居住建筑區；7、下層水緩沖區；8、冷藏室；9、冷藏室保溫層；10、直流水泵；11、地熱單元；
12、室外水；13、水調控單元；14、壓縮機組件；15、過濾器；16、水調控組件；17、熱水進水管；18、冷水進水管；19、恒溫水出水管；20、溫度傳感器；21、控制器；22、調節閥；23、蒸發器；24、節流裝置；25、冷凝器；26、壓縮機；27、混合電源；28、led燈。
【具體實施方式】
[0019]如圖1所示，基于太陽能的城鎮化綜合居住區能源控制系統及方法，它至少包括: 綜合居住建筑區6，用于提供生活居住環境，它由逐漸面積減少的樓層過渡成梯形住宅
結構，在不考慮占地面積的情況下，這種結構有利于節省成本、降低建設費用，提高住宅使用壽命(200年以上)。在綜合居住建筑區6上層有上層水緩沖區3，在綜合居住建筑區6下層有下層水緩沖區7，上層水緩沖區3和下層水緩沖區7之間有水輪發電機5和直流水泵10，水輪發電機5在上層水緩沖區3和下層水緩沖區7之間的45度布置的水管路下端；在上層水緩沖區3分布有太陽能板I和熱管2，白天太陽能板I向直流水泵10供直流電，電壓在24-28V之間。直流水泵10將下層水緩沖區7的水抽入上層水緩沖區3，上層水緩沖區3包括加熱水溫區、保溫水溫區、緩沖水區，緩沖水區與輸入水管管道連接，保溫水溫區與輸出水管管道連接，保溫水溫區在加熱水溫區與緩沖水區之間，加熱水溫區與熱管連接，通過熱管使加熱水溫區水形成對流，對加熱水溫區水加熱，加熱水溫區水溫到恒定溫度時，加熱水溫區水置入保溫水溫區水，加熱水溫區重接入緩沖水區水。
[0020]如圖6所示，直流水泵10將下層水緩沖區7的水抽入上層水緩沖區3后，在沒有光照的情況下，則利用水能發電單元發電，水能發電單元包括太陽能電池1、直流水泵10、上層水緩沖區水3、下層水緩沖區水7、連接上層水緩沖區水和下層水緩沖區的水管路4，直流水泵電壓是24v，吸程4米，揚程40米，見表I。太陽能板I將太陽能電池產生的輸出與直流水泵電源電連接，上層水緩沖區水與下層水緩沖區水通過管路連接，管路上的發電機是水輪發電機5，當太陽能板I電池有電流輸出時,太陽能電池輸出電壓加載在直流水泵上，通過直流水泵10將下層水緩沖區水揚程到上層水緩沖區水的緩沖水區。產生的電能供給LED照明和控制系統工作。
[0021]表I
【權利要求】
1.基于太陽能的城鎮化綜合居住區能源控制系統，其特征是:至少包括: 綜合居住建筑區(6)，用于提供生活居住環境，它由逐漸面積減少的樓層過渡成梯形住宅結構，在綜合居住建筑區(6)上層有上層水緩沖區(3)，在綜合居住建筑區(6)下層有下層水緩沖區(7)，上層水緩沖區(3)和下層水緩沖區(7)之間有水輪發電機(5)和直流水泵(10)，水輪發電機(5)在上層水緩沖區(3)和下層水緩沖區(7)之間的45度布置的水管路下端；在上層水緩沖區(3)分布有太陽能板(I)和熱管(2)，白天太陽能板(I)向直流水泵(10)供直流電，電壓在24-28V之間；直流水泵(10)將下層水緩沖區(7)的水抽入上層水緩沖區(3)，上層水緩沖區(3)包括加熱水溫區、保溫水溫區、緩沖水區，緩沖水區與輸入水管管道連接，保溫水溫區與輸出水管管道連接，保溫水溫區在加熱水溫區與緩沖水區之間，力口熱水溫區與熱管連接，通過熱管使加熱水溫區水形成對流，對加熱水溫區水加熱，加熱水溫區水溫到恒定溫度時，加熱水溫區水置入保溫水溫區水，加熱水溫區重接入緩沖水區水。
2.根據權利要求1所述的基于太陽能的城鎮化綜合居住區能源控制系統，其特征是:所述直流水泵(10)將下層水緩沖區(7)的水抽入上層水緩沖區(3)后，在沒有光照的情況下，則利用水能發電單元發·電，水能發電單元包括太陽能電池(I)、直流水泵(10)、上層水緩沖區水(3)、下層水緩沖區水(7)、連接上層水緩沖區水和下層水緩沖區的水管路(4)，直流水泵電壓是24v，吸程4米，揚程40米，太陽能板(I)將太陽能電池產生的輸出與直流水泵電源電連接，上層水緩沖區水與下層水緩沖區水通過管路連接，管路上的發電機是水輪發電機(5)，當太陽能板(I)電池有電流輸出時，太陽能電池輸出電壓加載在直流水泵上，通過直流水泵(10)將下層水緩沖區水揚程到上層水緩沖區水的緩沖水區，產生的電能供給LED照明和控制系統工作。
