一种基于辐射效应的冷热电联产一体化装置的制作方法

本实用新型属于被动式能源利用的技术领域，具体来说，涉及一种基于辐射效应的冷热电联产一体化装置。

背景技术：

随着经济的发展、社会的进步以及人口增加等因素，全球对能源的需求不断增加。但是为了人类发展，不加节制的“敞口式”能源消费，使世界能源资源的紧张形势日益突出。因此，自然能源作为绿色能源，因其取之不尽，间接价值十分可观。被动式建筑就是通过建筑设计，充分利用自然资源，比如太阳辐射制热，制冷等，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, 达到室内环境舒适目的的环保型建筑。被动式能源利用是指在不消耗电能的情况下，利用自然能源可实现制热，制冷等功能。

现在利用被动式能源进行制热，制冷，光伏发电的装置，仅针对一种或两种功能进行设计，比如：基于光伏光热的地下空间太阳能烟囱，基于辐射效应与光伏效应的辐伏电池，基于太阳辐射产生光热效应的太阳能集热器。目前，制热装置、制冷装置和光伏发电的装置为独立装置，用户无法实现三种功能之间的切换。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于辐射效应的冷热电联产一体化装置，实现太阳能集热、辐射制冷与光伏发电的有机结合；根据用户需求，通过辐射效应，实现集热、制冷与发电的功能切换。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用以下技术方案：

一种基于辐射效应的冷热电联产一体化装置，该装置包括腔体，以及分别与腔体连接的百叶组件、辐射制热组件、辐射制冷组件和光伏发电末端；通过旋转百叶组件，实现制冷、集热、发电之间的切换。

作为优选例，所述百叶组件包括n个百叶，n个百叶可旋转连接在腔体的上部；n为大于或等于1的整数；每个百叶包括本体和集热装置，集热装置和本体连接。

作为优选例，所述集热装置为集热层，集热层涂覆在本体顶面；或者，所述集热装置为集热管，集热管固定连接在本体中。

作为优选例，所述百叶组件还包括连接件，所述连接件分别与n个百叶连接。

作为优选例，所述辐射制热组件包括热媒换热器、储热水箱、热媒电动阀、第一管道、第二管道、第三管道和热媒水泵；热媒换热器位于储热水箱中，热媒电动阀和热媒水泵位于第一管道中；第二管道将所有本体并联，且第二管道部分位于本体中，第二管道其余部分位于本体外侧；热媒换热器的热媒输出端与第一管道的输入端连接，第一管道的输出端与第二管道的输入端连接，第二管道的输出端与第三管道的输入端连接，第三管道的输出端与热媒换热器的热媒输入端连接。

作为优选例，所述位于腔体中的第二管道与集热装置贴合。

作为优选例，所述辐射制热组件还包括第一电动阀和第二电动阀，第一电动阀通过第四管道与第一管道连接，且第四管道与第一管道的连接处位于热媒电动阀和热媒换热器的热媒输出端之间；第二电动阀通过第五管道与第三管道连接。

作为优选例，所述辐射制冷组件包括蓄冷水箱、冷媒换热器、冷媒电动阀、光谱选择发射性膜、冷媒输入管道、第一保温材料层、冷媒输出管道、第二保温材料层，第六管道、第七管道和冷媒水泵；光谱选择发射性膜、冷媒输入管道、第一保温材料层、冷媒输出管道、第二保温材料层从上向下依次设置在腔体中；冷媒换热器位于蓄冷水箱中，冷媒水泵位于第六管道或者第七管道中，冷媒电动阀位于第六管道或者第七管道中；冷媒换热器的输出端与第六管道的输入端连接，第六管道的输出端与冷媒输入管道的输入端连接，冷媒输入管道的输出端与冷媒输出管道的输入端连接，冷媒输出管道的输出端通过第七管道与冷媒换热器的输入端连接。

作为优选例，所述冷媒输入管道与光谱选择发射性膜贴合。

作为优选例，所述辐射制冷组件还包括第三电动阀和第四电动阀，所述第三电动阀通过第八管道与第六管道连接，且第八管道与第六管道的连接处位于冷媒换热器的输出端和冷媒电动阀之间，第四电动阀通过第九管道与第七管道连接。

