一种被动式太阳能房屋

摘要

本发明公开了一种被动式太阳能房屋，属于房屋建造技术领域。一种被动式太阳能房屋，包括：墙体、地板以及被动式供热系统；被动式供热系统包括安装套、聚热板以及传热管组；安装套设置在墙体的外侧；聚热板设置在安装套内；传热管组包括受热管、连接管、传递管以及释放管；受热管设置在安装套内，受热管的底端封口；连接管贯穿墙体，传递管设置在墙体的内侧，传递管的外侧设有隔热层；连接管的两端分别与受热管和传递管连通；释放管设置在地板上，释放管的一端与传递管的底端连通，释放管的另一端伸出墙体。本发明的被动式太阳能房屋系统能够形成“头冷脚热”的温度梯度，相对于现有的横向温度梯度，能够提高人体的舒适度。

说明书

技术领域

本发明涉及房屋建造技术领域，具体涉及一种被动式太阳能房屋。

背景技术

被动式太阳能建筑就是通过建筑设计，使建筑在冬季充分利用太阳辐射热取暖，尽量减少通过维护结构及通风渗透而造成热损失；夏季尽量减少因太阳辐射及室内人员设备散热造成的热量，以不使用机械设备为前提,完全依靠加强建筑物的遮挡功能，通过建筑上的方法，达到室内环境舒适的目的的环保型建筑。被动式建筑能够不用或者尽量少用一次性能源使室内达到舒适度要求的建筑，可以减少建筑对主动供应能源的依赖。

目前，常见的被动式太阳能建筑是在受光照的墙面设置吸热层和反射层。在冬季白天，通过太阳能升高墙体温度，从而通过对流和辐射对室内环境进行升温，使室内具有一定的舒适度；在冬季夜晚，墙体残留的温度通过对流和辐射对室内环境继续升温；在夏季，通过在墙体设置反射层避免腔体直射，降低墙体温度，以及对室内进行通风，相应地降低室内温度，使室内具有一定的舒适度。

现有的被动式太阳能建筑都是墙面进行吸热升温，使房间在冬季具有一定的温度，但是，由于现有的被动式太阳能建筑均是从墙体与室内进行热交换，使得房间在横向具有温度梯度，而人体最适宜的温度梯度为“头冷脚热”，因此，现有的被动式太阳能建筑并不能提供“头冷脚热”这种适合人体的温度梯度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种被动式太阳能房屋，以解决现有被动式太阳能建筑并不能提供“头冷脚热”这种适合人体的温度梯度的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种被动式太阳能房屋，包括：墙体、地板以及被动式供热系统；被动式供热系统包括安装套、聚热板以及传热管组；安装套设置在墙体的外侧；聚热板设置在安装套内；传热管组包括受热管、连接管、传递管以及释放管；受热管竖直设置在安装套内并位于聚热板和墙体之间，受热管的底端封口；连接管贯穿墙体，传递管竖直设置在墙体的内侧，并且传递管的外侧设有隔热层；连接管的两端分别与受热管的顶端和传递管的顶端连通；释放管设置在地板上，释放管的一端与传递管的底端连通，释放管的另一端伸出墙体。

本发明的被动式太阳能房屋能实现“头冷脚热”这种适合人体的温度梯度，聚热板在太阳能的作用下对受热管加热，受热管中的水受热后蒸发，水蒸气依次穿过连接管、传递管以及释放管后对外排出，水蒸气在传递管中时，由于隔热层的存在，不会向房间中散发热量，避免形成现有被动式太阳能房屋所具有的横向温度梯度，水蒸气在释放管中时，会向房间中散发热量，热量下向上流动，从而实现“头冷脚热”，即上冷下热的温度梯度。

在现有的被动式太阳能房屋中，水蒸气散发热量后会冷凝，冷凝后的水会回流并受热重新变成水蒸气，从而实现重复利用的目的，但是正是由于水的回流而使得现有被动式太阳能房屋无法形成“头冷脚热”的温度梯度，因为受热的管道中的水位会高于房间底部管道的水位，从而导致水蒸气无法进入到房间底部的管道中，本发明的用于热量传递的水蒸气不会重复利用，冷凝后或直接以水蒸气的形式排除，从而使得水蒸气能够进入位于地板上的释放管中，从而能够实现“头冷脚热”的温度梯度。

同时，本发明的被动式供热系统包括位于墙体内、外的两部分，中间通过连接管进行连通，只需要在墙体中钻设用于连接管穿过的通孔，即可对整个被动式供热系统进行安装，不需要在墙体的内部提前布置管道或钻多个通孔，被动式供热系统的安装简便，被动式供热系统可以进行预制，特别适合在已建成的房屋上进行安装，实用性较强。

