一種高性能集熱太陽能光熱與屋面一體化集成系統的制作方法

本實用新型主要屬于建筑節能，可再生能源源利用技術領域，具體涉及一種高性能集熱太陽能光熱與屋面一體化集成系統。

背景技術：

目前，建筑常用太陽能集熱系統主要有以下幾類：

1、全玻璃真空管太陽能熱水系統主要由外玻璃管、內玻璃管、選擇性涂層、真空夾層、吸氣劑、支承件等組成。基本原理是通過吸收太陽輻射能轉換為熱能，熱能傳遞給管內水或者傳熱介質，與水箱連接。該系統具有系統簡單、經濟、節能的特點，但體積比較龐大；玻璃管易碎；管中水容易結凍、結垢；不能承壓運行；冬季不宜使用；空曬時膜層老化、脫落，吸收效率快速降低；系統熱損耗較大，使用壽命短；水箱與集熱器連為一體，適合屋頂使用，美觀性較差。

2、熱管式真空管太陽能熱水系統主要由熱管、吸熱板、玻璃管、金屬端板等部件組成。基本原理是涂有太陽選擇性吸收膜的吸熱板吸收太陽輻射能轉化為熱能，利用熱管內傳熱工質的氣——液相變循環過程，持續將熱能傳遞到冷凝端，再與水箱連接。該系統玻璃管內不走水，處于真空，可以全年運行，提高了工作溫度、承壓能力和系統可靠性。但熱管與吸熱板連接工藝難度大、吸熱板易受腐蝕、玻璃管易破損，系統熱量損耗雖然已有較大程度降低，但總體仍然較大，使用壽命有待提到；通常水箱與集熱器合為一體，一般適合屋頂使用，造價頗高。

3、平板型太陽能熱水系統通常主要由吸熱板、透明蓋板、隔熱層以及外殼等部件組成。基本原理是太陽輻射透過透明蓋板后被吸熱板吸收并轉換成熱能，熱能傳遞給板內的導熱工質，使導熱工質溫度升高作為有效熱能輸出，與水箱連接。該系統熱效率高、整體性好、耐曬性強、能承壓運行。但吸熱板易受腐蝕、板上吸熱涂層工藝復雜、動態特性差、熱損較大、整體使用壽命短、造價較高。

4、陶瓷平板型太陽能熱水系統主要由陶瓷太陽能集熱板、透明蓋板、保溫層和外殼等部件組成。基本原理為太陽輻射穿過透明蓋板后投射在陶瓷板上，被吸收并轉換成熱能后傳遞給吸熱板內的傳熱工質，使傳熱工質溫度升高，作為有效熱能輸出，與水箱連接。該系統以陶瓷板作為吸熱體，成本低、強度高、不透水、耐腐蝕、不老化、無毒無害、抗凍、陽光吸收率不衰減、具有長期高效的光熱轉換效率，使用壽命長可與建筑同壽命。但整體陶瓷大板生產工藝較復雜、安裝較復雜，不適合大規模使用。

上述幾種太陽能集熱、傳熱、換熱過程系統較長、換熱工程較復雜，熱量損耗大。

近年來，隨著能源日益緊缺和環保壓力的不斷增大，各國都開始力推可再生能源，其中開發和利用太陽能已成為可再生能源中最炙熱的一項。目前國內光熱已經單獨形成了產業化體系，在傳統技術中，建筑屋面與太陽能光伏發電系統的安裝方式主要為：屋面按設計要求先行施工完成后，再安裝成套的高性能集熱太陽能光熱系統，高性能集熱太陽能光熱系統作為光熱產品單獨應用在建筑物、構筑物或者野外寬廣的區域。

在上述傳統的安裝方式中，高性能集熱太陽能光熱系統采用單件產品，用外加支撐體系與屋面進行安裝施工，會產生與建筑屋面不協調、破壞建筑外觀的問題，并在施工過程中存在二次施工、破壞原有建筑屋面造成屋面滲漏等質量隱患。

技術實現要素：

針對上述問題，本實用新型提供一種高性能集熱太陽能光熱與屋面一體化集成系統，通過將高性能集熱太陽能光熱系統直接與屋面板裝配一體化，達到屋面與高性能集熱太陽能光熱系統一體化施工、施工速度快、用工少；所述太陽能系統代替了傳統的防水層、保溫層和屋面瓦，大大降低整個屋面的造價，并使得建筑更美觀、更耐用。

本實用新型是通過以下技術方案實現的：

一種高性能集熱太陽能光熱與屋面一體化集成系統，所述集成系統包括屋面板以及直接設置于所述屋面板上方的高性能集熱太陽能光熱系統，所述屋面板通過設置于所述屋面板上的安裝件與所述高性能集熱太陽能光熱系統的固定連接；

所述高性能集熱太陽能光熱系統包括玻璃罩、集熱板、支架、保溫板、導熱裝置和換熱水箱；其中所述集熱板為中空黑陶瓷集熱板，所述導熱裝置包括與所述集熱板一體化連接的超導熱管以及與超導熱管連接的導熱管，所述導熱管的兩端與所述換熱水箱連接。

