一種墻壁結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】用于建筑物的墻壁結(jié)構(gòu)，包括：一個腔體（10），用于允許空氣流經(jīng)在所述建筑物的內(nèi)部和外部之間的所述結(jié)構(gòu)，所述腔體在所述墻壁結(jié)構(gòu)的內(nèi)層（2）和外層（4）之間。用于使用熱傳遞發(fā)電的發(fā)電構(gòu)件（20）被定位用于當(dāng)被暴露于相對較溫暖的外部狀況（T熱）時將熱從所述建筑物的外部傳遞到內(nèi)部，且當(dāng)被暴露于相對較涼的外部狀況（T冷）時將熱從所述建筑物的內(nèi)部傳遞到外部。所述發(fā)電構(gòu)件（20）被定位用于促進(jìn)與所述腔體（10）內(nèi)的空氣的能量傳遞。
【專利說明】一種墻壁結(jié)構(gòu)
[0001]本發(fā)明涉及一種墻壁結(jié)構(gòu)，且更具體地涉及一種用于建筑物的這樣的結(jié)構(gòu)。
[0002]隨著生活總體水平的提高，對于能夠提供更舒適的環(huán)境且是環(huán)境可持續(xù)的工業(yè)建筑物和居住建筑物的需求增加。創(chuàng)建這樣的環(huán)境的一個途徑是具有有效的加熱、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)通過為居住者提供可持續(xù)的室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)和舒適的環(huán)境來構(gòu)成建筑物的一個重要部分。多年以來，已經(jīng)有許多涉及HVAC系統(tǒng)的研究。例如，用于常規(guī)HVAC系統(tǒng)的隔熱模型包括兩個玻璃蒙皮，所述兩個玻璃蒙皮構(gòu)成一個腔體，在該腔體內(nèi)溫和的新鮮空氣可以流動，該模型被設(shè)計以通過在該系統(tǒng)內(nèi)允許熱傳遞和物質(zhì)傳遞來創(chuàng)建舒適且可居住的環(huán)境。然而，除非建筑物的IAQ和舒適性中的一個或兩者作出讓步，否則這種設(shè)計可能提供非常小的或無效的節(jié)能。
[0003]因此，本發(fā)明的目的在于尋求克服與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的上面的問題。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于建筑物的墻壁結(jié)構(gòu)，包括:一個腔體，用于允許空氣流經(jīng)在所述建筑物的內(nèi)部和外部之間的所述結(jié)構(gòu)，所述腔體在所述墻壁結(jié)構(gòu)的內(nèi)層和外層之間；以及一個發(fā)電構(gòu)件，用于使用熱傳遞發(fā)電，且被定位用于當(dāng)被暴露于相對較溫暖的外部狀況時將熱從所述建筑物的外部傳遞到內(nèi)部，且當(dāng)被暴露于相對較涼的外部狀況時將熱從所述建筑物的內(nèi)部傳遞到外部，且其中所述發(fā)電構(gòu)件被定位用于促進(jìn)與所述腔體內(nèi)的空氣的能量傳遞。
[0005]以此方式，當(dāng)發(fā)電構(gòu)件被暴露于溫暖的外部狀況(與建筑物的內(nèi)部相比)時，它可以從外部熱源(諸如太陽)發(fā)電，且傳導(dǎo)經(jīng)過所述層的任何能量可用于使所述腔體內(nèi)的空氣溫暖。當(dāng)空氣流經(jīng)所述腔體時，這轉(zhuǎn)而幫助將建筑物的期望的熱水平例如維持到適合于居住者的水平。所述能 量的至少一部分將被轉(zhuǎn)化以通過所述發(fā)電構(gòu)件發(fā)電。此外，以此方式，通過控制所述腔體內(nèi)的空氣流動可以調(diào)節(jié)所述發(fā)電構(gòu)件的溫度，當(dāng)這樣的元件是高度溫度敏感的時這將會是非常有利的。
[0006]相反，當(dāng)被暴露于相對較涼的外部狀況(例如夜間)時，在該狀況下該建筑物的內(nèi)部比外部溫暖，所述發(fā)電構(gòu)件可以使用來自建筑物內(nèi)部的熱發(fā)電。這從而利用來自建筑物的熱損耗的一部分(T熱，內(nèi)-T冷，外)來發(fā)電。與此同時，熱損耗的另一部分也可用來將經(jīng)由所述腔體來到建筑物內(nèi)的通風(fēng)空氣加熱，從而減少墻壁的U值。在這樣的情況下，所述墻壁構(gòu)造作為熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)源而工作。
