本申請(qǐng)要求2014年3月7日提交的并且名稱為“太陽(yáng)熱能屋頂系統(tǒng)(Solar Thermal Roofing System)”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.61/949,482的權(quán)益，并且與2013年9月6日提交的并且名稱為“A Roofing,Cladding or Siding Product,its Manufacture and its Use as Part of a Solar Energy Recovery System”的美國(guó)專利申請(qǐng)No.14/003,741相關(guān)，出于所有目的，上述專利申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)引用在此以其整體并入。

背景技術(shù)：

該章節(jié)意在向權(quán)利要求書中所列舉的本發(fā)明提供背景技術(shù)或上下文。本文中的描述可以包括可能被尋求的概念，但不一定是前面已經(jīng)構(gòu)思或?qū)で筮^(guò)的概念。因此，除非本文中另有說(shuō)明，在該章節(jié)中所描述的并非為該申請(qǐng)中的說(shuō)明書和權(quán)利要求書的現(xiàn)有技術(shù)，并且本章節(jié)中的內(nèi)容不承認(rèn)其為現(xiàn)有技術(shù)。

太陽(yáng)熱能收集系統(tǒng)經(jīng)由熱能收集器從太陽(yáng)光譜收集太陽(yáng)能作為熱。例如，太陽(yáng)熱能收集系統(tǒng)可被安裝在建筑物的屋頂上以便收集用來(lái)加熱建筑物內(nèi)的水或環(huán)境的太陽(yáng)能。然而，該系統(tǒng)可通過(guò)安裝支架或其它硬件被螺接到現(xiàn)有的屋頂和/墻壁上。這種類型的系統(tǒng)通常沒有集成到建筑物的結(jié)構(gòu)中并且不能夠高效地收集太陽(yáng)能并且給建筑物提供太陽(yáng)能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)包括：膜，所述膜被配置成接收太陽(yáng)能，其中，所述膜被配置成通過(guò)聯(lián)接至結(jié)構(gòu)的外表面而在所述膜和所述外表面之間形成腔室，并且其中，所述太陽(yáng)能被配置成加熱所述腔室內(nèi)的空氣。所述膜可以包括足部(例如，整體安裝或分離安裝為封隔件(packer))，所述足部被配置成接觸所述外表面以將所述膜升起一段在所述外表面上方的距離并且形成所述腔室。在所述外表面上方的所述距離和所述腔室的尺寸可以與所述足部的高度直接相關(guān)。

所述控制系統(tǒng)還包括熱能收集單元，所述熱能收集單元被配置成連接至所述腔室并且接收和引導(dǎo)來(lái)自所述腔室的空氣。所述熱能收集單元可以包括罩，所述罩具有被配置成附接至所述外表面的凸緣。所述凸緣被配置成匹配所述外表面的坡度。所述熱能收集單元還可以包括熱交換模塊和風(fēng)扇模塊。所述風(fēng)扇模塊被配置成驅(qū)動(dòng)空氣通過(guò)所述系統(tǒng)。所述系統(tǒng)還包括風(fēng)管系統(tǒng)，所述風(fēng)管系統(tǒng)聯(lián)接至熱能收集單元并且被配置成將來(lái)自所述熱能收集單元的空氣引導(dǎo)至通風(fēng)部和所述結(jié)構(gòu)的內(nèi)部中的至少一者。所述系統(tǒng)還可以包括通風(fēng)脊部，所述通風(fēng)脊部被配置成接收來(lái)自所述熱能收集單元的空氣并且將空氣排出到外部大氣中。所述通風(fēng)脊部可以包括一個(gè)或多個(gè)用于排放空氣的抽氣口。

附圖說(shuō)明

結(jié)合附圖從以下詳盡的描述將更充分地理解本發(fā)明，其中，類似的附圖表記指代類似的元件，在附圖中：

圖1為根據(jù)示例性實(shí)施方式的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的示意性圖示。

圖2為根據(jù)示例性實(shí)施方式的用于太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的屋頂瓦片的仰視圖。

圖3為圖2的屋頂瓦片的側(cè)視圖。

圖4A為根據(jù)示例性實(shí)施方式的一系列重疊的屋頂瓦片的側(cè)視圖。

圖4B為根據(jù)另一實(shí)施方式的用于平坦的屋頂膜的重疊的屋頂瓦片的前透視圖。

圖5為根據(jù)示例性實(shí)施方式的用于太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的熱能收集單元的等軸側(cè)視圖。

圖6為根據(jù)示例性實(shí)施方式的用于熱能收集單元的罩的等軸側(cè)視圖。

圖7為根據(jù)示例性實(shí)施方式的以改進(jìn)配置的罩的等軸側(cè)視圖。

圖8為根據(jù)示例性實(shí)施方式的具有額外的功能模塊的熱能收集單元的分解視圖。

圖9為圖8的熱能收集單元的等軸側(cè)視圖。

圖10為根據(jù)示例性實(shí)施方式的用于太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的通風(fēng)脊部的脊部夾透視圖。

圖11為根據(jù)示例性實(shí)施方式的用于通風(fēng)脊部的脊部瓦片的透視圖。

圖12為根據(jù)示例性實(shí)施方式的通風(fēng)脊部的透視圖。

圖13為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的示意性圖示。

圖14為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的具有柔性風(fēng)管系統(tǒng)的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的示意性圖示。

圖15為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的具有反向空氣流的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的示意性圖示。

圖16為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的另一個(gè)具有反向空氣流的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的示意性圖示。

圖17為第一屋頂瓦片測(cè)試環(huán)境的圖示。

圖18為第二屋頂瓦片測(cè)試環(huán)境的圖示。

圖19為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的在兩個(gè)屋頂瓦片測(cè)試環(huán)境中測(cè)量到的在晴天時(shí)的溫度的圖形表示。

圖20為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的長(zhǎng)達(dá)5天的在熱交換器之前的溫度和熱交換器之后的溫度之間的相關(guān)性的圖形表示。

圖21為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的熱交換器之前的溫度和熱交換器之后的溫度以及周圍空氣的溫度的圖形表示。

圖22為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的熱交換器之前的溫度和熱交換器之后的溫度以及連接至熱交換器的熱水箱的溫度的圖形表示。

圖23為顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式所計(jì)算的在幾天期間的能量和效率的圖表。

圖24為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的用于不同屋頂跨度的屋頂腔室空氣溫度的圖形表示。

圖25為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的通過(guò)屋頂腔室的空氣流的圖形表示。

圖26為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的對(duì)加熱水箱的仿真的圖形表示。

圖27為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的示意圖。

圖28為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的具有控制傳感器的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的示意圖。

圖29為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的具有風(fēng)扇速度控制的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的示意圖。

圖30為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的具有水循環(huán)的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的示意圖。

圖31A為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的具有空間加熱的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的示意圖。

圖31B為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的用于太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的閉環(huán)配置的示意圖。

圖32為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的具有混合式水加熱特征的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的示意圖。

圖33為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的混合式太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的示意圖。

圖34A至圖34D為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的用于太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的各種配置的示意圖。

圖35A至圖35B為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的與太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的不同配置相關(guān)的各種性能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的示意圖。

圖36為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的具有基于吸收的空間冷卻的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的示意圖。

圖37A至圖37D為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的與太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的各種配置相關(guān)的加熱性能的示意圖。

圖38A至圖38B為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的在水加熱過(guò)程中與太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的各種配置相關(guān)的性能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的示意圖。

圖39為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的示意圖。

圖40為根據(jù)示例性實(shí)施方式的用于太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的熱能收集單元的側(cè)視圖。

圖41為圖40的熱能收集單元的分解等軸側(cè)視圖。

圖42為根據(jù)示例性實(shí)施方式的圖40中所示的用于熱能收集單元的罩的單獨(dú)的側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

在轉(zhuǎn)向詳細(xì)地示出了示例性實(shí)施方式的附圖之前，應(yīng)當(dāng)理解的是，本申請(qǐng)不限于在說(shuō)明書中提出或在附圖中示出的細(xì)節(jié)或方法。還應(yīng)當(dāng)理解的是，術(shù)語(yǔ)僅僅出于說(shuō)明的目的而不應(yīng)當(dāng)被視為是限制性的。

