專利名稱：一種新型太陽能房頂?shù)慕Y構和材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及建筑物房頂?shù)慕Y構和材料，具體說是太陽能房頂?shù)慕Y構和材料，更詳細地說是關于太陽能集熱體與通常房頂相結合時所采用的結構和材料，尤其是釩鈦黑瓷中空太陽能集熱板或釩鈦黑瓷復合陶瓷中空太陽能集熱板與通常房頂相結合時所采用的結構和材料。
背景技術：
太陽能利用主要分為光電利用、光熱利用方式，目前光熱利用主要是太陽能熱水器，太陽能熱水器分為悶曬式和循環(huán)式，循環(huán)式效率較高，其集熱體主要采用金屬管板式集熱體和真空玻璃管式集熱體，金屬管板式集熱體也稱作平板式集熱體。兩者均存在以下不足1.金屬管板式集熱體主要采用銅、鋁等材料，真空玻璃管集熱體結構和制造工藝相對復雜，以每平方米吸熱面積計算兩者的價格都比較高。2.兩者均采用低溫涂覆的黑色陽光吸收涂料，在長期的陽光作用下會有一定程度的老化使陽光吸收率衰減，是導致效率和壽命問題的原因之一。3.由于材料、結構和成本等原因難與建筑物結合為一體。
以前生產(chǎn)黑色陶瓷必須加入Co、Cr、Ni、Mn、Fe等第四周期過渡元素，價格十分昂貴，本發(fā)明人申報并取得的中國發(fā)明專利CN85102464“黑色陶瓷制品原料的生產(chǎn)方法及其制品”、CN86104984“一種陶粉末”敘述了以提釩尾渣為原料之一生產(chǎn)各種黑色陶瓷制品的方法，這種黑色陶瓷稱作釩鈦黑瓷。此發(fā)明又以“陶瓷粉末及其制品”(Ceramrc powder and drticles)為名稱申報并已取得九國外國發(fā)明專利證書，分別是美國專利4737477、日本專利1736801、英、法、德、奧地利專利(歐洲專利局)0201179、澳大利亞專利578815、新家坡專利1009/91、芬蘭專利81336。
釩鈦磁鐵礦經(jīng)熔煉得到含釩鐵水，含釩鐵水經(jīng)吹煉得到釩渣，釩渣加入輔料進行焙燒，將焙燒料進行濕法浸取提釩，提取釩后所剩余的作為廢棄物的殘渣即為提釩尾渣。
目前我國年產(chǎn)出提釩尾渣約30萬噸，主要產(chǎn)地是四川、河北、遼寧等，代表性企業(yè)是攀枝花鋼鐵公司、承德第二化工廠、錦州釩業(yè)公司。提釩尾渣富含F(xiàn)e、Cr、Mn、V、Ti等第四周期元素復雜化合物，占總重量的80％左右，是一種十分特殊的工業(yè)廢棄物，其中任何一種成分的提取和利用均遠不如相應天然礦物的經(jīng)濟性，而他們的集合體卻是一種十分穩(wěn)定的陶瓷黑色著色劑，長期以來人工配制的Co系陶瓷黑色著色劑的制造必須經(jīng)過嚴格的配方，精細、復雜的加工才能得到呈色穩(wěn)定的陶瓷黑色著色劑，通常每噸售價20萬元左右。提釩尾渣不僅是穩(wěn)定的陶瓷黑色著色劑，而且其本身也是優(yōu)良的黑色瓷器原料，百分之百的提釩尾渣就可以生產(chǎn)理化性能優(yōu)良、光熱轉(zhuǎn)換性能突出的釩鈦黑瓷制品。
釩鈦黑瓷發(fā)明于1984年，1985年4月1日開始申報專利，1986年通過鑒定，釩鈦黑瓷可以制造中空太陽能集熱板、遠紅外輻射元件、藝術品、建筑裝飾板等，其中目前產(chǎn)量最大的是釩鈦黑瓷建筑裝飾板，主要產(chǎn)地是廣東、上海，代表性企業(yè)是佛山市東鴻陶瓷廠，上海宏基特種陶瓷公司。我國陶瓷建筑裝飾板(磚)產(chǎn)量居世界首位，年產(chǎn)量占世界產(chǎn)量50％左右，由于釩鈦黑瓷裝飾板使用大量提釩尾渣，以前占用大量堆場，成為提釩廠沉重負擔的提釩尾渣目前售價已達160-300元/T。全國提釩尾渣產(chǎn)出廠因此獲得年純收入數(shù)千萬元，釩鈦黑瓷裝飾毛板年銷售額數(shù)億元，磨光后增值1至3倍。20世紀90年代初以石膏模注漿成型方法試制300×300毫米釩鈦黑瓷中空太陽板上萬平方米，制造和使用釩鈦黑瓷太陽能熱水器數(shù)百臺，直接建造于房頂上的釩鈦黑瓷太陽能熱水器近千平方米，采用磚、水泥外框、菱苦土外框、水缸儲水箱和專門制造的陶瓷儲水箱，目的是逐步發(fā)展成為釩鈦黑瓷太陽能房頂。300×300毫米釩鈦黑瓷太陽板單板面積0.09平方米，容水量0.9kg，單層玻璃單板悶曬時水溫可達100℃，在1986年山東省太陽能熱水器全省評比中釩鈦黑瓷太陽能熱水器獲一等獎，釩鈦黑瓷太陽能熱水器加熱前后的水質(zhì)經(jīng)檢測未發(fā)現(xiàn)可見的變化，使用10年以上的太陽板無退色、腐蝕、老化等跡象，但是石膏模注漿成型釩鈦黑瓷中空太陽板方法，成型效率低、成型大尺寸太陽板成品率低下，小尺寸板接頭過多，安裝繁瑣，難以發(fā)展成為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)方法，難以實現(xiàn)大規(guī)模推廣使用。發(fā)明人近期開發(fā)的以真空擠出法試制的大尺寸太陽板，成型效率比石膏模注漿法高出數(shù)十倍，單板尺寸可放大幾倍至十幾倍，可以發(fā)展形成大規(guī)模生產(chǎn)和應用。