[0007]以此方式，在炎熱氣候中，所述發(fā)電構(gòu)件可以從外部熱源(諸如太陽)、或從經(jīng)由熱質(zhì)熱質(zhì)或相變材料(PCM)吸收的熱發(fā)電，且傳導(dǎo)經(jīng)過該層的任何能量可以用于使所述腔體中的空氣溫暖。從建筑物中抽出的空氣將被允許流經(jīng)該腔體，這轉(zhuǎn)而會幫助抵制高水平的太陽能增益(太陽能增益會嚴(yán)重地影響空氣調(diào)節(jié))，而該能量的一部分將被轉(zhuǎn)化以通過發(fā)電構(gòu)件發(fā)電。此外，以此方式，通過控制所述腔體內(nèi)的空氣流動，可以調(diào)節(jié)發(fā)電構(gòu)件的溫度，當(dāng)這樣的元件是高度溫度敏感的時這將會是高度有利的，并且顯著地減少對空氣調(diào)節(jié)的需要。所發(fā)的電可以用來例如給局部通風(fēng)扇、數(shù)據(jù)記錄器、控制器、傳感器、LED燈等供電，或是被存儲以供以后使用。
[0008]因此如將理解的，本發(fā)明因此具有雙重/可逆的運行模式，因其既可以在熱狀況下發(fā)電又可以在冷狀況下發(fā)電，同時在寒冷氣候中使用熱使通風(fēng)空氣溫暖或者在溫暖氣候中使用從建筑物中抽出并且流動經(jīng)過所述墻壁結(jié)構(gòu)的空氣來抵制太陽能增益和由外部層吸收的熱。在兩種情況下，AT用來發(fā)電。
[0009]方便地，所述發(fā)電構(gòu)件被定位以使得由發(fā)電構(gòu)件傳導(dǎo)的能量能夠傳遞到所述腔體。
[0010]此外，所述發(fā)電構(gòu)件被定位以使得由所述腔體攜帶的能量能夠傳導(dǎo)到所述發(fā)電構(gòu)件。
[0011]此外，所述發(fā)電構(gòu)件可以是在外部表面上的有機熱電材料。
[0012]此外,本發(fā)明可以與由動態(tài)隔熱(dynamic insulation)頂型(parieto)或透氣型(permeo)或任何類型產(chǎn)生的腔體聯(lián)接，或者是常規(guī)隔熱與在外部溫度和內(nèi)部溫度之間的一些動態(tài)交換的組合。
[0013]優(yōu)選地，電路系統(tǒng)和部件被提供以使得電可被聚集并被存儲以例如在缺乏熱能時使用，以在寒冷氣候中僅通過熱傳導(dǎo)或在炎熱氣候中通過熱抵制來維持房子的熱水平。
[0014]優(yōu)選地，電子電路被設(shè)置成調(diào)節(jié)來自所述發(fā)電構(gòu)件的電壓和功率。
[0015]優(yōu)選地，所述發(fā)電構(gòu)件具有第一表面和第二表面，所述發(fā)電構(gòu)件被安置在所述結(jié)構(gòu)中以使得所述第一表面被定位用于從所述建筑物的外部吸收能量且所述第二表面被定位在所述腔體處或鄰接所 述腔體，從而當(dāng)被暴露于相對較溫暖的外部狀況時所述發(fā)電構(gòu)件被定位用于發(fā)電并且將能量從其第一表面?zhèn)鲗?dǎo)到第二表面以便傳遞到所述腔體內(nèi)的空氣。
[0016]優(yōu)選地，所述發(fā)電構(gòu)件包含一個熱電層。熱電材料可以將熱能直接轉(zhuǎn)化成電，因此熱電層提供了一種簡單的熱轉(zhuǎn)化方法，并且減小了在轉(zhuǎn)化期間熱能浪費的程度。此外，所述發(fā)電構(gòu)件可以是在外部表面上的有機熱電材料。
[0017]優(yōu)選地，所述墻壁結(jié)構(gòu)還包括能量吸收層，其中所述能量吸收層被定位在所述發(fā)電構(gòu)件處或鄰接所述發(fā)電構(gòu)件。所述能量吸收層可以起用于存儲所吸收的熱的作用，從而將會有向所述發(fā)電構(gòu)件持續(xù)地供應(yīng)熱能，無論從熱源輻射的熱是過剩的還是短缺的。
[0018]優(yōu)選地，所述能量吸收層包括隔熱材料。所述隔熱材料可以是能夠在延長的時間段內(nèi)存儲熱能的熱質(zhì)材料或PCM。常規(guī)地，這樣的材料已用于使建筑物隔熱。因此，優(yōu)選地將這樣的材料與所述發(fā)電構(gòu)件例如熱電層一起使用。
[0019]優(yōu)選地，所述能量吸收層包括一個光電層。所述光電層可以吸收太陽能并且將其轉(zhuǎn)化成電。這可以有助于更有效地發(fā)電。所述光電層沒能夠轉(zhuǎn)化的多余能量然后可被傳遞到熱電層并且被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成電。所述多余能量可進(jìn)一步被傳導(dǎo)以使腔體內(nèi)的空氣溫暖，用于寒冷氣候中的通風(fēng)使用，或在炎熱氣候中內(nèi)部抽出的空氣用來冷卻光電組件或光電和熱電組件，由此這減少了太陽能增益，且因此減少了熱傳導(dǎo)增益，以及增強了發(fā)電。
