本申請是名為“中空玻璃式太陽能集熱器與采用它的用太陽能供暖和降溫的建筑物”的、申請日為2013年6月27日的中國發(fā)明專利申請201380035528.6的分案申請。

本發(fā)明涉及太陽能的應用，即太陽能熱應用于建筑。本發(fā)明尤其涉及利用新公開的建筑構件，即中空玻璃式太陽能集熱器(igshc)來收集和儲存太陽能熱。所吸收的太陽能熱不僅用于建筑物的采暖/供暖，而且用于建筑物的降溫。

背景技術：

近來太陽能熱已經(jīng)被用于許多建筑物，主要對水和空間進行太陽能加熱。還有用于建筑物的太陽能制冷設備。通常太陽能應用在建筑中需要獨立的和額外的設備。某些設備可能是復雜和昂貴的。例如，為了加熱水或空間，獨立的太陽能集熱器和獨立的太陽能儲熱裝置是必需的。為了給建筑物降溫，也可能需要昂貴的空調設備(如壓縮機和冷凝器)和電力。簡單的空間加熱裝置例如太陽能加熱壁(trombewall)也需要在建筑物墻壁的前面上的吸熱體。所有上述設備均需要材料來制造，也需要能量用于制造和運輸。這與我們利用太陽能進行節(jié)能的目標是背道而馳的。

事實上，任何建筑物都有許多面對陽光的建筑構件。有足夠的表面用于在晴天吸收太陽能，并且所吸收的熱量足以滿足對熱水、建筑物內的取暖和降溫的需求。這些建筑構件包括墻壁、屋頂、地板、門、窗、護欄、平臺、柱子、陽臺、道路、車道、雨篷、磚、瓦、窗簾、門簾、太陽能集熱器、游泳池及它們的組合。此外，該建筑構件的材料也具有足夠大的比熱容來儲存所吸收的太陽能熱量以供使用。這些材料可以包括磚、石頭、沙子、土、水泥、金屬、合金、瀝青和鋼筋混凝土等。

另一方面，如果使用太陽能集熱器和儲熱設備以取代建筑構件，這也可以節(jié)省建筑材料和成本。很久以前，我們的祖先就把建筑構件用于太陽能加熱或降溫。在高緯度地區(qū)的建筑物通常具有暗色厚壁來吸收和儲存更多的太陽能熱。在低緯度地區(qū)的建筑通常有淺色墻壁來反射陽光。這種想法和安排已經(jīng)使用很久并一直持續(xù)到今天。但上述安排是不完美的。當我們用建筑在涼爽的季節(jié)吸收更多的太陽能熱時，該建筑在炎熱季節(jié)就需要更多的空調能量。反之，當建筑物在夏天能反射大部分陽光時，在寒冷季節(jié)該建筑將需要更多的供暖能源。但如果被吸收的太陽能熱不僅可以用來加熱建筑物，也可以自動為建筑物降溫，那么我們就可以作出安排在任何季節(jié)為兩個相反的要求都盡可能多地吸收太陽的熱量。

本發(fā)明的目的是找到一種簡單和經(jīng)濟的方式利用太陽能熱，不僅用于建筑物內取暖，而且用于建筑物降溫，同時無需采用任何空調裝置。所以，現(xiàn)有的建筑物取暖和降溫設備可以僅用作備用設備。因此，傳統(tǒng)的能量消耗能夠顯著減小。第一個想法是通過建筑構件和材料收集并儲存太陽能熱，以減少太陽能集熱器和儲熱設備帶來的額外成本。第二個想法是使用現(xiàn)有或新開發(fā)的太陽能集熱器和/或儲熱設備作為建筑構件以降低建筑物的成本。第三個想法是將收集的太陽能熱通過流體傳輸，并用一個機構/制來引導和控制流體的方向、速度和容量。這樣，我們不僅可以給建筑物供暖，也可以給建筑物降溫。此外，上述目標中的大多數(shù)可以通過太陽能熱驅動的自動循環(huán)(參閱我們的其它有關發(fā)明)實現(xiàn)，以減少循環(huán)能量的消耗。這里所說的建筑是任何具有可以接觸到太陽光的元件的建筑。該種建筑包括商業(yè)建筑、工業(yè)建筑、農業(yè)建筑、居民建筑、教育建筑和國防建筑設施等。

以下簡要介紹一些新開發(fā)的太陽能集熱器與建筑構件的背景。

太陽能加熱，包括太陽能水加熱和建筑的空間加熱(取暖)，被廣泛用于工業(yè)、商業(yè)、農業(yè)及住宅用途。大多數(shù)太陽能加熱系統(tǒng)的太陽能集熱裝置和儲熱裝置是分開的。例如，游泳池是太陽能儲熱裝置，但它的太陽能集熱器可能放在建筑物的屋頂。家用太陽能采暖系統(tǒng)具有分離的太陽能集熱器和水箱，即使它們的位置非?？拷?。這種設置增加了在兩個裝置和連接管子中的熱損失。它也增加了設備、安裝、運行和維護的成本。因為新技術和產(chǎn)品的出現(xiàn)，將太陽能集熱裝置和太陽能儲熱裝置集成在一起是可能的。例如，我們可以在太陽能儲熱設備例如游泳池或水箱處施加一種吸收太陽能熱的涂料?；蛘呶覀兛梢园哑桨逄柲軆崴浞湃胩柲芗療崞?。在這兩種情況下，設備、安裝、運行和維護的成本將會降低。太陽能熱的使用會更普及。

近年來為了通過減少人類的能源消耗來延緩氣候變化，越來越多的可再生能源得到使用。對于可再生能源的應用，我們需要添加一些新的設備。例如，為了使用風能，我們需要風力發(fā)電機、塔架和巨大的基礎空間。它們首先需要消耗能量來制造?？稍偕茉丛O備也可能會對地球產(chǎn)生新的污染。例如，現(xiàn)有的太陽能集熱器的保溫材料和框架的油漆可能是新的污染源。況且現(xiàn)有建筑大量采用了磚和混凝土。他們需要大量的能量來生產(chǎn)。當建筑物不再使用時，所有這些建筑材料就都成為垃圾。所有用于生產(chǎn)這些建筑材料的能源也就都浪費了。本申請公開了一種主要由玻璃制成的建筑構件。它是一種中空玻璃式太陽能集熱器。它不僅能像現(xiàn)有的建筑一樣堅固，而且生產(chǎn)所消耗的能量更少。此外，這種建筑構件可以收集太陽能熱為建筑供暖和降溫。在建筑物達到使用壽命之后，可以將玻璃和金屬很容易和經(jīng)濟地回收利用。即使該建筑是在運行之中，太陽能吸熱體也可以被替換或重新涂覆(吸熱層)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種中空玻璃式太陽能集熱器(igshc)，包括：中空玻璃或類似物體，意指被間隔件分離的兩個透明物體。太陽能吸熱體，其布置在所述中空玻璃或類似物體的中空空間內并且將該空間分隔成第一子空間和第二子空間。流體通道，其與所述太陽能吸熱體熱連接，用于傳熱；以及機構，用于引導和控制所述流體的流動。

本發(fā)明也提供了一種中空玻璃式太陽能集熱器(igshc)，包括：中空玻璃或類似物體，意指被間隔件分離的兩個透明物體。可更換的太陽能吸熱體，其可拆卸/移除地布置在所述中空玻璃或類似物體的中空空間的插槽內并且將該空間分隔成第一子空間和第二子空間。流體通道，其與所述太陽能吸熱體熱連接，用于傳熱。以及機構，用于引導和控制所述流體的流動。

以上所述的中空玻璃式太陽能集熱器(igshc)其特征在于，可能還包括：一個空氣進口和一個空氣出口安排在所述第一或第二子空間的兩端，以便從所述的第一和第二子空間之一提取熱空氣；每一個空氣進口和空氣出口分別有蓋子用于開或關所述的空氣通道。

以上所述的中空玻璃式太陽能集熱器(igshc)其特征在于，所述太陽能吸熱體從下列一組中選擇：在一側有太陽能吸熱涂層的吸熱體；在兩側都有太陽能吸熱涂層的吸熱體；布置有流體通道的太陽能吸熱體；太陽能吸熱體，其在液體通道和會聚管子之間具有非正交的角度；太陽能吸熱體，其有一側來吸收太陽能熱，并有相對側來輻射熱量；表面具有帶太陽能吸熱涂層的的扁平箱，儲熱材料放置在箱中；有網(wǎng)孔的太陽能吸熱體，其允許部分太陽光透過；太陽能吸熱體，其放置在中空玻璃或類似物體的部分空間中，使中空玻璃或類似物體能讓部分陽光透過；可移除的太陽能吸熱體，其能夠從所述中空玻璃或類似物體中取出；吸熱體，具有插槽，用于從所述中空玻璃或類似物體中取出和裝入太陽能吸熱體；可回收的太陽能吸熱體；能夠在使用后重新噴涂的太陽能吸熱體；具有會聚管子的太陽能吸熱體，所述會聚管子置于中空玻璃或類似物體外并有隔熱結構；具有會聚管子的太陽能吸熱體，所述會聚管子置于中空玻璃或類似物體外并位于所述建筑物的框架內；以及兩種或多種上述太陽能吸熱體的組合。

