无源自驱多功能智能节能窗的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无源自驱多功能智能节能窗，属于节能窗技术领域。
【背景技术】
[0002] 在我国，从社会能源消费的构成来看，建筑能耗、工业能耗和交通能耗已形成明显 的三足鼎立之势，其中建筑能耗已达到能源消耗总量的33%，而建筑外窗的耗热量占到整 个建筑能耗的40%~50%。采用高效节能窗，能有效减少建筑外窗的热损耗。
【发明内容】
[0003] 本发明目的是为了解决建筑能耗中建筑外窗的热损耗大的问题，提供了一种无源 自驱多功能智能节能窗。
[0004] 本发明所述无源自驱多功能智能节能窗，它包括窗户本体、两片温差发电片、光伏 发电片、散热板、多源电能收集器、VO2薄膜、电热线和单片机，
[0005] 窗户本体包括窗体外框、窗体内框、夹层侧壁和窗玻璃，窗体外框、窗体内框和夹 层侧壁形成凹槽结构的窗户本体，窗体外框和窗体内框上分别固定有窗玻璃；
[0006] -片温差发电片固定在窗体外框的内壁上，另一片温差发电片固定在窗体内框的 内壁上，散热板夹接在两片温差发电片之间，并与夹层侧壁相固定；光伏发电片附着在窗体 外框的外壁上，多源电能收集器固定在夹层侧壁的外表面上，单片机固定在窗体内框的外 表面上；
[0007] 窗体内框上窗玻璃的内侧表面上覆盖有VO2薄膜，VO2薄膜的表面上均匀布置蛇形 排布的电热线；
[0008] 温差发电片的电能输出端连接多源电能收集器的电能输入端，光伏发电片的电能 输出端连接多源电能收集器的电能输入端，多源电能收集器为电热线和单片机提供工作电 源，电热线的通断电控制信号输入端连接单片机的通断电控制信号输出端。
[0009] 它还包括USB接口，USB接口设置在窗体内框上，
[0010] 多源电能收集器将收集的电能进行转换后经USB接口输出。
[0011] 它还包括烟雾传感器、室内温度传感器、光强传感器、红外传感器、室外温度传感 器和ZigBee传感器模块，
[0012] 烟雾传感器和室内温度传感器设置在窗体内框的外表面上，光强传感器、红外传 感器和室外温度传感器设置在窗体外框的外表面上，烟雾传感器、室内温度传感器、光强传 感器、红外传感器和室外温度传感器的传感数据经ZigBee传感器模块传递给单片机；并且 ZigBee传感器模块由多源电能收集器提供工作电源。
[0013] 所述电热线由耐火保温玻璃纤维与康铜加热线绕制，并在其外表面包覆硅橡胶耐 热绝缘层后形成。
[0014] 本发明的优点：本发明在室内外存在20~40度温差，或者户外日照条件较好的情 况下，利用温差发电和光伏发电，为节能窗提供能源。本发明在节能窗领域引用智能家居的 理念，运用ZigBee无线传输、￥02薄膜相变、单片机智能控制，通过一定的措施，实现窗户热 量进出的自适应控制，它显著提高了建筑外窗的节能效果，同时又能够让窗体实现多种实 用功能。
[0015] 本发明通过电热驱动VO2薄膜相变自适应控制窗户热量进出，采用单片机嵌入式 系统和ZigBee无线传输技术实现窗户智能化。￥02薄膜相变可智能调节室内温度，减少制 冷设备、供暖设备的能耗，以达到节能减排的目的。采用无线传输技术通过上位机界面编程 可实时监控室内外环境并提供可视化数据。本发明装置无需额外供能，无污染排放，绿色环 保。装置模块化，成本低，适用范围广，在有阳光、内外存在温差的窗户就可使用。
[0016] 本发明在不影响窗户透光面积的条件下，成功产生电能，并可以供给日常生活小 功率电器使用；ZigBee传感器模块通过组网，可实现对整个建筑物的数据采集，在无需额 外供电的情况下，实现智能化安保防盗、火情监测、建筑能耗统计等多种实用功能。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明所述无源自驱多功能智能节能窗的室外侧结构示意图；
[0018] 图2是本发明所述无源自驱多功能智能节能窗的侧面结构示意图；