釩鈦黑瓷最重要的特性是光熱轉(zhuǎn)換特性，釩鈦黑瓷是典型的能源材料，為此發(fā)明人正在全力研究和開發(fā)更為實用的大尺寸釩鈦黑瓷太陽板和以釩鈦黑瓷為表面層以普通陶瓷為基體的釩鈦黑瓷復合陶瓷太陽板，用于釩鈦黑瓷太陽能房頂。全國提釩尾渣產(chǎn)出量可以年產(chǎn)實用型大尺寸釩鈦黑瓷太陽板約1500萬平方米，而制造釩鈦黑瓷復合陶瓷太陽板其年產(chǎn)量可以超過10億平方米，光熱轉(zhuǎn)換過程發(fā)生于物體表面，兩者性能可以做到并無重大差別。
目前一噸普通瓷質(zhì)毛板的售價約600元，釩鈦黑瓷毛板約700元，鑄鐵約3000元，鋼材4500元，鋁材24000元，銅材70000元，與鋼鐵相比其比重相差3倍，即相同貨幣所購買的瓷板體積是鋼鐵10倍以上，而瓷器耐蝕性壽命可以比鋼鐵長10倍以上，可以認為瓷質(zhì)材料比任何金屬更耐腐蝕，每平方米釩鈦黑瓷或復合陶瓷太陽板重量可以小于40kg。瓷質(zhì)材料價格低廉是由于原料儲量大、分布廣泛、運距短、加工溫度可低于1200℃、加工工藝簡單，金屬材料價格昂貴是由于原料儲量少、有效含量低、運距遠、加工溫度約1600℃、或需電解冶煉、加工工藝復雜，這些因素是難以改變的。所以普通陶瓷、釩鈦黑瓷或以釩鈦黑瓷為表面以普通陶瓷材料為基體適合制造太陽能集熱體用于太陽能房頂，尤以后兩者更適合制造太陽能集熱體用于太陽能房頂。
釩鈦黑瓷被陽光照射時會大量吸收陽光中的能量，陽光吸收率可達0.9，經(jīng)試驗，在緯度37度地區(qū)，夏日晴天1平方米釩鈦黑瓷太陽板可將10kg水加熱至100℃。釩鈦黑瓷被加熱時會發(fā)射遠紅外射線，具有較高的紅外輻射率，水是紅外敏感物質(zhì)，釩鈦黑瓷太陽板全稱釩鈦黑瓷中空太陽能集熱板其內(nèi)壁發(fā)射的遠紅外射線對提高釩鈦黑瓷太陽能熱水器效率是有益的，這點與通常太陽能集熱體只是將黑色太陽能吸收涂料覆蓋在集熱體的外表面是不同的。釩鈦黑瓷是優(yōu)良的光熱轉(zhuǎn)換材料，是新型的能源材料。釩鈦黑瓷黑色純正，理化性能優(yōu)良，目前大量用于生產(chǎn)實心的表面磨光的建筑裝飾板，生產(chǎn)成本低廉，釩鈦黑瓷裝飾板厚度約10毫米，不磨光的毛板售價每平方米20～30元，其銷售額已達到數(shù)億元，釩鈦黑瓷裝飾板只是利用釩鈦黑瓷黑色純正、裝飾效果沉穩(wěn)、莊重這一特性，而其本身具有的光熱轉(zhuǎn)換特性尚未得到充分的開發(fā)和利用。釩鈦黑瓷強度高、抗折強度45～100mpa，比普通瓷質(zhì)磚幾乎高一倍，制造成本低廉、不腐蝕、不老化、不退色、無毒、無害、無放射性，經(jīng)上千度溫度燒制而成，經(jīng)加速老化，未發(fā)現(xiàn)陽光吸收率衰減問題，可具有幾乎永久的使用壽命，非常適合制造太陽能集熱體，易與建筑結合，用于太陽能房頂，其強度是普通瓦片十倍左右，使用時間可與建筑同壽命。
中國現(xiàn)有建筑面積400億平方米，房頂面積約100億平方米，每年新建建筑20億平方米，房頂約5億平方米，建筑用能數(shù)量巨大，主要用于夏季空調(diào)、冬季取暖和生活用熱水，化石能源緊缺，充分利用可再生能源是總體趨勢，要想大規(guī)模利用太陽能，必應首先使離人類最近的房頂具備經(jīng)濟地吸收太陽能的功能，房頂吸收的太陽能必然首先用于人類在居室和工作場所中的主要耗能項目空調(diào)、取暖、熱水，其次是烹飪、家電、照明，已有的太陽能房頂和太陽房已經(jīng)可以做到由太陽能供應居室能源的50～80％，甚至做到全部能源自給，然而這些試驗性的太陽能房頂和太陽房是建立在現(xiàn)有技術基礎上的，建造和壽命期間所耗費的常規(guī)能源的數(shù)量有時超過其同期所獲取的太陽能，釩鈦黑瓷太陽能房頂可以改變這一狀況，主要取決于兩點①提出并實現(xiàn)低成本、大規(guī)模生產(chǎn)釩鈦黑瓷太陽板尤其是釩鈦黑瓷復合陶瓷太陽板的方法；②提出并實現(xiàn)能夠在普通房屋上低成本建造和運行、與建筑物同壽命的釩鈦黑瓷太陽能房頂?shù)姆桨浮?br> 近年開發(fā)的吸收式空調(diào)已可將溫度大于65℃的熱水的能量轉(zhuǎn)換制取溫度低于25℃的冷風，用于夏季空調(diào)，冬季陽光可以將太陽能集熱板內(nèi)的空氣加熱到30℃以上作為暖氣供應建筑取暖。太陽能是不穩(wěn)定的，稀薄的能源，每平方米功率上限約1千瓦左右，中國城市居民戶均房頂面積約15平方米，農(nóng)村約100平方米，目前仍在迅速發(fā)展，要利用太陽能實現(xiàn)夏季空調(diào)、冬季取暖，必須提供廉價、長壽、高效、易與建筑結合的太陽能集熱體，釩鈦黑瓷太陽板可以實現(xiàn)這一目標，但是釩鈦黑瓷以提釩尾渣為主要原料，目前釩的需求量和生產(chǎn)量都不大，導致提釩尾渣產(chǎn)出量有一定限度，所以開發(fā)以釩鈦黑瓷為內(nèi)外表面層、以常規(guī)陶瓷為基體的復合陶瓷中空太陽能集熱板，以使提釩尾渣得到更有效的利用，是非常必要的。中國年產(chǎn)陶瓷墻地磚約40億平方米，其中投影面積大于0.2平方米的瓷質(zhì)磚約10億平方米，因此年產(chǎn)數(shù)億平方米以上，外表面或內(nèi)外表面為釩鈦黑瓷，基體為通常陶瓷的復合陶瓷中空太陽能集熱板是可能做到的，也是非常需要和必要的。復合陶瓷中空太陽能集熱板可稱作釩鈦黑瓷復合陶瓷中空太陽能集熱板，也稱作釩鈦黑瓷復合陶瓷太陽板，簡稱復合陶瓷太陽板。