總體參考附圖，顯示了太陽(yáng)熱能系統(tǒng)。盡管貫穿附圖，太陽(yáng)熱能系統(tǒng)被顯示為屋頂安裝件，但是本系統(tǒng)可以安裝或聯(lián)接至建筑物或結(jié)構(gòu)的任何基礎(chǔ)支撐材料(例如，墻壁、屋頂?shù)?，以便在結(jié)構(gòu)處收集太陽(yáng)能。太陽(yáng)熱能系統(tǒng)可以包括太陽(yáng)能收集器，太陽(yáng)收集器由與建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)支撐材料形成腔室的外部包覆層或外膜(例如，一個(gè)或多個(gè)屋頂瓦片)構(gòu)成。該系統(tǒng)被配置成通過(guò)從腔室抽取空氣收集來(lái)自太陽(yáng)能的熱。太陽(yáng)熱能系統(tǒng)還包括熱能收集單元(例如，熱能盒)，所述熱能收集單元可被安裝在外膜下方并且連接至腔室以收集并引導(dǎo)來(lái)自腔室的空氣流。該系統(tǒng)還包括風(fēng)管(即，風(fēng)管系統(tǒng))以在太陽(yáng)熱能系統(tǒng)內(nèi)引導(dǎo)空氣的流動(dòng)。本文中描述的系統(tǒng)提供了以下額外的益處：在溫暖季節(jié)期間通過(guò)減少進(jìn)入建筑物或其它相關(guān)的結(jié)構(gòu)中的熱負(fù)荷，并且在寒冷季節(jié)期間減少在建筑物或其它結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的熱能的逸出而提供建筑效率(例如，能量效率)。

參考圖1，顯示了根據(jù)示例性實(shí)施方式的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可被配置以形成建筑物或其它結(jié)構(gòu)的最外層(例如，最頂部)表面。系統(tǒng)100包括屋頂膜102，屋頂膜102被配置成覆蓋相關(guān)建筑物的基礎(chǔ)支撐材料112(例如，建筑紙、膠合板、干砌墻等)。屋頂膜102可以至少部分地由防風(fēng)雨材料制成，以便保護(hù)該結(jié)構(gòu)免受元件(包括基礎(chǔ)材料112)的影響。屋頂膜102的最外層表面可以由被配置成吸收陽(yáng)光的材料制成，例如太陽(yáng)能面板。在示例性實(shí)施方式中，如至少圖2至圖4所示，屋頂膜102由多個(gè)重疊部分(例如，瓦片、木瓦等)制成。

屋頂膜102被配置成形成用于空氣在膜102和基礎(chǔ)材料112之間流動(dòng)的腔室108。在示例性實(shí)施方式中，腔室108內(nèi)的空氣通過(guò)由屋頂膜102捕獲的陽(yáng)光(即，太陽(yáng)能)加熱。熱空氣從腔室108被抽入到顯示為熱能盒104的熱能收集單元中。通過(guò)圖1的箭頭示出了用于熱空氣的示例性路徑。熱能盒104流體連接至腔室108并且被配置成接收來(lái)自腔室108的熱空氣。熱能盒104和其它類似的熱能收集單元更具體地顯示在圖5至圖9中，并且在下文中更詳細(xì)地描述。

從熱能收集單元104，空氣或被路由到建筑物(根據(jù)圖1向下)中以被用于加熱建筑物內(nèi)的水或環(huán)境，或該空氣經(jīng)由系統(tǒng)100的通風(fēng)脊部106而排出到外部空氣中。在本實(shí)施方式或其它實(shí)施方式中，空氣還可以其它方式從建筑物排放(例如，經(jīng)由通到例如山墻端的外墻的風(fēng)管)。通風(fēng)脊部106被配置成覆蓋屋頂膜102的一部分并且提供至少一個(gè)將過(guò)多的熱空氣從系統(tǒng)100(例如，從熱能盒104)排出的抽氣口，其顯示為開口114。在其它實(shí)施方式中，系統(tǒng)100可以包括任何數(shù)目的抽氣口(例如，開口、排出區(qū)域等)。抽氣口的數(shù)目可以取決于屋頂或相關(guān)建筑物的尺寸和/或形狀，和/或熱能控制系統(tǒng)100的特定應(yīng)用。在示例性實(shí)施方式中，抽氣口的數(shù)目最小化以便用于熱能控制系統(tǒng)100的特定功能或特定應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施方式中，例如，系統(tǒng)100可以包括沿著屋頂?shù)奈菁咕€居中定位的單個(gè)抽氣口。通風(fēng)脊部106和其主要組件被更具體地顯示在圖10至圖12中并且在下文中更詳盡地描述。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2和圖3，顯示了根據(jù)示例性實(shí)施方式的屋頂瓦片200。在該實(shí)施方式中，如圖4所示，可以組合(例如，聯(lián)接、堆疊、重疊等)兩個(gè)或多個(gè)屋頂瓦片200以形成用于系統(tǒng)100的屋頂膜102或另一類似的外部包覆層或外部覆蓋層。每一屋頂瓦片200包括下重疊部分202(例如，底部、下部等)和重疊部分204(例如，頂部、上部等)。部分202和部分204可以由類似的材料制成。在示例性實(shí)施方式中，部分202和部分204具有類似的尺寸(包括類似的面積)，從而部分202和部分204重疊以形成膜102。

下重疊部分202包括足部206，足部206被配置成?？吭谙嚓P(guān)建筑物的基礎(chǔ)材料112(或另一外表面)上、將下重疊部分202的其余部分升起一段在基礎(chǔ)材料112上方的距離。當(dāng)足部206?？吭诨A(chǔ)材料112上時(shí)，腔室108形成在下重疊部分202和基礎(chǔ)材料112之間(即，圍繞足部206或在足部206之間)。足部206可以根據(jù)所期望或所需要的腔室108而成形。例如，足部206的高度可以與通過(guò)腔室108的所期望的空氣流相關(guān)，所具有的更大的高度導(dǎo)致了更大的空氣流。出于理想的空氣流動(dòng)，足部206的形狀和尺寸可被優(yōu)化。作為示例，例如足部206的足部可被放置成干擾層流，以用于空氣在朝向收集單元(例如，熱能盒104)時(shí)的最大熱能利用。取決于足部和/或系統(tǒng)100的特定應(yīng)用和特定需要，足部可以為實(shí)心的或中空的。足部206可以成形成使空氣動(dòng)力阻力最小化并且改善圍繞足部206并且通過(guò)腔室108的空氣流。例如，足部206可以具有圓形前緣并且可以大約為U形。在示例性實(shí)施方式中，足部206的尺寸和形狀設(shè)定成在屋頂瓦片200和基礎(chǔ)材料112之間提供大約二十(20)毫米的空氣間隙(例如，其中，足部206和/或腔室具有大約20毫米的高度)?？諝忾g隙(例如，腔室108)意在允許將空氣從部分屋頂(例如，屋頂瓦片200)或整個(gè)屋頂(例如，膜102)抽取到居中定位的熱能收集單元(例如，熱能盒104)。然而，建筑物結(jié)構(gòu)的屋頂可以包括多個(gè)收集單元以優(yōu)化熱能采集。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，太陽(yáng)熱能可從第一屋頂表面收集并且被引導(dǎo)(例如，經(jīng)由風(fēng)管和阻尼器的系統(tǒng))到第二屋頂表面以融化第二屋頂表面上的雪。在另一實(shí)施方式中，可以利用屋頂表面的第一屋頂表面或第一部分用于水加熱，可以利用屋頂表面的第二屋頂表面或第二部分用于空間加熱。

