一种建筑屋面储能结构体系技术领域
本发明涉及太阳能集热系统与建筑屋面一体化的结构体系，具体的说是一种将太阳池与建筑屋面结构体系结合，从而实现太阳能的存储和利用。
背景技术
太阳池是一种利用盐浓度梯度，将吸收的太阳热能进行储存的装置，它具有廉价、不污染环境、可操作性强优点。其包含上对流层（UCZ），非对流层(NCZ)，和下对流层(LCZ)。上对流层(UCZ)由清水组成，其温度与环境温度相近，具有隔热保温和防止下层溶液被扰动的作用。通过减少由于蒸发作用，以及外界环境风，雨，雪，沙尘外外界环境对盐梯度层的破坏。它的稳定性通过太阳池定期补水来实现；下对流层通常为饱和盐水或者饱和盐溶液充当，用于储存吸收的太阳热能；非对流层是太阳池的关键部分，其盐溶液的各层浓度随着池体深度的增加而增大，因而其密度也呈梯度增大，有效防止了各层盐水之间竖直方向的自然对流，最终使得下对流层达到收集和储存太阳能的目的
诸多太阳能集热系统的高成本、吸热储热性能差缺点限制了太阳能利用的推广，所以创造出一种更加经济高效的太阳能集热装置并将其合理协调地与空间环境相结合对太阳能推广性利用至关重要。太阳池是诸多太阳能集热装置中典型的一种廉价且工艺可操作性强的装置。这为太阳能的高效利用提供了有利条件。近年来，由于人们对环境友好型与能源可持续性问题的关注日益增加，关于人工太阳池的研究也越来越受人瞩目。现今，太阳能的利用主要分为两大类：光电利用和光热利用。其中光热利用主要包括：平板型太阳能集热器，聚光型太阳能集热器。光电利用主要包括：太阳能热动力发电，太阳池发电，太阳能电池。
关于建筑屋面太阳能的利用，主要为太阳能集热器系统，即太阳能热水器系统。它的关键部件是平板吸热部件，平板吸热部件要求对阳光吸收率高，热辐射率低，结构设计合理，以最高效率将吸收的太阳热传递给集热介质，还要求具有长期的耐候性和耐热性能，这无形中给太阳能利用增添了很多成本。而太阳池的结构简单，可操作性强，造价便宜，易于建筑节能中推广。
传统屋面通常包括：保护层，结合层，保温层，防水层，找平层，找坡层、结构层。长期以来人们一直试图将太阳能热水器实现与建筑一体化，根据《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范GB50364-2005》规定：太阳能热水系统应满足安全、适用、经济、美观的要求，并应便于安装、清洁、维护和局部更换。太阳能热水系统应安全可靠，内置加热系统必须带有保证使用安全的装置，并根据不同地区应采取防冻、防结露、防过热、防雷、抗雹、抗风、抗震技术措施。架空在建筑屋面和附着在阳台或墙面上的太阳能集热器，应具有相应的承载能力、刚度、稳定性和相对于主体结构的位移能力。太阳能集热装置在建筑屋面、阳台、墙面或建筑其他部位，不得影响该部位的建筑功能，并应与建筑协调一致，保持建筑统一和谐的外观。随着太阳能热水系统与建筑结合技术的发展，人们需要的是不论是外观上还是整体上都能同建筑与周围环境协调、风格统一、安全可靠、性能稳定、布局合理的太阳能热水系统。屋面的结构性能和使用条件与规范要求都能够满足太阳池和屋面一体化的需要，并通过可行性方案实现传统村镇建筑屋面与太阳池的一体化，并推而广之。
发明内容
本发明的目的是使闲置屋面得到充分利用，提高太阳能利用率，使太阳能储存更为简便，廉价，安全，易于操作。
本发明是将仿海水型太阳池与普通建筑屋面功能相同的部分相结合，实现太阳池建筑屋面一体化，建立一种建筑屋面储能结构体系，包括太阳池，保护层，结合层，保温层，防水层，找平层，找坡层、结构层。具有优良集热效果，防尘效果，安全、廉价、耐久。