通常房頂?shù)墓δ苁欠里L、雨、日曬、保溫，形狀大致可分為“人”字形、平面型、一面坡型，房頂建筑在承重部分上，承重部分一般是墻體、混凝土構件或房梁(房架)和檁條，房頂本身通常由結構層、保溫層、防水層構成。
在我國一般城市建筑房頂?shù)慕Y構層是預制混凝土板或現(xiàn)澆混凝土，保溫層是膨脹珍珠巖、蛭石粉或爐渣等輕質(zhì)材料，防水層是各種油氈，為保持保溫層的整體性和便于施工通常保溫層與防水層之間還有一層水泥。
一般農(nóng)村或鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑房頂材料具有多樣性，結構層多采用薄的大尺寸玻璃纖維水泥瓦、木板條、柳條、蘆葦?shù)?，保溫層常采用鋸末與粘土、石灰等的混合物，防水層多用粘土瓦，隨經(jīng)濟發(fā)展農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑房頂材料也在不斷向城市化方向發(fā)展。
目前太陽能熱利用裝置主要是平板太陽能熱水器和真空玻璃管熱水器，平板太陽能熱水器主要由承重支架、集熱器和水箱構成，集熱器由結構層或稱作集熱器外殼、保溫材料、平板集熱體、透明蓋板組成，平板集熱體一般由金屬制造，與常溫水相比，100℃以下的熱水對金屬有較強的腐蝕性，為耐腐蝕延長使用壽命一般采用銅鋁復合平板集熱體，以較粗的銅管為橫管、較細的銅管為豎管焊接形成水的通道，豎管間隔約10公分，鋁板占據(jù)間隔面積或整體面積與銅管經(jīng)擠壓等方法復合為一體，表面覆蓋選擇性或非選擇性太陽能吸收涂料，從集熱器的斷面看，集熱器是由結構層、保溫層、集熱體、防水層組成的，其中防水層是透明蓋板，一般是玻璃或透明塑料，同時起到防水、透過陽光、形成封閉構成溫室效應的作用。選擇性涂料和非選擇性涂料各有優(yōu)缺點，但都會隨時間而老化，逐步降低陽光吸收率。
真空玻璃管熱水器主要由承重支架、真空玻璃管集熱體和水箱組成，真空玻璃管集熱體是一粗一細二根同軸玻璃盲管組合而成，一頭開口，一頭封閉，粗細管之間為真空，內(nèi)管表面覆蓋選擇性太陽能吸收涂層，水在內(nèi)管中加熱，向水箱輸送熱水。
太陽能是可再生、取之不盡、不危害環(huán)境的綠色能源，又是不穩(wěn)定、稀薄、低密度的能源。房頂是最容易被陽光照射、離人類最近、面積最大，目前綜合利用率最低、最容易采集、利用陽光的場所和空間。除此之外就是荒漠、海面和太空，在那些區(qū)域利用太陽能具有更高的技術難度和目前難以預測的經(jīng)濟性?，F(xiàn)在已經(jīng)有一些以水、空氣和其他流體為介質(zhì)的太陽能房頂和太陽房，但是至今仍屬試驗性質(zhì)，未被人們普遍接受。
制造、建造太陽能裝置包括太陽能熱水器、太陽能房頂、太陽房是為了利用太陽能從而節(jié)約常規(guī)能源，是為了節(jié)能。其衡量標準應該是一臺(座)太陽能裝置在壽命期間所取得的全部能量減去制造、建造、維護、維修這臺(座)裝置所消耗的全部能量之差，這個差值可稱作Q值，Q是正值說明是節(jié)能的，負值是耗能的，是得不償失的。所取得的能量比較容易計算，所消耗的能量應包括制造材料、將材料加工成另部件所消耗的能量及制造、維修人員和相關人員每天生活所消耗的能源，如冶煉1噸鋼材所耗常規(guī)能量折合約700升石油，從業(yè)人員家庭耗費的煤氣、電力能源等，這些能源消耗比較難以計算。一種比較簡單的辦法是以貨幣量進行對比，因為貨幣量在很大程度上反映了能源的消耗量，也是社會公認的是否經(jīng)濟的核算依據(jù)，如一臺太陽能熱水器只用于提供洗浴熱水，購入價3000元，平均10年后報廢，10年中維修費折合耗資500元，3000元的10年利息設為1000元，則總支出為4500元，使用一臺煤氣熱水器，如也只用于提供洗浴熱水，購入價300元，平均10年后報廢，10年中購置費、維修費、煤氣費和利息總計為a元，則Q＝(4500-a)元。因此任何一臺(座)太陽能裝置都應該使Q值＞0才會有存在價值和發(fā)展前景。
通常建筑要求50年至上百年使用壽命，一般防水層使用壽命為3～20年，現(xiàn)代建筑防水層維修間隔可以達到15年以上，目前包括結構層、保溫層、防水層在內(nèi)的房頂每平方米造價大致為幾十元至二百元之間。
盡管太陽能利用最應該首先采用太陽能房頂，但目前太陽能房頂十分罕見，而且多數(shù)是將金屬太陽能集熱器或真空玻璃太陽能集熱器直接安裝在已建造好的房頂上，并不是真正意義的太陽能房頂。目前太陽能房頂沒有普遍使用，我們認為根本原因是其Q值很難實現(xiàn)大數(shù)值的正值，有的甚至為負值，具體原因分析如下1.價格高——金屬管板式和真空玻璃集熱體每平方米售價為數(shù)百元，僅集熱體價格就是普通房頂造價的幾倍甚至十幾倍。
