一种房屋温控方法

1.本发明涉及太阳能利用技术领域，具体涉及一种利用太阳能实现的房屋温控方法。


背景技术：

2.自工业革命以来，全球经济飞速发展，人类对能源的需求日益增加，化石能源的大量使用引发的能源短缺和环境污染一直是制约国家经济发展的一大因素。随着我国经济持续的增长和国民生活质量的不断提高以及城市的不断飞速发展，建筑能耗己经成为我国总能源消耗的重要组成部分。由此看来，建筑节能己经成为我国实现可持续发展的重大手段。
3.太阳能、地热能作为典型的新能源，具有存储量大、清洁污染、分布广泛等特点，但也具有能源密度低、利用难度大、开采运输不方便等缺点，另外，单一能源季节性供给能力与终端实际用能需求的时间尺度矛盾也比较大，尤其是太阳能的利用随季节、气候及昼夜变化较大，供能稳定性较差，需要与不同品位能源进行有机协同，保证能源供给多元化和稳定化，提高能源的综合利用效率。用电、供暖、供冷、热水作为用户的基本用能需求，利用多种清洁能源互补供能实现对用户高效稳定的冷热电联产联供，可以有效降低对传统化石能源的依赖，不仅减少环境污染问题，更可以助力国家实现碳中和。
4.目前，太阳能的主要利用技术为太阳能光伏及光热两种，其中用户利用太阳能集热器收集光热用于生活热水，而太阳能光伏则是利用pv电池实现光电转换。然而，pv电池的实际光电转换效率远低于实验工况下的光电转换效率，这一方面是因为组件性能有所衰减，另一方面则是组件温度的增加会降低光电转换效率，有关学者提出了在背部利用流体通道带走组件热量以提高其光电转换性能和并实现太阳能光热利用，即太阳能光伏光热一体化组件（pv/t）。
5.传统的太阳能光伏光热一体化组件（pv/t）通常为管板式结构，即太阳能板背后设在多根并列的管状的流体通道进行换热。这种传统的管板式水冷型pv/t组件存在组件流体通道与光伏电池换热不充分的问题，尤其是流体通道与电池组件未接触部分散热效果不佳，pv组件的光热转换效果不佳，对pv组件光电转换效果提升不明显。同时因为流体通道的存在，电池组件存在温度分布不均现象，而不均匀的温度分布将导致电池内部的电压和电流差异以及电池之间的匹配失谐，从而影响系统的整体填充因子，降低了光电转换效率。
6.另外，虽然太阳能光伏光热一体化组件（pv/t）能有效提高太阳能综合利用效率，助力太阳能利用技术推广适用，然而太阳能辐射强度随昼夜交替、季节变换以及天气变化而变化，单独以太阳能供能实现热电联产联供需求，仍然存在供能不稳定的缺点。同时夏季非供暖期，pv/t组件产热虽多但只能用于供生活热水，因为pv/t组件需要满足用户用电需求，pv/t组件数量较多，故夏季产热水也十分充足，供生活热水远有富余，但冬季往往供能不足，故还存在供需关系不匹配，导致能源利用效率不高的缺陷。而且冬季夜晚还存在环境温度过低导致太阳能光伏光热一体化组件内用水导热存在冻结的缺陷；以及还需要进一步考虑怎样解决单一能源季节性供给能力与终端实际用能需求的时间尺度矛盾，将不同品位
能源进行有机协同，提升能源供给多元性和能源综合利用效率。


技术实现要素：

7.针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够利用太阳能和地下土壤实现的房屋温控方法，以更好地节能减排，解决太阳能供应和需求矛盾，提高其综合利用效率。
8.为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种房屋温控方法，其特征在于，采用吸收存储太阳光照热量的蓄热容器作为低位热源，采用地埋管作为低位冷源，通过热泵装置将其转换为高位热能和冷能后为建筑进行供暖和供冷，实现房屋内温度调控。
9.这样，本发明充分利用了太阳能和地下土壤冷能作为低位热源冷源，采用热泵装置调高品位后为建筑房屋内供暖和供冷，故充分利用了清洁能源，达到节能减排的效果。
10.进一步地，热泵装置做功以及控制过程依靠太阳能发电作为电源实现。
11.这样，无需额外的电力损耗，更好地达到节能减排的效果。
12.进一步地，本房屋温控方法，可以采用一种基于太阳能利用的房屋温度调控系统实现，所述基于太阳能利用的房屋温度调控系统，包括一个太阳能光伏光热装置，太阳能光伏光热装置包括位于上表面的太阳能电池板，太阳能电池板下方还设置有换热通道结构，换热通道结构一端设置有换热通道进水口，另一端设置有换热通道出水口，还包括有一个相变蓄热容器，相变蓄热容器内存储有相变蓄热材料，相变蓄热容器内还设置有集热侧换热盘管和供热侧换热盘管，集热侧换热盘管和换热通道进水口以及换热通道出水口连通并形成循环管路；其中，相变蓄热容器内的供热侧盘管连接到一个房屋温控系统内，房屋温控系统包括所述相变蓄热容器及其内的供热侧盘管，供热侧盘管的输出端和回流端各通过一根供热管道连接到一个热泵的输入侧换热器上并形成循环，热泵的用户侧换热器和房间内的室内温控装置相连并形成循环；房屋温控系统还包括一个设置于房屋建筑地下的地埋管网，地埋管网的输出端和回流端各通过一根供冷管道连接到热泵的输入侧换热器上并形成循环，使得地埋管网和相变蓄热容器内的供热侧盘管形成并联。
13.这样，太阳能光伏光热装置可以输出并积蓄热量在相变蓄热容器内，进一步可以通过热泵转换为更高品位的热源并为房间内供热，更好地开发和提高了太阳能光伏光热装置的热利用效率。同时，还可以充分利用地下土壤冬暖夏凉的特点，在冬季可以优先采用相变蓄热容器为房屋供热，当相变蓄热容器内热量不足时，可以再通过地埋管网单独或一起为房屋供热。同时在夏季时，地埋管网还可以作为冷源，通过地埋管网为房屋供冷，极大地提高了系统对房屋内部的温度调控能力。