作为优选例，所述光伏发电末端包括光伏发电组件、控制器和蓄电池组；光伏发电组件位于腔体中，且光伏发电组件位于冷媒输入管道和第一保温材料层之间；光伏发电组件的输电端通过控制器与蓄电池组连接。

作为优选例，所述腔体的四周设有保温层。

与现有技术相比，本实用新型实施例具有以下有益效果：本实用新型实施例的装置包括腔体，以及分别与腔体连接的百叶组件、辐射制热组件、辐射制冷组件和光伏发电末端。该装置将太阳能集热、辐射制冷、光伏发电功能集成在同一装置中，不仅可以根据需要通过旋转百叶组件实现不同功能的切换，同时百叶组件、辐射制热组件、辐射制冷组件和光伏发电末端由上往下布置在同一保温腔体中，使得该装置具有小型化，操作灵活方便等优点。该装置不仅可以单独使用，也可以多个装置组合使用，以满足用户的不同需求。本实用新型的装置利用自然能源，可需要实现集热，制冷，发电功能，可大量节约能源，符合绿色建筑的节能理念。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

图2是本实用新型实施例中辐射制热组件的结构示意图；图中，水管的连接方式为并联连接。

图3是本实用新型实施例中光伏发电末端与辐射制冷组件组装后的俯视图；图中，水管的布置方式利用构造理论进行布置；

图4是本实用新型实施例中辐射制冷组件的仰视图；图中，水管的布置方式利用构造理论进行布置。

图中有：腔体1、百叶2、本体201、集热层202、辐射制热组件3、热媒换热器301、储热水箱302、热媒电动阀303、第一管道304、第二管道305、第三管道306、热媒水泵307、第一电动阀308、第二电动阀309、辐射制冷组件4、蓄冷水箱401、冷媒换热器402、冷媒电动阀403、光谱选择发射性膜404、冷媒输入管道405、第一保温材料层406、冷媒输出管道407、第二保温材料层408、第六管道409、第七管道410、冷媒水泵411、第三电动阀412、第四电动阀413、光伏发电末端5、光伏发电组件501、控制器502、蓄电池组503。

具体实施方式

下面，结合附图对本实用新型的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本实用新型实施例的一种基于辐射效应的冷热电联产一体化装置，包括腔体1，以及分别与腔体1连接的百叶组件、辐射制热组件3、辐射制冷组件4和光伏发电末端5。通过旋转百叶组件，实现制冷、集热、发电之间的切换。

作为优选例，百叶组件包括n个百叶2，n个百叶2可旋转连接在腔体1的上部。n为大于或等于1的整数。每个百叶2包括本体201和集热装置，集热装置和本体201连接。本体201可旋转连接在腔体1的上部。本体201旋转，带动集热装置同步旋转。根据需要，旋转本体201，使得本体201面向太阳光，或者背离太阳光，从而控制集热装置的工作。当集热装置朝向太阳光时，集热装置开始收集热量。当集热装置背离太阳光时，集热装置不再收集热量。

集热装置的种类可以有多种。作为优选例，集热装置为集热层202，集热层202涂覆在本体201顶面；或者，集热装置为集热管，集热管固定连接在本体201中。

为控制所有的n个百叶2同步转动，作为优选，百叶组件还包括连接件，连接件分别与n个百叶2连接。百叶2和腔体1可转动连接。通过移动连接件，实现所有百叶2的同步转动。

作为优选例，如图2所示，辐射制热组件3包括热媒换热器301、储热水箱302、热媒电动阀303、第一管道304、第二管道305、第三管道306和热媒水泵307。热媒换热器301位于储热水箱302中，热媒电动阀303和热媒水泵307位于第一管道304中。第二管道305将所有本体201并联，且第二管道305部分位于本体201中，第二管道305其余部分位于本体201外侧。热媒换热器301的热媒输出端与第一管道304的输入端连接，第一管道304的输出端与第二管道305的输入端连接，第二管道305的输出端与第三管道306的输入端连接，第三管道306的输出端与热媒换热器301的热媒输入端连接。当然，第二管道305也可以将所有的本体201串联。

作为优选例，所述位于腔体1中的第二管道305与集热装置贴合。集热装置和本体201连接。当集热装置收集到热量后，第二管道305与集热装置贴合，使得集热装置收集的热量易于传递给第二管道305，从而加热第二管道305中的热媒。