进一步地，上述受热管的顶端与供水管连通，受热管与供水管连接的位置设有浮球开关，浮球开关的浮球位于受热管内；受热管的底端通过阀门封口。

本发明的受热管受热后将其内部的水蒸发，受热管与供水管连通能快速对受热管中补充水，通过浮球开关控制受热管与供水管之间的连通状态，便于控制受热管中的水位。受热管的底部通过阀门封口，便于对受热管中的水释放或更换，保证受热管中的水的洁净，同时，在夏日，通过阀门将受热管中的水进行释放，从源头上避免在夏日水蒸气对房间内进行升温。

进一步地，上述连接管的两端分别通过管接头与受热管和传递管连接。

本发明的连接管通过管接头与受热管和传递管连接，便于被动式供热系统的安装，被动式供热系统经过预制后，位于墙体内、外的部分分别进行安装并通过连接管连接后即可完成安装，便于对已建成的房屋进行改造。

进一步地，上述传递管靠近其顶部的位置连接有喷嘴，喷嘴贯穿隔热层并朝向墙体的内侧。

本发明的传热管组中的水蒸气或水蒸气冷凝后形成的水会直接对外排出，传热管组中的水处于流动状态，使得水蒸气较为洁净，水蒸气能够通过喷嘴直接向房间中喷射来增加房间中的湿度，确保在冬季房间中也具有一定的湿度。

进一步地，上述释放管靠近地板的一侧设有保温层，释放管远离地板的一侧设有相变层，保温层和相变层之间设有支撑块。

本发明的保温层放置热量向地板扩散，相变层用于将多余的热量进行储存，在冬季夜晚持续为房间升温，支撑块用于对相变层以及地砖等进行支撑，避免损坏释放管。

进一步地，上述释放管与传递管的一端高于释放管远离传递管的一端。

本发明释放管与传递管的一端高于释放管远离传递管的一端，便于水蒸气冷凝后从释放管流出，避免冷凝水的聚集。

进一步地，上述安装套的其中一侧边缘与墙体接触，使安装套的内腔延伸至墙体的外侧面，安装套与墙体接触的位置设有密封垫。

本发明的安装套的内腔用于对聚热板的安装以及保护，密封垫能够避免雨水等从安装套与墙体之间的位置流入到安装套的内部，从而避免雨水等对聚热板的影响。

进一步地，上述安装套的内腔设有遮挡件，遮挡件位于聚热板远离墙体的一侧。

本发明的遮挡件不但用于在夏天对太阳光的遮挡，还能在冬天调节室内的温度，如房间温度过高，可以通过遮挡件遮住部分聚热板，减少水蒸气向房间中提供的热量。

进一步地，上述遮挡件为卷帘。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的被动式太阳能房屋系统能够形成“头冷脚热”的温度梯度，相对于现有的横向温度梯度，能够提高人体的舒适度。

(2)本发明的被动式供热系统可以进行预制，仅需在已建成的墙体上钻一个通孔，即可完成整个被动式供热系统的安装，安装简便，特别适合在已建成的房屋上进行安装，实用性较强。

(3)本发明受热管中的水不会重复利用，能够随时补充和行释放，保持传热管组中水的洁净以及从源头上避免在夏日水蒸气对房间内进行升温。

(4)本发明用于传递热量的水蒸气不会重复利用，水蒸气较为洁净，水蒸气能够通过喷嘴直接向房间中喷射来增加房间中的湿度，确保在冬季房间中也具有一定的湿度。

附图说明

图1为本发明的被动式太阳能房屋的结构示意图；

图2为本发明的被动式供热系统的结构示意图；

图3为本发明的安装套和聚热板之间的连接示意图；

图4为本发明的传热管组的结构示意图；

图5为本发明的释放管的分布示意图。

图中：10-墙体；20-地板；30-被动式供热系统；31-安装套；32-聚热板；33-传热管组；34-受热管；35-连接管；36-传递管；37-释放管；40-隔热层；50-供水管；51-浮球开关；60-喷嘴；70-保温层；71-相变层；72-支撑块；80-密封垫；90-卷帘。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

请参照图1和图2，一种被动式太阳能房屋，包括墙体10、地板20以及被动式供热系统30。墙体10围设在地板20上形成房间，被动式供热系统 30穿过房间的其中的一面墙(即太阳光照射墙)，被动式供热系统30的一部分设置在墙体10的外侧，另一部分设置在墙体10内，两部分连通后为房间提供热量，由于被动式供热系统30的两部分仅通过管道连通，墙体10仅需钻一个通孔即可完成被动式供热系统30的安装，使得被动式供热系统30 能够进行预制，便于在已修建完成的房屋进行安装，实用性较强，不受房屋建造进度的影响，特别适用于老旧房屋。