14.进一步地，两根供热管道分别和两根供冷管道并联后，通过两根热泵输入衔接管道连接到热泵的输入侧换热器，和供热侧盘管输出端相连的供热管道上设置有第五开关阀，热泵输入衔接管道上设置有第六开关阀，在一根热泵输入衔接管道上还设置有第二水泵；还包括一根短路切换管道和一根回流切换管道，所述短路切换管道两端连接在两根热泵输入衔接管道上并将第二水泵和第六开关阀隔开，第二水泵位于短路切换管道和相变蓄
热容器之间，所述短路切换管道上安装有第七开关阀；所述回流切换管道的两端分别连接在地埋管网的输出端以及供热侧盘管回流端上，和地埋管网的输出端相连的供冷管道上安装有第八开关阀，所述回流切换管道上安装有第九开关阀，和供热侧盘管回流端相连的供热管道上安装有第十开关阀。
15.这样，采用上述管道连接结构，不仅仅能够实现地埋管网和相变蓄热容器的并联，而且可以通过对应开关阀和管路的切换控制实现地埋管网和相变蓄热容器的串联，使得在夏季依靠地埋管网为房屋供冷结束后，在过渡季节中调整地埋管网和相变蓄热容器的串联，将相变蓄热容器中多余的热量补充往地埋管网内存储，并在冬季当相变蓄热容器内热量不足时，可以依靠地埋管网内存储的热量更好地为房屋供热。故能够更好地实现能量的转换、存储和利用，极大地提高了太阳能的整体利用效率。具体地说，当控制相变蓄热容器为房屋供热时，只需打开第五开关阀、第二水泵、第六开关阀和第十开关阀，关闭第七开关阀、第八开关阀和第九开关阀即可实现控制。当控制地埋管网为房屋供热或者供冷时，只需打开第八开关阀、第二水泵、第六开关阀，关闭第五开关阀、第七开关阀、第九开关阀和第十开关阀，即可实现控制。当控制相变蓄热容器为地埋管道补充蓄热时，只需打开第五开关阀、第二水泵、第七开关阀、第九开关阀，关闭第六开关阀、第八开关阀和第十开关阀，即可实现控制。这样采用了更少的管道，以及只需要一个水泵即可实现几种换热方式的切换控制，极大地精简了构件，降低了成本。实施时，上述各开关阀和水泵均和中央控制器相连，方便实现自动化控制。实施时，相变蓄热容器内还设置有第三温度计，可以更好地检测相变蓄热容器的温度以辅助实现控制。实施时第三温度计可以和中央控制器相连，实现自动化检测控制。实施时第三温度计为侵入式温度探头，方便实现温度检测。
16.进一步地，相变蓄热容器内的相变储热材料采用以cacl2·
6h2o作为主要成分的水合无机盐相变材料，具体制备方法为：按无水cacl2与h2o质量比1.027:1进行取样后，将无水cacl2分量加入去离子水中搅拌至溶解完全，将称取的质量分数2.0%石墨烯纳米片加入cacl2溶液中并超声震荡15min后，再加入质量分数0.2%srcl2·
6h2o作为有效成核剂制得。
17.这样，该水合无机盐相变材料属于一种混合相变蓄热材料，可表征为2.0%gnps/0.2%srcl2·
6h2o/ cacl2·
6h2o，该相变材料相变温度为30-35℃，传统的cacl2·
6h2o水合无机盐相变材料虽然有较高的相变潜热能力，但导热效果一般，故在相变蓄热材料中融入2.0%石墨烯纳米片可以大大提高其导热性能，提高了装置的散热效果。
18.进一步地，所述热泵包括相对设置的一个输入侧换热器和一个用户侧换热器，输入侧换热器的两个输出端与用户侧换热器的两个输入端之间通过两根循环连接管道相连并构成循环，一根循环连接管道上设置有热力膨胀阀，另一根循环连接管道上设置有一个四通换向阀，四通换向阀的两个接口连接在该根循环连接管道上，四通换向阀的另外两个接口连接有两根旁通管，两根旁通管的另一端连接回该根循环连接管道，在其中一根旁通管上设置有压缩机。
19.这样，输入侧换热器和用户侧换热器之间形成热循环，热循环过程中通过压缩机做功实现热量的转换以及热品位的提升，以及四通换向阀的切换改变循环流向实现泵热和泵冷的切换控制，结构简单，控制可靠。
20.进一步地，所述热泵中用户侧换热器的两个输出端各自连接有一根用户连接管道，用户连接管道上设置有第三水泵，两根用户连接管道远离热泵的一端各设置有三通阀，
用于输出的用户连接管道上的三通阀的两个接口分别通过管道连接往一个天花板冷辐射装置的输入端以及一个地板热辐射装置的输入端，用于回流的用户连接管道上的三通阀的两个接口分别通过管道连接往天花板冷辐射装置的输出端以及地板热辐射装置的输出端，天花板冷辐射装置安装在房屋顶部位置，地板热辐射装置安装在房屋底部位置。
21.这样，采用天花板冷辐射装置从上方为房屋内部供冷，采用地板热辐射装置从下方为房屋内部供热，能够更好地提高冷热供应效率以及人体舒适度。
22.进一步地，所述天花板冷辐射装置包括从上到下依次设置的楼板层、天花板隔热层、天花板相变材料蓄热层和吊顶层，天花板相变材料蓄热层内具有竖向设置的天花板支架，还具有水平间隔排列设置的天花板水管，所述天花板水管上设置形成天花板冷辐射装置的输入端和输出端。
23.这样，热泵产生的冷水通过天花板水管，给房间进行供冷，冷量一部分通过对流换热和导热传给吊顶层，再通过对流换热和辐射换热给室内供冷，另一部分冷量储存在天花板水管所在的天花板相变材料蓄热层进行储存，在热泵不工作时由相变蓄热层储存的冷量直接供冷。支架起到加强支撑作用，防止因相变材料升温相变时掉落问题，隔热层起到保温作用。
