CN101382342B - 建筑一体化太阳能空气加热系统 - Google Patents

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Abstract

建筑一体化太阳能空气加热系统,它涉及一种太阳能空气加热系统。本发明解决了现有建筑中的玻璃幕墙结构没有主动利用太阳能的问题以及墙体和幕墙玻璃之间不流动的空气间层在夏季温度过高而导致相应房间的热量远高于普通墙体房间致使空调负荷增大的问题。所述复合太阳能集热构件的周边与建筑外墙的外表面密闭连接且二者之间形成有空腔;若干块吸热玻璃对应安装在平面集热框架体设有的开口上,平面集热框架体的外表面上均布冲压有若干个半球形凹坑,在每个半球形凹坑的上半部分开有孔径为1~1.5mm的通孔。本发明在提高玻璃幕墙保温隔热性能的同时,充分利用了太阳能,本发明集隔热、保温和太阳能热利用于一身,实现了集热构件与建筑的一体化。

Description

建筑一体化太阳能空气加热系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种太阳能空气加热系统。
背景技术
[0002] 当前我国正面临着经济社会快速发展和人口增长与环境资源约束的突出矛盾,我国的生态破坏和环境污染已经达到自然生态环境所能承受的极限,我国的节能减排工作压力巨大。世界各国的理论研究和实践经验表明,建筑用能是节能潜力最大的领域,是节能工作的重点。2004年我国建筑能耗占社会总能耗的比例为18.8%,而主要发达国家已达1/3左右。随着我国城市化进程的加速,建筑能耗将不可避免地大幅度增加。我国北方城镇采暖能耗占全国城镇建筑总能耗的40%,是建筑能源消耗的最大组成部分。同时,由于目前我国采暖以煤为主要能源,因此采暖燃煤造成的环境污染也相当严重。近年来,随着我国建筑节能标准的提高,建筑密闭性显著增强,导致房间换气次数过低,北方地区冬季室内空气质量普遍较差,通风换气问题亟待解决。在能源与环境的双重压力下,研究开发高效、低成本、易于推广的可再生能源建筑利用技术就变得愈加重要和迫切。
[0003] 在过去的二十多年中,玻璃幕墙以其新颖美观的特点,丰富了建筑物的立面效果,在建筑墙体装饰中得到了广泛应用。但与传统的非透明外墙相比,在可接受的造价范围内,透明玻璃幕墙的热工性能要差得多,导致采用透明玻璃幕墙的建筑能耗过高,以北京为例,单层玻璃幕墙的传热系数为节能墙体的9-10倍。为了改善传统单层玻璃幕墙的热工性能,降低能耗,出现了双层皮玻璃幕墙,这种幕墙由内外两层幕墙组成,夏季利用热压作用进行自然通风,从而减少太阳辐射热的影响;冬季关闭幕墙上下的通风口 ,形成温室起到保暖作用。双层皮玻璃幕墙属于被动利用太阳能的构件,即主要起保温隔热的作用,对太阳辐射热并未主动加以利用,另外其造价较普通墙体和单层玻璃幕墙也高得多,因此其推广应用受到了限制。目前我国有大量的既有单层玻璃幕墙建筑亟待改造,同时玻璃幕墙仍是新建建筑经常采用的立面方案。为了降低玻璃幕墙建筑的能耗,我国"公共建筑节能设计标准(GB50189-2005)"明确要求:不宜提倡在建筑立面上大面积应用玻璃(或其他透明材料的)幕墙。如果希望建筑的立面有玻璃的质感,提倡使用非透明的玻璃幕墙,即玻璃的后面仍然是保温隔热材料和普通墙体。这种结构的玻璃幕墙,墙体和幕墙玻璃间的空气间层在冬季能够提高墙体的保温性能,但在夏季由于间层中的空气不流动,其温度可能过高而导致房间(设幕墙玻璃处的房间)的热量远高于普通墙体房间,即房间过热,同时这种结构的玻璃幕墙也没有解决主动利用太阳能的问题。
发明内容
[0004] 本发明为了解决现有建筑中的玻璃幕墙结构没有主动利用太阳能的问题以及墙体和幕墙玻璃之间不流动的空气间层在夏季温度过高而导致相应房间的热量远高于普通墙体房间致使空调负荷增大的问题,进而提供了一种建筑一体化太阳能空气加热系统。[0005] 本发明解决上述技术问题采用的技术方案是:本发明所述空气加热系统包括建筑外墙、电动百叶风口、电动密闭阀、风道和风机,所述加热系统还包括复合太阳能集热构件,所述复合太阳能集热构件包括若干块吸热玻璃和集热框架体,所述复合太阳能集热构件的周边与建筑外墙的外表面密闭连接且二者之间形成有空腔,所述电动百叶风口设在复合太阳能集热构件上端上并与空腔连通,风道的一端与空腔连通,电动密闭阀和风机设置在风道上;所述若干块吸热玻璃对应安装在集热框架体设有的开口上,所述集热框架体的外表面上均布冲压有若干个半球形凹坑,在每个半球形凹坑的上半部分开有孔径为1〜1. 5mm的通孔。
[0006] 本发明的有益效果是:本发明根据流场与温度场协同原理,在提高玻璃幕墙保温隔热性能的同时,充分利用了太阳能,本发明集隔热、保温和太阳能热利用于一身,实现了集热构件与建筑的一体化,将建筑中的玻璃幕墙(复合太阳能集热构件)和空调系统巧妙地结合在一起,实现了太阳能热量的主动利用,太阳能热利用率显著提高。本发明能够增强玻璃幕墙结构的强度,提高其安全性,本发明在使用时基本上不需要日常维护,易于在实际工程中推广,符合太阳能热利用技术的发展趋势,适应我国节能标准对玻璃幕墙建筑的要求,本发明在新建玻璃幕墙建筑和既有玻璃幕墙建筑改造中都具有广阔的应用前景,将极大地推动我国太阳能热利用技术的发展。
附图说明
[0007] 图1是本发明的整体结构示意图,图2是复合太阳能集热构件的主视图,图3是图2的A向视图,图4是图2的B部放大图,图5是图2的C-C剖面图。
具体实施方式