[0020]優(yōu)選地，所述熱電層的第一表面被設(shè)置在所述光電層處或鄰接所述光電層，而所述熱電層的第二表面被設(shè)置在所述腔體處或鄰接所述腔體，以使得在所述光電層中發(fā)生第一能量轉(zhuǎn)化之后可以在熱電層中發(fā)生第二能量轉(zhuǎn)化，且在傳遞期間不最小化熱能的損耗。該熱電層使用所述光電層和所述腔體之間的溫度差來發(fā)電。這確保在寒冷氣候中在轉(zhuǎn)化/加熱時段期間沒有或幾乎沒有能量被損耗，而在炎熱氣候中最大化對環(huán)境的熱抵制。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述發(fā)電構(gòu)件可以包括光電層或與熱電層聯(lián)接的光電層。這可以具有成本效益并且簡化了系統(tǒng)。[0022]優(yōu)選地，所述光電層被設(shè)置在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)，以使得它暴露于所述結(jié)構(gòu)的外部用于吸收太陽能。
[0023]優(yōu)選地，所述發(fā)電構(gòu)件是有機熱電材料，以使得它暴露于所述結(jié)構(gòu)的外部用于吸收太陽能。
[0024]優(yōu)選地，所述發(fā)電構(gòu)件是與固態(tài)熱電材料(厚膜或薄膜)聯(lián)接的有機熱電材料，以使得它暴露于所述結(jié)構(gòu)的外部用于吸收太陽能。
[0025]優(yōu)選地，所述墻壁構(gòu)件還包括隔熱層，用于在所述腔體的與定位有所述發(fā)電構(gòu)件的一側(cè)相反的一側(cè)上定位在所述腔體處或鄰接所述腔體。所述隔熱層包括隔熱材料。此隔熱層幫助熱能的不必要的損耗。
[0026]優(yōu)選地，所述發(fā)電構(gòu)件被設(shè)置成平面元件的形式。以此方式，用于吸收能量和傳遞熱以使腔體內(nèi)的空氣溫 暖的表面面積被最大化。
[0027]優(yōu)選地，所述墻壁結(jié)構(gòu)被設(shè)置成一個面板。以此方式，所述結(jié)構(gòu)可以被設(shè)置成模塊化的形式。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種墻壁結(jié)構(gòu)，包括:內(nèi)層和外層；空氣通道，允許空氣通過所述結(jié)構(gòu)；以及發(fā)電構(gòu)件，其中所述發(fā)電構(gòu)件被安置用于從所述墻壁結(jié)構(gòu)的外部能量源發(fā)電，所述發(fā)電構(gòu)件還被安置成鄰接所述空氣通道，所述空氣通道內(nèi)的所述空氣流動被控制以調(diào)節(jié)所述發(fā)電構(gòu)件和所述空氣通道內(nèi)的空氣之間的熱能傳遞。以此方式，所述發(fā)電構(gòu)件的溫度是可控的，在這樣的構(gòu)件的效率顯著地受溫度影響的情況下這是非常有利的。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種墻壁結(jié)構(gòu)，包括:腔體，用于允許空氣流經(jīng)所述結(jié)構(gòu)，并且在所述結(jié)構(gòu)的內(nèi)層和外層之間；以及發(fā)電構(gòu)件，用于使用來自外部源的能量發(fā)電，其中所述發(fā)電構(gòu)件被定位用于促進(jìn)與所述腔體內(nèi)的能量傳遞。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于建筑物的墻壁結(jié)構(gòu)，包括:內(nèi)層和外層；空氣流通道，在所述內(nèi)層和所述外層之間，用于允許空氣在所述建筑物的內(nèi)部和外部之間流動；以及發(fā)電層，用于使用溫度差發(fā)電，并且被定位成與所述空氣流通道處于熱傳導(dǎo)連通；其中所述發(fā)電層能夠運行在兩個模式下:第一模式，其中在第一環(huán)境狀況下通過相對較溫暖的外層和相對較涼的內(nèi)層之間的溫度差來發(fā)電；以及第二模式，其中在第二環(huán)境狀況下通過相對較溫暖的內(nèi)層和相對較涼的外層之間的溫度差來發(fā)電。
[0031]當(dāng)所述墻壁結(jié)構(gòu)被配置用于炎熱氣候時，它在第一環(huán)境狀況下促進(jìn)空氣流從建筑物的內(nèi)部經(jīng)過所述空氣流通道到其外部，以使得該空氣流起到冷卻發(fā)電層的作用從而抵制太陽能增益。優(yōu)選地，通過將所述空氣流通道設(shè)置在所述內(nèi)層中的入口和所述外層中的出口之間來將所述墻壁結(jié)構(gòu)配置用于炎熱氣候，其中所述入口被定位在比所述出口更低的位置處。