24.进一步地，天花板相变材料蓄热层中的相变材料mepcm作为相变物质，以80目木粉和高密度聚乙烯作为载体基质制得，具体制作过程为：先将80目木粉用浓度为15%的naoh溶液浸泡48h，经漂洗、自然风干后，放入80℃的烘箱中干燥12h，然后利用硅烷偶联剂对木粉表面进行二次处理；再将质量分数24.2%mepcm、23.4%80目木粉、46.8%高密度聚乙烯、5.6%微粉石墨及少量加工助剂聚乙烯蜡及硬脂酸投入高速混合机中，先低速混合后，再高速混合；然后将混合后物料热压塑化成型制得。
25.这样是因为考虑到此相变材料蓄热层位于吊顶上，直接采用固-液相变蓄热材料容易有易泄露难维护的缺点，因此实施时可以采用复合新型聚合物基fspcm作为相变材料，其特点在于利用相变物质和载体基质形成一种稳定的类似固-固相变材料，不具流动性。具体地说，相变蓄热材料采用mepcm作为相变物质，以80目木粉和高密度聚乙烯作为载体基质。制作过程如下：将80目木粉用浓度为15%的naoh溶液浸泡48h，经漂洗、自然风干后，放入80℃的烘箱中干燥12h，然后利用硅烷偶联剂对木粉表面进行二次处理。将质量分数24.2%mepcm、23.4%80目木粉、46.8%高密度聚乙烯、5.6%微粉石墨及少量加工助剂聚乙烯蜡及硬脂酸投入高速混合机中，先低速混合后，再高速混合。根据需要样品的厚度称取一定数量的物料，装入阴模中铺平铺料之前己在模具表面喷涂脱模剂，合上阳模，放入热压机中进行热压塑化。热压温度可选择150-175℃，热压压力可选择4-10mpa，热压时间为20-40min。最终模具送到冷压机上进行保压冷却定型。冷压压力可选择10-14mpa，当模具温度低于50℃时得到制品。该复合新型聚合物基fspcm材料相变温度为15-18℃，非常适合用于此处为房屋供冷使用。
26.进一步地，所述地板热辐射装置包括由上到下依次设置的地板层、地板相变材料蓄热层、地板隔热层及地基层，地板相变材料蓄热层内具有竖向设置的地板支架以及水平间隔排布的地板水管，所述地板水管上设置形成地板热辐射装置的输入端和输出端。
27.这样，热泵产生的热水通过地板水管，给地板热辐射装置进行供热，热量一部分通过对流换热和导热传给地板层，再通过对流换热和辐射换热给室内供暖，另一部分热量储
存在水管层两侧的地板相变材料蓄热层进行储存，在热泵不工作时由相变材料储存的热量直接供暖。地板支架起到支撑地板层作用，防止因相变材料升温相变时坍塌问题，地板隔热层起到保温作用。
28.进一步地，地板相变材料蓄热层中的相变储热材料采用无机相变材料，按质量百分比计配方为：27％六水氯化钙、25％水、23％六水氯化锶、7.5％氯化钠、7.5％马来酸酐、6.5％甲酸钠以及3.5％过硫酸钾配备制得。
29.这样，该相变材料的相变温度40℃～45℃，可以很好的满足地暖供热温度需求。
30.进一步地，太阳能电池板通过光伏逆变器一体机和蓄电池相连，蓄电池和各电气构件相连并供电。
31.这样，进一步利用了太阳能电能供电，更好地节能减排。
32.进一步地，太阳能光伏光热装置上还设有用于检测太阳能电池板温度的第一温度计，换热通道进水口和换热通道出水口之间通过换热水管连接一个生活热水水箱并形成循环，生活热水水箱和生活用热水管道相连，所述换热水管上安装有第一水泵和第一开关阀，其中，所述集热侧换热盘管通过余热换热管路并联在生活热水水箱的两端，第一开关阀位于换热水管中和余热换热管路并联的管路段上，第一水泵位于换热水管中和余热换热管路串联的管路段上，余热换热管路上设置有第二开关阀，所述生活热水水箱内还设置有第二温度计，第一温度计和第二温度计分别和中央控制器相连，中央控制器分别和第一水泵、第一开关阀和第二开关阀相连。
33.这样，系统工作时，太阳能光伏光热装置中太阳能电池板受太阳照射，可以发电并为电网以及蓄电池供电。同时通过第一温度计检测太阳能电池板温度，当其温度过高而影响发电效率时，通过中央控制器自动控制第一水泵和第一开关阀开启（第一温度计温度过低则关闭第一水泵停止换热），第二开关阀关闭，使得换热水管和生活热水水箱接通形成回路。通过换热通道结构依靠水流将太阳能光伏光热装置中多余热量带走，给太阳能电池板降温以保证其光电转换效率。带走的热量存储到生活热水水箱，供生活用热水管道连接到家庭生活使用。同时，该过程中通过第二温度计检测并监控生活热水水箱内温度，当生活热水水箱内温度超过设定值时，关闭第一开关阀，打开第二开关阀，使得太阳能光伏光热装置中循环导出的热水能够流动到相变蓄热容器内，并依靠相变蓄热材料发生相变转化而蓄热。故这样在实现太阳能发电和热水双重利用的同时，还能够进一步将富余的热量存储到相变材料中并作为房屋供暖的热源。故极大地提高了太阳能的综合利用效率，同时还实现了自动化控制的效果。另外实施时，各管路中动力不足的地方以及需要控制水流通断的地方可以增设水泵和开关阀进行控制。另外，实施时，所有电控装置均可以和中央控制器相连，以方便实现自动控制。
34.进一步地，所述第一温度计为热电偶温度计，所述第二温度计为浸入式温度计。
35.这样，方便在对应检测环境内安装和温度检测。