以上所述的中空玻璃式太陽能集熱器(igshc)其特征在于，所述流體通道從下列一組中選擇：所述第一子空間；所述第二子空間；所述第一和第二子空間；與吸熱體熱連接的熱管；與空間中的所述儲熱材料熱連接的熱管；布置在所述太陽能吸熱體中的流體通道；布置在所述太陽能吸熱體中的流體通道以及布置在所述間隔空間的空氣入口和空氣出口，用于使所述中空玻璃式太陽能集熱器產(chǎn)生太陽能加熱的液體和/或空氣；與太陽能吸熱體熱連接的流體通道；與子空間熱連接的流體通道；太陽能吸熱體的伸出所述空間的端部；所述空間中儲熱材料的伸出空間的端部；以及液體通道和空間通道的組合，用于使液體和空氣二者在相同或不同的時間傳遞熱量。

以上所述的中空玻璃式太陽能集熱器(igshc)其特征在于，該集熱器形成一種太陽能加熱系統(tǒng)的一部分，所述系統(tǒng)還包括從下列一組中選擇的附件：太陽能儲熱箱；支撐元件；日光反射器；與所述集熱器有熱連接的儲熱箱；可控蓋，用來關閉或打開流體/空氣通道；太陽能烹飪器具；以及自動控制系統(tǒng)。

以上所述的中空玻璃式太陽能集熱器(igshc)，其特征在于，還包括從下列一組中選擇的元件：自動控制系統(tǒng)；框架，所述中空玻璃式太陽能集熱器布置在其中；中空框架，流體管網(wǎng)和閥布置在其中，且是隔熱的；中空鋁合金邊框，流體管網(wǎng)和閥布置在中空空間中且是隔熱的；和木制框架，流體管網(wǎng)和閥布置在木材中，且是隔熱的。

本發(fā)明還提供了一種使用中空玻璃式太陽能集熱器(igshc)作為部分元件以用太陽能來供暖和降溫的建筑物。所述建筑物包括吸收太陽能熱的建筑構件，儲存太陽能熱的建筑構件，在所述建筑構件中的用于以流體傳遞太陽能熱的流體通道，以及用來引導和控制所述流體的流動的機構。所述的建筑物可能包括現(xiàn)有和新公開的用于建筑采暖和降溫目的的建筑構件。它們列舉如下：

一種液體儲熱裝置流體連通到所述建筑構件中的流體通道，以儲存太陽能熱用于熱水和/或空間加熱。所述液體儲熱裝置還用于從建筑構件中排出被加熱的液體，并給所述建筑構件提供冷液體來為建筑物降溫。該建筑還包括散熱器，其流體連通到建筑構件內的流體通道以給建筑物降溫。

一種將太陽能集熱和儲熱集成在一個單元中的設備。所述設備從下列一組中選擇：1.儲熱裝置，其具有帶太陽能吸熱涂料的壁，用于收集太陽能熱量。透明隔熱結構允許陽光通過并減少熱損失。2.完全氣密和防水的太陽能吸熱體，其可以用作太陽能集熱和儲熱裝置。所述太陽能吸熱體也可以安裝在作為太陽能儲熱裝置的墻壁上來吸收太陽能熱。3.平板太陽能集熱器，其中扁平金屬盒取代平板太陽能吸熱體。所述盒具有帶吸收太陽能熱的涂層的壁。儲熱材料放置在盒子里。4.集成的太陽能集熱和儲熱設備，其具有節(jié)能垂簾式太陽能吸熱體。吸熱體包括一組取向可調的葉片。葉片的第一側面用于吸收太陽能熱，第二側面用于反射太陽能熱。設有機構用于控制葉片的取向。通過自動控制系統(tǒng)，所述吸熱器可以在白天跟蹤太陽光，在夜間減少熱損失。

在閱讀以下結合附圖對本發(fā)明具體實施方式的描述后，本發(fā)明的其它方面和功能對于本領域普通技術人員將是顯而易見的。

附圖說明

下面是示出本發(fā)明示例性實施例的附圖：

圖1-b是示意性側視圖，示出具有太陽能集熱壁的液體儲熱箱/罐；

圖2-b是示意性側視圖，示出集成有儲熱箱的平板太陽能集熱器；

圖3-b是示意性側視圖，示出集成有太陽能集熱壁的液體池；

圖4-b是示意性側視圖，示出集成有吸熱壁和吸熱底部的充氣pvc液體容器；

圖5-b是示意性側視圖，示出示例性太陽能集熱器，它使用節(jié)能垂簾作為其太陽能吸熱體并集成有太陽能儲熱箱；

圖1-c是使用太陽能通過建筑墻壁磚孔內的空氣通道來供暖和降溫的示例性建筑的示意性側視圖；

圖2-c是使用太陽能供暖和降溫的示例性單層建筑的示意性側視圖；

圖3-c是使用太陽能供暖和降溫的示例性多層建筑的示意性側視圖；

圖1-d是示意性側視圖，示出中空玻璃式太陽能集熱器和節(jié)能建筑構件，其中太陽能吸熱體布置在中空玻璃中，所述吸熱體具有流體通道；

圖2-d是示意性側視圖，示出另一中空玻璃式太陽能集熱器，其具有能從所述中空玻璃中移出的太陽能吸熱體；

圖3-d是示意性側視圖，示出利用太陽能集熱器和建筑構件進行建筑供暖和降溫的示例性建筑物。

具體實施方式

參見圖1-b，示出了具有太陽能集熱壁的液體儲熱裝置的側視圖。該裝置10包括具有不銹鋼壁的水箱110，其有側壁112和頂壁113，都具有用于吸收太陽能熱的選擇性涂層。選擇性涂層包括金屬元素如鈦。所述箱可以是壓力箱或與大氣相通的箱。該設備可能有自動控制系統(tǒng)，如許多太陽能供暖系統(tǒng)一樣。透明的玻璃或塑料罩/蓋120覆蓋箱110。類似于普通水箱，箱110具有冷水入口131、熱水出口132、釋放閥133、陽極保護棒134和排水閥135。當太陽光照射在箱110上時，選擇性涂層112和113吸收熱量并將其轉移到箱中的水110。透明罩120允許太陽光穿過并減少熱損失。箱110看起來像市場上常見的箱。但它有兩點不同。首先，它的隔熱和保護罩由透明的材料制造。其次，該箱的壁直接吸收太陽能熱。有時由于運輸成本的原因，透明的隔熱和保護結構120可以是可拆卸的，并且由兩個或多個部分形成。充有空氣的兩層pvc(聚氯乙烯)的隔熱和保護結構是符合成本效益、易于運輸和易于更換的例子。這種全透明罩允許陽光穿過并照射到箱上：早晨照在東側，下午照在西側，中午照在前面。所以一整天的效率提高了。此外，如果我們把透明的隔熱結構放在所述箱前面，并把帶反射表面的隔熱結構放在箱后面，這無疑將增加吸收的熱量。該透明隔熱結構可能是半圓筒形抽真空的玻璃。在溫暖的地區(qū)，所述透明隔熱和保護結構可以是玻璃、液體玻璃、油漆、油墨油、膜、塑料或聚合物的透明涂層。它也可以是pvc或類似材料的箔。

參見圖2-b，示出了與平板儲熱箱集成在一起的平板太陽能集熱器的側視圖。與目前市場中的平板型太陽能集熱器相比，裝置20具有如下許多類似的部件：太陽能吸熱體201，其帶有太陽能吸熱涂層202。這里202是一種包括金屬元素的選擇性涂層。透明玻璃蓋203使太陽光到達吸熱涂層202并減少熱損失。隔熱結構205在背面和側面，以減少熱損失。流體管子204用于傳遞熱量。它可以是簡單的管子，用于讓液體箱208中被加熱的液體通過，或是換熱管例如u形管或帶散熱片的金屬管，又或是熱管。