一种建筑屋面储能结构体系包括结构层、找平层、保温层、水泥砂浆找平层、基层处理剂层、防水卷材层、隔离层、屋面保护层、太阳池支撑结构层、太阳池、补水单元和淡水池，其中找平层位于结构层上层，保温层位于找平层上层，水泥砂浆找平层位于保温层上层，基层处理剂层位于水泥砂浆找平层上层，防水卷材层位于基层处理剂层上层，隔离层位于防水卷材层上层，屋面保护层位于隔离层上层，太阳池支撑结构层设置在屋面保护层上面，太阳池位于太阳池支撑结构层上，太阳池连接补水单元和谈水池；
其中太阳池包括太阳池上对流层池水防外溢通道，补盐通道支架，补盐通道，悬空式玻璃盖板，盖板支架，换热盘管支架，砌体维护结构层，太阳池外保温层，太阳池池壁、太阳池池底填充无机底料、换热盘管和排水口；补水单元包括水泵、水位表、临时储水箱、临时储水箱支撑、补水管、水源通过管和水流分散器；淡水池包括外水循环管、潜水泵、淡水池池壁、淡水池保温层，淡水池维护结构和淡水池排水口；
太阳池最外层砌体维护结构层，中间层为太阳池外保温层，其内层为太阳池池壁，在太阳池池壁设置有太阳池上对流层池水防外溢通道和补盐通道支架；补盐通道支架悬空固定搭设有补盐通道，太阳池池壁上端设置有盖板支架，盖板支架上搭设有悬空式玻璃盖板，补水管设置在太阳池池壁上，临时储水箱连接补水管，临时储水箱通过临时储水箱支撑固定，临时储水箱设置有水源通过管，水源通过管连接水泵，补水管端口安装有水流分散器，水位表设置在水源通过管上，当临时储水箱中水位过低时，进行指示，补水管为临时储水箱提供水源，太阳池池底填充有太阳池池底填充无机底料，太阳池池底填充无机底料的上端设置有换热盘管支架，换热盘管支架上端设置有换热盘管，换热盘管设置有接口，其接口连接外水循环管，外水循环管连接潜水泵，淡水池维护结构位于外层，淡水池保温层位于内层，淡水池池壁的下端设置有淡水池排水口,潜水泵设置在淡水池内，太阳池池底设置有排水口。
所述的太阳池池底填充无机底料,太阳池中填充不同浓度盐溶液，盐溶液包含复合盐，所述的复合盐包括：工业NaCl，工业MgCl2，工业Mg2SO4，各自所占盐的质量百分比为：NaCl:70%~75%，MgCl2:10%~20%，Mg2SO4:10%~15%。
所述的太阳池总尺寸为：长3m~5m，宽2m~4m，高为50cm~100cm；淡水池的体积为200L~400L。
所述的太阳池池壁内表面为凹凸多孔型。
所述的悬空式玻璃盖板为凸形玻璃制成。
所述的太阳池池壁材料采用金属、塑料或无机砌体材料；所述的太阳池支撑结构层采用钢筋混凝土结构；所述的换热盘管采用氯化聚氯乙烯管、丁烯管、塑覆铜管或硅胶管；所述的太阳池外保温层采用材料为有机类或无机类保温材料，其中有机类保温材料采用：聚氨酯泡沫、聚苯板、酚醛泡沫或胶粉聚苯颗粒；无机类保温材料采用：气凝胶毡、玻璃棉、岩棉、膨胀珍珠岩或微纳隔热板。
本发明的优点：
本发明将太阳池和屋面结构相结合，既发挥了太阳池结构简单，造价低廉，易于在建筑节能中得到推广的优势，又可以将建筑屋面空间得到充分的利用，节约土地资源。整个建筑屋面体系可以借助太阳池装置将太阳能吸收并储存，具有廉价、不污染环境、可操作性强等优点，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明实施例2储能效果图；
图3为本发明实施例3储能效果图；
图中：1.屋面结构层，2.找平层，3保温层，4水泥砂浆找平层，5基层处理剂，6防水层卷材，7隔离层，8屋面保护层，9太阳池支撑结构，10太阳池上对流层池水防外溢通道，11补盐通道支架，12补盐通道，13悬空式凸型玻璃盖板，14盖板支架，15分散器，16补水管，17水源通过管，18临时储水箱，19换热盘管支架，20砌体维护结构层，21太阳池外保温层，22太阳池池壁，23太阳池池底填充无机底料，24外水循环管，25水位表，26潜水泵，27淡水池保温层，28淡水池维护结构，29淡水池排水口，30水泵，换热盘管31，32排水口，33临时储水箱支撑33，34淡水池池壁。