[0032]當(dāng)所述墻壁結(jié)構(gòu)被配置用于寒冷氣候時，它促進(jìn)空氣流從建筑物的外部經(jīng)過所述空氣流通道到其內(nèi)部，以使得使進(jìn)入所述建筑物的所述空氣流溫暖。優(yōu)選地，通過將所述空氣流通道設(shè)置在所述外層中的入口和所述內(nèi)層中的出口之間來將所述墻壁結(jié)構(gòu)配置用于寒冷氣候，其中所述入口被定位在比所述出口更高的或更低的位置處。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于建筑物的墻壁結(jié)構(gòu)，包括:能量吸收層，用于當(dāng)暴露于相對較溫暖的外部狀況時從建筑物的外部吸收熱，且當(dāng)暴露于相對較涼的外部狀況時從建筑物的內(nèi)部吸收熱；以及發(fā)電構(gòu)件，用于使用熱傳遞發(fā)電，且被定位用于從所述能量吸收層吸收熱。
[0034]優(yōu)選地，所述墻壁結(jié)構(gòu)還包括外部能量吸收層，所述外部能量吸收層暴露于該結(jié)構(gòu)的外部，用于通過吸收太陽能發(fā)電。
[0035]優(yōu)選地，所述能量吸收層或所述外部能量吸收層是熱電層。
[0036]優(yōu)選地，所述外部能量吸收層是有機熱電層。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的另外的實施方案，可提供一種用包括熱橋的不隔熱的墻壁結(jié)構(gòu)或?qū)嵭膲Ρ趤砜朔針騿栴}的墻壁結(jié)構(gòu)。以此方式，所述發(fā)電構(gòu)件被安置用于從熱傳導(dǎo)或來自所述墻壁結(jié)構(gòu)的損耗發(fā)電，且因此將所述熱損耗或增益的一部分轉(zhuǎn)化成電。熱橋的實施例可以是木材框架、預(yù)制混凝土面板、混凝土塊等等，但不限于建筑。
[0038]現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的例示性實施方案，其中:
[0039]圖1示出了在一個加熱循環(huán)中的本發(fā)明的第一實施方案；
[0040]圖2示出了在一個冷卻循環(huán)中的本發(fā)明的第二實施方案；
[0041]圖3示出了本發(fā)明的第三實施方案；
[0042]圖4示出了本發(fā)明的第四實施方案； [0043]圖5示出了本發(fā)明的第五實施方案，其中(a)示出了在第一較溫暖的環(huán)境狀況下的所述實施方案，(b)示出了在第二較冷的環(huán)境狀況下的所述實施方案。
[0044]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的墻壁結(jié)構(gòu)。如圖所示，所述墻壁結(jié)構(gòu)具有外部層4和內(nèi)部層2。在這些層之間有腔體10，空氣可以經(jīng)過該腔體從該結(jié)構(gòu)內(nèi)部流動到該結(jié)構(gòu)外部，即，從具有該結(jié)構(gòu)的建筑物內(nèi)部流動到外部。包括熱電層20的發(fā)電構(gòu)件被定位成鄰接所述外層，朝向熱源(H)，該熱源在此情況下是太陽。緊挨著熱電層20且在熱電層20外表上的是能量吸收層30，其被定位更進(jìn)一步朝向該結(jié)構(gòu)的外部層4。隔熱層40被定位緊挨著腔體10,朝向該結(jié)構(gòu)的內(nèi)部層2。
[0045]現(xiàn)在將描述本發(fā)明的第一實施方案的運行。圖1例示了一個加熱循環(huán)，其中環(huán)境空氣溫度相對高。這可以對應(yīng)于升高的日間溫度，或者對應(yīng)于炎熱氣候中的普遍高的溫度。在這樣的情況下，從建筑物中抽出的空氣將會比外部溫度更冷，且將從建筑物內(nèi)部流經(jīng)所述腔體到外部。在炎熱且潮濕的氣候中，建筑物被設(shè)計為正壓力以消除濕度(滲出)。在這樣的情況下，空氣從內(nèi)部自然地流動到外部。內(nèi)部開口應(yīng)當(dāng)比外部開口更低以允許空氣自然地流動，盡管也可以設(shè)置機械裝置來促進(jìn)此空氣流。在沙漠氣候情況下，諸如海灣地區(qū)，優(yōu)選地還應(yīng)當(dāng)為外部層設(shè)置陷沙百葉窗和空氣過濾器。
[0046]來自太陽的熱輻射外部層4的暴露的表面，且熱被吸收到鄰接外部層4的能量吸收層30內(nèi)。在一些實施方案中,層4可被設(shè)置成有機熱電層,其本身可用于發(fā)電,從而在第一階段增強了發(fā)電。能量吸收層30將熱能中的至少一些傳導(dǎo)到熱電層20，同時附加地存儲所述熱能的剩余部分中的至少一些。一旦所述熱能被傳導(dǎo)，則熱電層20的鄰接能量吸收層40的第一表面就比該熱電層的鄰接腔體10的第二表面更熱。由于此溫度差，熱電層20發(fā)電，該電被供應(yīng)到電路(未示出)。然后該電路可用于例如直接供電給風(fēng)扇、電氣設(shè)備，向電網(wǎng)中供電，或是將電供應(yīng)到電池存儲中以便隨后使用。
[0047]與此同時，在熱電層20的第一表面上接收到的熱能也被傳導(dǎo)經(jīng)過該結(jié)構(gòu)，以使腔體10內(nèi)的空氣溫暖。從所述內(nèi)部流動到腔體10內(nèi)的空氣然后變溫暖起來并且被釋放到該建筑物的外部，以維持該建筑物內(nèi)的期望的熱水平。