[0019] 图3是本发明所述无源自驱多功能智能节能窗的室内侧结构示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0020] 一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述无源自驱 多功能智能节能窗，它包括窗户本体1、两片温差发电片2、光伏发电片3、散热板4、多源电 能收集器5、VO2薄膜6、电热线7和单片机8，
[0021] 窗户本体1包括窗体外框、窗体内框、夹层侧壁和窗玻璃，窗体外框、窗体内框和 夹层侧壁形成凹槽结构的窗户本体1，窗体外框和窗体内框上分别固定有窗玻璃；
[0022] -片温差发电片2固定在窗体外框的内壁上，另一片温差发电片2固定在窗体内 框的内壁上，散热板4夹接在两片温差发电片2之间，并与夹层侧壁相固定；光伏发电片3 附着在窗体外框的外壁上，多源电能收集器5固定在夹层侧壁的外表面上，单片机8固定在 窗体内框的外表面上；
[0023] 窗体内框上窗玻璃的内侧表面上覆盖有VO2薄膜6,VO2薄膜6的表面上均匀布置 蛇形排布的电热线7 ;
[0024] 温差发电片2的电能输出端连接多源电能收集器5的电能输入端，光伏发电片3 的电能输出端连接多源电能收集器5的电能输入端，多源电能收集器5为电热线7和单片 机8提供工作电源，电热线7的通断电控制信号输入端连接单片机8的通断电控制信号输 出端。
[0025] 本实施方式中温差发电片2采用SP1848-27145SA半导体温差发电片，其长宽都 为40mm，厚度为4mm，散热板4截面长宽和发电片一致，厚度可随窗框厚度调整。两片温差 发电片2与散热板4的布置方式，能够保证发电片在冬夏两季的适用，其与窗框形成过盈 配合，即沿温差发电片2与散热板4厚度方向的长度之和略大于窗框厚度，增加温差发电 片2的应力，能够提高其发电效率。窗户本体1长600mm，宽400mm，窗框宽度44mm，窗框厚 度76_。实际应用中窗户本体1长宽尺寸可随窗洞口大小调整，但窗框宽度应大于或等于 44_，以保证能嵌入温差发电片2,窗框厚度应与窗户玻璃层数和厚度相适应，但窗框厚度 不宜过大，避免增加散热板厚度，增加材料消耗量，窗框厚度应取60~100mm。
[0026] 多源电能收集器5为了使其上电子器件能合理布置，长宽高不能过小；为了将多 源电能收集器5嵌入窗框中，长宽高不能过大，可选取：长80~110mm，宽50~70mm，高 30~40mm。多源电能收集器5内部具有稳压电路、可充放电锂电池和USB输出口。可充放 电锂电池采用四节3. 7伏8800mA锂电池。多源电能收集器5能够对两片温差发电片2、光 伏发电片3所产生的电能进行电力电子变换，达到日常生活用电要求，通过变换后可获得 5W的输出功率。
[0027] 单片机8为STM32单片机，其芯片型号为F103,它用来控制电热线7的通断电。单 片机系统板尺寸为长98mm，宽80mm，可与ZigBee传感器模块14通信。单片机具有一块长 60mm，宽50mm，像素尺寸240X320的LED显示屏，利用STM32单片机的显示屏实时显示传感 器检测的各项数据。
[0028] 当室外温度高于室内温度时，因阳光照射产生的热量通过窗户本体1传递给室外 侧的温差发电片2,使其热端温度升高，热量经散热板4散去，避免温差发电片2冷端温度升 高，使室外侧的温差发电片2产生温差，进而产生电能，它能够减小光伏发电片3的表面温 度，提高光伏发电片3的光电转化效率。温差发电片2在温差40 °C时发电功率为0. 45瓦， 光伏发电片3在白天时发电功率为0. 5瓦。同样，当室内温度高于室外温度时，室内的热量 通过窗户本体1传递给室内侧的温差发电片2,使其热端温度升高，热量经散热板4散去，避 免温差发电片2冷端温度升高，使室内侧的温差发电片2产生温差，进而产生电能。
[0029] 多源电能收集器5主要由蓄电池组、降压稳压电路以及阻塞二极管等组成。其电 路相关参数由下式计算：
[0030] 输出滤波器设计：
[0043] 式中：Ipeak-电流峰值；
[0044] I。一输出电流；
[0046] 式中：Iu3_-电感电流有效值。
[0047] 在发电系统中，降压稳压模块的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电 压，快速、平稳、高效地为蓄电池充电，