這里也有一些顯著的差異。圖2-b中所示的太陽能吸熱板201不是一個簡單的平板。它是扁平的太陽能儲熱箱208的前/表面壁201。這意味著裝置20中的帶有太陽能吸熱壁201的扁平儲熱箱208取代了在常規(guī)平板太陽能集熱器中的平板太陽能吸熱體。儲熱箱208還包括另一側壁205和底壁。在這里，儲熱箱208是由鋁合金制成的。該設備包括儲熱箱也可以由其它材料制造，例如金屬、合金、陶瓷、塑料、聚合物、木材、石材、瓷器、玻璃、混凝土和兩種或更多種上述材料的組合。此外，還有儲熱材料207放置在儲熱箱208中。儲熱材料207可以是固體材料例如沙子，流體材料例如空氣、防凍液和水，或相變材料例如石蠟。它也可以是兩種或多種上述材料的組合。不像在現(xiàn)有的平板太陽能集熱器中的會聚管子，這里的管子204是一種換熱管，如單一的銅管、u形管或帶散熱片的金屬管，它們布置在儲熱材料207中用流體傳輸熱量。當該設備始終工作在具有冰點以上溫度的環(huán)境中時，水可以用作儲熱材料。在這種情況下，在箱較低處的入口和在較高處的出口可以代替換熱管來傳輸熱量以供使用。入口接頭和出口接頭布置在箱的壁上。它們可以被用來連接換熱器或直接用于水流。現(xiàn)在，我們可以作出安排，讓水通過管子204以獲得太陽能加熱的熱水。我們還可以讓空氣通過管子204以獲得太陽能加熱的空氣用于空間加熱。此外，空氣入口和空氣出口也可以分別布置在裝置20的壁上(未在圖中顯示)。當冷空氣通過上表面201或通過設置在儲熱箱208的通道時，空氣將被加熱。加熱后的空氣可以用于空間加熱或工業(yè)加工。在這種情況下，設備20可以在同一時間產(chǎn)生太陽能加熱的熱水和/或熱空氣。所以，它是一種多功能的太陽能熱設備。為了讓設備正常且自動工作，該設備可以有一個自動控制系統(tǒng)，如許多太陽能供暖系統(tǒng)一樣。如果箱由不銹鋼制成，沙子、水和防凍液也會是良好的儲熱材料。

當太陽光穿過玻璃板203到達太陽能吸熱板201中時，熱量被吸收并通過鋁合金板201和其它側壁被傳遞到儲熱材料207。當我們需要熱量時，讓流體例如水流過管子204。所儲存的熱量將被轉移。鋁合金是一種非常好的導熱材料。流體管子204緊密地連接到鋁板208，或者管子也可以是該鋁板的一部分。在沙子207中的熱量可迅速傳遞到管子204內的流體中。

儲熱箱的裝載量根據(jù)系統(tǒng)的設計而變化。如果系統(tǒng)有液體泵頻繁泵送液體，裝載量可以較小。否則裝載量就需要大些。在第二種情況下，導熱材料、熱管或流體管子可被安裝在儲熱材料中以加速熱傳遞。

在圖2-b的右下角，液體管子204的替代布置設于21中。在20中的單流體管子204置換為“i”形管子組。所述管子組有四個端口214、219、224和229分布在儲熱箱的壁上。還有兩個備用螺栓用于關閉兩個不使用的端口。這種布置不僅使熱量從沙子207轉移到管子204更容易，也使現(xiàn)場安裝更靈活。

在這種情況下，由于儲熱材料是固體材料，因此，如果管子204中沒有液體，在冬季就沒有液體結冰的風險。在某些情況下，儲熱箱208可填充儲熱液體，例如水，因而管子204也就沒有必要了。在儲熱箱的壁上有一個入口和一個出口就足夠了。

參見圖3-b，示出不銹鋼的儲液池30的示意性側視圖。該池可以是游泳池或其它工業(yè)處理池。儲液池30有側壁301、底壁302和敞開的頂部。側壁和底壁還有隔熱結構303。該儲液池可以在地下或地上。不銹鋼板構成側壁301和底壁302。板的放大側視圖示于31。這里有4層311至314，加上隔熱結構315。314是不銹鋼板。313是含鈦的選擇性涂層。我們選擇鈦是由于其涂層的顏色是藍色。相較于其它金屬涂層(例如鉻和鋁)的暗色，藍色用于游泳池更好。金屬涂層通常具有玻璃保護層312。312外是現(xiàn)場施工后施加的透明涂料311。

有時候，我們需要改建由混凝土或玻璃纖維構成的游泳池。在這種情況下，完全氣密和防水的混凝土磚可以成為池壁的鑲嵌材料。我們仍然使用圖3-b中的31來描述它。在這里，315是現(xiàn)有的混凝土墻，314是混凝土磚或瓷磚，313是集熱涂層，312是制造過程中的保護結構，311是現(xiàn)場施工后的食品級涂料。完全密封和防水的太陽能吸熱體可以被用在建筑物的許多地方作為元件的一部分。該吸熱體可以由許多材料制成。例如，其可以是金屬片、磚、玻璃、瓷磚、地板磚、石膏磚、陶瓷瓷磚、石材、混凝土、鋼筋混凝土、塑料、聚合物、陶瓷和一種或多種上述材料的組合。有時我們可以使游泳池的重建或新建非常簡單和容易。我們可以簡單地把太陽能吸熱板放在游泳池的底壁和/或側壁上。在吸熱板的一側具有太陽能吸熱涂層。透明的防水保護結構被設置在所述太陽能吸熱涂層上。該側可以淹沒在水中。吸熱板的材料可以是上述吸熱體材料中的任何材料。我們也可以簡單地把透明板(如玻璃、透明塑料和聚合物的板)放在游泳池的底壁和/或側壁上。在透明板的一側有太陽能吸熱涂層。透明板的相對側可以淹沒在水中。這個想法可以用于所有需要太陽能熱量的液體容器。出于安全原因，在這種情況下，所用的玻璃需要特殊處理。或者，太陽能吸熱涂層可以膠合在兩層玻璃之間。

在圖3-b中，32是示意性側視圖，示出充有空氣的透明塑料蓋。該蓋由用于食品包裝的食品級塑料薄膜制成。在這里，321是頂層。322是底層。323是空氣注入口。底層漂浮在液體表面上，以減少通過液體蒸氣損失的熱量。321和322之間的空氣間隙用于減少通過熱傳導損失的熱量。蓋32可以是用于儲液器的一個整體蓋。當儲液器很大時，透明蓋30可以由一組蓋組成。323用于注入和釋放空氣。用于將該組蓋中的子蓋串連起來的繩索可能是必要的。

當太陽光照射在儲液器30上時，側壁301和底壁302吸收太陽能熱并將該熱量傳遞到儲液器30內的液體。隔熱結構303減少了通過側壁和底壁損失的熱量。蓋32的底層漂浮在液體表面上，以減少通過液體蒸氣損失的熱量。321和322之間的空氣間隙減少了通過熱傳導流失到大氣中的熱量。這樣的太陽能熱儲液器具有較高的集熱和儲熱效率。

參見圖4-b，其是示意性側視圖，示出集成有吸熱壁401和吸熱底部403的充氣液體容器40。這種液體容器與市場上的pvc游泳池具有相似的機械結構。設有充有空氣的內壁401和外壁402。設有單層底壁403。以下是液體容器與市場上的pvc游泳池相比的不同之處：

1.壁402和403是由透明材料制成，例如透明pvc。

2.內壁401和底壁403具有太陽能吸熱涂層。在這里，它是黑色橡膠涂層。該涂層可以是其它顏色的涂層。該涂層位于外側或覆蓋有食品級的pvc。因此，涂層不會直接接觸容器中的液體。

3.該容器具有可拆卸的透明充氣蓋41。蓋41具有頂層411、底層412和空氣注入口413。蓋的功能已經(jīng)參照圖3-b進行了詳細描述。蓋41也可以是一層pvc。它的隔熱效率不如雙層蓋。

4.設有底部隔熱墊42。它是可折疊的，以利于包裝和運輸目的。有時，頂層421覆蓋隔熱墊的隔熱結構422，并具有太陽能吸熱涂層。在這里它是鋁箔上的鈦涂層。422是普通的泡沫塑料。在這種情況下，底部403是單層透明pvc。這種安排的原因如下：1.pvc上的大多數(shù)涂料是暗色。我們的墊是藍色，具有更好的色彩。2.這種安排降低了容器40的單位重量。當然，403的外層上的太陽能吸收涂層也是一個可選擇的安排。

當太陽光照射在容器40上時，太陽能熱由該容器的側壁402和底壁403上的涂層收集并轉移到該容器40內的水中。底部隔熱層42、在側壁402和蓋41中充入的空氣減少了熱損失。它類似于圖3-b。這樣的游泳池可以每年工作更長時間。