2.壽命短——金屬和真空玻璃管集熱體一般采用低溫太陽能涂料，陽光吸收率容易衰減，金屬管板式的銅管焊接口多，焊接口容易腐蝕，涂層性能衰減和焊口腐蝕導致金屬太陽能集熱器平均壽命約10年左右，真空玻璃管除涂層老化外，還存在真空壽命、玻璃管漏氣、破碎等因素，我國水源多為硬水，Ca、Mg離子多，容易產(chǎn)生水堿，水堿絮狀沉淀堵塞玻璃盲管等問題，各種原因?qū)е抡婵詹ＡЧ芗療崞髌骄鶋勖苍?0年左右。在10年左右時間中一般還需經(jīng)過多次維修和零件更換，平均壽命10年左右是指采光面積1～2平方米的單臺太陽能熱水器而言，如大面積用于房頂則意味需要經(jīng)常修理房頂，這點對于使用壽命50年至100年以上的建筑物來說是難以接受的。
3.平均效率不高——①低溫涂層幾年內(nèi)開始老化，陽光吸收率逐步下降，整個壽命期間平均效率不高；②銅材昂貴，管間距離大，鋁板吸收太陽能后橫向傳遞給銅管中的介質(zhì)，平均傳熱距離30毫米左右。由于結構限制，真空玻璃管管間空隙大，黑色吸收層只占結構面積50％左右，中午陽光強烈，但是中午陽光直射時大量陽光從管間空隙中穿過，影響了集熱效率。
4.難與建筑結合——房頂由結構層、保溫層、防水層構成，太陽能集熱器由結構層、保溫層、集熱層、防水層(透明層)構成，所謂太陽能房頂勢必要求將兩者有機結合，盡可能共用兩者的功能層，才能起到既保持原有房頂?shù)墓δ苡帜軓闹腥〉锰柲苡糜诮ㄖ锏母鞣N用能需要，并降低建造成本，如前所述，由于上述兩種集熱體具有各種不足，當形成大面積使用時其可靠性進一步下降，難以設計出一種合理的太陽能房頂結構，即使設計出來也會出現(xiàn)下述結果①房頂造價提高幾倍至十幾倍；②房頂使用可靠性下降幾倍至十幾倍，甚至需要每年或每年幾次拆修房頂，導致這種太陽能房頂?shù)腝值很難成為較大的正值。因此，在現(xiàn)有的金屬太陽能集熱體、真空玻璃管太陽能集熱體的基礎上很難建造能被用戶普遍接受、大量使用的太陽能房頂。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是利用釩鈦黑瓷太陽板和釩鈦黑瓷復合陶瓷太陽板價格低、壽命長、效率高、易與建筑結合的特點，提出一種低成本、長壽命、高效率的太陽能房頂?shù)姆桨福摲桨柑岢鰧⒎宽敼δ芘c太陽能集熱器功能集為一體的一種新型太陽能房頂?shù)牟牧?、結構和建造方法。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的太陽能房頂建造在建筑物的向陽面上，與水平面呈一定的角度，以釩鈦黑瓷太陽板、復合陶瓷太陽板或普通陶瓷太陽板為集熱體，在房頂?shù)某兄亟Y構上縱向安裝金屬槽板、Ω(歐米咖)型材板、土字型材板、主字型材板、土字型材、主字型材、Ω型材槽板、土字型材槽板、主字型材槽板，由金屬板滾壓成型的稱作型材板，其余稱為型材，金屬槽板由平槽底、立邊、平臺邊、防水沿、支撐面組成，其余型材板和型材由底邊、立邊、平臺邊、防水沿、支撐面組成，型材槽板由立邊、平臺邊、防水沿、支撐面、平槽底、單底邊、單立邊組成，在金屬槽板或型材槽板的槽底和立邊內(nèi)側(cè)安裝保溫材料，采用其余型材板或型材時在中間和側(cè)面安裝保溫材料，釩鈦黑瓷太陽板或復合陶瓷太陽板安裝在保溫材料的上面和中間，太陽板通過進出口上下串聯(lián)，太陽板的下方和兩側(cè)為保溫材料，透明蓋板安裝在金屬槽板、型材槽板或其余型材板和型材的平臺邊上，夏天太陽能房頂產(chǎn)生的熱水儲存在外包保溫材料的陶瓷水箱中，熱水可以用于開動吸收式空調(diào)機，吸收式空調(diào)機產(chǎn)生的冷水儲存在外包保溫材料的陶瓷水箱中，冬天氣溫下降時，比如在15攝氏度至零度之間，將水放掉，由太陽能房頂?shù)募療狍w加熱空氣，將熱空氣泵入室內(nèi)或泵入安裝在室內(nèi)墻面和地面上作為遠紅外散熱器的釩鈦黑瓷太陽板或復合陶瓷太陽板，房頂?shù)奶柊迮c作為散熱器的太陽板可以構成閉路循環(huán)。
我們可以安裝加熱器，以防太陽板凍裂，使冬季的太陽能房頂采用水為介質(zhì)，但對于需要大量采暖的寒冷和比較寒冷的區(qū)域，一般來說是不經(jīng)濟的，也是不方便的。
所述的金屬槽板是指用厚度為0.3～1.5毫米的鍍鋅鋼板或彩涂鋼板以機械滾壓的方法整體壓制成型的，長度可以達到數(shù)米至數(shù)十米，從橫截面看，平槽底的寬度為400～1100毫米，平槽底上可以有為增加剛性而滾壓成型的增強肋，總高度為90～250毫米，立邊高度為80～200毫米，平臺邊寬度為5～30毫米，支撐面寬度為5～50毫米，平臺邊用于安裝透明蓋板，支撐面可放置剛性平板，施工人員蹲在平板上進行安裝和維修。
所述的彩涂鋼板是在連續(xù)機組上以冷軋帶鋼，鍍鋅帶鋼(電鍍鋅和熱鍍鋅)為基板，經(jīng)過表面預處理(脫脂和化學處理)，用輥涂的方法，涂上一層或多層液態(tài)涂料，經(jīng)過烘烤和冷卻所得的板材即為涂層鋼板。由于涂層可以有各種不同的顏色，習慣上把涂層鋼板叫做彩色涂層鋼板，簡稱彩涂鋼板。又由于涂層是在鋼板成型加工之前進行的，在國外叫做預涂層鋼板。
根據(jù)美國材料試驗協(xié)會(ASTM)試驗報告，在大氣環(huán)境中鍍鋅鋼板有32年末發(fā)現(xiàn)腐蝕達到破壞程度的記錄，而現(xiàn)代生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)彩涂鋼板是在鍍鋅鋼板基礎上進一步進行處理和加工使其更耐腐蝕的產(chǎn)品。