進一步地，所述集熱板由小片黑陶瓷板組成，每個所述小片黑陶瓷片的規格控制在長度小于50cm，寬度小于20cm。

進一步地，所述導熱裝置還包括鋁合金導熱夾具、換熱管套以及設置在導熱管中的傳熱工質，所述集熱板中的每個所述小片黑陶瓷板均通過鋁合金導熱夾具固定在超導熱管上，所述超熱導管通過換熱管套與所述導熱管連接以使集熱板吸收的熱能迅速傳至導熱管中的傳熱工質。

進一步地，所述安裝件的一部分設置在屋面板內部，另一部分伸出所述屋面板，并所述安裝件通過伸出屋面板的部分與所述高性能集熱太陽能光熱系統連接；所述連接件為不銹鋼或鍍鋅的螺栓類連接件。

進一步地，所述屋面板還包括表面加強層、保溫層，所述屋面板的所述表面加強層、保溫層以及安裝件通過輕質混凝土形成一體化的整體結構；

所述表面加強層是將不飽和樹脂、玻璃纖維以及填充料三種材料在高溫高壓條件下模壓成型；

所述屋面板上未覆蓋高性能集熱太陽能光熱系統的屋面區域設置屋面瓦。

進一步地，所述屋面板的一端與所述高性能集熱太陽能光熱系統的一端對齊，在所述高性能集熱太陽能光熱系統與所述屋面板對齊部位的上方設置屋脊；所述換熱水箱設置于屋脊下方，以保證太陽能換熱在屋脊下部進行。

進一步地，所述屋面板還包括由縱橫設置的加強筋構成的加強筋鋼網，所述加強筋為直徑在2mm-6mm的鋼筋，所述加強筋鋼網與表面加強層、保溫層以及安裝件連接。

進一步地，所述連接件位于屋面板內部的部分與所述屋面板內的加強筋鋼網連接。

進一步地，所述集成系統還包括泛水板，以用于連接所述屋面瓦和所述高性能集熱太陽能光熱系統。

本實用新型的有益技術效果：

1.相對于目前傳統太陽熱水系統，本實用新型將高效、穩定、無害的黑陶集熱板的集熱系統與超導熱管有效結合，在集合了黑陶太陽能集熱的各項優勢基礎上通過傳導技術提高了熱量的傳熱效率，使獲得的熱能更高效、快捷地傳遞給集熱系統外導熱管中的導熱工質。

2.本實用新型系統可以實現集熱板內無水、無導熱介質，熱量能瞬間無損地通過最短的距離傳至集熱板外進行熱交換，大大提高了傳遞效率，減少了換熱工質在運行中的熱量損失，使得有效熱能最大化。本實用新型改變了傳統太陽能熱水系統的運行原理，效率高、性能穩定、使用范圍廣、綜合成本低、與建筑同壽命、能實現太陽能光熱與建筑屋面一體化。

附圖說明

圖1為本實用新型所述一種高性能集熱太陽能光熱與屋面一體化集成系統的示意圖；

圖2為本實用新型所述集成系統中屋面板的結構示意圖；

圖3為本實用新型所述高性能集熱太陽能光熱系統的結構縱剖示意圖；

圖4為本實用新型所述高性能集熱太陽能光熱系統的結構橫剖示意圖；

附圖標記：1.屋面板、2.高性能集熱太陽能光熱系統、3.安裝件、4.屋面瓦、5.泛水板、6.屋脊、7.表面加強層、8.保溫層、9.輕質混凝土、10.加強筋鋼網、11檐口收邊板；2-1.支架、2-2.玻璃罩、2-3.集熱板、2-4.保溫板、2-5.超導熱管、2-6.導熱管、2-7.鋁合金導熱夾具、2-8.換熱管套、2-9.傳熱工質、2-10.換熱水箱。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

相反，本實用新型涵蓋任何由權利要求定義的在本實用新型的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本實用新型有更好的了解，在下文對本實用新型的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本實用新型。

實施例1

一種高性能集熱太陽能光熱與屋面一體化集成系統，如圖1所示，所述集成系統包括屋面板1以及直接設置于所述屋面板上方的高性能集熱太陽能光熱系統2，所述屋面板1通過設置于所述屋面板上的安裝件3與所述高性能集熱太陽能光熱系統2的固定連接。

所述高性能集熱太陽能光熱系統2（如圖3和4所示）包括支架2-1、玻璃罩2-2、集熱板2-3、保溫板2-4、導熱裝置和換熱水箱2-10；其中所述集熱板2-3為中空黑陶瓷集熱板，所述導熱裝置包括與所述集熱板2-3一體化連接的超導熱管2-5以及與超導熱管2-5連接的導熱管2-6，所述導熱管2-6的兩端與所述換熱水箱2-10連接。

所述集熱板2-3由小片黑陶瓷板組成，每個所述小片黑陶瓷片的規格控制在長度小于50cm，寬度小于20cm。所述小片黑陶瓷片包括下列質量百分比的組分：ZrO₂ 15-20%、SiC 20-30%、MgO40-50%、Cr₂O₃ 2-5%、BeO10-20%、鋯英石10-15%。