該容器40的材料不僅是聚氯乙烯。任何其它透明聚合物材料，如果它們是安全的，也可以用作402和403。我們可以為容器添加一些配件，如固體蓋、入口和出口、連接管子等。該容器不僅可以用作充氣游泳池，它也是一個簡單的太陽能集熱和儲熱設備。該裝置具有成本效益，易于移動、安裝和使用。

參見圖5-b，示出了示例性的太陽能集熱和儲熱裝置50的示意性側視圖。該裝置采用了節(jié)能垂簾作為其太陽能吸熱體。

太陽能集熱和儲熱裝置50具有透明蓋503，它允許太陽能穿過，但能減少熱損失。這里蓋503是玻璃。它也可以是其它材料，如透明的塑料或聚合物。透明蓋可具有兩個或更多個層，或者在寒冷地區(qū)可以是抽真空的玻璃。還有隔熱背板505，用于減少熱損失。505是普通的隔熱材料，或者是具有空氣腔的透明板。

本發(fā)明的第一個關鍵元件是節(jié)能垂簾式太陽能吸熱體501。501不是簡單的平板吸熱體。它是并列布置在透明蓋下方的一組垂直葉片。葉片5011-5015是葉片的部分例子。葉片的第一側具有太陽能吸熱涂層502。它是與市場上可獲得的平板太陽能集熱器相同的涂層，如含鈦的涂層。在葉片的第二側具有反射涂層或拋光的金屬表面。熱管511一端連接在吸熱葉片5011處，而相對端延伸到頂部導軌506中。這里的熱管將收集到的熱量傳遞到儲熱材料507。在頂部導軌506中也有熱會聚管子504，用于傳遞熱量以供使用。其它熱管具有類似的設置。熱會聚管子504的端部是509。

頂部導軌506保持葉片并引導它們的運動。所有葉片均懸掛在頂部導軌506下方。太陽能吸熱體501具有與節(jié)能垂簾類似的工作原理。簾的葉片5011-5015可通過拉出和收回旋轉角度控制線520而旋轉180度。葉片的第一側具有太陽能吸熱涂層502。它是與市場上可獲得的平板太陽能集熱器相同的涂層。

葉片的第二側具有反射涂層。用于控制葉片取向的機構隱藏在頂部導軌506中。自動控制系統(tǒng)519可以連接至控制線520?？刂葡到y(tǒng)519包括微型馬達、硬件和軟件，以基于陽光入射角或者該裝置的位置、日期和時間控制葉片的取向。當然，葉片501的手動和自動運行在任何時候都是可用的。在圖5-b中，本發(fā)明的第二個關鍵元件是儲熱容器508，儲熱材料507儲存在其中。在這里該儲熱容器是填充有沙子507的扁平鋁盒508。儲熱材料可以是固體材料、液體材料、空氣、相變材料或者兩種或多種上述材料的組合。因為沙子在很多地方容易獲取并且能夠現(xiàn)場安裝，所以它可以不需要運輸。此外，很多固體儲熱材料(如沙子)沒有在冬季凍結的危險。

在吸熱體501的第二側上具有高效的反射涂層是有價值的。它將顯著減少箱508通過輻射損失的熱量，尤其是在儲熱盒508與環(huán)境之間的溫差大的情況下。反射側不僅在白天起作用，在晚上也起作用。

當太陽光照射在太陽能集熱器50上時，葉片501的第一側吸收熱量，并將其轉移至儲熱容器508中的儲熱材料507。吸熱體501是一組葉片，它們的取向是可調節(jié)和可控制的。所述控制系統(tǒng)使葉片在任何時候都以最佳角度面對太陽光。它將顯著提高系統(tǒng)的集熱效率。市場上有一些現(xiàn)有的設備，其旋轉太陽能集熱器以跟蹤太陽的運動。該設備需要用來轉動整個太陽能集熱器的功率。本發(fā)明的系統(tǒng)僅需要用來旋轉葉片的功率，它的運行容易得多，并且能夠節(jié)省能源。旋轉葉片而非旋轉整個裝置的想法可用于光伏電池板和其它陽光收集和反射設備。在示例50中，我們可以去除儲熱容器508。在這種情況下，它是具有節(jié)能垂簾式太陽能吸熱體的平板太陽能集熱器。我們還可以去除儲熱容器508，并且用透明板505代替隔熱背板505。此時，它是具有垂簾式太陽能吸熱體的雙層玻璃。我們還可以去除儲熱容器508和隔熱背板505。在這種情況下，裝置50是具有節(jié)能罩/簾的窗。此外，我們可以去除505、508、503和裝置的框架，此時僅剩下太陽能吸熱葉片和頂部導軌。在這種情況下，它是具有熱管的節(jié)能窗/門簾。如果我們進一步去除熱管511，那么它變成在一側具有太陽能吸熱涂層并且其相對側能反射太陽能熱的垂簾。

根據(jù)以上討論，我們可以得出如下的結論：

1.無論是太陽能集熱器還是太陽能儲熱箱都可以改造為將太陽能集熱和太陽能儲熱集成到一起的太陽能熱設備。

2.在圖1-b和圖2-b中，我們公開了一種圓筒形設備和一種平板太陽能集熱和儲熱設備。這使得可以很容易地利用現(xiàn)有機器和技術工人。實際上任何形狀均可用于該新設備。例如，錐形集熱器在未來可能比圓筒形集熱器更好。

3.如前所述，存在可以在我們的裝置中使用的許多不同的儲熱材料。它們包括固體、液體、氣體和相變材料。

4.集成的太陽能集熱和儲熱設備使用單一隔熱結構用于太陽能集熱器和儲熱箱。這不僅節(jié)省了材料，而且還減少了熱損失。

5.在上面的圖中，我們將設備的許多壁用作太陽能吸熱壁。它們是側壁、頂壁、內壁和外壁。其實任何壁，只要可以接觸太陽光，它就可以成為用于收集太陽能熱的壁。

6.所公開的集成設備可以成為建筑構件的一部分。該建筑構件包括建筑墻壁、屋頂、門或窗等。

7.我們還可以在集成設備的儲熱材料中設定太陽能烹飪部位，用于太陽能烹飪。

參考圖1-c，它是通過建筑墻壁的磚孔內的空氣通道來用太陽能供暖和降溫的示例性建筑物10的示意性側視圖。

該建筑10有朝陽的墻壁101和相對的墻壁102。深色(如紅色或灰色)多孔磚砌成墻壁。(如圖1-c中所示的墻壁102，中空部分并不串聯(lián))。磚是常規(guī)的磚或是有太陽能熱涂層的磚。磚中的一些孔被串聯(lián)連接，以形成在壁中的空氣通道103。朝陽的壁上的空氣間隙/閘門104、105連通建筑空間110與通道103?？諝忾g隙/閘門106、107和108連通至建筑物外部的大氣。間隙/閘門106、105和104、107、108分別位于最高、高和低的不同水平位置，如圖所示。每個間隙/閘門都有一個蓋子用來打開或關閉該間隙/閘門。

參見圖1-c中的11，這是建筑10的復制品，在這里106和108被它們的蓋關閉。當太陽光加熱墻壁101時，通道103中被加熱的空氣上升并通過間隙/閘門105進入建筑物的較高空間。在建筑物的下部空間，較冷的空氣通過間隙/閘門104進入通道103。繼續(xù)這個過程，空間110包括墻壁102會被加熱。這是利用太陽能來加熱建筑物空間的情況。在這種情況下，空間110中的氣壓為正。沒有空氣通過間隙/閘門107進入空間110。間隙/閘門107有助于空間110中的氣壓平衡。請參見圖1-c中的12。它是建筑10的復制品，這里的間隙/閘門106被打開并且間隙/閘門108被關閉。間隙/閘門107連接到背陰地區(qū)或連接到具有在地下或水中的部分的管子(圖1中未示出)。當太陽光加熱壁101時，通道103中被加熱的空氣上升，并通過最高的間隙/閘門106來到建筑物的外部。來自空間110的補充空氣通過間隙/閘門104和105進入通道103。這導致較冷的空氣通過間隙/閘門107進入空間110。因為通過間隙/閘門107的空氣來自建筑物的背陰地區(qū)，或者它可能進一步經(jīng)過在地下或水中的管子，因而空氣的溫度較低?？諝鈺鋮s建筑物空間110。這是利用太陽能來給建筑物空間降溫而不借助除了太陽能熱以外任何額外的電力和機器的情況。如果我們關閉間隙/閘門104和105并且保持間隙/閘門106和108打開，通道103中太陽能加熱的空氣會被迫從108流至106并且減少壁101中的熱量。這樣建筑物也會被降溫。