辐射制热过程为：关闭百叶2，打开热媒电动阀303，关闭冷媒电动阀403；辐射制热组件3中的百叶2关闭形成完整的太阳能集热器，太阳辐射照射到辐射制热组件3的集热装置上，转变为热能存储在集热装置中。集热装置将热量传递给第二管道305内的热媒。升温后的热媒通过第三管道306进入热媒换热器301中。在储热水箱302中，热媒换热器301中的热媒和储热水箱302温度较低的水进行换热，实现对储热水箱302中的水加热。换热后，温度变低的热媒再次进入第一管道304中。以此循环。

当需要停止辐射制热时，只需要将百叶2打开即可。这样，太阳光无法照射到百叶2的集热装置上，集热装置也就无法吸收太阳光的辐射，蓄积热量。

第二电动阀309关闭时，加热后的水蓄入储热水箱302待用，第二电动阀309开启时，热水直接供给用户，同时用户侧的冷水通过第一电动阀308的开启进入制热循环。

作为优选例，辐射制热组件3还包括第一电动阀308和第二电动阀309，第一电动阀308通过第四管道与第一管道304连接，且第四管道与第一管道304的连接处位于热媒电动阀303和热媒换热器301的热媒输出端之间；第二电动阀309通过第五管道与第三管道306连接。

通过设置第一电动阀308和第二电动阀309，可以实现加热后的热媒直接供给用户端。热媒可以为水。当第二电动阀309关闭时，从第二管道305中输出的热水通过第三管道306进入热媒换热器301中。当第二电动阀309开启时，从第二管道305中输出的热水通过第三管道306和第五管道进入用户端，直接供给用户。当第一电动阀308开启时，用户端的冷水进入第一管道中，进行加热处理。加热后，通过第三管道306进入热媒换热器301中。当第二电动阀309和第一电动阀308同时开启时，用户端的冷水进入第一管道中，进行加热处理后，直接通过第三管道306和第五管道进入用户端。

作为优选例，如图3和图4所示，辐射制冷组件4包括蓄冷水箱401、冷媒换热器402、冷媒电动阀403、光谱选择发射性膜404、冷媒输入管道405、第一保温材料层406、冷媒输出管道407、第二保温材料层408，第六管道409、第七管道410和冷媒水泵411。光谱选择发射性膜404、冷媒输入管道405、第一保温材料层406、冷媒输出管道407、第二保温材料层408从上向下依次设置在腔体1中。冷媒换热器402位于蓄冷水箱401中，冷媒水泵411位于第六管道409或者第七管道410中，冷媒电动阀403位于第六管道409或者第七管道410中。冷媒换热器402的输出端与第六管道409的输入端连接，第六管道409的输出端与冷媒输入管道405的输入端连接，冷媒输入管道405的输出端与冷媒输出管道407的输入端连接，冷媒输出管道407的输出端通过第七管道410与冷媒换热器402的输入端连接。

上述实施例中，光谱选择发射性膜404可选用纳米光激性选择发射材膜或光谱选择性超材料膜。光谱选择发射性膜404具有较好的透过性能，并且在8-13um波段，具有光谱发射率大于0.90的发射性能。冷媒输入管道405和冷媒输出管道407可以选用毛细管、PVC管、铜管、镀锌钢管，管道在布置方式上依据构造理论，根据装置大小确认构造理论分布的级数。通过构造理论布置，可以提高换热效率，减少热损失。同时，构造理论布置后管路之间的空间可用于布置光伏发电组件。

辐射制冷方法为：

将百叶2打开，例如百叶2呈90°，使得太阳光不再照射集热装置；将冷媒电动阀403打开，光谱选择发射性膜404通过大气窗口与外太空辐射制冷，并将冷量传递给冷媒输入管道405中的冷媒，降温后的冷媒通过冷媒输出管道407进入冷媒换热器402中。冷媒换热器402中的冷媒和蓄冷水箱401中的水进行换热，使得蓄冷水箱401中的水降温，冷媒升温。升温后的冷媒再次进入冷媒输入管道405中，进行降温。以此循环，直至结束。

作为优选例，所述冷媒输入管道405与光谱选择发射性膜404贴合。冷媒输入管道405与光谱选择发射性膜404贴合，使得光谱选择发射性膜404尽可能多的将辐射制冷量传递给冷媒输入管道405中的冷媒。