[0008] 具体实施方式一 :如图1〜5所示,本实施方式所述建筑一体化太阳能空气加热系统包括建筑外墙11、电动百叶风口 14、电动密闭阀15、风道16和风机17,所述加热系统还包括复合太阳能集热构件10,所述复合太阳能集热构件10包括若干块吸热玻璃5和集热框架体21,所述复合太阳能集热构件10的周边与建筑外墙11的外表面密闭连接且二者之间形成有空腔20,所述电动百叶风口 14设在复合太阳能集热构件10上端上并与空腔20连通,风道16的一端与空腔20连通,电动密闭阀15和风机17设置在风道16上;所述若干块吸热玻璃5对应安装在集热框架体21设有的开口上,所述集热框架体21的外表面上均布冲压有若干个半球形凹坑21-1,在每个半球形凹坑21-1的上半部分开有孔径为1〜1. 5mm的通孔21-1-1 (通孔21-1-1设置在半球形凹坑21-1的上半部分可防止雨水从集热框架体21的外表面淋入空腔20内,影响系统正常工作),风道16的另一端与空调机组18或新风竖井连接。
[0009] 本实施方式所述建筑外墙11为南向外墙、东南向外墙或西南向外墙。所述集热框架体21的两侧的边框21-2的边缘弯折后与建筑外墙11密闭连接(如图3所示)。根据流场与温度场协同原理,在集热框架体21上开有微小孔口 ,使得流体速度与热流矢量平行,从而强化空气与集热框架体21之间的换热。
[0010] 在冬季,电动百叶风口 14始终处于关闭状态,白天电动密闭阀15打开,在风机17的抽吸作用下,由复合太阳能集热构件10、建筑外墙11、关闭的电动百叶风口 14构成空腔20,空腔20内充有的空气构成空气间层,所述空气间层为负压,室外空气通过集热框架体
421上的通孔21-1-1进入空气间层并被集热框架体21加热,然后在空气间层内上升并继续被集热框架体21和吸热玻璃5加热,在风机17的抽吸作用下,再通过风道16进入空调机组18供空调系统使用,也可以通过风道16将已被加热的室外空气引入中央空调系统的新风竖井以供多台空调机组使用。夜晚和阴天,电动密闭阀15和风机17关闭,停止向空调系统提供新风,空气间层中的空气停止流动,起加强外墙保温性能的作用。[0011] 在夏季,电动密闭阀15和风机17关闭,电动百叶风口 14打开,使空气间层与室外空间在热压作用下进行自然通风,将复合太阳能集热构件10吸收的太阳辐射热不断转移出去,因此空气间层内的空气温度不致过高,从而避免了房间的热量增加,也即起到了提高墙体隔热性能的作用。夏季夜晚,自然通风过程还可以降低墙体温度,将天然冷量存储在墙体中,从而达到降低空调负荷的作用。
[0012] 具体实施方式二 :如图1〜4所示,本实施方式所述集热框架体21由钢板、铝板、塑料板或其他具有一定强度的复合材料板材制作。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
[0013] 具体实施方式三:如图1〜5所示,本实施方式所述复合太阳能集热构件10还包括光谱选择性吸收涂层1,在集热框架体21的外表面上覆有光谱选择性吸收涂层1。在集热框架体21的外表面上喷涂有太阳光谱内吸收光线程度高、在热辐射波长范围内辐射损失低的选择性涂层可增强复合太阳能集热构件10的吸热性能。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
[0014] 具体实施方式四:如图1〜4所示,本实施方式所述复合太阳能集热构件10还包括若干个吸热玻璃框2,所述若干个吸热玻璃框2与若干块吸热玻璃5的数量一致,所述若干块吸热玻璃5对应安装在若干个吸热玻璃框2上。设置吸热玻璃框2便于吸热玻璃5的安装。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
[0015] 具体实施方式五:如图1〜4所示,本实施方式所述加热系统还包括密封底板12和遮雨板13,所述复合太阳能集热构件10的上端通过遮雨板13与建筑外墙11密闭连接,所述复合太阳能集热构件10的下端通过密封底板12与建筑外墙11密闭连接。由复合太阳能集热构件10、建筑外墙11、密封底板12、遮雨板13和关闭的电动百叶风口 14构成密闭的空腔,如此设置,便于安装。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。[0016] 工作原理
[0017] 将表面覆有高效选择性涂层并开有很多细小孔口的深颜色板材(钢板、铝板、塑料板或其他复合材料板材)制成的集热框架体21 (集热板)和吸热玻璃5组合成复合太阳能集热构件IO,复合太阳能集热构件10通过其上的集热框架体21安装在距外墙11的外表面100mm-200mm处,在复合太阳能集热构件10的顶部安装电动百叶风口 ,并在电动百叶风口上部安装遮雨板,在复合太阳能集热构件底部安装密封底板。这样,复合太阳能集热构件、外墙、电动百叶风口、遮雨板和密封底板共同组成一个空气间层,在遮雨板上开孔经风道与风机相连。冬季,电动百叶风口关闭,在风机的抽吸作用下,空气间层中处于负压,室外空气通过集热板上的小孔进入空气间层中,在空气通过小孔以及在空气间层中向上流动过程中,空气获得了集热板和吸热玻璃吸收的太阳辐射热而被加热。空气间层中热空气的存在提高了墙体的保温性能,减少了建筑物的热负荷。同时将空气间层中已被加热的空气作为新风引入中央空调系统使用,冬季天气晴朗时,白天经太阳能空气加热系统加热的空气温度完全能够达到室内设定温度而无需经空调机组中的加热器再次加热,空调机组中的加热器只在夜晚和阴天时启动对新风进行加热,从而可以显著节省中央空调系统加热新风所需能量。理论分析表明,在北京地区应用本发明,中央空调系统新风负荷可降低15%以上,节能效果非常明显。冬季夜晚和阴天,太阳能热利用系统风机关闭,空气间层内空气停止流动,空气间层起加强外墙保温性能的作用。
[0018] 在夏季,系统风机关闭,位于复合太阳能集热构件顶部的电动百叶风口打开,空气间层与室外空间在热压作用下进行自然通风,将复合太阳能集热构件吸收的太阳辐射热不断转移出去,因此空气间层内的空气温度不致过高,从而避免了房间的热量增加,也即起到了提高墙体隔热性能的作用。夏季夜晚,自然通风过程还可以降低墙体温度,将天然冷量存储在墙体中,从而达到降低空调负荷的作用。

