建筑式太阳集热装置 【技术领域】
本发明属于太阳能利用技术，涉及太阳能的光热转换装置，特别涉及一种建筑式太阳集热装置，该集热装置可将建筑物表面接收的太阳光转变成热能并予输出。
背景技术
能源是人类赖以生存和发展的物质基础。太阳能是实现可持续、永恒利用的能源。人们对利用太阳能提供热水或加热空气的装置已经进行了大量的研究，取得了许多成果。
提供热水的装置是通过集热器捕获太阳能的；这些集热器主要有平板太阳集热器和真空管太阳集热器，它们常常被安装在屋顶上。太阳集热器依靠其自身的黑色受光体把太阳辐射光转换成热能，把箱体内的水或真空管内的水加热，以达到利用的目的。
太阳能加热空气的装置则是把太阳集热器受光面所捕获的光转变成热能，再利用流动的空气把热能带走以便利用。这些装置也可以安装在屋项上，但绝大多数安装在地面地空地上。
中国专利01817104.4公开了一种太阳能加热屋顶的装置。美国、日本、英国等均有一些相关专利，它们利用屋顶加热空气等。
无论是采用提供热水的还是加热空气的太阳能装置，它们提供能量的多少很大程度上取决于其太阳集热器受光面的面积大小。为了获取较多的能量，需要较大的受光面积。这样对屋顶的面积要求也会增加，而常常是难以满足要求的。同时，对屋顶的承重要求也会增加。另外这样的集热器还影响美观，一旦出现故障会殃及周邻。
无论是真空管太阳集热器还是平板太阳集热器，它们存在二方面问题。一方面，它们都需要成为一个独立的专用系统进行安装和使用，需占据特定的空间、场地和循环管路，这既受到了场地的限制，安装施工也多有不便，又增加了运行维护和成本费用，还不美观，常常破坏了建筑的整体格调。另一方面，它们都直接用水作热媒。由于水的物理特性也给使用者带来了诸多不便，如在0℃结冰、100℃沸腾、导热系数小、结垢、溢水等一系列问题。热媒工作处于开路循环系统状态。
【发明内容】
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种建筑式太阳集热装置，该装置与建筑物朝阳墙体表面或屋顶的朝阳表面形成一体，成为建筑物的一部分，可实现与建筑物的一体化。
为了实现上述目的本发明采取的技术方案是，一种建筑式太阳集热装置，包括建造在太阳照射墙体上用于收集太阳能的集热墙面，其特点是，在该收集太阳能的墙面上由表及里依次设置有隔热透光层、阳光吸收层、反射墙面辐射层、光热转换墙和封闭在光热转换墙内的用于光热交换的热媒；它们与建筑物墙体之间有一层绝热层；热媒的封闭管路分为主干线和支线；热媒通过热能转移通道和换热器送入房间的的二次供热设备中。
本发明的其它特点是，所述隔热透光层选用氧化物薄膜；阳光吸收层选用金属氧化物薄膜；反射墙面辐射层选用反射性能良好的金属氧化物薄膜。
所述氧化物薄膜为氧化铝或TiO2/Ag/TiO2或铝、钛的氧化物复合涂层等。
所述金属氧化物薄膜为氧化铜黑或氧化铁黑或铬黑或铜底碳化铁。
所述光热转换墙为钢或铁的薄板材料。
所述支线、主干线可以与光热转换墙制成一体。
本发明不仅把建筑物朝阳墙体表面(或屋顶的朝阳面)制成采光板，成为建筑物的一部分，实现了太阳能装置与建筑物的一体化。而且它还把采光板捕获的光转换成热能的同时，采用物理性能优越的热媒把热能迅速输送出去以提高产热量和光热转换效率。除了热媒的物理性能差异之处，本发明的建筑式太阳集热装置采用的热媒是在一个闭路通道中传递能量的。在装置运行过程中，热媒不会减少。始终保证系统处于良好的运行状态。还与传统方式不同的是热媒工作不需要外加强制循环，从结构和工作模式上解决了常规或传统太阳集热器的问题。
【附图说明】
图1是本发明的结构示意图；图中的符号分别为：1.隔热透光层、2.阳光吸收层、3.反射墙面辐射层、4.光-热墙面、5.热媒；
图2是本发明的热媒管路图；图中的符号分别为：6.收集热能枝线，7.传输热能主干，8.热能转移通道，9.换热器；
图3是本发明的实施例示意图：图中的符号分别为：10.集热墙面，11.绝热层，12.二次供热设备。
【具体实施方式】
以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细描述。
依照本发明的技术方案，建筑式太阳集热装置，包括建造在太阳照射墙体上或朝阳屋顶上的用于收集太阳能的墙面10，在该收集太阳能的墙面10上由表及里依次设置有隔热透光保护层1、阳光吸收层2、反射墙面辐射层3、光热转换墙4和封闭在转换墙4内的用于光热交换的热媒5；它们与建筑物墙体之间有一层绝热层11；热媒5的封闭管路分为主干线7和支线6，热媒5通过热能转移通道8和换热器9送入房间的的二次供热设备12中。
隔热透光保护层1选用氧化物薄膜；阳光吸收层2选用金属氧化物薄膜；反射墙面辐射层3选用反射性能良好的金属氧化物薄膜。