如適于系統(tǒng)100的特定應(yīng)用的，下重疊部分202可以包括任何數(shù)目的足部206。例如，如果需要更多的空氣流通過(guò)腔室108，則下重疊部分202可以包括更少的足部206，即以在腔室108內(nèi)形成更多的空氣空間。如果屋頂瓦片200由特別重的材料制成，則下重疊部分202也可以包括更多的足部206，即以支撐瓦片200的重量，或者如果屋頂瓦片200定位在屋頂?shù)南鄬?duì)高的步行通過(guò)(foot-traffic)的區(qū)域中，則下重疊部分202也可以包括更多的足部206，例如以支撐屋頂上的任何維修人員或其它人員的重量。足部206可以大約等間距地跨越下重疊部分202，以便將下重疊部分202升起合適的在基礎(chǔ)材料112上方的距離并且形成腔室108。

下重疊部分202還包括靠近部分202和部分204之間的分隔線210定位的固定點(diǎn)208。固定點(diǎn)208可以提供用于將屋頂瓦片200附接至熱能收集單元(例如，熱能盒104)的附接點(diǎn)。固定點(diǎn)208可以相對(duì)于相關(guān)的熱能收集單元104的一個(gè)或多個(gè)特征而設(shè)定尺寸并且定位在下重疊部分202上，例如將瓦片200固定至單元104。參考熱能收集單元(見圖5至圖9)，在下文中更詳盡地討論固定點(diǎn)208。

現(xiàn)在參考圖4A和圖4B，顯示了根據(jù)示例性實(shí)施方式的屋頂膜102。屋頂膜102可被配置用于傾斜或成角度的屋頂(圖4A)或基本上平坦的屋頂(圖4B)。在圖4A的實(shí)施方式中，屋頂膜102由多個(gè)重疊的屋頂瓦片200形成。每一瓦片200的重疊部分204覆蓋鄰近瓦片的下重疊部分202。在一個(gè)實(shí)施方式中，瓦片200的部分202和部分204可以彼此聯(lián)接以便使屋頂膜102穩(wěn)定。例如，部分202和部分204的每一者可以包括被配置成彼此互鎖的對(duì)應(yīng)的鎖定組件以聯(lián)接瓦片200。而且，鎖定組件可被配置成使覆蓋片表面和基片表面之間的熱能傳遞最優(yōu)。

在本實(shí)施方式中，屋頂膜102包括密封件116。密封件116被配置成在密封件116的區(qū)域中密封腔室108(即，屋頂膜102和基礎(chǔ)材料112之間的空間)。在示例性實(shí)施方式中，密封件116在屋頂?shù)淖罡唿c(diǎn)處被安裝在屋頂膜102的下方，以便協(xié)助引導(dǎo)并收集腔室108內(nèi)(例如，在傾斜的屋頂上，例如圖4A的屋頂)的空氣。在其它實(shí)施方式中，系統(tǒng)100可以包括類似于密封件402的其它密封件以便將系統(tǒng)100內(nèi)(例如，在腔室108內(nèi))的空氣密封，包括被配置成維持密封件的防雨板，該密封件防止或很大程度上減少空氣和雜物以及水分滲入。此外，可以安裝過(guò)濾器，以便防止雜物或水分滲入，同時(shí)允許空氣通過(guò)(例如，在瓦片的開始部分的下方)。

現(xiàn)在參考圖5，顯示了根據(jù)示例性實(shí)施方式的熱能收集單元104。熱能收集單元104被配置成流體連接至腔室108以便收集從腔室108引導(dǎo)的空氣(例如，加熱的空氣)。該空氣可從熱能收集單元104進(jìn)行轉(zhuǎn)移以加熱相關(guān)建筑物內(nèi)的所使用的水或以其它方式將熱或其它能量提供給建筑物中的環(huán)境(例如，升高建筑物內(nèi)的周圍溫度)。在另一實(shí)施方式中，熱能收集單元104移除來(lái)自空氣的熱，并且因此移除濕氣(例如，水分)。除濕的、冷卻的排氣然后可被用于冷卻相關(guān)建筑物的可居住空間。所移除的熱可被傳遞到水域(例如，水箱、水池、礦泉等)或其它流體或媒介。熱能收集單元104可從相關(guān)建筑物的外部進(jìn)行安裝。熱能收集單元104通常在附接或安裝屋頂膜102之前進(jìn)行安裝。例如，開口可以形成在建筑物的屋頂內(nèi)(例如，通過(guò)基礎(chǔ)材料112)，該開口的尺寸設(shè)定成適配熱能收集單元104。該開口可通過(guò)在基礎(chǔ)材料112中切割出孔而形成。熱能收集單元104可被放置在開口中并且被屋頂膜102覆蓋以密封該開口。盡管熱能收集單元104具體被配置成安裝在示出的屋頂內(nèi)并接收來(lái)自由屋頂瓦片200形成的腔室108的空氣，但是單元104還可以用在任何類似在下側(cè)上提供類似腔室的熱能控制系統(tǒng)上，包括波狀鐵板和陶瓷磚。

在圖5示出的實(shí)施方式中，熱能收集單元104包括具有肋部504的罩502和基部506，空氣從基部506被輸送。當(dāng)安裝熱能收集單元104時(shí)，可需要罩502大約匹配建筑物的屋頂?shù)钠露?例如，斜面、角度、陡度等)。罩502被配置成與基部506聯(lián)接以形成熱能收集單元104。在熱能收集單元104被安裝至建筑物之后，肋部504可被添加到罩502。肋部504可以給屋頂瓦片200提供固定點(diǎn)。例如，一個(gè)瓦片200的固定點(diǎn)208可連接或以其它方式聯(lián)接至肋部504以便將瓦片200聯(lián)接至單元104，這可以穩(wěn)定瓦片200和/或單元104。在一個(gè)實(shí)施方式中，密封件116被配置成第一端聯(lián)接至一個(gè)肋部504，并且第二端聯(lián)接至屋頂膜102以便形成膜102和熱能收集單元104之間大約氣密的密封件。在另一實(shí)施方式中，可以使用柔性的、手風(fēng)琴狀的材料以適配并且密封多種屋頂坡度。

罩502還包括在熱能收集單元104的頂部處定位在肋部504之間的開口508、開口510和開口512。開口508、開口510和開口512可被配置成接收來(lái)自腔室108的空氣和/或通過(guò)通風(fēng)脊部106處的抽氣口將空氣轉(zhuǎn)移或排出到建筑物的外部。在另一實(shí)施方式中，罩502可以包括更多或更少的開口，并且這些開口可根據(jù)太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)100和/或熱能收集單元104的特定應(yīng)用以其它方式配置。例如，可以根據(jù)特定建筑物的能量需求和通風(fēng)需求來(lái)設(shè)定開口的尺寸和定位開口。在示例性實(shí)施方式中，熱能收集單元104被配置成通過(guò)開口508和開口510收集或接收空氣并且通過(guò)開口512將空氣送到通風(fēng)脊部106。在另一實(shí)施方式中，空氣被排出到屋頂在膜102下方的下部以形成封閉系統(tǒng)。這樣的實(shí)施方式在較冷氣候(例如，更遠(yuǎn)離赤道的區(qū)域、海拔更高的環(huán)境等)中可以是優(yōu)選的。一旦空氣被接收到罩502內(nèi)，則可通過(guò)基部506被轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi)。基部506的頂開口516被配置成接收來(lái)自罩502的空氣并且可通過(guò)基部506的底開口514將空氣轉(zhuǎn)移到相關(guān)建筑物內(nèi)。

為了將熱能收集單元104安裝在建筑物中，可以以大約單元104的形狀(例如，根據(jù)單元104的一個(gè)或多個(gè)尺寸)在基礎(chǔ)材料112中切割出孔。然后，單元104可被安裝在開口的地點(diǎn)處。單元104可以包括一個(gè)或多個(gè)被配置成將單元104附接或以其它方式聯(lián)接至基礎(chǔ)材料112的特征。現(xiàn)在參考圖6和圖7，顯示了用于熱能收集單元104的罩602。罩602可類似于罩502并且可以包括參考罩502所描述的任何特征或功能。圖6顯示了以預(yù)改進(jìn)(例如，無(wú)凸緣的)配置的罩602。圖7顯示了以改進(jìn)(例如，有凸緣的)配置的罩602，該改進(jìn)配置在將罩602安裝在建筑物中時(shí)是有益的。