36.进一步地，太阳能光伏光热装置倾斜设置，太阳能光伏光热装置下方位置的换热水管上还安装有一个缓冲水箱，所述缓冲水箱上端为进水端下端为出水端且上部内腔空置设置，缓冲水箱的内腔空置部分容积大于太阳能光伏光热装置中换热通道结构内腔容积，所述第一水泵安装在缓冲水箱出水端接出的换热水管上。
37.这样，当太阳能电池板温度过低关闭第一水泵停止换热时，此时太阳能光伏光热
装置的换热通道结构内腔中的热水能够在自重作用下流动到缓冲水箱内存储起来。这样，水流聚集在缓冲水箱内存储能够避免过快冷却，并可以作为生活热水水箱补充热水之用。同时水流从太阳能光伏光热装置中自然流出，可以避免停留在太阳能光伏光热装置中容易在冬季夜晚导致结冰造成破坏的问题。
38.进一步地，在生活热水水箱上还连接有补水管道，补水管道和市政水管相连，补水管道上设置有第三开关阀。
39.这样，方便对生活热水水箱进行补水。
40.进一步地，第三开关阀和中央控制器相连，生活热水水箱内还设置有水位检测传感器，水位检测传感器和中央控制器相连。
41.这样，可以方便检测生活热水水箱内水位而实现补水的自动控制。
42.进一步地，生活用热水管道上安装有第四开关阀和电加热器。
43.这样，方便在生活热水水箱内热水温度不够时，依靠电加热器实现加热并供应热水。实施时，第四开关阀和电加热器可以和中央控制器相连方便实现自动控制。
44.进一步地，太阳能光伏光热装置中，太阳能电池板上表面还设置有一层玻璃层，玻璃层和太阳能电池板均封装固定在固定边框内并使得玻璃层和太阳能电池板之间形成一个隔离层。
45.这样，太阳光透过玻璃层照射到太阳能电池板上发电，依靠玻璃层将太阳能电池板和外界空气隔开，可以避免太阳光照射到太阳能电池板上产生的热量被外界风流带走而导致热损耗，提高热利用效率。
46.进一步地，换热通道结构包括两块间隔设置的金属板，两块金属板之间形成供热水流通的换热通道，所述太阳能电池板安装固定在上侧金属板的上方，下侧金属板下方还设置有保温材料层。
47.这样，方便通过金属板将太阳能电池板的热量传导到换热通道内的水流中带走，且可以避免热量向外散发损耗。
48.进一步地，太阳能电池板依靠eva胶层固定在上侧的金属板上；在保温材料层下方还设置有硬质的背封层，所述金属板、保温材料层和背封层均封装在边框内。
49.这样，整体结构具有结构紧凑、可靠、稳定且安装方便的优点。
50.进一步地，两块金属板之间还固定夹设有若干水平截面整体呈等边三角形的分流挡块，分流挡块均匀分布，使得相邻分流挡块之间形成两侧平行的水流通道，同时在水流前行的方向上，前后衔接的任意由两个相邻分流挡块形成的水流通道之间为错位布置。
51.这样是因为在太阳能光伏光热装置需要优先考虑光伏发电的可靠性和稳定性。故设置上述结构后，分流挡块的存在不仅仅可以更好地导热，而且其结构使得水流进入两块金属板之间后，在沿每一个由相邻分流挡块之间形成的水流通道向前流动后均会向前撞击到前方的分流挡块的尖端部位进而分流，故水流可以在整个水流所在平面方向上更加有效地分散开，故极大地提高了整个平面上各处位置换热的均匀性，更好地保证了太阳能电池板发电的稳定性；而且该结构还可以增加水力停留时间以更好地换热，提高换热效率。
52.进一步地分流挡块为中空设置且内部填充有相变材料。
53.这样，相变材料可以起到预先储热的作用，可以通过设置分流挡块内相变材料的相变温度在控制第一水泵启停的温度范围内（通常第一温度计检测太阳能电池板温度并控
制第一水泵启动有一个温度控制范围，高于该范围则控制第一水泵启动，低于该范围则控制第一水泵停止），这样太阳能电池板温度升高时，先将热量传导到分流挡块内，依靠相变材料（通常为体积变化较小的固液相变材料）发生相变实现储能，然后相变材料相变完毕后，温度继续升高并超过预设温度范围时启动第一水泵，使得换热用水进入到换热通道结构内换热，换热过程中整体温度会维持在相变材料的相变温度大小，直至相变材料相变完毕后，温度继续降低，低于预设温度后，第一水泵停止工作。这样，利用相变材料的蓄热功能，使得水泵启动的温度范围可以控制在非常小的范围，同时使得换热过程中，换热通道内温度维持在固定的温度大小，极大地保证了太阳能电池板的温度稳定性，提高了光伏发电效率。同时，该结构中巧妙地将相变材料设置在分流挡块的内腔中，可以多面导热，极大地提高了导热效率。同时因为相变材料分散设置在多个分流挡块中，各处相变材料体积不大，而且分流挡块三个方向侧面均暴露在换热通道内，故可以将分流挡块内腔壁厚设置较薄，利用薄壁金属的韧性解决相变材料由于相变过程的伸缩膨胀导致难以密封并容易泄漏的问题，以及相变材料在相变过程中由于空间不足会导致相变阻力增大的问题。
54.进一步地，分流挡块在水流所在方向的三个侧面均为内凹的弧形面，且在水流前进的方向上渐进地形成有一个沿弧形面所在弧形方向的扭曲（类似半圆筒结构且在两端沿轴线方向逐渐形成一个沿所在截面圆的扭曲度，即半圆筒的两端沿截面圆扭曲一下）。
55.这样，弧形面可以更好地提高分流挡块和水流的接触面积，且该弧形面在水流前进的方向上形成一定的扭曲，可以引导水流向前流动的同时产生一个向两侧金属板内壁方向的旋转运动，这样可以引导水流冲刷两侧金属板内壁，更好地避免其结垢（因为金属板内壁通常会设置为凹凸不平的粗糙表面以提高和水流接触面积而更好地换热，但这样的粗糙表面存在容易结垢的缺陷）；这种冲刷自身也可以更好地产生湍流紊流，提高了水流在通道内的混乱程度，这样就提高了对流换热效果。进一步地，在水流前行方向上的相邻的两个分流挡块侧面的扭曲方向相反。可以更好地提高上述效果。