为使得装置直接与用户侧连接，作为优选，辐射制冷组件4还包括第三电动阀412和第四电动阀413，所述第三电动阀412通过第八管道与第六管道409连接，且第八管道与第六管道409的连接处位于冷媒换热器402的输出端和冷媒电动阀403之间，第四电动阀413通过第九管道与第七管道410连接。

当第四电动阀413关闭时，从冷媒输出管道407输出的冷媒直接进入冷媒换热器402中。当第四电动阀413开启时，从冷媒输出管道407输出的冷媒直接供给用户。当第三电动阀412开始时，用户端将水输送至第六管道409和冷媒输入管道405中，进行冷却处理。处理后的水进入冷媒换热器402中。当同时开启第三电动阀412和第四电动阀413时，用户端供给的水经过冷却后，再次供给用户端使用。

利用光谱选择发射性膜404通过大气窗口与外太空辐射换热的特性，制取部分冷水储存在蓄冷水箱中。在日间，通过辐射制冷获得的冷媒可在进行制冷蓄冷的同时，对温度过高的光伏发电组件501进行冷却，提高光伏发电效率。在夜晚，用户不需要冷水以及光伏发电不运作的时候，辐射制冷的冷量全部储存在蓄冷水箱401中。

作为优选例，如图3所示，光伏发电末端5包括光伏发电组件501、控制器502和蓄电池组503。光伏发电组件501位于腔体1中，且光伏发电组件501位于冷媒输入管道405和第一保温材料层406之间。光伏发电组件501的输电端通过控制器502与蓄电池组503连接。

作为优选例，光伏发电组件501布置在冷媒输入管道405的空隙中，不影响光伏电池的光伏效应。光伏发电方法为：光伏发电组件501产生光伏效应形成电流，通过控制器502传递给蓄电池组503，形成完整的独立光伏发电系统。

为减少外界对腔体1内部的温度影响，腔体1的四周设有保温层。通过设置保温层，隔绝腔体1内部和外部之间的温度影响。

本实施例的装置布置在一腔体内，节省建筑面积。该装置利用百叶形式的太阳辐射制热末端代替完整的太阳能集热板，根据用户需求，实现光热效应，辐射制冷与光伏发电的有机结合，充分利用自然能源，更加人性化。

本实用新型实施例通过光热，辐射效应制取的能量不仅可以蓄入水箱待用，也可以根据用户的需求直接供给用户。另外，辐射制冷白天制取的冷量还可以对光伏板降温，提高光伏发电效率。同时，光谱选择发射性膜404夜间通过大气窗口与外太空辐射换热制取的冷量将储存在蓄冷水箱中，并在白天释放出来。

本实用新型实施例的装置中，辐射制热组件3，辐射制冷组件4和光伏发电末端5可以单独使用，也可以控制元件的开关共同使用。根据用户需求，控制百叶的开启与关闭，实现辐射制热、辐射制冷与光伏发电的切换。具体来说，

当用户需求以制热为主时，关闭百叶2，打开热媒电动阀303，关闭冷媒电动阀403，升温后的热媒通过第三管道306进入热媒换热器301中，与储热水箱302中的水进行换热。储热水箱302中的热水待用。当第二电动阀309开启时，升温后的热媒直接进入用户端。当第一电动阀308开启时，用户端温度较低的水进入第一管道304，进行制热循环。

用户需求以制冷和发电为主时，将百叶2打开，关闭热媒电动阀303，打开冷媒电动阀403，光谱选择发射性膜404通过辐射效应制取冷量，传递给冷媒输入管道405中的冷媒。当第四电动阀413关闭时，冷媒蓄入蓄冷水箱401待用；当第四电动阀413开启时，冷媒直接进入用户端供用户使用。开启第三电动阀412，用户端输出的热水进入制冷循环。

用户需求以发电为主时，将百叶2打开，例如，百叶2呈90°。关闭热媒电动阀303，关闭冷媒电动阀403，此时只进行光伏效应。由于光伏效应时间长了之后会导致光伏发电组件501温度升高，光伏发电效率降低，所以打开冷媒电动阀403，制取冷水的同时对光伏发电组件501降温。当蓄电池组过充电和过放电时，可以通过控制器502中断光伏效应，此时只产生辐射制冷效应。

以上所述的具体实施例，是对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。