被动式供热系统30包括安装套31、聚热板32以及传热管组33。安装套31位于墙体10的外侧，聚热板32位于安装套31中，传热管组33贯穿墙体10。聚热板32用于汇聚太阳能并对传热管组33加热，传热管组33中的液态水受热后变成水蒸气，水蒸气将热量传递至房间中，实现被动式供热。

请参照图3，安装套31呈“口”字型，其竖直在墙体10的外侧，安装套31的外侧设有安装凸耳，安装套31的一侧与墙体10接触后，安装凸耳通过螺栓与墙体10固定连接，安装套31的内腔与墙体10的外侧面形成一个一端开口的容纳腔。聚热板32竖直设置在安装套31的内腔中，容纳腔的开口用于太阳光照射到聚热板32上。安装套31的内腔中还设有遮挡件，在本实施例中，遮挡件采用卷帘90，卷帘90位于聚热板32远离墙体10的一侧，用于阻挡太阳光照射到聚热板32上，便于调节聚热板32聚集热量的程度。为了避免雨水等从安装套31与墙体10的连接处渗入，在本实施例中，安装套31与墙体10之间接触的位置设有橡胶制成的密封垫80。

请参照图4和图5，传热管组33包括依次连通的受热管34、连接管35、传递管36以及释放管37。受热管34、连接管35、传递管36和释放管37 的数量均为多根，具体数量以墙面大小、管子直径以及房间面积来确定。

受热管34竖直设置在安装套31的内腔中并位于聚热板32与墙体10之间，聚热板32对受热管34加热后，受热管34内的水受热变成水蒸气。受热管34的顶端与供水管50连通，并且受热管34与供水管50连通的位置设有浮球开关51，浮球开关51的浮球位于受热管34的内部，用于控制受热管 34内的水位线，确保水位线达到一定的高度，从而确保水蒸气的量。受热管 34的底端开口，并通过阀门封口，阀门的存在边缘对受热管34内的水进行释放，在夏季，释放掉受热管34中的水后，不会通过水蒸气向房间输入热量，同时还可以对传热管组33中的水进行更换以及对传热管组33进行清洗。

连接管35贯穿墙体10，在安装时，仅需要在墙体10上钻设用于连接管 35穿过的通孔即可。为了表面水蒸气在连接管35处的热量损失，在本实施例中，连接管35的外侧包裹有隔热材料。

传递管36竖直设置在墙体10的内侧，传递管36的外侧包裹有隔热层 40，避免水蒸气在传递管36处的热量损失，同时避免从墙体10向室内传热而形成横向温度梯度。传递管36连接有喷嘴60，喷嘴60穿过隔热层40并朝向房间内，在房间需要提高湿度时，喷嘴60将水蒸气喷射至房间内，提高冬日房间内的湿度。在本实施例中，连接管35的两端分别与受热管34的顶端以及传递管36的顶端连通。

释放管37水平设置在地板20上，释放管37的一端与连接管35的底端连通，释放管37的另一端穿过墙体10的另一侧并设有开口，水蒸气放热冷凝后从释放管37的管口处流到外界。释放管37靠近地板20的一侧设有保温层70，避免热量的流失，释放管37远离地板20的一侧设有相变材料制成的相变层71，用于储存多余的热量，在冬季夜晚持续为房间供热，保温层 70与相变层71之间设有支撑块72，支撑块72位于相邻释放管37之间，支撑块72能够避免释放管37因挤压而损坏。在本实施例中，释放管37与传递管36一体成型。

为了保证冷凝水能顺利溢出，在本发明的其他实施例中，释放管37 还可以倾斜设置，释放管37与传递管36连接的一端的高度大于释放管37 远离传递管36的一端的高度。

本发明的被动式太阳能房屋的传热原理：在冬季白天，太阳光照射到聚热板32上，聚热板32对受热管34加热，受热管34中的水受热蒸发，水蒸气依次从连接管35、传递管36以及释放管37流动，位于释放管37中的水蒸气释放热量，向房间传递热量，多余的热量储存在相变层71中，同时，还可以打开喷嘴60向房间内喷射水蒸气，提高房间内的湿度，受热管34中的水位线由浮球开关51控制，为了控制房间内的温度，通过卷帘90遮住部分聚热板32，减少水蒸气的量，即可调节房间内的温度。在冬季夜晚，相变层71持续向房间传递热量。在夏季白天，打开受热管34底端的阀门，同时避免供水管50与受热管34连通，释放受热管34内的全部水，此时受热管 34内不会产生水蒸气，也就不会对房间传递热量，为了更好地避免热量的传递，还可以拉动卷帘90，使卷帘90遮挡全部聚热板32。在夏季夜晚，由于相变层71没有储存热量，也就不会向房间传递热量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。