如圖6所示，罩602包括過(guò)多的材料604，過(guò)多的材料604可被彎折以形成用于將熱能收集單元104固定至建筑物的屋頂?shù)耐咕?06(見圖7)。過(guò)多的材料604包括一系列標(biāo)記(marking)608以協(xié)助形成凸緣606。例如，每一標(biāo)記608可以對(duì)應(yīng)于屋頂?shù)奶囟ㄆ露?，例如可以是?biāo)準(zhǔn)的或典型的坡度。如圖7所示，過(guò)多的材料604可被彎折和/或被切割以形成凸緣606。例如，過(guò)多的材料604可沿著罩602的后拐角610而切割并且側(cè)邊612可被彎折成近似圖7的配置。一旦已經(jīng)改進(jìn)罩602以用于屋頂坡度，則罩602可連接至基部(例如，基部506)并且完成的熱能收集單元104被插入到屋頂內(nèi)(例如，通過(guò)基礎(chǔ)材料112中的孔)。然后，凸緣606可附接至相關(guān)建筑物的屋頂(例如，以接觸基礎(chǔ)材料112)以便將熱能收集單元104保持或固定就位。然后可以安裝肋部504并且通過(guò)屋頂膜102覆蓋單元104?？商孢x地，柔性材料(例如，手風(fēng)琴類型材料)可被用于自動(dòng)地調(diào)節(jié)到屋頂坡度，同時(shí)維持適當(dāng)?shù)拿芊狻?/p>

現(xiàn)在參考圖8和圖9，顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的另一熱能收集單元800。單元800類似于單元104，但是已經(jīng)被改進(jìn)以包括另外的特征和/或功能。在該實(shí)施方式中，單元800包括具有肋部804的罩802，罩802和肋部804類似于熱能收集單元104的罩502和肋部504。熱能收集單元800還包括熱交換模塊806，熱交換模塊806以類似于單元104的基部506的方式而聯(lián)接至罩802的底部。熱交換模塊806被配置成接收來(lái)自罩802的空氣。為了簡(jiǎn)潔，熱交換模塊806為這樣的模塊：該模塊將熱能或熱從包含在一個(gè)組件或部分中的媒介傳遞到包含在另一組件或部分中的媒介，并且可以包括這樣的組件：例如熱交換器、蒸發(fā)器(例如，熱泵)、散熱片、和適于系統(tǒng)100的特定應(yīng)用的其它組件。能量的流動(dòng)可以是單向的、多方向的和/或可反向的。風(fēng)扇模塊808被配置成聯(lián)接至熱交換模塊806的底部。風(fēng)扇模塊808可以包括被配置成將從腔室108接收的空氣流驅(qū)動(dòng)到建筑物中的風(fēng)扇。該風(fēng)扇還可以被配置成以相反方向驅(qū)動(dòng)空氣流，例如，通過(guò)罩802和通過(guò)通風(fēng)脊部106的抽氣口往回驅(qū)動(dòng)空氣流。單元800還包括被配置成聯(lián)接至罩802的后部、交換模塊806、和風(fēng)扇模塊808的風(fēng)管模塊810。風(fēng)管模塊810被配置成坐落在通風(fēng)脊部106的下方并且引導(dǎo)或允許過(guò)多的空氣通過(guò)通風(fēng)脊部106的一個(gè)或多個(gè)抽氣口被排出或排放。

現(xiàn)在參考圖10至圖12，顯示了根據(jù)示例性實(shí)施方式的通風(fēng)脊部106。脊部106可以聯(lián)接至屋頂膜102并被配置成密封(例如，防風(fēng)雨密封)太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)100。脊部106還被配置成排出或排放從建筑物的天花板空間接收到的空氣，并且容納從熱能收集單元接收的任何排出物。脊部106包括脊部夾1000，脊部夾1000可被固定至脊部106的頂部并且被配置成接納脊部瓦片1100。通風(fēng)脊部106還可以包括過(guò)濾器，所述過(guò)濾器被配置成將從系統(tǒng)100排出到外部環(huán)境中的空氣過(guò)濾。過(guò)濾器可以適配在脊部夾1000的狹槽1002內(nèi)。

現(xiàn)在參考圖13至圖15，顯示了根據(jù)其它實(shí)施方式的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)。圖13的系統(tǒng)1300包括替選配置的熱能收集單元1302。在該配置中，熱能收集單元1302聯(lián)接至建筑物的天花板部1304。從屋頂膜下方的腔室1306側(cè)向引導(dǎo)空氣，而非向下引導(dǎo)到建筑物中。然后，空氣被引導(dǎo)到建筑物中或被引導(dǎo)朝向通風(fēng)脊部1308以被排出到外部環(huán)境中。圖14的系統(tǒng)1400包括顯示為柔性風(fēng)管系統(tǒng)1402的熱能收集單元。柔性風(fēng)管系統(tǒng)1402包括第一風(fēng)管1404，第一風(fēng)管1404被配置成將來(lái)自屋頂下方的腔室1412的空氣路由到路由單元1406中。從路由單元1406，空氣或被路由到風(fēng)管1408以被用于加熱建筑環(huán)境或被路由到風(fēng)管1410以被排出到外部環(huán)境中。圖15的系統(tǒng)1500具有反向空氣流。例如，在有降雪的地點(diǎn)中，加熱的空氣可從建筑物通過(guò)熱能收集單元1502而被向上路由并且被路由到屋頂膜1506下方的腔室1504，以便協(xié)助融化建筑物的屋頂上的雪和/或冰。

現(xiàn)在參考圖16，顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的用于雪/冰融化系統(tǒng)的閉環(huán)配置系統(tǒng)1600。系統(tǒng)1600可以類似于本文中所描述的任何熱能交換系統(tǒng)。在該實(shí)施方式(即，系統(tǒng)1600)中，熱交換模塊1602(即，熱能收集單元)可以相反地操作或起作用以便將來(lái)自產(chǎn)熱元件或熱儲(chǔ)存元件(例如，熱水箱)的熱傳遞至穿過(guò)閉環(huán)的空氣。在一個(gè)實(shí)施方式中，相關(guān)的水泵被反向以使最熱的液體循環(huán)通過(guò)熱交換模塊1602，以加熱空氣以便融化雪/冰。加熱的空氣從熱交換模塊1602被排出到屋頂板和屋頂膜之間的空間(例如，腔室1504)中以便融化屋頂上的雪/冰。最熱的空氣在最低的點(diǎn)(例如，屋檐、屋頂排水溝等)被排出并且經(jīng)由熱能收集單元(例如，模塊1602)的風(fēng)扇被抽出或跨越屋頂。然后，空氣可以在其返回通過(guò)系統(tǒng)1600的路上被重新加熱。

現(xiàn)在參考圖17和圖18，顯示了示例性屋頂環(huán)境。下面所描述的是分別在圖17和圖18中單獨(dú)顯示的每一屋頂環(huán)境上執(zhí)行的測(cè)量結(jié)果。圖17顯示了五米見方的屋頂1700，其具有900mm的屋頂瓦片1702的列。屋頂瓦片1702可以類似于瓦片200。圖18中顯示的是4米×3.5米的單側(cè)屋頂1800。圖17和圖18還指出了各種(有編號(hào)的)溫度傳感器1704在屋頂1700和屋頂1800的底面和頂面的放置。在圖17和圖18的示例中，在空氣進(jìn)入熱能盒(例如，單元104)的熱交換器之前(例如空氣入口處)和在空氣離開熱交換器之后(例如，在空氣出口處)測(cè)量溫度。

現(xiàn)在參考圖19，圖表1900顯示在以下兩者之間的相互關(guān)系：(A)在屋頂1700的頂點(diǎn)處的屋頂瓦片1702(圖17的屋頂瓦片)的表面上的溫度和(B)在熱能盒(圖18的屋頂)的進(jìn)氣口部處的空氣溫度。繪制在圖表1900中的結(jié)果是在新西蘭奧克蘭市的晴朗夏日獲得的，其中周圍溫度為26℃并且利用了大約100立方米/小時(shí)的流速。