這是如何通過三個步驟來加熱或冷卻建筑物空間的非常簡單的例子。1.在建筑物的朝陽壁中設置空氣通道。2.在連接到通道的墻壁處添加一些間隙/閘門。3.控制間隙/閘門的打開或關閉。在這種情況下，建筑物墻壁所接收的太陽能熱迫使、引導和控制氣流來加熱或冷卻所述空間。不需要任何額外的能量，除了太陽能熱本身。雖然在這種情況下太陽能的效率不是很高，但這種裝置的成本是非常低的。因為它可以利用現(xiàn)有的建筑物設計和材料并且沒有必要添加額外的昂貴設備和材料。

事實上，建筑物墻壁不一定由磚建成。如果通道和間隙/閘門能夠布置在墻壁中，那么土、水泥、玻璃、金屬或其它材料可以用于構筑墻壁。該建筑的墻壁可以有或沒有太陽能吸收涂層。該建筑的墻壁也可以有或沒有透明罩。墻壁也可以是本文提到的任何其它建筑構件。此外，該建筑墻壁可以通過使用在本申請中公開的太陽能加熱設備來構建，例如將太陽能集熱與太陽能儲熱集成到一起的設備和可回收的太陽能集熱器和建筑構件。在這種情況下，圖1-c中的磚可以用太陽能加熱設備來代替。磚孔由設備中的通道或空間所取代。它們是圖5-a中的504和509、圖2-b中的206、圖1-d中的106和圖2-d中的206。這些通道和下述空間可以被連接以形成類似于圖1-c中的103的通道。所述空間是圖1-d中的空間1071或1072以及圖2-b中203和202之間的空間，連接到圖2d中2093至2094的空間。新的通道如103可用于流通太陽能加熱的液體和空氣。

圖2-c是利用太陽能供暖和降溫的示例性單層建筑物20的側視示意圖。建筑物20可以是單層建筑物、活動房屋或多層建筑物的頂層。該建筑有朝陽的墻壁201、相對的墻壁203和朝陽的屋頂202。墻壁205將建筑20分隔成兩個空間206和207。墻壁201和202的第一層2011和2021是兩個透明的覆蓋物。第二層221和222為太陽能吸熱板。241和242是隔熱結構。在太陽能吸熱板和隔熱結構之間的空間內有建筑材料。建筑材料可以是沙子、石材、磚、水泥等。在這里，它們僅是磚或水泥。在這種情況下，墻壁的磚和箱215構成建筑物的儲熱庫。太陽能吸熱板221或222是帶太陽能吸熱涂層的金屬板。壁203有表面板2031、隔熱結構243和在2031和243之間的建筑材料233。該建筑有地板表面244和地板表面下的建筑材料234(如沙子、石材、玻璃、磚塊、泥土、水泥、鋼筋水泥、金屬、合金、瀝青、木材、塑料和兩種或多種上述材料的組合)。底層204是不隔熱的，以便儲存在地板234中的熱量可以被傳遞至空間206和207。建筑物墻壁201、202、203和地板204中有液體管子211、212、213和214，如金屬或水泥管子，該管子填充有液體。該液體可以是水或防凍劑。在這里，它是水。該管子也可以是空心支柱。水管212和213各自有一端連接到箱215，在這種情況下，它是一種熱驅動的液體自循環(huán)裝置?？厮y216連接到管子212。在建筑物頂壁202的建筑材料232中，還有連接到用熱水設備252和253的帶翅片的水管251。翅片管子的冷水入口未在圖2-c中示出。在本申請中介紹的新公開太陽能集熱器可以全部或部分地取代壁201和202。運行過程將是相似的。集熱器的一些實例示于圖2b、圖5b、圖1-d和圖2d。他們也有透明層、吸熱層、隔熱結構和流體通道。在這種情況下(圖2-c)，該建筑物的熱庫是由箱215、壁201、202、203、204和連接液體管子211、212、213和214形成的。

當太陽光加熱太陽能吸熱板221和222時，太陽能熱儲存在壁201和202的建筑材料中。下面是一些情況的討論：

1.當管子211、212和213中沒有水時，墻壁201吸收的熱量被儲存在材料231中。由222吸收的熱量被儲存在材料232中。當我們需要熱水時，讓冷水流過翅片管子251，在儲存材料中的熱量會加熱水以供使用。

2.當管子211、212、213和214都灌有水且閥216和217被關閉時，板221中吸收的太陽能熱將通過管子211和212被轉移到并儲存在所述頂壁202的建筑材料232中。

3.當管子211、212、213和214都灌有水且閥216和217被打開時，由壁201吸收的太陽能熱加熱管子211中的水。被加熱的水上升到管子212并進一步通過吸熱板222加熱。進一步加熱的水流經(jīng)熱驅動的自循環(huán)裝置215并在由管子211、212、213和214構成的閉環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)。太陽能熱傳遞到壁201、202、203和地板204中的建筑材料和儲熱材料231、232、233和234。由地板204接收到的熱量也轉移至空間206和207以加熱建筑物的空間。通過控制裝置215中水的容量、流速和溫度，在管網(wǎng)211、212、213和214中的水溫可以被控制，從而空間206和207的溫度可以被控制。

4.當管子211、212、213、214和熱驅動的自循環(huán)裝置215都灌有水且閥216被打開，但是閥217被關閉時，管子211中太陽能加熱的水將上升，并進一步在管子212中被加熱，然后流入熱驅動的自循環(huán)裝置215。在這種情況下，裝置215是一種雙層壁水箱。215中的冷水將吸收來自管子212的水中的太陽能熱量。在箱215底部的冷水將返回管子212，然后返回管子211，以便給墻壁201降溫。從而建筑物20被降溫。設備215中被加熱的水可以用作熱水和/或用來加熱空間。與情況3類似，通過控制裝置205中水的容量、流速和溫度，也可以對建筑物的墻壁加熱或降溫。所以無論是為了給建筑物供暖還是降溫，該建筑物的溫度都可以被控制。

上述熱驅動的自循環(huán)裝置可包括雙層壁的液體箱、帶換熱器的液體箱或自驅動泵等。這些設備在我們以前的專利和申請中的專利中已經(jīng)公開。有時，熱驅動的自循環(huán)裝置可以有可拆卸的隔熱結構和敞開的頂蓋。當該裝置215中的水溫過高時，可以把該裝置215的隔熱結構取下，使其成為散熱器。此外，我們還可以打開頂蓋以通過蒸發(fā)進一步冷卻裝置中的水。

在某些情況下，我們也可以將建筑物的中空支柱和橫梁同時用作流體通道和儲熱元件二者。支柱/橫梁需要被隔熱。如果該流體是水，我們可以直接從支柱/橫梁得到熱水。如果流體是空氣，從閥放出的被加熱的空氣可以加熱空間。

墻壁201和屋頂202可以由一組填充或未填充有太陽能儲熱材料的平板太陽能集熱器替換。太陽能集熱器包括在此文件中公開的集熱器。墻壁201和屋頂202也可以由三種太陽能加熱裝置替換。他們是將集熱與儲熱集成在一起的太陽能集熱器、可回收的太陽能集熱器和建筑構件、以及節(jié)能的建筑物窗/門簾。這三種裝置中的每一種都有流體通道。為了連接這些通道可以形成通道211、212和213。因此，在使用新的太陽能加熱裝置的情況與就圖2-c討論的情況之間不存在本質差異。在寒冷的地區(qū)(高緯度地區(qū))，有些時候我們也在墻壁203上加裝太陽能吸熱體。因為雪地反射的陽光會加熱背陰的墻，盡管陽光從不會直接照射這些墻壁。特別是當建筑物使用上述三種太陽能加熱裝置中的任意節(jié)能裝置時，應該考慮到墻壁203對太陽能的間接吸收。在冬天這些設備可以節(jié)約用于空間加熱的能源。在寒冷地區(qū)，這個文件中討論的所有用于朝陽的墻壁/屋頂?shù)奶柲軣釕玫难b置、方法/想法和運行過程都可以在陽光不直射的墻壁那里使用。

圖3-c是利用太陽能供暖和降溫的示例性多層建筑的示意性側視圖。該建筑30具有屋頂下的空間31、二樓空間32、一樓空間33和地下室空間34。它有朝陽的墻壁301、相對的墻壁302、屋頂303、在地下的地下室墻壁304和頂墻壁306。屋頂303的一部分是3031。它是太陽集熱器或一組完全密封的太陽能吸熱瓦片。朝陽墻壁301可以吸收太陽能熱。在這種情況下，它是帶透明塑料涂層的紅色水泥墻。在墻壁中設置有水管311、312、313、314、315、316、317、318、319、320、321和322。它們相互連接，并連接到熱驅動的自循環(huán)裝置330，如圖3-c所示。該水管由金屬或水泥制成。