Claims (5)

  1. 一种建筑一体化太阳能空气加热系统,所述空气加热系统包括建筑外墙(11)、电动百叶风口(14)、电动密闭阀(15)、风道(16)和风机(17),其特征在于:所述加热系统还包括复合太阳能集热构件(10),所述复合太阳能集热构件(10)包括若干块吸热玻璃(5)和集热框架体(21),所述复合太阳能集热构件(10)的周边与建筑外墙(11)的外表面密闭连接且二者之间形成有空腔(20),所述电动百叶风口(14)设在复合太阳能集热构件(10)上端上并与空腔(20)连通,风道(16)的一端与空腔(20)连通,电动密闭阀(15)和风机(17)设置在风道(16)上;所述若干块吸热玻璃(5)对应安装在集热框架体(21)设有的开口上,所述集热框架体(21)的外表面上均布冲压有若干个半球形凹坑(21-1),在每个半球形凹坑(21-1)的上半部分开有孔径为1~1.5mm的通孔(21-1-1)。
  2. 2. 根据权利要求1所述的建筑一体化太阳能空气加热系统,其特征在于:所述集热框 架体(21)由钢板、铝板或塑料板制作。
  3. 3. 根据权利要求1或2所述的建筑一体化太阳能空气加热系统,其特征在于:所述复 合太阳能集热构件(10)还包括光谱选择性吸收涂层(1),在集热框架体(21)的外表面上覆 有光谱选择性吸收涂层(1)。
  4. 4. 根据权利要求1所述的建筑一体化太阳能空气加热系统,其特征在于:所述复合太 阳能集热构件(10)还包括若干个吸热玻璃框(2),所述若干个吸热玻璃框(2)与若干块吸 热玻璃(5)的数量一致,所述若干块吸热玻璃(5)对应安装在若干个吸热玻璃框(2)上。
  5. 5. 根据权利要求1或2所述的建筑一体化太阳能空气加热系统,其特征在于:所述加 热系统还包括密封底板(12)和遮雨板(13),所述复合太阳能集热构件(10)的上端通过遮 雨板(13)与建筑外墙(11)密闭连接,所述复合太阳能集热构件(10)的下端通过密封底板 (12)与建筑外墙(11)密闭连接。
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