現(xiàn)在參考圖20，圖表2000顯示了在熱交換器之前(例如，在空氣入口處)的溫度和熱交換器之后(例如，在空氣出口處)的溫度、與新西蘭奧克蘭市的冬季中五天的周圍空氣的溫度之間的相互關(guān)系。利用了大約252立方米/小時(shí)的流速獲得了這些結(jié)果。

現(xiàn)在參考圖21和圖22，圖表2100和圖表2200顯示了對(duì)于一天的以下兩者之間的相互關(guān)系：(A)在熱交換器之前的溫度和熱交換器之后的溫度以及周圍空氣(在圖表2100處顯示)和(B)在熱交換器之前的溫度和熱交換器之后的溫度以及連接到熱交換器的45升熱水箱的水溫(在圖表2200處顯示)。利用了大約252立方米/小時(shí)的流速獲得了這些結(jié)果。根據(jù)與圖表2100相關(guān)的條件，當(dāng)空氣溫度高于20℃時(shí)打開電扇。

現(xiàn)在參考圖23，表格2300顯示了在新西蘭奧克蘭市連續(xù)多個(gè)冬日收集而計(jì)算出的能量和效率。屋頂瓦片包括層壓瓦片/層壓結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，并且很好地建立了操作溫度和電池效率之間的相互關(guān)系。為了通過(guò)腔室內(nèi)的空氣流確定屋頂瓦片(例如，瓦片200)的頂表面的冷卻效果，執(zhí)行了一系列的試驗(yàn)，該試驗(yàn)顯示了：當(dāng)與靜態(tài)系統(tǒng)比較時(shí)，在流速為大約1.4米/秒時(shí)實(shí)現(xiàn)了6℃的溫度下降。與實(shí)時(shí)的測(cè)量并行，執(zhí)行了一系列仿真。使用面向?qū)ο蟮姆抡婀ぞ邅?lái)估計(jì)屋頂長(zhǎng)度對(duì)空氣的溫度梯度的影響。

現(xiàn)在參考圖24，圖表2400顯示了用于估計(jì)屋頂長(zhǎng)度對(duì)空氣的溫度梯度的影響的仿真結(jié)果。該結(jié)果預(yù)測(cè)了對(duì)于給定一天在屋頂腔室內(nèi)的溫度梯度的形狀。利用對(duì)于不同的屋頂跨度的不同屋頂腔室空氣溫度、大約1米/秒的空氣速度來(lái)執(zhí)行該仿真。該結(jié)果指出在給定流速(1米/秒)下，屋頂越長(zhǎng)，沿著其通過(guò)腔室的路徑的加熱越足。然而，該關(guān)系將達(dá)到最優(yōu)點(diǎn)，超過(guò)該最優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步的熱增量將變得最小(例如，接近限制熱傳遞速率的漸近線)并且在該最優(yōu)點(diǎn)處必須使用增大的流速。

現(xiàn)在參考圖25，使用流體動(dòng)力仿真工具來(lái)仿真通過(guò)屋頂腔室的空氣流。瓦片足部的簡(jiǎn)化模型2500在軟件中構(gòu)建，并且利用頂部處的瓦片形成大約4米×2米的室。實(shí)驗(yàn)條件包括入口空氣的零(0)帕斯卡的壓力和對(duì)于在室的頂部中心處的單個(gè)出口的兩(2)米/秒的空氣速度，該實(shí)驗(yàn)條件試圖仿真本發(fā)明的太陽(yáng)熱能收集器中的設(shè)置。該結(jié)果顯示了由空氣流形成的鐘狀溫度輪廓，并且在接近于出口的邊界處，速度大于頂部邊緣處的速度。當(dāng)距出口的豎直距離增大時(shí)，平衡了空氣流。該平衡在距頂部?jī)?2)米處是可接受的。該結(jié)果與尺寸為4米×4米的實(shí)驗(yàn)屋頂相比，其顯示了類似的輪廓。

現(xiàn)在參考圖26，使用仿真軟件來(lái)估計(jì)利用8米×4米(等于500立方米/小時(shí))屋頂和1米/秒的流速，將200升水箱的水從15℃加熱到45℃將花費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間。對(duì)于50℃和60℃的空氣溫度，該結(jié)果顯示在圖26的圖表2600中，并且該圖表指出為了實(shí)現(xiàn)45℃將分別花費(fèi)2.4小時(shí)和4.2小時(shí)。

現(xiàn)在參考圖27至圖32，顯示根據(jù)各種實(shí)施方式的具有各種特征和組件的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)。具體地參考圖27，顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)2700(即，熱能控制系統(tǒng))。太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)2700可以包括或聯(lián)接至風(fēng)扇速度控制組件(例如，風(fēng)扇速度控制器2712、熱能收集單元2728)、包括水箱2702和水泵2704的水循環(huán)組件、空間加熱組件(例如，供氣室2714)、傳統(tǒng)的加熱組件(例如，水加熱器2706)和傳統(tǒng)的HVAC組件(例如，HVAC系統(tǒng)2708)。熱能收集單元2728可類似于其它熱能收集單元，包括單元104和單元800。風(fēng)扇速度控制器2712可被用于控制空氣循環(huán)通過(guò)控制系統(tǒng)2700(包括熱能收集單元2728)的速度。

控制系統(tǒng)2700還可以包括多個(gè)(首要的)功能特征。例如，控制系統(tǒng)2700可以包括可被用于以下幾者的特征：水加熱、空間加熱、地板加熱、水池或礦泉加熱和用于其它加熱應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)2700還可以包括熱能驅(qū)動(dòng)空氣調(diào)節(jié)特征，其可以聯(lián)接至一個(gè)或多個(gè)水池或礦泉加熱的特征或利用各種吸收技術(shù)。控制系統(tǒng)2700還可以包括用于將雪和冰壩從活躍的屋頂區(qū)域移除的特征?？刂葡到y(tǒng)2700還可以包括用于依方向的屋頂斜面熱能優(yōu)化的特征。

控制系統(tǒng)2700還可以包括在夏季(即，較溫暖)月份期間減少熱負(fù)荷的消極特征(例如，排放屋頂2710)，和用于在冬季(即，較寒冷)月份期間減少熱損耗的特征。在一個(gè)實(shí)施方式中，控制系統(tǒng)2700包括多于一個(gè)操作模式，包括冬季模式和夏季模式。冬季模式可以包括空間加熱、水加熱、雪融化、和軍團(tuán)桿菌(即，細(xì)菌)控制。夏季模式可以包括屋頂冷卻、水加熱、空氣調(diào)節(jié)、水池和礦泉加熱和軍團(tuán)桿菌(即，細(xì)菌)控制。

現(xiàn)在參考圖28，太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)2700包括各種控制傳感器，包括在熱能收集單元2728處或靠近熱能收集單元2728并且被風(fēng)扇速度控制器2712利用的空氣溫度傳感器2716(在圖28中的A處顯示)、在供氣室2714處或靠近供氣室2714處的排氣溫度傳感器2718(在圖28中的B處顯示)、在HVAC系統(tǒng)2708處或靠近HVAC系統(tǒng)2708處的房間溫度傳感器2720(在圖28中的C處顯示)、在水箱2702處或靠近水箱2702處的底部水箱溫度傳感器2722(在圖28中的D處顯示)、在水箱2702處或靠近水箱2702處的頂部水箱溫度傳感器2724(在圖28中的E處顯示)、以及在水泵2704處或靠近水泵2704處的水流傳感器2726(在圖28中的F處顯示)。在其它實(shí)施方式中，除了其它傳感器，控制系統(tǒng)2700還可以包括額外的控制傳感器，例如太陽(yáng)能全球輻射傳感器、周圍溫度傳感器、外部表面溫度傳感器、風(fēng)速和/或風(fēng)向傳感器以及雨量傳感器。