所述Ω型材板也稱作歐米咖型材板是用厚度0.3～1.5毫米的鍍鋅鋼板或彩涂鋼板以機械滾壓的方法整體壓制成型的是由底邊、立邊、平臺邊、防水沿、支撐面組成，分為單臺階Ω型材板、雙臺階Ω型材板，單臺階Ω型材板可進一步滾壓加工成為土字型材板，雙臺階Ω型材板可進一步滾壓加工為主字型材板。Ω型材板比槽板更節(jié)約金屬材料。土字型材板和主字型材板比槽板、Ω型材板更少占據(jù)房頂?shù)拿娣e，使太陽板占據(jù)更多的房頂面積，從而提高房頂?shù)睦寐?。雙臺階Ω型材板和主字型材板與槽板、單臺階Ω型材板、土字型材板相比的優(yōu)點是可以用下面一層臺階支撐太陽板的重量，使保溫材料不必承受太陽板和流體的重量，從而可以采用更多種類的保溫材料，使保溫材料維持初始的密度或松散狀態(tài)從而長時間保持其保溫性能，比如大多數(shù)植物纖維、動物纖維的松散保溫體是不希望長期受到壓力的，長期受壓會使其密度變大、體積變小、保溫性能下降。槽板和Ω型材板的優(yōu)點之一是可以疊在一起，運輸比較方便。
我們還可以用軋制的方法、鑄造的方法、擠出成型的方法，甚至焊接的方法生產(chǎn)與上述土字型材板、主字型材板用途、作用、形狀相近和相同的土字型材和主字型材，其材質(zhì)可以是鋼、鑄鐵、鋁、其他金屬和塑料或這些材料的復合物及這些材料與橡膠、塑料之間的復合物。
Ω型材板、單臺階Ω型材板、雙臺階Ω型材板、土字型材板、主字型材板、土字型材、主字型材從橫截面看，其總高度即圖6中的H為90～250毫米，上平臺邊到底面的高度即H1，為80～200毫米，下平臺邊到底面的高度即H2為20～150毫米，其底邊總寬度即B為40～1200毫米，支撐面寬度即B1為2～50毫米，上平臺邊總寬度即B2為10～100毫米，下平臺邊總寬度即B3為20～200毫米。
型材槽板包括單臺階Ω型材槽板、雙臺階Ω型材槽板、土字型材槽板、主字型材槽板，型材槽板是用0.3～1.5毫米厚的鍍鋅鋼板或彩涂鋼板以機械滾壓的方法整體壓制成型，由立邊、平臺邊、防水沿、支撐面、平槽底、單底邊、單立邊組成，為便于運輸，單立邊可以在施工現(xiàn)場滾壓成型。從橫截面看，其總高度為90～250毫米，上平臺邊到底面的高度為80～200毫米，下平臺邊到底面的高度為20～150毫米，單立邊高度與下平臺邊一樣為20～150毫米，支撐面寬度為2～50毫米，上平臺邊總寬度為10～100毫米，下平臺邊總寬度為20～200毫米，平槽底寬度即b為500～1500毫米，單底邊寬度為20～200毫米。
所述的保溫材料是指泡沫塑料、玻璃纖維、陶瓷纖維、礦棉、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、植物纖維、動物纖維等。
所述的透明蓋板是指厚度為3～6毫米的玻璃平板、2～5毫米厚的透明塑料板。
所述陶瓷水箱是用制造普通水缸的陶瓷材料制造的，耐腐蝕性能好、使用壽命長，價格低廉，可置于建筑頂部或室內(nèi)的承重結構上，水箱底部有絮狀水堿沉淀罐。
所述安裝在室內(nèi)地面和墻面上的釩鈦黑瓷太陽板的表面可以磨光，其裝飾效果相當于釩鈦黑瓷磨光裝飾板，近代理論認為室內(nèi)普通散熱器會使室內(nèi)空氣產(chǎn)生對流引起空氣中的灰塵隨氣流對流，造成灰塵飛揚，灰塵攜帶病菌，對人體健康不利，理論認為增加散熱器的紅外輻射率會減少空氣對流，并且遠紅外射線對人體健康有利。
所述的太陽能房頂可以垂直安裝在建筑物向陽墻面上，成為太陽能墻面。
太陽能房頂或太陽能墻面的管道最低處和水箱底部均安裝絮狀水堿沉淀罐。
釩鈦黑瓷太陽能集熱器由金屬外殼、保溫材料、釩鈦黑瓷太陽板或復合陶瓷太陽板、透明蓋板組成，金屬外殼是由底面和四面立邊構成的盒狀部件，外殼與透明蓋板組成密封的溫室，產(chǎn)生溫室效應，保溫材料使進入陽光產(chǎn)生的熱量不易散發(fā)出去，太陽板表面的黑色層吸收太陽光產(chǎn)生大量熱量，加熱太陽板中的介質(zhì)。通常房頂由結構層、保溫層、防水層構成。本發(fā)明的太陽能房頂是將釩鈦黑瓷太陽能集熱器與普通房頂有機結合為一體，以最少、有效、可靠的材料、盡可能簡單的結構、最大限度地保留和加強了兩者功能的一種創(chuàng)新性的組合體。
釩鈦黑瓷是高效光熱轉(zhuǎn)換材料，陽光照射時，釩鈦黑瓷會大量吸收陽光轉(zhuǎn)換為熱能，陽光吸收率α＝0.9，當釩鈦黑瓷被加熱時會將熱能轉(zhuǎn)換為遠紅外射線，或稱紅外光，紅外輻射率ε＝0.9，釩鈦黑瓷是非選擇性陽光吸收物質(zhì)，當釩鈦黑瓷太陽能熱水器與其它種類太陽能熱水器相比時，也具有一流的熱效率，原因如下①陽光采集面的熱量達到流體的路程較短，一般為3～5毫米，而金屬管板式熱水器平均路程約30毫米；②吸熱面積占結構面積90％以上，而真空玻璃管熱水器在中午陽光直射時黑色采光面積占結構面積約50％；③釩鈦黑瓷經(jīng)1100℃以上溫度燒制而成，其成瓷后的結構十分穩(wěn)定，光熱轉(zhuǎn)換性能也非常穩(wěn)定，制品經(jīng)600℃數(shù)百小時加熱后測定其陽光吸收率未發(fā)現(xiàn)變化，所以作為釩鈦黑瓷太陽能房頂?shù)年柟馕詹牧显趲资晟踔辽习倌陼r間中其陽光吸收率將應該不會發(fā)生變化，可以在其整個壽命期間高效吸收太陽能量。
本發(fā)明的太陽能房頂同樣適用于不使用提釩尾渣的陶瓷太陽板房頂。