56.作为另一种选择，分流挡块的侧面倾斜设置使得分流挡块呈棱台形，且顺水流前进方向的相邻两个分流挡块的棱台方向相反。
57.这样，也可以起到上述的提高分流挡块和水流接触面积，引导水流向前运动过程中改变方向冲刷到两侧金属板内壁而避免结垢，以及更好地制造水流混乱程度以提高对流换热性能等效果。
58.进一步地，金属板和分流挡块均为铝材制得。
59.这样，可以更好地导热传热。
60.综上所述，本发明能够利用太阳能和地下土壤实现对房屋内部的温度调控，以更好地达到节能减排，解决太阳能供应和需求矛盾，提高其综合利用效率的效果。
附图说明
61.图1为本发明采用的基于太阳能利用的房屋温度调控系统的结构示意图。图中虚线表示控制电路。
62.图2为图1中单独太阳能光伏光热装置的层状结构示意图。
63.图3为太阳能光伏光热装置中一种分流挡块结构的平面布置示意图。
64.图4为太阳能光伏光热装置中另一种分流挡块结构的平面布置示意图。
65.图5为天花板冷辐射装置的层状结构示意图。
66.图6为地板热辐射装置的层状结构示意图。
具体实施方式
67.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
68.实施方式：一种房屋温控方法，其特点在于，采用吸收存储太阳光照热量的蓄热容器作为低位热源，采用地埋管作为低位冷源，通过热泵装置将其转换为高位热能和冷能后为建筑进行供暖和供冷，实现房屋内温度调控。
69.这样，本发明充分利用了太阳能和地下土壤冷能作为低位热源冷源，采用热泵装置调高品位后为建筑房屋内供暖和供冷，故充分利用了清洁能源，达到节能减排的效果。
70.其中，热泵装置做功以及控制过程依靠太阳能发电作为电源实现。
71.这样，无需额外的电力损耗，更好地达到节能减排的效果。
72.具体地说，本发明采用图1-6所示的一种基于太阳能利用的房屋温度调控系统实现，所述基于太阳能利用的房屋温度调控系统，包括一个太阳能光伏光热装置1，太阳能光伏光热装置1包括位于上表面的太阳能电池板2，太阳能电池板2通过光伏逆变器一体机3和电网5相连，实施时光伏逆变器一体机3同时和蓄电池4相连，蓄电池（安装直流交流转换器后）和各电气构件相连并供电，太阳能电池板2下方还设置有换热通道结构，换热通道结构一端设置有换热通道进水口，另一端设置有换热通道出水口，还包括有一个相变蓄热容器12，相变蓄热容器12内存储有相变蓄热材料，相变蓄热容器12内还设置有集热侧换热盘管13和供热侧换热盘管14，集热侧换热盘管和换热通道进水口以及换热通道出水口连通并形成循环管路；其中，相变蓄热容器12内的供热侧盘管14连接到一个房屋温控系统内，房屋温控系统包括所述相变蓄热容器及其内的供热侧盘管14，供热侧盘管的输出端和回流端各通过一根供热管道35连接到一个热泵40的输入侧换热器36上并形成循环，热泵40的用户侧换热器37和房间内的室内温控装置相连并形成循环。
73.这样，太阳能光伏光热装置输出并积蓄在相变蓄热容器内的热量，可以通过热泵转换为更高品位的热源并为房间内供热，进一步开发和提高了太阳能光伏光热装置的热利用效率。
74.其中，房屋温控系统还包括一个设置于房屋建筑地下的地埋管网38，地埋管网38的输出端和回流端各通过一根供冷管道39连接到热泵40的输入侧换热器37上并形成循环，使得地埋管网和相变蓄热容器内的供热侧盘管形成并联。
75.这样可以充分利用地下土壤冬暖夏凉的特点，在冬季可以优先采用相变蓄热容器为房屋供热，当相变蓄热容器内热量不足时，可以再通过地埋管网单独或一起为房屋供热。同时在夏季时，地埋管网还可以作为冷源，通过地埋管网为房屋供冷，极大地提高了系统对房屋内部的温度调控能力。
76.其中，两根供热管道35分别和两根供冷管道39并联后，通过两根热泵输入衔接管道41连接到热泵40的输入侧换热器36，和供热侧盘管输出端相连的供热管道35上设置有第五开关阀45，热泵输入衔接管道上设置有第六开关阀46，在一根热泵输入衔接管道上还设置有第二水泵42；还包括一根短路切换管道43和一根回流切换管道44，所述短路切换管道
两端连接在两根热泵输入衔接管道上并将第二水泵42和第六开关阀46隔开，第二水泵42位于短路切换管道和相变蓄热容器12之间，所述短路切换管道43上安装有第七开关阀47；所述回流切换管道44的两端分别连接在地埋管网38的输出端以及供热侧盘管14的回流端上，和地埋管网的输出端相连的供冷管道上安装有第八开关阀48，所述回流切换管道上安装有第九开关阀49，和供热侧盘管回流端相连的供热管道上安装有第十开关阀50。