氧化物薄膜为氧化铝涂层或TiO2/Ag/TiO2复合涂层或铝、钛的氧化物复合涂层等。
金属氧化物薄膜为氧化铜黑、氧化铁黑、铬黑或铜底碳化铁。
光热转换墙4为钢或铁的薄板材料。
隔热透光层1、阳光吸收层2、反射墙面辐射层3和光转换热墙4构成了收集太阳能的墙面10。墙面10接受太阳光并转变成为热能。它与建筑物墙体之间有一层绝热层11，以防止热能从墙体散失。如此，收集太阳能的墙面10在夏季可阻止阳光的热能直接进入房间、冬季阻碍房间的热能从此处传向室外，有一定的冬暖、夏凉作用。
二次供热设备12用于把换热器9中的热能进行二次疏散。它将根据用户需求配置热媒进行再分配。如用水作热媒，可提供、产出热水以资利用，如洗澡、取暖等；用空气作热媒则产出热空气用于取暖或干燥加工等；用油作热媒用于取暖等等。二次供热设备12还可与电加热、天然气加热或煤炉加热等并网工作，构成互补产热系统以确保全天候供热。
本发明的工作原理是，当太阳光照射在收集太阳能的墙面10时，光线穿过隔热透光层1，在阳光吸收层2被吸收并转换成热能。该热能加热了光热转换墙4中的热媒5，热媒5利用支线6把这些热能吸收，并通过主干线7传输热能，经热能转移通道8传送给换热器9，再送入房间的的二次供热设备12中进行该热能的利用。
隔热透光层1有三个作用，一个作用让阳光透过；第二个作用保护阳光吸收层2以免被风吹、日晒、雨、雪等损坏；第三个作用阻碍光热换热墙4中的热能向外界疏散。阳光吸收层2由吸收率非常高的材料构成，以将照射在其上的阳光吸收并进行热能转换。反射墙面辐射层3的作用主要是把光热转换墙4因自身体热所产生的长波辐射给反射回去，以减少热能传向外界的损失。光热转换墙4由导热良好的材料制成，如钢或铁的薄板材料。热媒5是由导热极好的材料制成，它的作用是在一个闭路中超高速的传递热能。
支线6沿着主干线7呈栅状分布在整个光热转换墙4上，以便其中的热媒5把光热转换墙上的热能吸收、传输出去。主干线7是把支线6中的热能通过热能转移通道8快速的传送到换热器9中。热能转移通道8是连接光热转换墙4和换热器9的传热管道，可根据需要制成不同长短、弯曲形状的管路。换热器9由导热性能良好的材料制成并加工成单位重量、单位体积表面积很大的几何形状，以便于二次供热设备12的热能交换。绝热层11阻止光热转换墙4和热能在传输过程中热能的散失。
封闭管路的支线6、主干线7与光热转换墙4制成为紧密结合为一体，其间热阻几乎为零。
支线6、主干线7、热能转移通道8和换热器9是中空、相通的并且它们还必须是密封的。这样保证热媒5不会出现泄漏。一定密度的热媒5可保证它在这个密闭的通道中超高速的传递能量。
不但热媒5在工作过程中不必进行强制循环，而且换热器9和二次供热设备12也不受重力等因素的限制，可安置在房屋内的任何地方。
按照本发明的装置可取得的效果主要有：
①实现了太阳能利用装置与建筑物的一体化。这样可在建筑物建造时或迁入装修时预先将本发明装置安装。从而克服了常规太阳热水器安装在建筑物的屋顶所产生的一系列问题，如屋顶的承重、美观、循环管路的铺设和管路造成的热能损失和水的浪费等。
②可靠性大幅提高。本发明的结构形式是一种闭路系统，在运行过程中，没有运动部件或流动液体。如常规采用的强制循环泵、水作为热的载体等所引起的问题。
③太阳能装置性能得到改善。本发明的结构完全克服了环境温度过低时结冰造成不能使用甚至膨胀破坏装置的现象，采光板温度过高时产生水的沸腾或结垢导致使用性能下降，上水过量出现溢水等问题。
④提高产热量。由于本发明的建筑式太阳集热装置，采用建筑式的墙面或屋面的结构，自身承载要求很低，不受楼层或屋顶面积限制，这样可大大扩大太阳辐射的采光面积，从而可提供更多的热能。
⑤用途较广。本发明的结构是把太阳光转换的热能传至换热器。再由换热器利用其它热媒二次输往它处；这样它可加热水、加热空气、加热油等以满足不同场合的需要。
总之，本发明可克服常规、传统太阳集热器的弊端、提高自身性能、扩大使用范围。为进一步提高和普及太阳能的利用具有一定的积极作用。
以下是发明人给出的实施例。
如图3所示，这是本发明的一个实施列，隔热透光层1选用氧化物薄膜。阳光吸收层2选用金属氧化物薄膜。反射墙面辐射层3选用反射性能良好的金属氧化物薄膜。热媒5选用准纳米导热材料，光热转换墙4、热媒的支线6、主干线7、热能转移通道8和换热器9分别选用价格低廉的黑色金属薄板、管材料加工而成。绝热层11选用一般的保温材料即可，其管道部分可选用型材。二次供热设备12可以选择暖气包或淋浴器。
收集太阳能的墙面10作为建筑房屋朝阳垂墙外表面的一部分被建造在墙体上。它不需要另加装配支架和固定装置。