基于柔性光热薄膜进行太阳能融雪净水的阳光房装置

技术领域

本发明涉及光热材料应用技术领域，特别涉及一种基于柔性光热薄膜进行太阳能融雪净水的阳光房装置。

背景技术

偏远寒冷地区冬季无流动水源，也难以做到集中供水，并且由于土地永冻层深度较高，基本依靠雪融水来维持基本生活用水。目前雪堆融化的主要方式是通过点燃加热融化，耗费化石燃料。太阳能作为可持续输入的绿色能源，可以通过光热材料转换为热量，达到融雪的目的。然而，将光热材料应用于实现制备清洁雪融水来进行家用水供给作为一种新型供水方式仍然面临挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于柔性光热薄膜进行太阳能融雪净水的阳光房装置，解决偏远寒冷地区冬季供水问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于柔性光热薄膜进行太阳能融雪净水的阳光房装置，包括阳光房、柔性光热薄膜、雪槽、粗砂槽、淡水槽、集水管、出水口，所述阳光房包括房顶和墙体，所述雪槽用于盛放待融化雪，雪上平铺一层柔性光热薄膜，可以吸收阳光并转换为热量，将雪水融化；所述粗砂槽位于雪槽底部，过滤净化雪水中的杂质，淡水槽位于粗砂槽下方，淡水槽底部连接集水管，净化的雪水由出水口流出并收集。

进一步，所述房顶和墙体为透明保温材质，可以为透明玻璃板，用于透光使阳光进入屋内产生热量，并保持屋内温度，减小热量散失。透过率满足预设条件，同时可以为人们提供活动场所。

进一步，所述柔性光热薄膜为双层结构，下层为具有高光吸收能力的柔性纤维膜，用于吸收阳光并转换为热量；上层为透明薄膜，可以为不透气PVC薄膜，用于阻止雪水蒸发，柔性光热薄膜厚度为10-100μm。本发明光热薄膜具有柔性，可以根据雪融化的高度差进行自动调整，更加贴合雪的表面，增大接触面积。

进一步，所述粗砂槽的高度为5-30cm，粗砂槽内填充直径为0.5mm-60mm的石英砂，石英砂从小到大排列，上层最细密。

进一步，所述淡水槽为锥型，便于雪融水的收集和存储。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明是一种基于光热转换材料进行太阳能生产清洁水的生态房装置，通过设置光热薄膜材料进行光热转换，实现对雪融水的利用，具有结构简单、易装配、造价低廉的优点，最重要的是解决了偏远寒冷地区冬季供水问题。

附图说明

图1为本发明基于光热薄膜进行太阳能融雪净水的阳光房装置的结构示意图；

图2为柔性光热薄膜的结构示意图；

图3为本发明基于光热薄膜进行太阳能融雪净水的阳光房装置的模型照片；

图4为柔性光热薄膜在阳光照射下放置在雪上的温度；

图5为利用阳光房装置测得的雪水融化速率曲线示意图；

图6为雪水前后的对比照片图；

图中，1、阳光房，2、柔性光热薄膜，2-1、透明薄膜，2-2、柔性纤维膜，3、雪槽，4、粗砂槽，5、淡水槽，6、集水管，7、出水口。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案及效果做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

图1和图3示出了一种基于柔性光热薄膜进行太阳能融雪净水的阳光房装置的结构示意图，包括阳光房1、柔性光热薄膜2、雪槽3、粗砂槽4、淡水槽5、集水管6、出水口7，所述阳光房1包括房顶和墙体，房顶和墙体为透明保温材质，可以为透明玻璃板，用于透光使阳光进入屋内产生热量，并保持屋内温度，减小热量散失。透过率满足预设条件，同时可以为人们提供活动场所。

本实施例中，雪槽3用于盛放待融化雪，雪上平铺一层柔性光热薄膜2，可以吸收阳光并转换为热量，将雪水融化。其中，柔性光热薄膜2为双层结构，如图2所示，下层为具有高光吸收能力的柔性纤维膜2-2，用于吸收阳光并转换为热量；上层为透明薄膜2-1，可以为不透气PVC薄膜，用于阻止雪水蒸发，柔性光热薄膜厚度为10-100μm。本发明光热薄膜具有柔性，可以根据雪融化的高度差进行自动调整，更加贴合雪的表面，增大接触面积。

上述柔性纤维膜2-2是通过静电纺丝法制备的聚酰胺（PI）基膜，再通过聚合法附着的聚吡咯（Py）光热材料。在柔性纤维膜2-2上通过附着法粘附PVC密实薄膜。发明人发现，该光热转换薄膜的双层结构具有光吸收性能较佳，太阳能光热转换性能较佳，可以有效减少水分汽化后的蒸发损耗。

本实施例中，粗砂槽4位于雪槽3底部，过滤净化雪水中的杂质，锥型的淡水槽5位于粗砂槽4下方，淡水槽5底部连接集水管6，净化的雪水由出水口7流出并收集。其中，粗砂槽的高度为5-30cm，粗砂槽内填充直径为0.5mm-60mm的石英砂，石英砂从小到大排列，上层最细密。本实施例中，粗砂槽的高度为15cm。

本实施例的基于柔性光热薄膜进行太阳能融雪净水的阳光房装置的工作原理为：太阳光透过阳光房1顶部的透明玻璃房顶，照射到柔性光热薄膜2上产生光热效应加热雪水，柔性光热薄膜2放置于雪槽3内；雪被加热后形成液体，雪水通过粗砂槽4将雪水中的颗粒杂质滤除形成净化雪水；净化后的雪水贮存于淡水槽5内，在重力作用下通过集水管6运送至出水口7来收集。本发明是利用光热效应分离致使水由固体相变的过程，太阳能是一种可再生的绿色可持续能源，能够减少电能等资源的消耗，更加节能、环保。该发明可为冬季缺少化石能源的高寒偏远地区提供基本生活用水，具有无需额外能源输入、结构简单、造价低廉好的优点。

本发明的阳光房装置建于地上，阳光房顶部用于提供雪水处理，下方可同时为人们提供可以休闲的空间场所，阳光房内温度在阳光照射下要高于室外10 ℃以上，更适宜人类活动。

本发明还可建成半地下式阳光房，其中屋顶位置至雪槽位置即标号1-3建于地上用于收集阳光及热量，集水管及出水口置于地下有效实现保温和防冻，方便之处在于无需将雪提升，不便之处在于需要通过泵或人工方式将净水提升至地面使用。

本发明中的基膜由静电纺丝方式制成，但不仅限于静电纺丝方式，基膜性质为疏水，柔性薄膜即可，疏水薄膜可以有效的抗击因为雪水浸湿所带来的变形等问题。

本实施例进行光热薄膜太阳能转换能力的测试，并使用红外照相机记录薄膜表面经过光照后的温度，如图4所示。柔性光热薄膜在阳光照射下放置在雪上的温度高至52.9℃。柔性光热薄膜平铺于雪上，在太阳光模拟器下（光照强度为1个太阳，即1 kW·m

利用光热薄膜进行太阳能融雪净水的阳光房装置进行了太阳能雪融水的户外测试。如图5所示，在自然太阳光强度下该装置中雪融化速率为3.72kg·h

净化后的雪水与加热融化的雪水的浊度进行了对比，如图6所示，净化后的雪水浊度要远小于未经粗砂过滤的雪水，证明砂滤层的必要性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。