具体实施方式
本发明的详细结构结合具体实施例进行说明。
实施例1
如图1所示，一种建筑屋面储能结构体系包括，屋面结构层1，其上是找平层2，其上是保温层3经过计算设置，其上是水泥砂浆找平层4，其上刷基层处理剂一遍为5，其上为防水层卷材6，其上为隔离层7，其上为屋面保护层8，其上是太阳池支撑结构9，将太阳池的所有力传至建筑物承重结构，其上是太阳池整体结构。
太阳池整体结构包括：太阳池最外层砌体维护结构层20，其中间层为太阳池外保温层21，其内层为太阳池池壁22，太阳池池壁22内表面为凹凸多孔型。太阳池内部分为上对流层（UCZ），下非对流层（NCZ），下对流层（LCZ）。太阳池池底设置排水口32。太阳池池底填充无机底料23，底料的上端为换热盘管支架19，换热盘管支架上端为换热盘管31。换热盘管31设置接口与外水循环管24连接。外水循环管24与淡水池中的潜水泵26连接，淡水池为换热盘管31提供循环水，潜水泵26为淡水池提供水循环动力。直立的管状结构为补盐通道12，，补盐通道12悬空搭设在补盐通道支架11上，补盐通道支架11的左端与砌体维护结构层20连接，右端与补盐通道11连接固定。补盐通道11距离太阳池池壁水平距离10cm~20cm，10为太阳池上对流层池水防外溢通道。太阳池池体上端为太阳池的悬空式凸型玻璃盖板13，悬空式凸型玻璃盖板13由盖板支架14悬空搭设。淡水池由淡水池保温层27与淡水池维护结构28组成。淡水池的下端设置淡水池排水口29。太阳池设置补水单元。其中补水单元的池体盐溶液灌注水分散器15，其后期作为上对流层淡水补水分散。太阳池水分散器15通过补水管16，与临时储水箱18相连。补水单元通过水位表25确定太阳池水位情况，然后通过水泵30提供水源通过管17，向临时储水箱18中补水，临时储水箱18通过连通器原理，通过水分散器15进行太阳池补水。太阳池容器，盐溶液，补盐通道12，补盐通道支架11，补水设施，保温层，防水层，淡水池，换热管，换热管支架，太阳池外保温层，太阳池砌体维护结构层，支撑结构层，防水处理，太阳池排水口，淡水池排水口，淡水池保温体系，淡水池砌体维护结构层，淡水池池壁。要说明的是，以上太阳池部分，并非只限定为一个大太阳池，如果小太阳池将实现工业化，可以将小太阳池进行并联后组装成大太阳池。这更便于太阳池与建筑屋面相结合。
所述的23太阳池池底填充无机底料,太阳池中填充不同浓度盐溶液，盐溶液包含复合盐，所述的复合盐包括：工业NaCl，工业MgCl2，工业Mg2SO4，各自所占盐的质量百分比为：NaCl:70%，MgCl2:20%，Mg2SO4:10%。太阳池由上对流层，非对流层和下对流层组成，各层占太阳池总体积分配比例分别为：上对流层：10%-15%，非对流层：40%-50%，下对流层：30%-40%。上对流层为自来水，下对流层为饱和溶液，盐度为30%~40%；非对流层的层数为5-7层，每层厚度均匀设置约为3cm~10cm。
太阳池总尺寸为：长3m~5m，宽2m~4m，高为50cm~100cm。其中长度和宽度应该根据房屋，梁和承重墙的位置进行调节，太阳池的设置应该满足建筑结构设计合理性与安全性要求，将太阳池的重力通过支护结构传递给梁与承重墙。
太阳池所用无机底料要通过调节材料的孔隙率和黑度从而优化太阳池的储热吸热性能和太阳池盐浓度梯度稳定性。
太阳池池壁22采用内粘法做多孔状凹凸处理，并将内壁涂刷沥青或黑色涂料，不仅起到了维持太阳池自身稳定性的作用，而且由于沥青的涂刷增加了池体黑度，也增加了太阳池的吸热性能。
太阳池池壁22材料采用金属，可为工业制作或人工砌筑池体，如果是金属壳体，要做好防锈处理；砌筑材料采用：烧结普通砖或者烧结多孔砖。尺寸厚度依据太阳池尺寸和保温层厚度进行设置。太阳池可以采用多个太阳池并联，也可采用整体砌筑或制作的方法。