[0048]圖2示出了制冷循環(huán)中的本發(fā)明的第二實施方案，其中環(huán)境戶外空氣溫度相對低，且在建筑物內(nèi)部較暖。這可以對應(yīng)于在夜間的或在通常寒冷的氣候中的溫度下降。
[0049]在圖2中，包含有熱電層20的發(fā)電構(gòu)件被定位成朝向該建筑物的內(nèi)部，該建筑物的內(nèi)部在此情況下提供了熱源(H)。鄰接熱電層20的是能量吸收層30，其被定位成朝向該結(jié)構(gòu)的內(nèi)部層2。在熱電層20的另一側(cè)上是一個腔體10，其中新鮮空氣從建筑物的外部經(jīng)過該腔體流到該建筑物的內(nèi)部。隔熱層40被定位成緊挨著腔體10，朝向該結(jié)構(gòu)的外部層
4。在一些實施方案中，層4可被設(shè)置為有機熱電層，其自身由于腔體10和外部之間的溫度差可用于發(fā)電，從而增強了總體的發(fā)電。
[0050]在此實施方案中，熱電層20利用宏觀膜技術(shù)來提供遍布該層的多個微發(fā)電機運行。暴露的第一表面和鄰接到所述腔體的第二表面之間的相對小的溫度差，可用來將熱能直接轉(zhuǎn)換成電，該電被輸出到電路。
[0051]在此方面，這樣的薄膜或厚膜熱電層20能夠提供的發(fā)電密度超出了由常規(guī)厚膜裝置所達(dá)到的，且因此是優(yōu)選的。例如，用測得的尺寸為3.5mmX3.5mm的模塊在Λ T=70K達(dá)到了 >100mW的的輸出功率水平且在ΛΤ=120Κ達(dá)到了 >300mW的輸出功率水平，對應(yīng)于約l-3ff/cm2的輸 出功率密度。
[0052]此外，隔熱層40利用了一種能夠在延長時間段內(nèi)存儲熱能的熱質(zhì)材料或PCM。此類型的材料能夠例如在日間吸收熱能從而減輕在該結(jié)構(gòu)上的制冷負(fù)荷，且然后在夜間釋放熱從而減輕加熱負(fù)荷。這樣的材料的實施例可包含水、巖石、泥土、磚塊、混凝土、纖維水泥、鈣質(zhì)土和瓷磚。
[0053]如上面所提到的，圖2例示了一個制冷循環(huán)，用在環(huán)境戶外空氣溫度相對低且在建筑物內(nèi)部較溫暖的情形。在這樣的狀況下，外部層4暴露于涼爽的環(huán)境空氣。鄰接外部層4的隔熱層40幫助使源自該建筑物的不必要的熱能損耗最小化。能量吸收層30被定位成朝向該結(jié)構(gòu)的內(nèi)部層2，朝向所述熱源。在此布置中，熱電層20以與在第一實施方案中所描述的相同的方式起作用和運行。僅有的不同在于，使建筑物外部進(jìn)入腔體10的新鮮空氣溫暖以待循環(huán)。這將再次導(dǎo)致發(fā)電以及維持該建筑物內(nèi)期望的熱水平。
[0054]圖3示出了本發(fā)明的第三實施方案。此實施方案與圖1中所示的實施方案類似，除了能量吸收層30和外部層4被替換成了光電層或有機熱電層50之外。在此實施方案中，光電層50起幾個作用，這些作用包含能量吸收層30的作用。
[0055]在加熱循環(huán)期間，來自太陽(H)的熱福射光電層或有機熱電層50的暴露表面。光電層或有機熱電層50吸收福射,并且將熱能轉(zhuǎn)化成電。在吸收期間，光電層或有機熱電層50的溫度將會上升。因此，此熱能被傳導(dǎo)到被定位成鄰接光電層或有機熱電層50的熱電層20的第一表面，致使在熱電層20的第一表面和第二表面之間的溫度差，導(dǎo)致發(fā)電。通過具有能夠發(fā)電的兩個層，所述結(jié)構(gòu)尋求對可用能量進(jìn)行最優(yōu)利用并且使任何能量浪費最小化。熱電層20進(jìn)一步傳導(dǎo)熱以由此使腔體10內(nèi)的空氣溫暖，腔體10被定位成鄰接熱電層20的第二表面。此空氣將被循環(huán)或被釋放，以維持所期望的恒定熱水平，且從而維持該建筑物內(nèi)的高標(biāo)準(zhǔn)的IAQ。
[0056]在冷卻循環(huán)期間，內(nèi)部空氣經(jīng)該結(jié)構(gòu)被抽出以抵制由所述層吸收的熱，且在此期間，所述空氣冷卻光電和/或熱電組件，這相應(yīng)地增強了光電和/或熱電組件的發(fā)電性能。[0057]圖4示出了本發(fā)明的第四實施方案。此實施方案與圖1中所示的實施方案類似，除了光電層或有機熱電層50替換了熱電層20、能量吸收層30和外部層4，由此簡化了所述結(jié)構(gòu)的配置。
[0058]光電層或有機熱電層50以與如上面所描述的相同的方式運行。然而，在此實施方案中，光電層50既充當(dāng)能量吸收層又充當(dāng)發(fā)電構(gòu)件，由此充分利用了光電材料的性質(zhì)。因此，光電層或有機熱電層50吸收從太陽(H)輻射的能量，發(fā)電并且使腔體10內(nèi)的空氣溫暖。這導(dǎo)致一個環(huán)境可持續(xù)的系統(tǒng)，通過利用可用能量來獲得最優(yōu)結(jié)果從而沒有使IAQ和熱水平作出讓步。