77.这样，采用上述管道连接结构，不仅仅能够实现地埋管网和相变蓄热容器的并联，而且可以通过对应开关阀和管路的切换控制实现地埋管网和相变蓄热容器的串联，使得在夏季依靠地埋管网为房屋供冷结束后，在过渡季节中调整地埋管网和相变蓄热容器的串联，将相变蓄热容器中多余的热量补充往地埋管网内存储，并在冬季当相变蓄热容器内热量不足时，可以依靠地埋管网内存储的热量更好地为房屋供热。故能够更好地实现能量的转换、存储和利用，极大地提高了太阳能的整体利用效率。具体地说，当控制相变蓄热容器为房屋供热时，只需打开第五开关阀、第二水泵、第六开关阀和第十开关阀，关闭第七开关阀、第八开关阀和第九开关阀即可实现控制。当控制地埋管网为房屋供热或者供冷时，只需打开第八开关阀、第二水泵、第六开关阀，关闭第五开关阀、第七开关阀、第九开关阀和第十开关阀，即可实现控制。当控制相变蓄热容器为地埋管道补充蓄热时，只需打开第五开关阀、第二水泵、第七开关阀、第九开关阀，关闭第六开关阀、第八开关阀和第十开关阀，即可实现控制。这样采用了更少的管道，以及只需要一个水泵即可实现几种换热方式的切换控制，极大地精简了构件，降低了成本。实施时，上述各开关阀和水泵均和中央控制器相连，方便实现自动化控制。实施时，相变蓄热容器内还设置有第三温度计，可以更好地检测相变蓄热容器的温度以辅助实现控制。实施时第三温度计可以和中央控制器相连，实现自动化检测控制。实施时第三温度计为侵入式温度探头，方便实现温度检测。
78.其中，相变蓄热容器12内的相变储热材料采用以cacl2·
6h2o作为主要成分的水合无机盐相变材料，具体制备方法为：按无水cacl2与h2o质量比1.027:1进行取样后，将无水cacl2分量加入去离子水中搅拌至溶解完全，将称取的质量分数2.0%石墨烯纳米片加入cacl2溶液中并超声震荡15min后，再加入质量分数0.2%srcl2·
6h2o作为有效成核剂制得。
79.这样，该水合无机盐相变材料属于一种混合相变蓄热材料，可表征为2.0%gnps/0.2%srcl2·
6h2o/ cacl2·
6h2o，该相变材料相变温度为30-35℃，传统的cacl2·
6h2o水合无机盐相变材料虽然有较高的相变潜热能力，但导热效果一般，故在相变蓄热材料中融入2.0%石墨烯纳米片可以大大提高其导热性能，提高了装置的散热效果。
80.其中，所述热泵40包括相对设置的一个输入侧换热器36和一个用户侧换热器37，输入侧换热器36的两个输出端与用户侧换热器37的两个输入端之间通过两根循环连接管道相连并构成循环，一根循环连接管道上设置有热力膨胀阀51，另一根循环连接管道上设置有一个四通换向阀52，四通换向阀52的两个接口连接在该根循环连接管道上，四通换向阀52的另外两个接口连接有两根旁通管，两根旁通管的另一端连接回该根循环连接管道，在其中一根旁通管上设置有压缩机54。
81.这样，输入侧换热器和用户侧换热器之间形成热循环，热循环过程中通过压缩机做功实现热量的转换以及热品位的提升，以及四通换向阀的切换改变循环流向实现泵热和泵冷的切换控制，结构简单，控制可靠。
82.其中，所述热泵40中用户侧换热器37的两个输出端各自连接有一根用户连接管
道，用户连接管道上设置有第三水泵53，两根用户连接管道远离热泵的40一端各设置有三通阀55，用于输出的用户连接管道上的三通阀的两个接口分别通过管道连接往一个天花板冷辐射装置56的输入端以及一个地板热辐射装置57的输入端，用于回流的用户连接管道上的三通阀的两个接口分别通过管道连接往天花板冷辐射装置56的输出端以及地板热辐射装置57的输出端，天花板冷辐射装置安装在房屋顶部位置，地板热辐射装置安装在房屋底部位置。
83.这样，采用天花板冷辐射装置从上方为房屋内部供冷，采用地板热辐射装置从下方为房屋内部供热，能够更好地提高冷热供应效率以及人体舒适度。
84.其中，参见图5，所述天花板冷辐射装置56包括从上到下依次设置的楼板层60、天花板隔热层61、天花板相变材料蓄热层62和吊顶层63，天花板相变材料蓄热层62内具有竖向设置的天花板支架64，还具有水平间隔排列设置的天花板水管65，所述天花板水管65上设置形成天花板冷辐射装置的输入端和输出端。
85.这样，热泵产生的冷水通过天花板水管，给房间进行供冷，冷量一部分通过对流换热和导热传给吊顶层，再通过对流换热和辐射换热给室内供冷，另一部分冷量储存在天花板水管所在的天花板相变材料蓄热层进行储存，在热泵不工作时由天花板相变蓄热层储存的冷量直接供冷。支架起到加强支撑作用，防止因相变材料升温相变时掉落问题，隔热层起到保温作用。
86.其中，天花板相变材料蓄热层中的相变材料mepcm作为相变物质，以80目木粉和高密度聚乙烯作为载体基质制得，具体制作过程为：先将80目木粉用浓度为15%的naoh溶液浸泡48h，经漂洗、自然风干后，放入80℃的烘箱中干燥12h，然后利用硅烷偶联剂对木粉表面进行二次处理；再将质量分数24.2%mepcm、23.4%80目木粉、46.8%高密度聚乙烯、5.6%微粉石墨及少量加工助剂聚乙烯蜡及硬脂酸投入高速混合机中，先低速混合后，再高速混合；然后将混合后物料热压塑化成型制得。
87.这样是因为考虑到此相变材料蓄热层位于吊顶上，直接采用固-液相变蓄热材料容易有易泄露难维护的缺点，因此实施时可以采用复合新型聚合物基fspcm作为相变材料，其特点在于利用相变物质和载体基质形成一种稳定的类似固-固相变材料，不具流动性。具体地说，相变蓄热材料采用mepcm作为相变物质，以80目木粉和高密度聚乙烯作为载体基质。制作过程如下：将80目木粉用浓度为15%的naoh溶液浸泡48h，经漂洗、自然风干后，放入80℃的烘箱中干燥12h，然后利用硅烷偶联剂对木粉表面进行二次处理。将质量分数24.2%mepcm、23.4%80目木粉、46.8%高密度聚乙烯、5.6%微粉石墨及少量加工助剂聚乙烯蜡及硬脂酸投入高速混合机中，先低速混合后，再高速混合。根据需要样品的厚度称取一定数量的物料，装入阴模中铺平铺料之前己在模具表面喷涂脱模剂，合上阳模，放入热压机中进行热压塑化。热压温度可选择150-175℃，热压压力可选择4-10mpa，热压时间为20-40min。最终模具送到冷压机上进行保压冷却定型。冷压压力可选择10-14mpa，当模具温度低于50℃时得到制品。该复合新型聚合物基fspcm材料相变温度为15-18℃，非常适合用于此处为房屋供冷使用。