現(xiàn)在參考圖29，顯示的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)2700包括風(fēng)扇速度控制器2712和空氣溫度傳感器2716。風(fēng)扇速度控制器2712(例如，用于風(fēng)扇模塊808或熱交換模塊806)可以具有0-10伏特(V)的控制信號(hào)。風(fēng)扇速度控制器2712可被用于維持恒定的空氣流和使通過(guò)控制系統(tǒng)2700的熱傳遞最大化。還可以使用風(fēng)扇速度控制器2712來(lái)避免控制系統(tǒng)2700內(nèi)的過(guò)熱。例如，用于利用風(fēng)扇速度控制器2712的第一選項(xiàng)可以是維持控制系統(tǒng)2700內(nèi)恒定的空氣流。該第一選項(xiàng)可以包括當(dāng)達(dá)到最低空氣溫度(例如，25℃)時(shí)，將控制系統(tǒng)2700的風(fēng)扇(例如，風(fēng)扇模塊808、熱交換模塊806等)打開到預(yù)設(shè)速度。基于從空氣溫度傳感器2716接收的信號(hào)，空氣溫度可以在熱能收集單元2728處或靠近熱能收集單元2728處確定。第二選項(xiàng)可以包括控制風(fēng)扇速度。第二選項(xiàng)可以包括當(dāng)達(dá)到最低空氣溫度時(shí)將風(fēng)扇打開到預(yù)設(shè)速度，并且當(dāng)高的溫度保持(低于或在)最高溫度(例如，65℃)時(shí)控制風(fēng)扇的速度。出于執(zhí)行第一選項(xiàng)和第二選項(xiàng)內(nèi)的任何功能的目的，可以配置比例-積分-微分(PID)控制器。

現(xiàn)在參考圖30，顯示的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)2700包括關(guān)于控制系統(tǒng)2700的水循環(huán)功能的各種組件。至少空氣溫度傳感器2716、底部水箱(冷)溫度傳感器2722、頂部水箱(熱)溫度傳感器2724、水流傳感器2726、和并網(wǎng)型(氣體或電)加熱元件2730可被用于執(zhí)行水循環(huán)功能?？刂葡到y(tǒng)2700還可以包括水泵控制器，水泵控制器被配置成當(dāng)空氣中達(dá)到足夠溫度時(shí)，啟動(dòng)循環(huán)水泵2704。水泵控制器可以包括具有開-關(guān)電磁繼電器和1安培(A)的最大切換電流的控制信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)在空氣(即，根據(jù)空氣溫度傳感器2716)和水箱2702中的水(即，根據(jù)溫度傳感器2722和溫度傳感器2724的一者或多者)之間達(dá)到了最小溫差時(shí)，水泵控制器打開水泵2704以循環(huán)水。例如，當(dāng)達(dá)到8℃的溫差時(shí)，可以啟動(dòng)水泵2704，并且當(dāng)達(dá)到4℃的溫差時(shí)，然后可以暫停水泵2704。

現(xiàn)在參考圖31A，顯示的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)2700包括關(guān)于控制系統(tǒng)2700的空間加熱功能的各種組件?？梢岳弥辽倥艢鉁囟葌鞲衅?718、房間(或建筑物)溫度傳感器2720、和供氣室2714來(lái)執(zhí)行空間加熱功能。作為空間加熱控制需要的一部分，控制系統(tǒng)2700可以將排氣排放出屋頂2710中形成的(通風(fēng))脊部2732。脊部2732可以類似于通風(fēng)脊部106。

圖31B顯示可被利用來(lái)執(zhí)行前面所描述的空間加熱功能的另一太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)3100。太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)3100可以類似于控制系統(tǒng)2700并且包括類似的組件。然而，不同于控制系統(tǒng)2700，控制系統(tǒng)3100具有閉環(huán)配置。不同于將排氣排放到脊部(例如脊部2732)，控制系統(tǒng)3100可以將排氣再循環(huán)到相關(guān)建筑物的屋檐。例如，在更高的海拔或更遠(yuǎn)離赤道下的安裝可以受益于閉環(huán)配置以獲得提高的溫度，特別是在較冷的季節(jié)。而且，閉環(huán)配置可被配備用于雪/冰融化。

控制系統(tǒng)該2700和控制系統(tǒng)3100可以包括恒溫器，恒溫器控制相關(guān)建筑物的空間溫度(例如，由房間溫度傳感器2720測(cè)量到的溫度)。當(dāng)排氣高于目標(biāo)溫度時(shí)，恒溫器(或控制器)啟動(dòng)阻尼器，該阻尼器允許排氣連接至通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)控制系統(tǒng)是否利用了閉環(huán)配置，通風(fēng)系統(tǒng)可被配置成將排氣排放出通風(fēng)脊部(例如，脊部2732)或?qū)⑴艢庠傺h(huán)到屋檐。當(dāng)建筑物中達(dá)到目標(biāo)溫度(如通過(guò)房間溫度傳感器2720測(cè)量到)或排氣溫度(如通過(guò)排氣溫度傳感器2718測(cè)量到)低于建筑物中的溫度(即，空間溫度)時(shí)，恒溫器使空氣阻尼器暫停。對(duì)于雪/冰融化，阻尼器將熱能盒排放物與HVAC循環(huán)斷開聯(lián)接以直接進(jìn)入屋頂?shù)奈蓍芷绻?。并網(wǎng)型加熱元件(例如，元件2730)可被利用來(lái)加熱水箱2702中的水。然后，可以啟動(dòng)水泵2704以將熱水帶到熱交換器(例如，熱能收集單元2728)以使循環(huán)空氣變熱。

現(xiàn)在參考圖32，顯示了根據(jù)另一實(shí)施方式的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)2700。在該實(shí)施方式中，控制系統(tǒng)2700包括關(guān)于控制系統(tǒng)2700的混合式/傳統(tǒng)型的水加熱系統(tǒng)或水加熱功能的各種組件。在該實(shí)施方式中，控制系統(tǒng)2700可以包括備用水加熱器或替選水加熱器，例如電加熱器、燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐、熱泵等等。備用水加熱器可通過(guò)具有開-關(guān)電磁繼電器和大約10安培(A)的最大切換電流的控制信號(hào)被觸發(fā)以將水箱2702中的水加熱。例如，控制器可以聯(lián)接至作為備用水加熱系統(tǒng)的一部分的備用水加熱器并且可以被配置成通過(guò)發(fā)送控制信號(hào)來(lái)控制備用水加熱器。備用水加熱器可在預(yù)設(shè)時(shí)間點(diǎn)處被觸發(fā)(即，來(lái)加熱水)并且可以具有預(yù)設(shè)接通溫度和/或預(yù)設(shè)斷開溫度。在一個(gè)實(shí)施方式中，例如，備用水加熱器可以在24小時(shí)內(nèi)的某些預(yù)設(shè)時(shí)間段期間(例如，三個(gè)時(shí)間段)被觸發(fā)。在這些時(shí)間段的一個(gè)時(shí)間段期間內(nèi)，當(dāng)水箱2702的頂部的溫度(即，如通過(guò)頂部水箱溫度傳感器2724測(cè)量到的)下降至預(yù)設(shè)接通溫度以下時(shí)，備用水加熱器(即，備用水加熱系統(tǒng))可以打開。當(dāng)水箱2702的頂部的溫度達(dá)到(預(yù)設(shè))斷開溫度時(shí)，然后備用水加熱器關(guān)閉。在一些實(shí)施方式中，例如當(dāng)不存在溫度傳感器2724時(shí)，水箱2702的底部的溫度(即，如通過(guò)底部水箱溫度傳感器2722測(cè)量到的)可被用于確定是打開還是關(guān)閉備用水加熱器。在一個(gè)實(shí)施方式中，傳統(tǒng)型水加熱系統(tǒng)完成水箱2702內(nèi)的水的加熱過(guò)程。