[0059]在此方面，光電模塊的效率對于溫度非常敏感。例如，IOK的溫度上升就導(dǎo)致5%的轉(zhuǎn)化效率損耗。因此，通過控制在空氣腔體內(nèi)的空氣流動可以控制光電模塊的溫度，即，該腔體中的從外部的或(在炎熱氣候中)從建筑物內(nèi)提供的相對涼的空氣可用來降低光電模塊的溫度，且因此維持并穩(wěn)定其效率。在有機熱電層的情況下，該建筑物將會受益于所吸收的作為電源的熱。
[0060]圖5示出了本發(fā)明的第五實施方案，其中(a)示出了在第一較溫暖的環(huán)境狀況(例如，日間)的所述實施方案，(b)示出了在第二較涼的環(huán)境狀況(例如，夜間)的所述實施方案。在此實施方案中，提供了:內(nèi)部層10，鄰接內(nèi)部層10的厚膜或薄膜熱電能量轉(zhuǎn)化層20，鄰接熱電能量轉(zhuǎn)化層20的構(gòu)造層30，以及一個外有機熱電層40。
[0061]內(nèi)部層10是用于朝向建筑物內(nèi)部的方向，且可由石膏板、石膏、塊或任何其他適合的建筑材料構(gòu)成。構(gòu)造層30可以由混凝土塊或木框架或任何其他適合的構(gòu)造材料30構(gòu)成。
[0062]在此實施方案中，熱電層20將從建筑材料(熱橋)逸出的熱轉(zhuǎn)化成電，且將通過建筑材料(熱橋)獲得的熱轉(zhuǎn)化成電。
[0063]如圖5(a)所示，在第一較溫暖的環(huán)境狀況下，諸如在日間或在炎熱季節(jié)性天氣中，來自太陽的熱輻射有機熱電層40的暴露表面。此有機熱電層40吸收輻射，且此能量的一部分被轉(zhuǎn)化成電。在吸收期間，外部層40的溫度將會上升，且熱能被傳導(dǎo)經(jīng)過構(gòu)造層30到熱電層20的第一表面。然后，這導(dǎo)致熱電層20的鄰接構(gòu)造層30的第一表面和熱電層20的鄰接內(nèi)部層10的第二表面之間的溫度差。由此，這導(dǎo)致通過熱電層20發(fā)電。因此，通過使得有機熱電層40和熱電層20均能夠發(fā)電，該結(jié)構(gòu)尋求對可用能量進(jìn)行最優(yōu)利用并且使任何能量浪費最小化。
[0064]如圖5 (b)所示，在第二較涼的環(huán)境狀況期間，諸如在夜間或寒冷季節(jié)天氣中，來自建筑物內(nèi)部的熱從內(nèi)部墻壁層10傳遞。在吸收期間，內(nèi)部層10的溫度將上升，且熱能被傳導(dǎo)到熱電層20，導(dǎo)致在熱電層20的鄰接內(nèi)部層10的第二表面與熱電層20的鄰接構(gòu)造層30的第一表面之間的溫度差。由此，這導(dǎo)致通過熱電層20發(fā)電。此外，通過具有兩個能夠發(fā)電的層，該結(jié)構(gòu)尋求對可用能量進(jìn)行最優(yōu)利用并且使任何能量浪費最小化。
[0065]在此實施方案中，外部層40是有機熱電層，其吸收輻射，并且將此能量的一部分轉(zhuǎn)化成電。然而，在其他實施方案中，外有機熱電層40可以被外部構(gòu)造層/包層40替換，其將吸收輻射但本身不發(fā)電。這樣的實施方案因此在優(yōu)化能量回收方面不那么有效。
[0066]如從上面的實施例理解的，本發(fā)明允許在溫暖的狀況期間在一定時間段內(nèi)存儲過剩能量，且然后在較涼的狀況下利用過剩能量以發(fā)電。這允許在長得多的時間段內(nèi)發(fā)電，從而提高能量產(chǎn)生裝置的總體效率。
[0067]應(yīng)理解，上面例示的實施方案僅僅是出于例示目的示出了本發(fā)明的應(yīng)用，且不是按比例繪制的。在實踐中，本發(fā)明可以應(yīng)用于許多不同的配置，具體實施方案對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將會是容易想到以實施的。
[0068]例如，雖然在實施方案中例示了一種作為建筑物的墻壁的一部分的結(jié)構(gòu)，但其可以合并到其他結(jié)構(gòu)(諸如建筑物的屋頂或者作為地板的一部分)中。在這種情況下，該裝置可以以面板的形式提供和/ 或被用在模塊化結(jié)構(gòu)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于建筑物的墻壁結(jié)構(gòu)，包括: 一個腔體，用于允許空氣流經(jīng)在所述建筑物的內(nèi)部和外部之間的所述結(jié)構(gòu)，所述腔體在所述墻壁結(jié)構(gòu)的內(nèi)層和外層之間；以及 一個發(fā)電構(gòu)件，用于使用熱傳遞發(fā)電，且被定位用于當(dāng)被暴露于相對較溫暖的外部狀況時將熱從所述建筑物的外部傳遞到內(nèi)部，且當(dāng)被暴露于相對較涼的外部狀況時將熱從所述建筑物的內(nèi)部傳遞到外部，以及 其中所述發(fā)電構(gòu)件被定位用于促進(jìn)與所述腔體內(nèi)的空氣的能量傳遞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述建筑物的內(nèi)部和外部之間的空氣溫度差致使所述腔體內(nèi)的空氣當(dāng)被暴露于相對較暖的外部狀況時從所述內(nèi)部流動到所述外部，且當(dāng)被暴露于相對較涼的外部狀況時從所述建筑物的外部流動到內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述發(fā)電構(gòu)件被定位以使得由所述發(fā)電構(gòu)件傳導(dǎo)的能量能夠傳遞到所述腔體。