88.其中，参见图6，所述地板热辐射装置57包括由上到下依次设置的地板层66、地板相变材料蓄热层67、地板隔热层68及地基层69，地板相变材料蓄热层67内具有竖向设置的地板支架70以及水平间隔排布的地板水管71，所述地板水管71上设置形成地板热辐射装置
的输入端和输出端。
89.这样，热泵产生的热水通过地板水管，给地板热辐射装置进行供热，热量一部分通过对流换热和导热传给地板层，再通过对流换热和辐射换热给室内供暖，另一部分热量储存在水管层两侧的地板相变材料蓄热层进行储存，在热泵不工作时由相变材料储存的热量直接供暖。地板支架起到支撑地板层作用，防止因相变材料升温相变时坍塌问题，地板隔热层起到保温作用。
90.其中，地板相变材料蓄热层中的相变储热材料采用无机相变材料，按质量百分比计配方为：27％六水氯化钙、25％水、23％六水氯化锶、7.5％氯化钠、7.5％马来酸酐、6.5％甲酸钠以及3.5％过硫酸钾配备制得。
91.这样，该相变材料的相变温度40℃～45℃，可以很好的满足地暖供热温度需求。
92.这样，一方面是考虑到相变蓄能内置于房间埋管，可以节省水泵能耗和循环介质流动时的热损失，另一方面使用相变蓄热材料蓄能提高热泵机组和水泵运行效率，节省运行成本。分别考虑两种相变蓄能材料是因为供暖和供冷的温度不同，不能混用，而研究学者发现辐射供暖用地暖效果和舒适度较高，而辐射供冷采用天花板供冷效果和舒适度更好，因此优选了两种不同相变温度和性质的相变材料以满足供能需求，给用户以更舒适的居住环境。
93.其中，太阳能光伏光热装置上还设有用于检测太阳能电池板2温度的第一温度计6，换热通道进水口和换热通道出水口之间通过换热水管7连接一个生活热水水箱8并形成循环，生活热水水箱8和生活用热水管道9相连，所述换热水管7上安装有第一水泵10和第一开关阀11，其中，所述集热侧换热盘管13通过余热换热管路15并联在生活热水水箱8的两端，第一开关阀11位于换热水管7中和余热换热管路并联的管路段上，第一水泵10位于换热水管中和余热换热管路串联的管路段上，余热换热管路15上设置有第二开关阀16，所述生活热水水箱8内还设置有第二温度计17，第一温度计6和第二温度计17分别和中央控制器18相连，中央控制器18分别和第一水泵10、第一开关阀11和第二开关阀16相连。
94.这样，系统工作时，太阳能光伏光热装置中太阳能电池板受太阳照射，可以发电并为电网供电。同时通过第一温度计检测太阳能电池板温度，当其温度过高而影响发电效率时，通过中央控制器自动控制第一水泵和第一开关阀开启（第一温度计温度过低则关闭第一水泵停止换热），第二开关阀关闭，使得换热水管和生活热水水箱接通形成回路。通过换热通道结构依靠水流将太阳能光伏光热装置中多余热量带走，给太阳能电池板降温以保证其光电转换效率。带走的热量存储到生活热水水箱，供生活用热水管道连接到家庭生活使用。同时，该过程中通过第二温度计检测并监控生活热水水箱内温度，当生活热水水箱内温度超过设定值时，关闭第一开关阀，打开第二开关阀，使得太阳能光伏光热装置中循环导出的热水能够流动到相变蓄热容器内，并依靠相变蓄热材料发生相变转化而蓄热。故这样在实现太阳能发电和热水双重利用的同时，还能够进一步将富余的热量存储到相变材料中并作为房屋供暖的热源。故极大地提高了太阳能的综合利用效率，同时还实现了自动化控制的效果。另外实施时，各管路中动力不足的地方以及需要控制水流通断的地方可以增设水泵和开关阀进行控制。另外，实施时，所有电控装置均可以和中央控制器相连，以方便实现自动控制。
95.其中，所述第一温度计6为热电偶温度计，所述第二温度计17为浸入式温度计。
96.这样，方便在对应检测环境内安装和温度检测。
97.其中，太阳能光伏光热装置1倾斜设置，太阳能光伏光热装置1下方位置的换热水管上还安装有一个缓冲水箱19，所述缓冲水箱19上端为进水端下端为出水端且上部内腔空置设置，缓冲水箱19的内腔空置部分容积大于太阳能光伏光热装置中换热通道结构内腔容积，所述第一水泵10安装在缓冲水箱19出水端接出的换热水管上。
98.这样，当太阳能电池板温度过低关闭第一水泵停止换热时，此时太阳能光伏光热装置的换热通道结构内腔中的热水能够在自重作用下流动到缓冲水箱内存储起来。这样，水流聚集在缓冲水箱内存储能够避免过快冷却，并可以作为生活热水水箱补充热水之用。同时水流从太阳能光伏光热装置中自然流出，可以避免停留在太阳能光伏光热装置中容易在冬季夜晚导致结冰造成破坏的问题。
99.其中，在生活热水水箱8上还连接有补水管道，补水管道和市政水管相连，补水管道上设置有第三开关阀20。
100.这样，方便对生活热水水箱进行补水。
101.其中，第三开关阀20和中央控制器18相连，生活热水水箱8内还设置有水位检测传感器21，水位检测传感器21和中央控制器相连。
102.这样，可以方便检测生活热水水箱内水位而实现补水的自动控制。
103.其中，生活用热水管道9上安装有第四开关阀22和电加热器23。