以下結合附圖詳細說明本發(fā)明的特點

圖1表示太陽能房頂4種基本元件的組合關系，釩鈦黑瓷太陽板或復合陶瓷太陽板1安裝在作為結構層的金屬槽板2的槽內(nèi)，太陽板與槽板2的槽底2.1和立邊2.2之間是保溫層3，透明蓋板4安裝在金屬槽板2的平臺邊2.3上面，并且表示結構層槽板2是固定在承重結構上的，通過固定件10固定在檁條5上，其重力傳遞給房梁6、墻體7，加強件8固定在相鄰金屬槽板立邊2.2上以提高支撐面的剛性。
圖2表示以滾壓成型的橫截面是一致的金屬槽板的形狀和結構，表示其形狀是長槽形的，由平槽底2.1、立邊2.2、平臺邊2.3、門形防水沿2.4、用于建造和維修時操作工操作時的支撐面2.5組成。
圖3表示太陽能房頂?shù)姆宽敳糠值母鞑考g的組合關系和基本運行原理，透明蓋板4和槽板2在房頂形成溫室，陽光透過透明蓋板4照射在太陽板1上，黑色表層將陽光轉(zhuǎn)換成熱能，加熱太陽板1中的流體，保溫材料3阻止熱能的散失，流體變熱比重減小經(jīng)太陽板1、上橫管15、上水管13進入水箱11，水箱下層溫度較低的流體經(jīng)下水管14，下橫管16補充進入太陽板，形成循環(huán)，使水箱中的流體不斷升溫，17是絮狀水堿沉淀罐。
圖4表示絮狀水堿隨水流經(jīng)沉淀罐17時，沉入沉淀罐中。
圖5表示太陽能房頂所提供的能量用于建筑物空調(diào)、暖氣時的各部件的組合關系和工作原理，圖5的左半圖表示太陽能房頂生產(chǎn)的熱水可以由自然循環(huán)儲存在水箱11中，再注入到陶瓷高溫水箱18中，也可以用泵27直接從房頂太陽板打入陶瓷高溫水箱18中，以高溫水開動吸收式空調(diào)機19產(chǎn)生冷水儲存在陶瓷水箱20中，再經(jīng)熱交換器21轉(zhuǎn)換成冷空氣注入室內(nèi)。圖5的右半圖表示為氣溫降至某點如攝氏10度時，放掉釩鈦黑瓷太陽能房頂系統(tǒng)中的水，關閉閥門9.3、9.4、9.7、9.10，打開閥門9.1、9.2、9.5、9.6、9.8、9.9，空氣在房頂被陽光加熱被泵23帶動循環(huán)，熱空氣進入儲能器22，部分熱量加熱水或相變物質(zhì)，熱空氣繼續(xù)進入用作地板散熱器的表面磨光的釩鈦黑瓷太陽板，再經(jīng)過用作墻面散熱器的釩鈦黑瓷太陽板24進入房頂?shù)奶柊逯?，再次被陽光加熱后進入循環(huán)。夜間關閉9.1、9.6打開9.3、9.4空氣從儲能箱中取得能量加熱散熱器。圖5分左、右半圖是為方便表達，左右兩部分共用同一座太陽能房頂是一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備提供空調(diào)、暖氣、熱水的功能。
圖6第一橫排表示單臺階Ω型材板、雙臺階Ω型材板的橫斷面的形狀和在進一步滾壓加工過程中兩者成為各種土字型和主字型材板。第二橫排左半圖表示金屬板、塑料板焊接而成土字型材和主字型材，右半圖表示金屬、塑料、橡膠等經(jīng)軋制、鑄造、擠出成型的土字型材和主字型材，也表示了各種部位的尺寸代號。第三橫排表示了Ω型材板和土字型材板、主字型材板各部位的尺寸代號。
圖7表示單臺階Ω型材板的使用方法。
圖8表示土字型材的使用方法。
圖9表示雙臺階Ω型材板的使用方法。
圖10表示主字型材的使用方法。
圖11表示單臺階Ω型材槽板。
圖12表示土字型材槽板。
圖13雙臺階Ω型材板槽板。
圖14表示主字型材槽板。
圖15表示單臺階Ω型材槽板的使用方法。
圖16表示主字型材槽板的使用方法。
圖中1——釩鈦黑瓷太陽板或復合陶瓷太陽板 2——金屬槽板 2.1——平槽底 2.2——立邊2.3——平臺邊 2.4——防水沿 2.5——支撐面 3——保溫材料 4——透明蓋板 5——檁條6——房梁(房架) 7——墻 8——加強件 9.1～9.10——閥門 10——固定件 11——水箱12——熱水箱的絮狀水堿沉淀罐 13——上水管 14——下水管 15——上橫管 16——下橫管17——下橫管的絮狀水堿沉淀罐 18——陶瓷高溫水箱 19——吸收式空調(diào)機 20——陶瓷冷水箱
21——熱交換器 22——儲能熱交換器 23——泵 24——用作墻面散熱器的釩鈦黑瓷太陽板25——用作地板散熱器的表面磨光的釩鈦黑瓷太陽板 26——地面散熱器之間縫隙的鑲條 27——水泵30——單臺階Ω型材板 30.1——底邊 30.2——立邊 30.3——平臺邊 30.4——防水沿30.5——支撐面 31——土字型材板 32——經(jīng)進一步滾壓成型后支撐面更窄的土字型材板33——經(jīng)滾壓成型后金屬板面貼合在一起的土字型材板 34——雙臺階Ω型材板 35——主字型材板35.1——底邊 35.2——上立邊 35.21——下立邊 35.3——上平臺邊 35.31——下平臺邊35.4——防水沿 35.5——支撐面 36——經(jīng)進一步滾壓成型后支撐面更窄的主字型材板37——經(jīng)滾壓成型后金屬板面貼合在一起的主字型材板 38——金屬或塑料焊接而成的土字型材39——金屬或塑料焊接而成的主字型材 40——金屬、塑料、橡膠等經(jīng)軋制、鑄造、擠出成型的土字型材41——金屬、塑料、橡膠等經(jīng)軋制、鑄造、擠出成型的主字型材 50——玻璃纖維增強波型水泥瓦51——油氈 