3.根據權利要求1所述的基于太陽能的城鎮化綜合居住區能源控制系統，其特征是:所述下層水緩沖區(7)下端有冷藏室(8)，冷藏室(8)由冷水的冷藏室保溫層(9)保溫和降溫，水輪發電機(5)通過太陽能板(I)直接供電；綜合居住建筑區(6)分不同季節使供電、供熱、供水按系統要求工作。
4.根據權利要求1所述的基于太陽能的城鎮化綜合居住區能源控制系統，其特征是:所述綜合居住建筑區(6 )采用三級供電，一是太陽能供電，二是水勢能供電，三是220v交流供電，三級供電由混合電源(27)控制和調配，太陽能電池(I)、水輪發電機(5)和220v交流供電輸入到混合電源(27)的輸入端，混合電源(27)通過對太陽能電池(I)、水輪發電機(5)和220v交流電壓和電流檢測，進行統一分配和調控，只有到太陽能電池(I)和水輪發電機(5)供濟不足，或不穩定時，由220v交流供電，當太陽能電池(I)和水輪發電機(5)供濟穩定后，由控制器在切斷220v交流供電。
5.基于太陽能的城鎮化綜合居住區能源控制方法，其特征是:在20°C以下，太陽能熱管(2)將上層水緩沖區(3)的水溫加熱到50°C以上，保溫在上層水緩沖區(3)的溫水池，溫水池水通過水調控單元(13)的水調控組件(16)后，輸出穩定的15°C _20°C的恒溫水，恒溫水經壓縮機組件(14)后，輸出40-50°C的取暖水向地熱單元(11)供暖；而壓縮機組件(14)另一端的蒸發器連接的水回路，一端接室外水(12)，室外水水溫低于10°C，通過蒸發器后，將水溫調節在1°C _4°C輸出，供給冷藏室(8)，使冷藏室(8)溫度控制在1°C -80C ;冷藏室(8)將依據水果的水分特征分配冷藏室局部溫度； 在20°C以上，室外水(12)或自來水接壓縮機組件(14)的蒸發器連接的水回路，室外水或自來水水溫低于20°C，通過蒸發器后，將水溫調節在1°C -4°C輸出，供給下層水緩沖區(7)的冷藏室，使冷藏室溫度控制在1°C -8°C ;冷藏室將依據水果的水分特征分配冷藏室局部溫度，經冷藏室后，水溫增高，但低于15°C，將低于15°C的水通過地熱單元(11)，地熱單元(11)使室內降溫，通過地熱單元(11)升溫后，水進入上層水緩沖區(3 )的溫水池，溫水池可以供游泳使用，溫水池繼續升溫，通過過濾器(15)后，進入壓縮機組件(14)的冷凝器，繼續升溫，通過冷凝器交換后升溫至50度，供生活洗澡用。
6.根據權利要求5所述的基于太陽能的城鎮化綜合居住區能源控制方法，其特征是:所述的水調控組件(16)包括調節閥(22)、熱水進水管(17)，冷水進水管(18)、恒溫水出水管(19)、溫度傳感器(20)和控制器(21)，上層水緩沖區(3)包括加熱水溫區、保溫水溫區、緩沖水區，加熱水溫區外有熱管(2)，熱管(2)將水溫加熱，放入保溫水溫區，保溫水溫區通過管道與熱水進水管(17)連接,緩沖水區與冷水進水管(18)管道閥門連接,熱冷水進入調節閥(22)后，通過調節閥(22)對熱冷水進行調節由恒溫水出水管(19)輸出，恒溫水出水管(19)口有溫度傳感器(20)，溫度傳感器(20)連接有控制器(21)，控制器(21)驅動調節閥(22)左右轉動，使進入調節閥(22)腔體內的熱水量和冷水量按設定的溫度混比進行輸出。
7.根據權利要求5所述的基于太陽能的城鎮化綜合居住區能源控制方法，其特征是:所述的地熱單元(11)供熱是通過上層水緩沖區(3)的溫水池的水經熱管(2)加熱形成熱水，上層水緩沖區(3)包括加熱水溫區、保溫水溫區、緩沖水區，緩沖水區的水是通過水泵將下層水緩沖區(7)的水入進行存貯，一方面用于無光照時發電，另一方面向加熱水溫區提供補充水，加熱水溫區與熱管(2)的上端相連接，熱管(2)將加熱水溫區水加熱；在冬天加熱水溫區水溫在50°C以上，將加熱水溫區水和緩沖水區的水通過水調控組件(16)調控，產生15-20°C的穩定低溫熱水，穩 定低溫熱水通過壓縮機單元后，由壓縮機組件(14)的蒸發器(23 )繼續加熱，輸出40°C -50 V的熱水，供給地熱單元(11)，地熱單元(11)輸出端的水溫低于40°C — 50°C時，系統重新循環，保持地熱單元(11)供熱。
【文檔編號】E03B11/02GK103437570SQ201310371628
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2013年8月23日
【發明者】劉珉愷, 丁仕春 申請人:西安發威電子科技有限公司