104.这样，方便在生活热水水箱内热水温度不够时，依靠电加热器实现加热并供应热水。实施时，第四开关阀和电加热器可以和中央控制器相连方便实现自动控制。
105.其中，太阳能光伏光热装置1中，太阳能电池板2上表面还设置有一层玻璃层24，玻璃层24和太阳能电池板均封装固定在固定边框26内并使得玻璃层和太阳能电池板之间形成一个隔离层25。
106.这样，太阳光透过玻璃层照射到太阳能电池板上发电，依靠玻璃层将太阳能电池板和外界空气隔开，可以避免太阳光照射到太阳能电池板上产生的热量被外界风流带走而导致热损耗，提高热利用效率。
107.其中，换热通道结构包括两块间隔设置的金属板27，两块金属板27之间形成供热水流通的换热通道28，所述太阳能电池板2安装固定在上侧金属板的上方，下侧金属板下方还设置有保温材料层29。
108.这样，方便通过金属板将太阳能电池板的热量传导到换热通道内的水流中带走，且可以避免热量向外散发损耗。
109.其中，太阳能电池板2依靠eva胶层30固定在上侧的金属板上；在保温材料层下方还设置有硬质的背封层31，所述金属板27、保温材料层29和背封层31均封装在边框26内。
110.这样，整体结构具有结构紧凑、可靠、稳定且安装方便的优点。
111.其中，两块金属板27之间还固定夹设有若干水平截面整体呈等边三角形的分流挡块32，分流挡块32均匀分布，使得相邻分流挡块之间形成两侧平行的水流通道，同时在水流前行的方向上，前后衔接的任意由两个相邻分流挡块形成的水流通道之间为错位布置。
112.这样是因为在太阳能光伏光热装置需要优先考虑光伏发电的可靠性和稳定性。故设置上述结构后，分流挡块的存在不仅仅可以更好地导热，而且其结构使得水流进入两块金属板之间后，在沿每一个由相邻分流挡块之间形成的水流通道向前流动后均会向前撞击
到前方的分流挡块的尖端部位进而分流，故水流可以在整个水流所在平面方向上更加有效地分散开，故极大地提高了整个平面上各处位置换热的均匀性，更好地保证了太阳能电池板发电的稳定性；而且该结构还可以增加水力停留时间以更好地换热，提高换热效率。
113.其中分流挡块32为中空设置且内部填充有相变材料。
114.这样，相变材料可以起到预先储热的作用，可以通过设置分流挡块内相变材料的相变温度在控制第一水泵启停的温度范围内（通常第一温度计检测太阳能电池板温度并控制第一水泵启动有一个温度控制范围，高于该范围则控制第一水泵启动，低于该范围则控制第一水泵停止），这样太阳能电池板温度升高时，先将热量传导到分流挡块内，依靠相变材料（通常为体积变化较小的固液相变材料）发生相变实现储能，然后相变材料相变完毕后，温度继续升高并超过预设温度范围时启动第一水泵，使得换热用水进入到换热通道结构内换热，换热过程中整体温度会维持在相变材料的相变温度大小，直至相变材料相变完毕后，温度继续降低，低于预设温度后，第一水泵停止工作。这样，利用相变材料的蓄热功能，使得水泵启动的温度范围可以控制在非常小的范围，同时使得换热过程中，换热通道内温度维持在固定的温度大小，极大地保证了太阳能电池板的温度稳定性，提高了光伏发电效率。同时，该结构中巧妙地将相变材料设置在分流挡块的内腔中，可以多面导热，极大地提高了导热效率。同时因为相变材料分散设置在多个分流挡块中，各处相变材料体积不大，而且分流挡块三个方向侧面均暴露在换热通道内，故可以将分流挡块内腔壁厚设置较薄，利用薄壁金属的韧性解决相变材料由于相变过程的伸缩膨胀导致难以密封并容易泄漏的问题，以及相变材料在相变过程中由于空间不足会导致相变阻力增大的问题。
115.其中，参见图2-图3，分流挡块32在水流所在方向的三个侧面均为内凹的弧形面，且在水流前进的方向上渐进地形成有一个沿弧形面所在弧形方向的扭曲（类似半圆筒结构且在两端沿轴线方向逐渐形成一个沿所在截面圆的扭曲度，即半圆筒的两端沿截面圆扭曲一下）。
116.这样，弧形面可以更好地提高分流挡块和水流的接触面积，且该弧形面在水流前进的方向上形成一定的扭曲，可以引导水流向前流动的同时产生一个向两侧金属板内壁方向的旋转运动，这样可以引导水流冲刷两侧金属板内壁，更好地避免其结垢（因为金属板内壁通常会设置为凹凸不平的粗糙表面以提高和水流接触面积而更好地换热，但这样的粗糙表面存在容易结垢的缺陷）；这种冲刷自身也可以更好地产生湍流紊流，提高了水流在通道内的混乱程度，这样就提高了对流换热效果。其中，在水流前行方向上的相邻的两个分流挡块侧面的扭曲方向相反。可以更好地提高上述效果。
117.作为另一种选择参见图4，分流挡块32的侧面倾斜设置使得分流挡块呈棱台形，且顺水流前进方向的相邻两个分流挡块的棱台方向相反，图中标号28表示是换热通道。
118.这样，也可以起到上述的提高分流挡块和水流接触面积，引导水流向前运动过程中改变方向冲刷到两侧金属板内壁而避免结垢，以及更好地制造水流混乱程度以提高对流换热性能等效果。
119.其中，金属板27和分流挡块32均为铝材制得。
120.这样，可以更好地导热传热。
121.故本系统通过光伏组件、蓄电池组、国家电网满足用户用电需求，利用换热层中冷却通道回收组件余热，结合地埋管、辅助电加热设备和带相变蓄热材料的辐射供能满足了
用户的供暖、供冷及热水需求，有效满足用户中基本用能需求，提高光伏组件使用寿命和光伏发电效益、提高热泵机组及水泵等运行效率，有效降低对常规能源的依赖，减少环境污染，实现了多能互补系统协同供应的灵活性、可靠性、节能性和经济性。