52——蘆葦席 53——玉米芯碎屑 54——柳條 55——谷糠 56——彩鋼平板57——鴨毛 58——發(fā)泡橡膠條 60——單臺階Ω型材槽板 60.1——型材槽板的單立邊60.2——型材槽板的單底邊 61——土字型材槽板 62——雙臺階Ω型材板槽板 63——主字型材槽板64——防水膠H——型材板、型材、型材槽板(以下同)的總高度＝90～250毫米 H1——上平臺邊到底面的高度＝80～200毫米 H2——下平臺邊到底面的高度＝20～150毫米，也表示型材槽板單立邊的高度B1——支撐面寬度＝2～50毫米 B2——上平臺邊總寬度＝10～100毫米 B3——下平臺邊總寬度＝20～200毫米 B——型材板和型材底邊的總寬度＝40～1200毫米 B/2——單底邊的寬度＝20～600毫米b——型材槽板的平槽底寬度＝500～1500毫米(四)具體實施方案實施例1.家庭住宅太陽能房頂，太陽能房頂建在向陽面上面積100平方米，在緯度37度地區(qū)，與水平面成25度夾角，房頂結構層是厚度0.5毫米彩鋼板成型的槽板，單件槽板長8米，縱向安裝，平槽底寬度為750毫米，立邊高度120毫米，平臺邊寬度15毫米，支撐面寬度20毫米，釩鈦黑瓷復合陶瓷太陽板長度1000毫米，寬度670毫米，總厚30毫米，壁厚4毫米，放在槽內(nèi)，太陽板與槽底之間是厚度60毫米的聚氨脂泡沫塑料，與立邊之間是厚度40毫米的聚氨脂泡沫塑料，厚度4毫米的平板玻璃以耐老化防水膠粘接在平臺邊上。
陶瓷儲水箱容量2500升，置于室內(nèi)承重構件上，夏日晴天水溫達到80℃以上，以80℃熱水驅(qū)動小型吸收式空調(diào)機，產(chǎn)生9℃冷水進入陶瓷冷水儲箱中，經(jīng)熱交換器向室內(nèi)輸送15℃冷風，儲箱四周包復隔熱材料。
冬天放掉房頂和管道中的水，陽光加熱太陽板中的空氣，風泵使熱空氣經(jīng)過水箱中的螺旋管泵入室內(nèi)，使水溫提高，室內(nèi)、太陽板、螺旋管內(nèi)空氣形成閉路循環(huán)，夜間使室內(nèi)、螺旋管構成閉路，以水箱中余熱維持室內(nèi)一定的溫度。
陶瓷儲水箱中的水也可以提供生活熱水。
2.如實施例1所述的太陽能房頂，建筑物是白天工作的場所，下班后系統(tǒng)停止工作，第二天上班前重新開動，以陶瓷儲水箱中的熱水提供空調(diào)冷風或暖氣。
3.如實施例1所述的太陽能房頂系統(tǒng)，由作為墻面和地板散熱器表面磨光的釩鈦黑瓷太陽板、房頂太陽板、水箱中螺旋管構成閉路循環(huán)。
4.如實施例1所述的太陽能房頂，金屬槽板采用鍍鋅鋼板滾壓而成。
5.如實施例1所述的太陽能房頂，所述保溫材料采用礦棉。
6.如實施例1所述的太陽能房頂，所述保溫材料采用稻糠。
7.如實施例1所述的太陽能房頂，所述保溫材料采用鋸末。
8.如實施例1所述的太陽能房頂，所述保溫材料采用玉米芯碎屑。
9.太陽能房頂1000平方米，向陽，與水平面成35度夾角，結構層采用0.3毫米厚鍍鋅平板上面安裝用0.8毫米厚的彩鋼板滾壓成型的主字型材板，主字型材板單板長12米，縱向安裝，底邊總寬150毫米，支撐面寬度15毫米，上平臺邊總寬度45毫米，下平臺邊總寬度90毫米，總高度180毫米，上平臺邊到底面高度155毫米，下平臺邊到底面高度100毫米，釩鈦黑瓷太陽板長度1200毫米，寬度800毫米，總厚25毫米，壁厚4毫米，兩邊放在下平臺邊上，先安裝最下邊的即離房檐最近的太陽板，安裝好一橫層后向太陽板與鍍鋅板之間注入輕質(zhì)珍珠巖粉與少量結合劑的混合物，3毫米厚玻璃板安裝在上平臺邊上，依次向上施工，底部貼有橡膠板的鋼板搭在兩邊支撐面上，施工人員站在鋼板上進行施工。
10.如實施例9所述的太陽能房頂，所述主字型材板換成鋁合金軋制的主字型材。
11.如實施例9所述的太陽能房頂，所述主字型材板換成雙臺階Ω型材板。
12.如實施例9所述的太陽能房頂，所述保溫材料換成輕質(zhì)蛭石粉。
13.如實施例9所述的太陽能房頂，去掉鍍鋅平板，主字型材板換成主字型材槽板。
權利要求
1.一種新型太陽能房頂?shù)慕Y構和材料，其特征在于太陽能房頂建造在建筑物的向陽面上，與水平面呈一定的角度，以釩鈦黑瓷太陽板、復合陶瓷太陽板或普通陶瓷太陽板為集熱體，在房頂?shù)某兄亟Y構上縱向安裝金屬槽板、Ω(歐米咖)型材板、土字型材板、主字型材板、土字型材、主字型材、Ω型材槽板、土字型材槽板、主字型材槽板，金屬槽板由平槽底、立邊、平臺邊、防水沿、支撐面組成，型材板和型材由底邊、立邊、平臺邊、防水沿、支撐面組成，型材槽板由立邊、平臺邊、防水沿、支撐面、平槽底、單底邊、單立邊組成，在金屬槽板或型材槽板的槽底和立邊內(nèi)側(cè)安裝保溫材料，采用型材板或型材時在中間和側(cè)面安裝保溫材料，太陽板安裝在保溫材料的上面和中間，太陽板的下方和兩側(cè)為保溫材料，太陽板通過進出口上下串聯(lián)，透明蓋板安裝在金屬槽板、型材槽板或型材板和型材的平臺邊上，夏天太陽能房頂產(chǎn)生的熱水儲存在外包保溫材料的陶瓷水箱中，熱水用于吸收式空調(diào)機，吸收式空調(diào)機產(chǎn)生的冷水儲存在外包保溫材料的陶瓷水箱中，將由冷水冷卻的空氣泵入室內(nèi)，冬天氣溫下降時，將水放掉，由太陽能房頂?shù)奶柊寮訜峥諝?