現(xiàn)在參考圖33，顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的混合式水加熱系統(tǒng)3300?；旌鲜较到y(tǒng)3300可以包括控制系統(tǒng)2700的任何組件，以及熱泵水加熱器3302和水儲(chǔ)存箱3304。水加熱器3302包括冷水入口3306和熱水入口3308。水加熱器3302可以補(bǔ)充太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)(例如，控制系統(tǒng)2700)的水加熱性能。熱的排氣可從熱能收集單元(例如，單元2728)被輸送至水加熱器3302的空氣入口以增大水加熱器3302的性能系數(shù)(coefficient of performance，COP)。COP可以指代在一個(gè)組件處接收或利用的能量的量和由該組件提供(即，供給)的能量的量之間的關(guān)系。在熱能收集單元處的周圍空氣入口的阻尼器可以優(yōu)化從熱能收集單元到水加熱器3302的空氣溫度。水加熱器3302然后可以排出適于空氣調(diào)節(jié)的冷空氣。水儲(chǔ)存箱3304可以為無(wú)輔助加熱的儲(chǔ)存箱，例如游泳池或礦泉。來(lái)自儲(chǔ)存箱3304的熱水/冷水可被輸送到水加熱器3302的冷水入口3306。水加熱器3302然后完成加熱過(guò)程并且根據(jù)需要經(jīng)由熱水出口3308而輸送熱水。應(yīng)當(dāng)注意的是，混合式系統(tǒng)3300可以被斷開聯(lián)接并且被分配至特定的屋頂面。例如，熱水可被用于加熱屋頂?shù)哪厦?，并且利用熱泵和?chǔ)存箱的空氣調(diào)節(jié)可被用在屋頂?shù)谋泵嫔稀?/p>

混合式水加熱系統(tǒng)3300或具有太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)和熱泵的另一混合式系統(tǒng)可被用于從空氣提取熱。例如，空氣源水熱泵可被用作水加熱和空氣冷卻的輔助系統(tǒng)。太陽(yáng)輻射經(jīng)由熱的屋頂將水預(yù)熱，水可被儲(chǔ)存在主便攜式水箱(例如，水箱2702)中。然后，系統(tǒng)3300使水循環(huán)通過(guò)熱泵，熱泵從熱能盒排放物或周圍空氣提取熱以便(1)達(dá)到主水箱中所期望的溫度，(2)將來(lái)自空氣的熱轉(zhuǎn)儲(chǔ)到輔儲(chǔ)存箱3304中，以及(3)將冷的干燥空氣提供至與系統(tǒng)3300相關(guān)的居住空間。來(lái)自熱能盒(例如，熱能收集單元2728)的排氣被用作熱泵的熱源、增大了熱泵的COP。該熱泵可以完成加熱水。電加熱線圈可存在于主熱水箱中以防熱泵不能達(dá)到必須的或所期望的溫度。

現(xiàn)在參考圖34A至圖34D和圖35A至圖35B，顯示并且描述了根據(jù)各種實(shí)施方式的用于“混合式”太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的可能的配置。第一配置包括熱交換器。第二配置包括利用周圍空氣的熱泵。第三配置包括利用屋頂空氣的熱泵。第四配置包括并聯(lián)的熱交換器和熱泵。第五配置包括串聯(lián)的熱交換器和熱泵。圖35A至圖35B顯示了圖34A至圖34D中所示的混合式太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的各種配置的性能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。圖35A的圖表1顯示了各種配置的整體性能，包括熱能(kWh)、消耗的能量(kWh)和與各種配置相關(guān)的性能系數(shù)(COP)。圖35B的圖表2顯示了各種配置的水加熱性能，包括初始水溫(℃)、最終水溫(℃)和達(dá)到最終水溫的時(shí)間(分鐘)。

現(xiàn)在參考圖36，顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的具有基于吸收的空間冷卻的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)3600。控制系統(tǒng)3600可以類似于本文中所描述的任何控制系統(tǒng)并且可以包括任何相同的組件。顯示的控制系統(tǒng)3600包括吸收器3602和具有空氣供給部3612和空氣返回部3614的蒸發(fā)器3604。空氣返回部3614可以將空氣從居住空間返回到蒸發(fā)器3604并且空氣供給部3612可以將空氣從蒸發(fā)器3604供給至居住空間?？刂葡到y(tǒng)3600還顯示出包括冷凝器3606，其具有冷卻劑供給部3616和冷卻劑返回部3618。冷卻劑返回部3618可以將加熱的冷卻劑返回到冷凝器3606并且冷卻劑供給部3616可以將冷卻劑供給至與系統(tǒng)3600相關(guān)的另一地點(diǎn)(例如，水箱、周圍空氣、水池或礦泉等)。控制系統(tǒng)3600還包括水泵3610和顯示為產(chǎn)熱機(jī)3608的加熱元件。加熱元件(即，產(chǎn)熱機(jī)3608)可以為傳統(tǒng)的氣動(dòng)的或電動(dòng)的。可替選地，系統(tǒng)3600可以利用熱泵同時(shí)接收太陽(yáng)能加熱的空氣來(lái)進(jìn)行熱供給以增大COP。

現(xiàn)在參考圖37A至圖37D，顯示了關(guān)于用于各種類型的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的冷卻的各種性能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。圖37A的圖表3700顯示了具有利用周圍空氣的熱泵的控制系統(tǒng)的加熱性能，包括在熱泵的空氣出口和空氣源處隨時(shí)間推移的空氣溫度。圖37B的圖表3702顯示了具有利用屋頂空氣的熱泵的控制系統(tǒng)的加熱性能，再次包括在熱泵的空氣出口和空氣源處隨時(shí)間推移的空氣溫度。圖37C的圖表3704顯示具有熱交換器和熱泵的控制系統(tǒng)的加熱性能。圖表3704包括當(dāng)加熱組件的空氣出口并聯(lián)和串聯(lián)使用時(shí)和加熱組件的空氣源并聯(lián)和串聯(lián)使用時(shí)在加熱組件的空氣出口和空氣源處隨時(shí)間推移的空氣溫度。圖37D的圖表3706顯示具有熱交換器的控制系統(tǒng)的加熱性能，包括在熱交換器的空氣出口和空氣源處隨時(shí)間推移的空氣溫度。

現(xiàn)在參考圖38A至圖38B，圖表3800和圖表3802描繪了關(guān)于各種類型的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)的水加熱的各種性能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。圖38A的圖表3800描繪了利用各種水加熱配置的隨時(shí)間推移的水的溫度，所述各種水加熱配置包括：具有串聯(lián)的熱泵(HP)和熱交換器(HEX)的控制系統(tǒng)、具有并聯(lián)的熱泵和熱交換器的控制系統(tǒng)、具有利用屋頂空氣的熱泵的控制系統(tǒng)、具有利用周圍空氣的熱泵的控制系統(tǒng)、以及僅僅具有熱交換器的控制系統(tǒng)。圖38B的圖表3802描繪了各種水加熱配置的每一者在水加熱過(guò)程期間隨時(shí)間推移的總COP(即，系統(tǒng)COP)，其可以基于由一個(gè)或多個(gè)水加熱裝置使用的能量的量比對(duì)由一個(gè)或多個(gè)水加熱裝置產(chǎn)生或供給的能量的量。

現(xiàn)在參考圖39，顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的太陽(yáng)熱能控制系統(tǒng)3900?？刂葡到y(tǒng)3900可以類似于本文中所公開的控制系統(tǒng)2700或任何其它控制系統(tǒng)或屋頂系統(tǒng)。在該控制系統(tǒng)3900的實(shí)施方式中，熱能在系統(tǒng)3900中被重新引導(dǎo)至另一屋頂斜面3902(例如，除了被用于收集熱能的屋頂斜面之外的屋頂斜面)。例如，熱能可被用于融化第二屋頂斜面上的雪或冰。類似的系統(tǒng)顯示在圖16中。