所述導熱裝置還包括鋁合金導熱夾具2-7、換熱管套2-8以及設置在導熱管中的傳熱工質2-9，所述集熱板中的每個所述小片黑陶瓷板均通過鋁合金導熱夾具2-7固定在超導熱管2-5上，所述超熱導管2-5通過換熱管套2-8與所述導熱管2-6連接以使集熱板2-3吸收的熱能迅速傳至導熱管2-6中的傳熱工質2-9。

所述安裝件3的一部分設置在屋面板1內部，另一部分伸出所述屋面板1，并所述安裝件3通過伸出屋面板1的部分與所述高性能集熱太陽能光熱系統2連接；所述連接件3為不銹鋼或鍍鋅的螺栓類連接件。

所述屋面板（如圖2所示）還包括表面加強層7、保溫層8，所述屋面板的所述表面加強層7、保溫層8以及安裝件3通過輕質混凝土9形成一體化的整體結構。

所述表面加強層7是將不飽和樹脂、玻璃纖維以及填充料三種材料在高溫高壓條件下模壓成型；正是基于所述表面加強層的化學組成。所述表面加強層7具有防水、保溫、抗老化、使用壽命長等高性能特點，將太陽能光熱系統2直接與屋面板1裝配一體化，達到屋面與太陽能光熱系統2一體化施工、施工速度快、用工少。

傳統太陽能光熱與屋面的連接結構中，傳統的太陽能光熱與屋面的連接結構從上到下依次包括太陽能光伏板、屋面瓦、掛瓦條、保溫層、順水條、防水層、結構層。太陽能光熱系統2代替了傳統太陽能光熱與屋面的連接結構中的防水層、保溫層和屋面瓦，大大降低了整個屋面的造價，并使得建筑更美觀、更耐用，并且，所述保溫層設置于所述屋面板的內部，起到保溫作用，因此在太陽能板覆蓋的范圍內可以取消保溫層和蓋瓦施工，利用太陽能板也可代替瓦的作用。為了美觀要求，太陽能板以外的屋面區域可以蓋瓦。如果不涉及對美觀的要求，可以全部取消屋面的瓦。

所述屋面板上未覆蓋高性能集熱太陽能光熱系統2的屋面區域設置屋面瓦4。所述屋面板1上未覆蓋高性能集熱太陽能光熱系統（2）的屋面區域設置掛瓦條用于安裝屋面瓦。并且所述屋面板還可以包括檐口收邊板11，用于保護檐口，增強其使用壽命，檐口收邊板11包覆著所述屋面板1的靠近屋檐的一端，避免其被雨水浸透，并且在檐口收邊板11上可以設置表面加強層7以增強屋面板1的強度。

所述屋面板1的一端與所述高性能集熱太陽能光熱系統2的一端對齊，在所述高性能集熱太陽能光熱系統2與所述屋面板1對齊部位的上方設置屋脊6；所述換熱水箱2-10設置于屋脊6下方；以保證太陽能換熱在屋脊下部進行。

所述屋面板1還包括由縱橫設置的加強筋構成的加強筋鋼網10，所述加強筋為直徑在2mm-6mm的鋼筋，所述加強筋鋼網10與表面加強層7、保溫層8以及安裝件3連接。

所述連接件3位于屋面板1內部的部分與所述屋面板1內的加強筋鋼網10連接；具體設置在屋面板的兩個板端以及屋面板中間。所述安裝件的部分伸出屋面板，伸出屋面板的部分與高性能集熱太陽能光熱系統中的太陽能邊框連接，不需以后打釘或其他固定方式進行固定，避免了破壞屋面板的板體。

所述集成系統還包括泛水板5，以用于連接所述屋面瓦4和所述高性能集熱太陽能光熱系統2。所述泛水板5的一端與所述高性能集熱太陽能光熱系統2的邊框連接，另一端設置在與所述高性能集熱太陽能光熱系統2相鄰的屋面瓦的上方，所述泛水板通過螺釘被固定在與所述高性能集熱太陽能光熱系統2最接近的掛瓦條上。

所述屋面板1還包括可以裝飾面層，所述裝飾面層設置在所述表面加強層7的上方，所述裝飾面層為油漆或涂料層，所述涂料層具體為氟碳漆或丙烯酸漆。

在安裝所述太陽能光電系統時，將所述屋面板1的一端與所述太陽能光電系統2的一端對齊，在所述太陽能光電系統2與所述屋面板1對齊部位的上方設置屋脊6，以使從屋脊上流下的水順著高性能集熱太陽能光熱系統流下，起到防水的作用。

所述集成系統可以設置在山墻或者外墻上，當設置在山墻上時，整個所述太陽能光熱與屋面一體化集成系統與山墻垂直設置，此時必須設置檐口收邊板11，以起到防水的作用；當設置在外墻上時，整個所述太陽能光熱與屋面一體化集成系統與外墻成30-60°的角度，此時可以不設置檐口收邊板11，但是要保證位于屋檐上方及位于屋面板邊緣的屋面瓦4的一部分向外延伸，以避免屋面板進水。