太阳池支撑结构9采用钢筋混凝土结构，其构造设计按照钢筋混凝土板相关标准进行制作：可以采用两边受力的单向支承板，也可采用四边受力的双向支承板，当长边与短边之比小于或于2时，应该按照双向支承板进行计算受力和配筋；当长边与短边之比大于2但小于3时，按照双向支承板进行受力计算和配筋；当按延短边方向受力单向支承板进行计算时，应沿长边方向不知足够数量的构造筋，当长边与短边长度之比大于于3是，应该按照短边方向受力的单向支承板计算。板的厚度与计算跨度有关，板的支承长度不能小于规范长度，板的保护层厚度一般为15~30mm，受力钢筋的直径常为6、8、10、12mm.，间距不宜大于250mm。混凝土的强度级一般采用C20以上。
补盐通道支架11和补盐通道12均采用通过PVC管，PP管或者PE管制作而成，补盐通道12的直径应该为10mm~30mm，通过补盐通道支架11悬空设置，底端离池底的距离应为5mm~10cm。补盐通过人工操作完成，盐的种类为权利要求4所述复合盐。
太阳池内部换热盘管31可以采用氯化聚氯乙烯管（PVC-C），管部外径尺寸为12mm，13mm，14mm，16mm，19mm，其外径通过实际需要进行选定。换热盘管31支架采用碳素钢，或金属制作，做好防老化，防腐蚀，防原电池反应处理。并将换热盘管31与支架进行固定，换热盘管31的放置方式可以采用回折型，平行型，双平行型，换热管在太阳池池体上所形成的进出口应在换热管放置完毕后作密封处理。
太阳池池体设置太阳池外保温层21，太阳池外保温层21所用材料可以由有机类保温材料，其中有机类保温材料可采用：聚氨酯泡沫、聚苯板、酚醛泡沫、胶粉聚苯颗粒。保温层厚度为6cm~10cm，保温层处进行防水处理，避免水分进入或保温材料吸潮而影响保温效果。太阳池围护结构，采用人工砌筑。太阳池池体底部也做外保温处理，保温层的下部为支撑结构。支撑结构采用钢筋混凝土结构，其构造设计按照建筑工程设计相关标准进行设施。
太阳池池体上部为悬空凸形玻璃质盖板，尺寸和厚度根据工艺要求进行选定。玻璃盖板面积不宜过大，所以可将盖板分隔成多块。并调节好玻璃盖板与池体溶液的位置，让光线聚焦点处于下对流层，力图使得太阳池吸收更多热量，玻璃的悬空高度经过太阳池的下对流层深度和凸型玻璃矢跨比进行确定。玻璃盖板悬空设置，既防止了结露而阻止了光线的进入，也起到保护太阳池作用，防止风雨自然现象以及冰雹自然灾害对于太阳池的破坏，并起到防尘作用。盖板支架采用金属制支架并做防锈处理，可进行高度调节。
太阳池中换热盘管31的循环水由谈水池提供，淡水池采用浅水泵26提供动力，从而进行热量提取，淡水池的体积为200L~400L，淡水池的位置应设置在地面上。太阳池换热盘管31进水口和出水口分别与淡水池中水的循环管进行对接并做好密封处理。太阳池的淡水池和太阳池池体本身都要设置排水口32均应设置在池体的最下部，并连接开关阀和导水管。
太阳池的补水单元，应该由水位表来判断上对流层的位置，由水泵抽取自来水至临时储水箱18，临时储水箱18与水流分散器15相连，水流分散器15漂浮与太阳池上对流层表面，储水箱的出水口的高度应该与太阳池上对流层设置高度平齐，储水箱利用连通器原理将水缓缓补入太阳池上对流层，防止应加水而引起太阳池盐度层人为扰动。太阳池体上部设置防止补水外溢的排水系统，排水系统通过水管将多余水导出太阳池。补水单元防止应加水而引起太阳池盐度层人为扰动。
太阳池池体支护结构下为普通屋面构造体系：屋面构造体系由上向下的顺序分别为：保护层；0.5mm厚隔离层；1.2mm厚高分子防水卷材；1.5mm厚高分子防水涂料，刷基层处理剂一遍；20mm厚砂浆找平层；20mm厚（最薄处）1:8水泥加气混凝土碎渣找坡2%；保温层按规定计算选择；20mm厚1:2.5的水泥砂浆找平层；钢筋混凝土屋面板。