現(xiàn)在參考圖40和圖41，顯示了根據(jù)示例性實(shí)施方式的熱能收集單元400(即，熱能盒、熱能交換單元)。熱能收集單元400可以類似于本文中描述的任何熱能收集單元或熱能收集模塊，包括單元104、單元800、單元1302、單元1502、單元1602和單元2728。熱能收集單元400可被配置成流體連接至例如腔室108的腔室以便收集從腔室引導(dǎo)的加熱的空氣。單元400可以對(duì)加熱的空氣進(jìn)行轉(zhuǎn)移以加熱相關(guān)建筑物內(nèi)的水或以其它方式將熱或其它能量提供至建筑環(huán)境。熱能收集單元400還可被配置成從空氣移除熱，并因此移除濕氣(例如，水分)。除濕的、冷卻的排氣然后可被用于冷卻相關(guān)建筑物的可居住空間。熱能收集單元400可以與單元104類似的方式從相關(guān)建筑物的外部進(jìn)行安裝。

單元400包括罩428(即，罩組件)，罩428可以包括第一(可樞轉(zhuǎn)的)罩部402(例如，部分、段、件、部件等)和第二罩部406(即，罩基部)。在示出的實(shí)施方式中，第一罩部402定位在頂部并且聯(lián)接至第二罩部406。當(dāng)將熱能收集單元400安裝至建筑物時(shí)，可以要求罩428基本上匹配相關(guān)建筑物的屋頂?shù)钠露?例如，斜面、角度、陡度等)。因此，第一罩部402可被配置成相對(duì)于第二罩部406或單元400的另一組件樞轉(zhuǎn)以基本上匹配相關(guān)屋頂?shù)钠露?，無(wú)需切割或移除單元400的任何部分。例如，第一罩部402可以樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接至第二罩部406并且被配置成相對(duì)于第二罩部406樞轉(zhuǎn)以匹配屋頂?shù)钠露?。在一個(gè)實(shí)施方式中，柔性的、手風(fēng)琴狀的材料可被用在罩部402和罩部406中的至少一者中以使罩部402和/或罩部406適應(yīng)于多種屋頂坡度。用于第一罩部402的運(yùn)動(dòng)430的示例范圍顯示在圖42中。

罩428還包括肋部404。在熱能收集單元400被安裝到建筑物上之后，肋部404可被添加到罩428。肋部404可以提供用于屋頂瓦片200的固定點(diǎn)。例如，瓦片200中的一個(gè)瓦片的固定點(diǎn)208可以連接或以其它方式聯(lián)接至肋部404以便將瓦片200聯(lián)接至單元400，這可以使瓦片200和/或單元400穩(wěn)定。在一個(gè)實(shí)施方式中，密封件116被配置成其第一端聯(lián)接至肋部404中的一個(gè)，而其第二端聯(lián)接至屋頂膜102以便在膜102和熱能收集單元400之間形成大約氣密的密封件。罩428還包括凸緣414和凸緣422，凸緣414和凸緣422可被用于將熱能收集單元400固定(即，附接)至建筑物的屋頂。凸緣414可以位于第一罩部402上并且凸緣422可以位于第二罩部406上。

罩428還包括定位在肋部404中的每一個(gè)之間并且定位在第一罩部402中的開口416、開口418和開口420。開口416、開口418和開口420可被配置成接收來(lái)自從腔室108的空氣和/或通過(guò)在通風(fēng)脊部106處的抽氣口將空氣轉(zhuǎn)移或排出到建筑物的外部。在示例性實(shí)施方式中，熱能收集單元400被配置成通過(guò)開口416和開口418收集或接收空氣并且通過(guò)開口420將空氣送到通風(fēng)脊部106。在另一實(shí)施方式中，空氣被排出到屋頂在膜102下方的下部以形成封閉系統(tǒng)。一旦空氣被接收到第一罩部402內(nèi)，則可通過(guò)第二罩部406被轉(zhuǎn)移到建筑物中。第二罩部406的頂開口424被配置成接收來(lái)自第一罩部402的空氣并且可以通過(guò)第二罩部406的底開口426將空氣轉(zhuǎn)移到相關(guān)建筑物中。

熱能收集單元400還包括聯(lián)接到罩428的基部434?；?34包括被配置成從罩428接收空氣的熱交換模塊408?；?34還包括風(fēng)扇模塊412，風(fēng)扇模塊412可以包括被配置成將從腔室108接收的空氣流驅(qū)動(dòng)到建筑物中的風(fēng)扇。風(fēng)扇還可被配置成以相反方向驅(qū)動(dòng)空氣流，例如通過(guò)罩428并且通過(guò)通風(fēng)脊部106的抽氣口往回驅(qū)動(dòng)空氣流?；?34還包括風(fēng)管模塊410，風(fēng)管模塊410被配置成坐落在通風(fēng)脊部106的下方并且引導(dǎo)或允許過(guò)多的空氣通過(guò)通風(fēng)脊部106的一個(gè)或多個(gè)抽氣口被排出或被排放。

現(xiàn)在參考圖42，顯示了用于罩428的運(yùn)動(dòng)范圍。如圖所示，罩428(例如，第一罩部402)可以包括后部432，后部432被配置成使第一罩部402相對(duì)于單元400的另一組件樞轉(zhuǎn)(例如，旋轉(zhuǎn)、延伸、延展等)。例如，后部432(或罩428的另一組件)可以由柔性的、手風(fēng)琴狀的材料制成，以便調(diào)節(jié)罩428的坡度。在示例性實(shí)施方式中，第一罩部402具有至少圖42中所示的范圍430的運(yùn)動(dòng)范圍。在一些實(shí)施方式中，第一罩部402可以具有從基本上與第二罩部406齊平的坡度(即，角)延伸到其中第一罩部402基本上為豎直的并且平行于第二罩部406的前緣的坡度的可樞轉(zhuǎn)的范圍。

本文中所描述的任何控制系統(tǒng)可以包括額外的控制功能，包括用于未被氯處理的水的抗軍團(tuán)桿菌功能。為了避免當(dāng)水箱的頂部中的溫度在一段時(shí)期較低時(shí)而在水箱中出現(xiàn)細(xì)菌，控制器將自動(dòng)地每七(7)天檢查水的溫度。如果在這期間溫度從未高于目標(biāo)溫度(例如，70℃)，則備用系統(tǒng)被觸發(fā)以將水加熱到目標(biāo)溫度，而將細(xì)菌殺死。在此之后，功能被復(fù)位。其它額外的控制功能可以包括利用相同的控制系統(tǒng)作為備用系統(tǒng)的空氣調(diào)節(jié)(需要使用熱泵)、利用可逆轉(zhuǎn)風(fēng)扇或空氣再循環(huán)的雪融化、利用相同的控制系統(tǒng)進(jìn)行水循環(huán)的水池/礦泉加熱、熱能測(cè)量、電消耗、和光伏能量測(cè)量。

根據(jù)示例性實(shí)施方式，本發(fā)明的太陽(yáng)熱能系統(tǒng)有利地將建筑物的外板與空氣流室(例如，腔室)整合以使用太陽(yáng)能加熱空氣，以為建筑物提供或增加加熱源。作為示例顯示的太陽(yáng)熱能系統(tǒng)包括屋頂面板(例如，瓦片)，但是該系統(tǒng)可以整合到其它建筑物材料中(例如，護(hù)墻板、外立面等)。所有這些變型意在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

如在各種示例性實(shí)施方式中所顯示的，太陽(yáng)熱能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和布置僅僅是示意性的。盡管在本發(fā)明中僅僅詳盡地描述了幾個(gè)實(shí)施方式，但是在未實(shí)質(zhì)上背離本文所描述的主題的新穎性教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)下，可以有很多種變型(例如，各種元件大小、尺寸、結(jié)構(gòu)、形狀和比例的改變、參數(shù)值、安裝布置、使用的材料、顏色、定向等)。顯示為一體成型的一些元件可以由多個(gè)部分或多個(gè)元件構(gòu)成，這些元件的位置可以是相反的或以其它方式改變的，并且離散的元件的性質(zhì)或數(shù)目或位置可變化或改變。根據(jù)替選實(shí)施方式可以改變或重新排序任何過(guò)程、邏輯算法、或方法步驟的次序或順序。在不背離本發(fā)明的范圍下，在各種示例性實(shí)施方式的設(shè)計(jì)、操作條件和布置方面還可以進(jìn)行其它替代、修改、改變和省略。