如圖3-c所示，設置控制閥351、352、353、354、355、356和357以控制管子中的液體流。閥可以被手動和自動控制。通過控制這些閥門，水系統(tǒng)可以在水加熱、空間加熱或空間降溫的不同模式下工作。還設有裝置350。它是具有自動控制系統(tǒng)的電動泵。自動控制系統(tǒng)根據(jù)預裝的控制程序和由傳感器收集的數(shù)據(jù)設定閥的運行模式。液體系統(tǒng)主要由太陽能熱驅動。如果需要，控制系統(tǒng)也將促使電動泵運行。該建筑還設有空調系統(tǒng)?？照{系統(tǒng)首先利用太陽能熱、其次利用其它能源來給建筑物供暖和降溫。其它能源包括電力、天然氣、石油、煤等?？照{系統(tǒng)未在圖3-c中示出。

在該空間31中，在頂墻壁306上和頂板303下設有熱驅動的自循環(huán)裝置330。它是液體箱、雙層壁的水箱或具有換熱器的液體箱。該箱具有冷水入口、熱水出口、釋放閥、排水閥和一個或兩個電熱器。它們是常規(guī)的配置，因此箱的上述部分沒有在圖3-c中示出。箱可以是用于電源系統(tǒng)需求管理目的的設備。箱可以在低電力需求的時期中加熱水，并在高電力需求的時期中使用該熱量。它可以幫助減少電源系統(tǒng)的發(fā)電量并為客戶降低成本。在這種情況下，該建筑物的熱庫由墻壁(301、302和304)、該箱(330和360)和液體管子形成。

水箱330具有在外層壁中的端口3301和3302。他們通過連接管子連接到太陽能集熱器3031。端口3303連接到管子318的一端。端口3304連接到管子317的一端。箱330進一步包括可拆卸的隔熱結構(圖3-c中未示出)。還有備用螺栓用于封閉箱330的通氣口3305。當隔熱結構位于箱上時，水箱330是儲熱箱。當隔熱結構被取下時，箱也可以是散熱器。在我們的例子中，太陽能集熱器3031和儲熱箱330是分開的。墻壁301不僅是太陽能集熱器，而且是儲熱裝置。它們被集成在一個單元中。

在建筑的前面有儲水器360，如游泳池。氣密容器361位于池中。較高的端口通過連接管子322連接到管子312。較低的端口通過連接管子323連接到管子321的端部。此處氣密容器360是散熱器。因為以下原因，池360和氣密容器是必需的：

1.建筑物30沒有可用來儲存或輻射太陽能熱的地下室或地下室墻壁。

2.游泳池需要建筑構件所收集的太陽能熱來加熱水。

3.該建筑需要水池中的水來給墻壁降溫。

這個游泳池是如圖3-b所討論的與儲熱裝置集成到一起的太陽能集熱器。游泳池的底壁和側壁有太陽能吸熱涂層以吸收池中的太陽能熱，從而直接加熱水。透明的蓋隔絕熱損失，如果必要的話。太陽能吸熱涂層可以位于透明玻璃的一側上。該玻璃的另一側可以淹沒在水中。或者，所述涂層位于面向陽光且可以淹沒在水中的一側上。有時為了保護該涂層，可能需要頂部附加透明涂層。在第二種情況下，吸熱材料可以是金屬、陶瓷、水泥、石材等。游泳池還可以包括熱泵(圖中未示出)。熱泵可以從游泳池內的太陽能加熱的水中提取熱量以加熱建筑中的空氣和水。熱泵也可以成為空調以從建筑物中移除熱量并將其排放到游泳池中。相比使用地面和地下水中的熱量，使用太陽能加熱的游泳池中的熱量更環(huán)保且更具有成本效益。如果沒有儲水池，我們也可以將氣密容器361直接布置在地下。

有時，池360也可以成為用來加熱建筑物的熱源。如果池360的壁上有太陽能吸熱涂層并且該池有透明蓋，那么池360中的水溫可以比墻壁301的溫度高。此時，361中較熱的水會自動上升以加熱墻壁301。在這種情況下，池360是圖3-b所公開的將太陽能收集和儲存集成到一起的太陽能集熱器。

以下是示例性討論如何利用太陽能給建筑30供暖和降溫的一些實例。

1.關閉所有閥351、352、353、354、355、356、357、358和泵350。由墻壁301所吸收的太陽能熱用于給建筑物供暖，并儲存在墻壁301和306中。由屋頂3031接收到的熱量被儲存在箱330中，用于加熱熱水。在這種情況下，在建筑物中的通道不是非常有用。

2.打開閥352并關閉其它所有閥和泵。由墻壁301吸收的熱量預熱管子312和311中的水。被加熱的水通過閥352上升到管子322。在屋頂?shù)奶柲芗療崞?031中，經(jīng)預熱的水被進一步加熱。然后水通過入口3301流入水箱330的外層容器。這里的熱水將熱量傳遞至內部容器中的水，并經(jīng)過出口3302-管子322-閥352-管子311和312回流到管子311、312。在這種情況下，由墻壁301和屋頂3031二者所收集的太陽能熱用于加熱箱330中的熱水。在同一時間，由墻壁301所吸收的太陽能熱被傳遞到箱330。從而墻壁和建筑物被降溫。

3.關閉閥352、355、357、358和泵350，并打開閥門351、353、354、356。在這種情況下，通過屋頂3031收集的太陽能熱儲存在箱350中。這與示例1相同。通過墻壁301收集并儲存的太陽能熱加熱管子311和312中的水。被加熱的水上升到管子318中，然后經(jīng)過熱驅動的自循環(huán)裝置330并流至管子317、316、315、320、321、312和311。從而所收集的太陽能熱被轉移到空間32、空間33并加熱整個建筑物。

4.關閉閥352、353、358和泵350并打開閥351、354、356、355和357。在這種情況下，由墻壁301所收集的太陽能熱產(chǎn)生熱驅動力來使加熱的水在一個閉環(huán)系統(tǒng)312-311-318-317-316-315-314-319-313-312中循環(huán)。從而所收集的太陽能熱可以被轉移并儲存在墻壁301、306、302和304中。它也可以通過墻壁304被轉移到大地。在夜間和寒冷的天氣中，儲存在地下室墻壁304和大地中的熱量可以加熱管子313、319和314中的水，從而給建筑物供暖。

5.如果建筑物30沒有地下室或地下室墻壁沒有管子，那么我們需要使用室外的地/水下氣密容器來給建筑物降溫。關閉閥352、353、356、357、355，打開閥351、354、358并驅動泵350。在這種情況下，泵使管子311和312中加熱的水經(jīng)環(huán)路312-311-318-317-316-315-321-323-361-322-312循環(huán)。散熱器361將太陽能熱傳遞至池360中的水以給游泳池供暖和給建筑物降溫。

從上面所討論的情況中，我們可以發(fā)現(xiàn)，通過建筑構件如墻壁和屋頂所吸收的太陽能熱，不僅可以加熱水和空間，同時也可給建筑物降溫。加熱的液體循環(huán)，不僅可以依靠電動泵，也可以依靠太陽熱能本身。雖然僅討論了五個示例，但我們可以改變閥/泵的數(shù)量和位置，以獲得更多的運行模式和實現(xiàn)更多用途。如果我們加裝一些傳感器和自動控制系統(tǒng)以基于計算機程序來操作系統(tǒng)，太陽能應用將具有更高的效率。另外，在本申請中公開的太陽能加熱和節(jié)能設備可以用在建筑30-c中。例如，所有墻壁可以部分地或完全地由集成了集熱和儲熱的太陽能集熱器和/或可回收的太陽能集熱設備和建筑構件來代替。這些設備的一些樣例顯示在圖5-a、圖2-b、圖5-b和圖1-d中。在圖3-c中的屋頂303和太陽能集熱器3031可以由可回收的太陽能集熱設備來代替。其中一個例子示于圖1-d。在這種情況下，節(jié)能屋頂不僅可以產(chǎn)生熱水，也可以直接加熱空氣從而加熱空間。當然，節(jié)能罩也可用在建筑物中以給建筑物供暖或降溫。因為上述所有的太陽能熱和節(jié)能設備均具有流體通道，所以建筑30的運行與針對建筑30所討論的運行并無實質差異。圖3-c的例子將整幢建筑物作為一個單元來通過太陽能供暖和降溫。事實上，我們可以將整個建筑分為多個樓層或房間單元來供暖和降溫?？刂葡到y(tǒng)會簡單很多。用于收集和儲存太陽能熱的建筑構件不僅包括墻壁和屋頂，還包括支柱、陽臺、窗、門、平臺、遮蓬、圍欄、道路、車道、磚、瓦等。所有建筑構件均可用于收集和/或儲存太陽能熱。所有這些均可以由本申請中公開的太陽能熱和節(jié)能設備來代替。