，將熱空氣泵入室?nèi)或泵入安裝在室內(nèi)墻面和地面上作為遠紅外散熱器的釩鈦黑瓷太陽板或復合陶瓷太陽板，房頂?shù)奶柊迮c房間或與作為散熱器的太陽板構成閉路循環(huán)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種新型太陽能房頂?shù)慕Y構和材料，其特征在于所述的金屬槽板是指用厚度為0.3～1.5毫米的鍍鋅鋼板或彩涂鋼板以機械滾壓的方法整體壓制成型，長度數(shù)米至數(shù)十米，從橫截面看，平槽底的寬度為400～1100毫米，平槽底上可以有為增加剛性而滾壓成型的增強肋，總高度為90～250毫米，立邊高度為80～180毫米，平臺邊寬度為5～30毫米，支撐面寬度為5～50毫米，平臺邊用于安裝透明蓋板，支撐面可放置剛性平板，施工人員蹲在平板上進行安裝和維修。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種新型太陽能房頂?shù)慕Y構和材料，其特征在于所述的Ω型材板也稱作歐米咖型材板是用厚度0.3～1.5毫米的鍍鋅鋼板或彩涂鋼板以機械滾壓的方法整體壓制成型的是由底邊、立邊、平臺邊、防水沿、支撐面組成，分為單臺階Ω型材板、雙臺階Ω型材板，單臺階Ω型材板可進一步滾壓加工成為土字型材板，雙臺階Ω型材板可進一步滾壓加工為主字型材板。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種新型太陽能房頂?shù)慕Y構和材料，其特征在于所述的土字型材、主字型材是以鋼、鑄鐵、鋁、塑料以軋制、鑄造、擠出成型、焊接的方法制造。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種新型太陽能房頂?shù)慕Y構和材料，其特征在于所述的Ω型材板、單臺階Ω型材板、雙臺階Ω型材板、土字型材板、主字型材板、土字型材、主字型材從橫截面看，其總高度為90～250毫米，上平臺邊到底面的高度為80～200毫米，下平臺邊到底面的高度為20～150毫米，其底邊總寬度為40～1200毫米，支撐面寬度為2～50毫米，上平臺邊總寬度為10～100毫米，下平臺邊總寬度為20～200毫米。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種新型太陽能房頂?shù)慕Y構和材料，其特征在于所述的型材槽板包括單臺階Ω型材槽板、雙臺階Ω型材槽板、土字型材槽板、主字型材槽板，型材槽板是用0.3～1.5毫米厚的鍍鋅鋼板或彩涂鋼板以機械滾壓的方法整體壓制成型，由立邊、平臺邊、防水沿、支撐面、平槽底、單底邊、單立邊組成，為便于運輸，單立邊可以在施工現(xiàn)場滾壓成型。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種新型太陽能房頂?shù)慕Y構和材料，其特征在于所述的型材槽板從橫截面看，其總高度為90～250毫米，上平臺邊到底面的高度為80～200毫米，下平臺邊到底面的高度為20～150毫米，單立邊高度與下平臺邊一樣為20～150毫米，支撐面寬度為2～50毫米，上平臺邊總寬度為10～100毫米，下平臺邊總寬度為20～200毫米，平槽底寬度即b為500～1500毫米，單底邊寬度為20～200毫米。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種新型太陽能房頂?shù)慕Y構和材料，其特征在于所述的保溫材料是指泡沫塑料、玻璃纖維、陶瓷纖維、礦棉、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、植物纖維、動物纖維等。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種新型太陽能房頂?shù)慕Y構和材料，其特征在于所述的陶瓷水箱是用制造普通水缸的陶瓷材料制造的，置于建筑頂部或室內(nèi)的承重結構上，水箱底部有絮狀水堿沉淀罐。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種新型太陽能房頂?shù)慕Y構和材料，其特征在于所述的太陽能房頂可以垂直安裝在建筑物向陽墻面上，成為太陽能墻面。
全文摘要
本發(fā)明屬于太陽能利用和建筑物房頂領域，一般房頂由結構層、保溫層、防水層組成，太陽能集熱器由結構層、保溫層、集熱體層、防水層組成，以前的太陽能房頂往往是將太陽能集熱器直接安裝在已建造好的房頂上，造成結構復雜、功能重復、浪費材料、提高造價的結果，“一種新型太陽能房頂?shù)慕Y構和材料”提出用于太陽能房頂?shù)拟C鈦黑瓷太陽板、復合陶瓷太陽板、陶瓷太陽板、金屬槽板、Ω型材板、土字型材板、主字型材板、土字型材、主字型材、型材槽板等新材料和盡量共用兩者功能層的結構，從而達到合并功能層、簡化結構、節(jié)約材料、降低造價的目的。
文檔編號E04D3/24GK101092841SQ200610044930
公開日2007年12月26日 申請日期2006年6月20日 優(yōu)先權日2006年6月20日
發(fā)明者曹樹梁, 許建華, 蔡濱, 王啟春, 石延嶺, 許建麗 申請人:曹樹梁