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述發(fā)電構(gòu)件被定位以使得由所述腔體攜帶的能量能夠傳導(dǎo)到所述發(fā)電構(gòu)件。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述發(fā)電構(gòu)件具有第一表面和第二表面，所述發(fā)電構(gòu)件被安置在所述結(jié)構(gòu)中以使得所述第一表面被定位用于從所述建筑物的外部吸收能量且所述第二表面被定位在所述腔體處或鄰接所述腔體，從而當(dāng)被暴露于相對較溫暖的外部狀況時所述發(fā)電構(gòu)件被定位用于發(fā)電并且將能量從其第一表面?zhèn)鲗?dǎo)到第二表面以便傳遞到所述腔體內(nèi)的空氣。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述發(fā)電構(gòu)件包含一個熱電層。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的墻壁結(jié)構(gòu)，還包括一個能量吸收層或熱質(zhì)或PCM，其中所述能量吸收層或熱質(zhì)或PCM位于所述發(fā)電構(gòu)件處或鄰接所述發(fā)電構(gòu)件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述能量吸收層包括一種隔熱材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述能量吸收層還包括一個光電層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述熱電層的所述第一表面位于所述光電層處或鄰接所述光電層，且所述熱電層的所述第二表面位于所述腔體處或鄰接所述腔體。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述發(fā)電構(gòu)件包括一個光電層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述光電層被設(shè)置在所述結(jié)構(gòu)中以使得所述光電層被暴露于所述結(jié)構(gòu)的外部，以吸收太陽能。
13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述發(fā)電構(gòu)件包括一種有機熱電材料。
14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述發(fā)電構(gòu)件包括厚膜或薄膜熱電材料和作為外部層的有機熱電材料的組合。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14中任一項權(quán)利要求所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述有機熱電材料被設(shè)置在該結(jié)構(gòu)中以使之暴露于該結(jié)構(gòu)的外部以便吸收太陽能。
16.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的墻壁結(jié)構(gòu)，還包括一個隔熱層，用于在所述腔體的與定位有所述發(fā)電構(gòu)件的一側(cè)相反的一側(cè)上定位在所述腔體處或鄰接所述腔體。
17.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述發(fā)電構(gòu)件被設(shè)置成平面元件的形式。
18.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述墻壁結(jié)構(gòu)被設(shè)置成一個面板。
19.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述墻壁結(jié)構(gòu)包括起動態(tài)隔熱作用或起熱橋作用。