保护层，当采用柔性防水层以及倒置式屋面时，在保温层上面均应设保护层。作为屋面的保护层，如为上人屋面，可以选用：8~10mm厚地砖块材、预制混凝土板（30mm×250mm×250mm，40mm×370mm×370mm），或架空混凝土板（40mm×490mm×490mm，混凝土C20配双向Ф4150钢筋），板缝采用1:2水泥砂浆，或者40mm厚细石混凝土（表面分格缝间距＜2m）填实。如为不上人屋面，可以撒粒径为2~5mm的绿豆沙（中砂）或卵石（粒径10~30mm，厚度50mm），或者刷浅色反光涂层2道，或抹水泥砂浆面层（20mm厚，分格缝间距1m）
防水层材料有：（1）柔性发的为卷材和涂膜，包括合成高分子防水卷材：其中常用的包括SBS改性沥青，APP改性沥青，自粘聚酯胎改性沥青；合成高分子改性沥青，常用的有：硅橡胶，聚硫橡胶，聚氨酯和丙烯酸酯类；（2）刚性的为细石混凝土。
保温层应根据热工分区经计算确定，为防水级为Ⅰ、Ⅱ级的建筑屋面，要求传热系数较小的屋面和建筑标准较高的屋面，宜选用导热系数和干密度小的保温材料，以减轻屋盖的自重。
找平层当采用1:2.5的水泥砂浆时，在现浇板面上为20mm厚，在整体或者板状材料保温层上为25mm厚，在预制混凝土板上为30mm厚。采用细石混凝土找平时，为35mm厚。找平层应留分格缝，其纵横间距不大于6m缝宽为5~20mm，并嵌填密封材料。在结构板缝处对应地留置分格缝。
隔离层可根据屋面设计规范和设计级进行选定。隔离层一般为：干铺无纺聚酯纤维布，0.5mm厚塑料薄膜。
找坡层可根据屋面设计规范和设计级进行选定找坡层一般为20mm厚（最薄处）1:8水泥加气混凝土碎渣找坡2%，或者钢筋混凝土屋面板结构找坡3%
实施例2
所述的23太阳池池底填充无机底料,太阳池中填充不同浓度盐溶液，盐溶液包含复合盐，所述的复合盐包括：工业NaCl，工业MgCl2，工业Mg2SO4，各自所占盐的质量百分比为：NaCl:75%，MgCl2:10%，Mg2SO4:15%。
太阳池池壁22材料采用塑料，如果塑料壳体，要做好防老化和耐久性处理；可采用无机砌体材料，如果为人工砌体，要做防水处理；如果是金属壳体，要做好防锈处理；砌筑材料采用：混凝土多孔砖或者混凝土实心砖。尺寸厚度依据太阳池尺寸和保温层厚度进行设置。
太阳池内部换热盘管31可以采用丁烯管（PB管），管部外径尺寸为12mm，13mm，14mm，16mm，19mm，其外径通过实际需要进行选定。
太阳池池体设置太阳池外保温层21，太阳池外保温层21所用材料可以由无机类保温材料，其中无机类保温材料可采用：气凝胶毡、玻璃棉、岩棉、膨胀珍珠岩、微纳隔热板。
建筑屋面储能结构体系实施例2的储能效果如图2所示。
实施例3
所述的23太阳池池底填充无机底料,太阳池中填充不同浓度盐溶液，盐溶液包含复合盐，所述的复合盐包括：工业NaCl，工业MgCl2，工业Mg2SO4，各自所占盐的质量百分比为：NaCl:72%，MgCl2:15%，Mg2SO4:13%。
太阳池池壁22材料采用无机砌体材料，如果为人工砌体，要做防水处理；如果是金属壳体，要做好防锈处理；如果塑料壳体，要做好防老化和耐久性处理，砌筑材料采用：蒸压灰砂砖或者蒸压粉煤灰砖。尺寸厚度依据太阳池尺寸和保温层厚度进行设置。
太阳池内部换热盘管31可以采用塑覆铜管或者硅胶管，管部外径尺寸为12mm，13mm，14mm，16mm，19mm，其外径通过实际需要进行选定。
太阳池池体设置太阳池外保温层21，太阳池外保温层21所用材料可以由有机类保温材料，其中有机类保温材料可采用：聚氨酯泡沫、聚苯板、酚醛泡沫、胶粉聚苯颗粒。
建筑屋面储能结构体系实施例3的储能效果如图3所示。