[发明专利]气温自适应节能装置及节能墙体

说明书

技术领域

本发明属于建筑节能技术领域，尤其涉及一种具有多种温控功能的装置和装设有该装置的节能型建筑构件。

背景技术

在能源危机和环保的双重制约下，节能建筑逐渐成为建筑领域的发展趋势。目前，建筑围护结构节能技术主要包括墙体内/外保温、自保温、夹芯保温等局限于提高围护结构的热工性能或增加围护结构厚度的技术措施。众所周知，这些节能措施仅能满足严寒地区建筑在冬季的节能要求，对于夏天酷热的南方地区，尤其是凉爽的夜间，保温墙体反而可能成为夏季通风降温的阻力，弱化建筑物的节能效果。因此，冬季既能保温、夏季又能防热的建筑节能墙体及节能装置的研制，对减少建筑能耗、实现可持续发展具有重要意义。

目前，太阳能光伏建筑一体化技术得到了快速的发展，由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间，可以缓解城市用地的紧张状况；更重要的是，将太阳能光伏发电方阵安装在建筑围护结构外表面来提供电力，能使得建筑物从单纯的耗能型变为供能型，可缓解城市发展与能源供应的巨大矛盾。然而，在太阳能电池发电的过程中，电池的背面温度高于表面温度和环境气温，随着太阳辐射照度增大和发电功率上升，电池背面温度不断升高；研究表明，光伏电池温度每升高1℃，转换效率平均下降0.4%～0.5%，在实际应用中，光伏电池工作时只有6%～15%的太阳能转换为电能输出，而剩下的85%以上都转换为热能，这使得现有太阳能光伏系统存在光电转换效率较低、发电成本相对较高的问题。为了提高光伏电池的转化效率，目前普遍采用的光伏电池散热方式是以空气或水作为冷却介质，但其效果并不十分理想；而普通节能建筑只是留足了太阳能电池组件的散热空间，在冬季室内需要采暖时，太阳能组件所产生的热能却被白白地浪费掉。因此，研究光伏发电高效率的散热系统对光伏发电系统整体效率的提高具有重要作用。

值得注意的是，太阳能光伏发电产生的是直流电，发电成本仅0.7元/kWh，通常在太阳能光伏发电系统将光能转换成直流电后，再通过各种管线流向汇流箱，汇流箱把集中起来的直流电输往光伏并网逆变器（逆变器的效率为84.4%），再转换成交流电送入电网；加上控制器和传输线路的电力损失，最终的系统能源利用效率大大降低，这导致目前并网发电成本大大提高（并网发电成本大约2元/kWh）。因此，我们有必要研究光伏发电的原地发电、原地用电的应用模式。

另一方面，太阳能驱动的制冷技术目前主要有吸附式和吸收式两类，但是这两类空调的体积大、效率低，难以实现小型化和紧凑化，更难以与建筑物围护结构进行结合实现太阳能建筑一体化的目标。

CN201466046U号中国专利文献公开了一种光电光热保温建筑一体化节能系统，其采用金属导热管对光伏电池基板进行吸热，并将热量储存在水中供给的人们的生产生活。然而，该系统仅仅是被动地将光伏电池板的热量转移到水中，并不是主动对光伏电池板的热能进行主动吸收并冷却，而且其不能实现制冷功能，系统结构也较为复杂，不能实现对室内环境温度的主动控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单紧凑、施工方便、成本低、温控和节能效果好的气温自适应节能装置，相应还提供一种能适应季节和气候变化、具有供热、通风和降温等多种功能的的节能墙体。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种气温自适应节能装置，所述装置由外到内包括有太阳能光伏发电方阵层、散热层、热电热泵芯层和热辐射层，所述太阳能光伏发电方阵层是由光伏电池板拼接而成，所述热电热泵芯层是由热电热泵芯片组成，所述太阳能光伏发电方阵层与热电热泵芯层通过电线连接，电线上接有一电流转向开关。

上述技术方案是基于以下技术思路：即首先利用光伏发电直接产生直流电的光电效应，将产生的直流电直接输送至半导体的热电热泵芯层，然后利用热电热泵芯层在获得较低品位热量方面（如建筑供热，生活热水以及低温干燥等）的高效率和独特优势，将光伏发电技术与热电热泵技术有机结合；在此基础上，通过利用散热风道密闭后形成的空气介质层，使制热时的半导体热泵热电芯片充分吸收光伏电池基板的热量，进而将太阳能光电、光热产生的能量同时利用并有效转化为室内供热，使光伏发电系统、热电热泵系统的利用效率均得到有效提升，以最大限度地提高太阳能光伏发电系统的利用效率和稳定性，提高热源温度，满足建筑的能源供应。