從上面例子的討論中我們也可發(fā)現(xiàn)，為了給建筑物供暖或降溫，流體通道可以是建筑(例如圖1-c)中的現(xiàn)有通道，也可以是新增加的通道如由金屬、水泥和陶瓷等制成的通道。它們也可以是設計在本申請所公開的太陽能加熱和節(jié)能設備中的通道。此外還可使用建筑物的空心支柱或中空框架。傳熱流體可以是空氣(圖1-c)、防凍劑、水(圖2和圖3-c)和其它液體。

參考圖1-d，其示出示例性中空玻璃式太陽能集熱器(igshc)和建筑構件10的示意性側視圖。這里裝置10不僅是太陽能集熱器，而且是節(jié)能建筑構件或單元。101是中空玻璃或類似物體，其意指中空玻璃、中空透明物體或被間隔件分離并包封的兩個透明片材。中空玻璃或空心玻璃已廣泛用于近來的建筑物。它也可以是其它被間隔件分離的兩個或三個透明板。間隔件可以含有干燥劑。二或三層玻璃和間隔件形成一個或兩個空間，其中填充有空氣或其它氣體用于隔熱。(多個)空間也可以抽真空。

這里在圖1-d中，有兩層玻璃102，103和間隔件108以形成封閉的空間107。太陽能吸熱體104被設置在空間107中，并將107分離成兩個子空間1071和1072。兩個子空間可以完全相互隔離，或者他們空氣連通?？諝饣蚱渌鼩怏w被填充在子空間中用于隔熱。一組較小的支撐件(未在圖中顯示)從兩側支撐并固定吸熱體。其它流體，包括液體例如水，也可以填充在所述子空間內以儲存和傳遞熱量。例如，當中空玻璃具有三層玻璃板時，單一太陽能吸熱體(不帶流體通道)被布置在兩個空間中的一個內，第二空間可以被流體填充以儲存和傳遞熱量。在這種情況下，流體通道是子空間。在這種情況下，太陽能吸熱體也可以是帶有太陽能吸熱涂層的中間玻璃。吸熱體104在一側或兩側具有太陽能吸熱涂層。它可以是沒有流體通道的單一太陽能吸熱體。

通常，一組流體通道被設置在吸熱體104中。在圖1-d中，只有通道中的兩個通道1051和1052作為代表示出。(在中心的)一個或(在兩側的)兩個會聚管子連接其它液體管子并具有延伸到101之外的(多個)端部。會聚管子具有一個或兩個開口端。這取決于集熱器/單元10的情況。如果該單元位于墻壁或屋頂?shù)哪┒耍粋€開口端就足夠了。如果該單元位于一系列單元的中間以傳遞流體，則需要兩個開口端。在圖1-d中，會聚管子106連接子通道如105，并在集熱器的框架處具有兩個連接件1091和1092。這里1091是液體出口，1092是液體入口。該液體可以是水、防凍劑或其它儲熱和傳熱液體。有時，子通道(1051、1052)和會聚管子(106)之間的角度是非正交角度。該角度可大于95度，以使加熱的液體在子通道中移動更容易和更快。流體也可以是空氣或其它氣體。

太陽能吸熱體不僅可以是單片吸熱體或帶液體通道的片材。它也可以是平板形狀的容器或罐/箱，如圖2-b中示出的208。填充在所述箱中的材料可以是任何儲熱材料如固體材料、流體材料和相變材料。該材料用于儲存熱量以供傳遞。在任何情況下，在中空玻璃中的太陽能吸熱體都能使建筑構件更堅固以防止建筑物的損壞和破裂，特別是在吸熱體是板形箱的時候。因此該單元可以在任何流中用作墻壁或其它建筑構件。此外，太陽能吸熱體允許雙層中空玻璃具有兩個分開的空氣空間。隔熱效果可能會得到加強。

當陽光照射在節(jié)能建筑構件10上時，陽光穿過玻璃102，到達太陽能吸熱體104的表面。吸熱體吸收熱量并將其轉移到液體通道如1051和1052內的液體中。因為空間1071、1072被空氣隔熱，所以大部分所吸收的熱量被轉移到液體中。通過會聚管子106，熱量經(jīng)連接件1091和1092轉移到單元的外部以用于水和/或空間加熱。在炎熱的季節(jié)，加快單元中的液體流動將給該單元和建筑降溫。在寒冷的季節(jié)，加熱的液體可以留在單元中以給建筑構件供暖，從而使建筑物內的空間被加熱。

參見圖2-d，示出另一中空玻璃式太陽能集熱器和節(jié)能建筑構件20的示意性側視圖。類似于圖1-d中的10，圖2-d中的20有中空玻璃201或類似物。設有兩層玻璃202、203和間隔件208以形成封閉的空間207。太陽能吸熱體204被設置在空間207中并將207分隔成兩個子空間2071和2072。吸熱體204的一側或兩側有太陽能吸熱涂層。吸熱體204也可以在一側有太陽能吸熱涂層而另一側用于輻射熱量。例如，吸熱體由鋁合金制成。其一側有太陽能吸熱涂層。它的另一面進行拋光。當我們使用這種單元來構建屋頂或墻壁時，在白天吸熱體的一側收集太陽能熱，另一側輻射熱量到建筑物內的空間。在夜間，被拋光的一側反射室內的熱量，以減少熱損失。一組流體通道2051、2052至2057和2058設置和集成在吸熱體204中。一根會聚管子206被布置在中空玻璃201的右側和空間207的外部，用于減小空間的厚度或減小熱損失。把它放在建筑物的框架中也更為容易。會聚管子206與流體管子2051、2052到2057和2058相連。如果有必要，也可用熱管來替換流體通道。熱管比流體通道昂貴。但熱管與會聚管子只有熱連接，他們之間沒有流體連通。第二會聚管子可被布置在中空玻璃的相對側，但在本示例中不是這樣。會聚管子206可以具有其自身的隔熱結構。該管子也可以安裝在建筑物框架中并在框架中隔熱。會聚管子206有用于冷水的入口2091和用于加熱后的水的出口2092。在圖1-d和圖2-d中，太陽能吸熱體104和204也可以沒有布置和集成在吸熱體中的流體通道。在圖1-d的情況下，太陽能吸熱單元具有兩個分開的隔熱空間。在寒冷的地區(qū)它是一個很好的建筑構件。在圖2-d的情況下，太陽能吸熱板外側的部分可以被連接到流體管子，或者可以直接加熱空氣。

該單元20還具有進氣口2094和出氣口2093。通常2093和2094由兩個備用螺栓或兩個條狀蓋子封閉。如果有必要，我們可以將單元20連接至空氣加熱系統(tǒng)，并從單元20內的一個或兩個空間中抽出加熱的空氣。從而中空玻璃式太陽能集熱器成為用于產(chǎn)生熱/冷的液體和/或空氣的多功能單元。在單元20中被加熱的空氣也可以與外界空氣自動循環(huán)。當單元加熱空間時，被加熱的空氣的流動方向是上升到子空間外。當單元冷卻空間時，冷空氣的流動方向則相反。

所述太陽能集熱器20的關鍵點之一具有一些特殊的特征。首先，太陽能吸熱體204被插入到中空玻璃201和203的空間內的插槽中。(圖2-d未顯示插槽)。插槽用于支撐和固定吸熱體。至少一個間隔件2081是可拆除的，并供管子2051至2058穿過。從而太陽能吸熱體204可被移除以進行更換或回收。取出的吸熱體也可再次涂覆。根據(jù)本技術，建筑物和中空玻璃的使用壽命可能比太陽能集熱器的涂層的使用壽命長得多。本發(fā)明公開的特殊設計將確保單元20在建筑物的整個使用壽命時間內都能吸收太陽能熱。20的其它運行過程和功能與前述的10類似。