20.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述墻壁結(jié)構(gòu)包括木材框架、預(yù)制面板或混凝土塊。
21.—種墻壁結(jié)構(gòu)，包括: 內(nèi)層和外層， 空氣通道，允許空氣通過所述結(jié)構(gòu)，以及 發(fā)電構(gòu)件， 其中所述發(fā)電構(gòu)件被定位用于從所述墻壁結(jié)構(gòu)外部的能量源發(fā)電，所述發(fā)電構(gòu)件還被安置成鄰接所述空氣通道，所述空氣通道內(nèi)的所述空氣流動被控制以調(diào)節(jié)所述發(fā)電構(gòu)件和所述空氣通道內(nèi)的空氣之間的熱能傳遞。
22.—種基本如本文參考附圖所描述的墻壁結(jié)構(gòu)。
23.—種墻壁結(jié)構(gòu)，包括: 一個腔體，用于允許空 氣流經(jīng)所述結(jié)構(gòu)，并且在所述結(jié)構(gòu)的內(nèi)層和外層之間；以及 一個發(fā)電構(gòu)件，用于使用來自外部源的能量發(fā)電，其中所述發(fā)電構(gòu)件被定位用于促進(jìn)與所述腔體內(nèi)的能量傳遞，以提供雙重操作:使內(nèi)部的冷空氣流動經(jīng)過所述結(jié)構(gòu)或者供應(yīng)新鮮空氣經(jīng)過該結(jié)構(gòu)。
24.—種用于建筑物的墻壁結(jié)構(gòu),包括: 內(nèi)層和外層， 空氣流通道，在所述內(nèi)層和所述外層之間，用于允許空氣在所述建筑物的內(nèi)部和外部之間流動，以及 發(fā)電層，用于使用溫度差發(fā)電，并且被定位與所述空氣流通道處于熱傳導(dǎo)連通； 其中所述發(fā)電層能夠運行在兩個模式下: 第一模式，其中在第一環(huán)境狀況下通過相對較溫暖的外層和相對較涼的內(nèi)層之間的溫度差來發(fā)電， 第二模式，其中在第二環(huán)境狀況下通過相對較溫暖的內(nèi)層和相對較涼的外層之間的溫度差來發(fā)電。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述墻壁結(jié)構(gòu)被配置用于炎熱氣候，且在第一環(huán)境狀況下促進(jìn)空氣流從建筑物的內(nèi)部經(jīng)過所述空氣流通道到其外部，以使得該空氣流起到冷卻所述發(fā)電層的作用從而抵制太陽能增益。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中通過將所述空氣流通道設(shè)置在所述內(nèi)層中的一個入口和所述外層中的一個出口之間來將所述墻壁結(jié)構(gòu)配置用于炎熱氣候，其中所述入口被定位在比所述出口更低的位置處。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述墻壁結(jié)構(gòu)被配置用于寒冷氣候，且促進(jìn)空氣流從建筑物的外部經(jīng)過所述空氣流通道到其內(nèi)部，以使得使進(jìn)入所述建筑物的所述空氣流溫暖。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中通過將所述空氣流通道設(shè)置在所述外層中的一個入口和所述內(nèi)層中的一個出口之間來將所述墻壁結(jié)構(gòu)配置用于寒冷氣候，其中所述入口被定位在比所述出口更高的或更低的位置處。
29.—種用于建筑物的墻壁結(jié)構(gòu),包括: 能量吸收層，用于當(dāng)暴露于相對較溫暖的外部狀況時從建筑物的外部吸收熱，且當(dāng)暴露于相對較涼的外部狀況時從建筑物的內(nèi)部吸收熱；以及 發(fā)電構(gòu)件，用于使用熱傳遞發(fā)電，且被定位用于從所述能量吸收層吸收熱。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的墻壁結(jié)構(gòu)，還包括: 外部能量吸收層，暴露于該結(jié)構(gòu)的外部，用于通過吸收太陽能發(fā)電。
31.根據(jù)權(quán)利要求29或30所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述能量吸收層或所述外部能量吸收層是一個熱電層。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的墻壁結(jié)構(gòu)，其中所述外部能量吸收層是一個有機熱電層。
【文檔編號】H01L31/0525GK104025325SQ201280050015
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月12日
【發(fā)明者】埃薩姆·埃爾薩拉格, 尤塞夫·埃爾-霍爾 申請人:埃薩姆·埃爾薩拉格, 尤塞夫·埃爾-霍爾