單元10和20可以作為許多種建筑構件被安裝在建筑物中。例如它們可作為屋頂被放置在建筑物的頂部。它可以作為墻壁被放置在建筑物的任何地方。我們還可通過使用有網(wǎng)孔的吸熱體來使該單元部分地透過陽光?；蛘呶鼰狍w插入到玻璃的空間的一部分中。此時該單元可用作窗戶或天空屋頂。通過控制流體的流動方向和速度，該單元可幫助加熱空間或冷卻空間。該流體可以是氣體、液體或它們的組合。所述流體通道可以是布置在吸熱體處的流體管子或中空玻璃的空間/子空間。它們還可提供吸收的太陽能熱以用于儲存或其它用途。由于玻璃和金屬制吸熱體可被回收以進行二次利用，所以該集熱器是可回收的太陽能集熱器。作為建筑構件或單元，集熱器也收集太陽能熱。因此它是一個節(jié)能建筑構件。安裝了這種構件的建筑物不僅可以利用太陽能來給建筑物供暖，也可以給建筑物降溫。

單元10和20可以是與獨立的儲熱箱一起使用的太陽能集熱器。它們可以加熱水，產(chǎn)生熱水。在這種情況下，它是傳統(tǒng)的太陽能集熱器。需要一套配件。它們從下列一組中選擇：太陽能儲熱箱；支撐元件；一個太陽光反射器；與所述集熱器具有熱連接的儲熱箱；可控蓋，用于關閉或打開熱通道；太陽能烹飪器具；和自動控制系統(tǒng)。他們都在權利要求書中提及。

通過使用所述元件，建筑物的墻壁和屋頂可以非常簡單地建造。太陽能集熱器和框架材料是屋頂和墻壁的僅有的兩個主要組成部分。我們可以在制造工廠生產(chǎn)該單元和框架材料。然后該單元和材料可以被運送到工地用于組裝?？蚣懿牧嫌山饘?、木材、竹子或鋼材和混凝土制成。

參見圖3-d，它是使用太陽能集熱器和建筑構件來給建筑物供暖和降溫的示例性建筑物30的示意性側視圖。圖3-d中的建筑顯示了30的三個面：a是屋頂302，b是面對太陽光的一側，c是建筑的垂直剖面?zhèn)纫晥D。

屋頂a包括3021和3022。3022是普通的中空玻璃，用于形成為建筑提供陽光的天窗。屋頂3021由四個圖1-d或圖2-d中介紹的中空玻璃式太陽能集熱器構成。3023和3024是太陽能吸熱體的兩條會聚管子。在吸熱體中，會聚管子與集成在吸熱體中的其它管子之間的角度可以是非正交的。這在圖1-d中已介紹過。3023的出口與3024的入口相連接以供流體通過。水箱和/或散熱器307和自動控制系統(tǒng)308布置在屋頂302下的空間3071中。307與在圖2-c中的215和圖3-c中的330相似。307可以是一個大箱或一組小箱。

在b面，303和305是中空玻璃或透明窗口。窗戶3011和3012的節(jié)能窗簾安裝在房間中以根據(jù)室內溫度來吸收或反射太陽光。304是在圖2d中介紹過的中空玻璃式太陽能集熱器。306是在圖2-b中介紹過的集成了集熱和儲熱的太陽能集熱器。平板箱3061填充有儲熱材料(這里是水)以儲存熱量。3062是太陽能烹飪器具，其在我們的在先專利申請中公開。3062有3個烹飪室和用于儲存太陽能熱的封閉/隔熱空間。它與3061熱連接。在這里，我們有兩個大型儲熱裝置307和306(3061加3062)。307在較高的地方。3062在較低的位置。這使熱驅動的自循環(huán)更容易控制。309是用于一樓的遮篷和用于304的陽光反射器。反射器309將太陽光反射至吸熱體304以產(chǎn)生更多的熱量。陽光反射器可以設置在任何地方，以收集更多的熱量，甚至設置在建筑的后面。303、304、305和306中的每一個均可以包括多個組塊并安裝在建筑物框架上。

c面是建筑物的垂直剖面?zhèn)纫晥D。301是建筑物框架的垂直剖面圖。流體管網(wǎng)被布置在框架中，并且是隔熱的。該管網(wǎng)由圖中的箭頭線示出。箭頭表示在一個運行模式下的流體流動方向。309、3091-3099的每個箭頭也表示管子的截面和回路中的控制閥。會聚管子3041和3061位于框架301中。他們是隔熱的。他們還相互連接，并連接流體管網(wǎng)。在這種情況下，該建筑物的熱庫包含元件307、3061、3062，和3023、3024、3041中的流體通道以及301中的液體管網(wǎng)。c面及其對面的墻壁也可使用中空玻璃式太陽能集熱器。集熱器中的太陽能吸熱體可帶或不帶流體通道。這種布置是有價值的，因為這兩個面的墻壁也可以接收陽光。尤其是在冬天有大雪的區(qū)域，中空玻璃式太陽能集熱器可以捕捉雪地反射的陽光。設計和選擇取決于技術和商業(yè)上的比較。

如果采用我們的熱驅動液體自循環(huán)技術，那么使用太陽能熱來供暖和降溫的上述建筑可以在沒有動力泵的情況下自動運行。我們的在先專利申請介紹了該技術。水箱307和自動控制系統(tǒng)308也可以移至一樓或地下室(如果該建筑有地下室的話)。在這種情況下，熱循環(huán)需要電動泵。

當陽光310照在建筑30上時，有許多運行情況可手動或自動進行控制。這些情況與圖1-c、圖2-c和圖3-c的描述中所討論的類似。在這里，我們只討論兩種情況。

1.在炎熱的季節(jié)：首先，我們打開窗簾3011、3012、3013和3014，以反射陽光，減少進入建筑物的太陽能。其次，我們用冷水灌滿箱307和3061。再次，我們打開所有的閥309、3091-3099。陽光310加熱304、3061、3021和3062。由3062接收到的熱量會留在用于食品烹飪的器具中。烹飪后的余熱可用于熱水。3041和3061中被加熱的水上升，并經(jīng)過3095、3097、309，進入3023和3024被進一步加熱。熱水經(jīng)過3091并停留在307的頂部以供使用。307底部中的冷水經(jīng)過3099、3092、3096、3093和3094來冷卻建筑物和3041和3061。通過繼續(xù)這個過程，太陽能加熱的水被儲存在307中。該建筑被降溫。

2.在寒冷的季節(jié)：首先，我們打開窗簾3011、3012、3013和3014，以收集太陽能熱，加熱空間。其次，我們減少箱307和3061中充灌的冷水。再次，我們打開所有的閥309、3091-3099。太陽光加熱304、3061和3021。3041和3061中被加熱的水上升，經(jīng)過3095、3097、309進入3023和3024被進一步加熱。熱水經(jīng)過3091并快速加熱3091中的水。在307底部中被加熱的水經(jīng)過3099、3092、3096、3093和3094以給建筑物供暖。然后，水將熱量散發(fā)到管網(wǎng)中，并進入3041和3061以供再次加熱。在3062中接收到的熱量用于烹飪、熱水或空間加熱。多余的太陽能也可以留在307和3061中用于在夜間加熱空間。我們也可以關閉所有的閥，讓集熱器3061和3041將所有吸收的熱量用于供暖。在這種情況下，在屋頂上的3023和3024中太陽能加熱的空氣可以通過所述集熱器的空氣入口和空氣出口自動循環(huán)，從而加熱空間3071中的空氣。(未在此圖中顯示，請參考圖2-d中的2093和2094)。被加熱的空氣可以被泵送，以加熱建筑空間。通過繼續(xù)這個過程，建筑物由太陽能熱連續(xù)供暖。

以上是通過控制307所容納的水來自動給建筑物供暖或降溫而不采用除了太陽能熱之外的任何其它能量的兩個樣例。有很多的運行選擇。我們可以將箱307移到一樓或地下室(如果有的話)，用泵使水循環(huán)。我們可以將太陽能加熱系統(tǒng)分成兩個或三個子系統(tǒng)并獨立地運行每個系統(tǒng)。正如圖2d的描述中所提到的，屋頂3021的單元是多功能單元。在冬季，我們可以關閉閥309和3091，從屋頂3021和空間3071抽出太陽能加熱的空氣用于空間加熱。3021的每個集熱器都具有連接到所述集熱器的子空間的空氣入口和空氣出口。他們類似于圖2-d中的2093和2094，但是沒有在圖3-d中示出。屋頂3021中的太陽能加熱的空氣可直接從集熱器中泵送出?；蛘?，加熱的空氣可以自動循環(huán)以加熱空間3071中用于泵送的空氣。我們可以改變閥的設置來獲得許多不同的運行情況。我們也可以使用電動泵、控制軟件和硬件來自動操作太陽能供暖和降溫系統(tǒng)。已經(jīng)在圖2-c、圖3-c和本圖的描述中討論了許多情況。此外更多的實例可以被設計和安排出來。

本發(fā)明在權利要求書中限定，因此其它的修改對于本領域技術熟練的人員而言將是顯而易見的。