CN104790572A - 一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统 - Google Patents
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Abstract
一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，属于建筑节能技术领域。该系统含有内层玻璃幕墙和外层玻璃幕墙；内层玻璃幕墙和外层玻璃幕墙之间形成空气腔体。该系统还含有冷却水管、冷源、水泵、冷却水入口和冷却水出口；多根冷却水管平行布置在空气腔体内，在每根冷却水管上设置有遮阳百叶，冷却水管通过冷却水入口和冷却水出口与冷源相连；水泵设置在冷源与冷却水出口之间或者冷源与冷却水入口之间的管路上。通过遮阳百叶调节机构可灵活调节透光率；冷却水管采用水平布置或竖直布置，多根冷却水管采用串联或者并联连接。该系统可以利用高温冷却水直接去除通过玻璃围护结构传入室内的热量，从而大幅降低空调冷负荷，并且简单易用、适合推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种双层玻璃围护系统，可直接利用低品位自然冷源并大幅降低室内空调负荷，属于建筑节能技术领域。
背景技术
近年来，随着我国经济飞速发展和人民生活水平逐步提高，建筑能耗持续增长。2012年我国建筑总能耗达6.90亿吨标准煤，约占全国能源消费总量的19.1％，其中，高品位的电力消费量大幅增长，约为2001年的两倍。暖通空调约占建筑总能耗的2/3，无疑是建筑中的能耗大户。
建筑的夏季空调冷负荷主要由围护结构的得热和室内热湿源组成。在围护结构中，透光围护结构一般热阻较小，且能直接透过太阳辐射，往往是得热的主要来源。但是，由于采光及美观等因素，玻璃围护结构却深受建筑师和广大民众的青睐，在新建建筑中被越来越多的采用，尤其是公共建筑，成为空调能耗大幅增长的主要原因之一。
双层玻璃围护结构由内外两层玻璃组成，是一种新型的节能玻璃围护结构形式。双层玻璃围护结构包含双层通风幕墙和双层玻璃窗这两种常见的结构。对于双层通风幕墙，由于其内层玻璃幕墙也可采用双层中空玻璃，因此其实际总共由三块玻璃构成。
现有的双层玻璃围护系统含有内外两层玻璃和一个空气腔体，增大了传热热阻，所以可以一定程度地减少室外空气的传热量。但是大部分太阳辐射热量依旧可以透过玻璃传入室内。目前常见的解决方案之一采用镀膜玻璃来反射和吸收太阳辐射，这种方案成本很高，而且部分镀膜玻璃吸收太阳辐射后发热，成为新的热源向室内传热。另一种解决方案是在两层玻璃幕墙间的空气腔体内布置遮阳百叶，遮阳百叶可以灵活调节角度，而且成本不高，但是遮阳百叶在吸收太阳辐射后温度升高，也将成为新的热源向室内传热。它基本只能延缓和稍衰减透过玻璃围护结构的传热量，并不可显著降低室内空调负荷。
中国专利文献(CN200920167306.0)提出了一种内置式全自动控制遮阳双层玻璃窗，它在双层玻璃之间的空气腔体内增加了遮阳百叶，虽然可以遮挡部分太阳辐射量，但是遮阳百叶在受热温度升高后，会变成一个热源像室内传热。因此，它只能延缓和削弱外界的传热，但无法真正大幅降低空调负荷。中国专利文献(CN201420333661.1和CN201420333382.5)提出了一种将植物用于双层玻璃间的遮阳，但是植物的生长难以人为控制，透光率、角度等都无法像遮阳百叶一样可以灵活调节。中国专利文献(CN201010100502.3)提出的将管道嵌入围护结构内，在夏天可以利用土壤、冷却塔等低品位能源直接去除室内空调负荷，但是它的应用对象主要为墙体，并未针对玻璃围护结构。因此，需要一种技术方案来高效地降低通 过玻璃围护结构传入室内的热量。
发明内容
本发明的目的是提供一种带冷却和遮阳装置的双层玻璃围护系统，旨在原有的双层玻璃窗和双层通风玻璃幕墙的基础上，进一步降低室内空调负荷，并为低品位能量的利用提供技术支撑。
本发明的技术方案如下：
一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，含有内层玻璃幕墙和外层玻璃幕墙；内层玻璃幕墙和外层玻璃幕墙之间形成空气腔体，其特征在于:该围护系统还含有多根平行布置的冷却水管、冷源、水泵、冷却水入口和冷却水出口；在每根冷却水管上设置有遮阳百叶，冷却水管通过冷却水入口和冷却水出口与冷源相连；水泵设置在冷源与冷却水出口之间或者冷源与冷却水入口之间的管路上。
本发明所述的一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，其特征在于：所述冷却水管采用水平布置或竖直布置，多根冷却水管采用串联或者并联连接。
本发明的上述技术方案中，其特征在于：双层玻璃围护系统含有遮阳百叶调节机构，该调节机构设置在冷却水管或遮阳百叶上。
本发明所述的具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，其特征在于：在所述内层玻璃幕墙上设有上部通风口和下部通风口，上部通风口和下部通风口处设有活动百叶。
本发明所述的具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，其特征在于：所述外层玻璃幕墙由单层玻璃组成，内层玻璃幕墙由单层玻璃或双层玻璃组成。
本发明所述的具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，其特征在于：所述冷却水管采用单层管，管与管之间采用软管连接。
本发明所述的具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，其特征在于：所述冷却水管采用双层套管，双层套管含有内层管和外层套管，内层管与内层管之间采用软管或硬管连接，遮阳百叶设置在外层套管上。
本发明所述的具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，其特征在于：所述冷源采用自然冷源或机械制冷的人工冷源。
本发明所述的具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，其特征在于：所述遮阳百叶的材料采用金属或塑料。
本发明具有以下优点及突出的技术效果：①遮阳百叶遮挡了大部分太阳辐射热量，减少了直接照入室内的热量。②遮阳百叶由于受到阳光照射而温度较高，可以采用更高温度的冷却水将这部分热量直接带走，使其不进入室内成为空调负荷，降低机械制冷的能耗。③遮阳百叶角度可调，可以保证一定的透光率。④双层玻璃的结构增加了玻璃围护结构的热阻，减少了传热量。⑤相较于机械通风式双层通风幕墙，不用风机，节约了能耗。⑥所述遮阳系统 外观与传统的遮阳百叶无明显差异，易于被接受和推广应用。⑦所述围护结构不涉及复杂的加工制造工艺，运行控制也相对简单，成本较低，前景广阔。
附图说明
图1为一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统的结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3a为双层套管的局部放大图。
图3b为单层管的局部放大图。
图4为水平布置的多管程并联式冷却水管示意图。
图5为竖直布置的多管程并联式冷却水管示意图。
图6为水平布置的多管程串联式冷却水管示意图。
图7为竖直布置的多管程串联式冷却水管示意图。
图8为多管程串联式单层管示意图。
图9为多管程串联式双层套管示意图。
图10为一种具有冷却和遮阳功能的双层通风幕墙系统的示意图。
图中：1－内层玻璃幕墙；2－外层玻璃幕墙；3－冷却水管；4－遮阳百叶；5－空气腔体；6－冷却水入口；7－冷却水出口；8－冷源；9－室内侧；10－遮阳百叶调节机构；11－水泵；12－上部通风口；13－下部通风口；14－可调活动百叶；15－分水总管；16－集水总管；17－软管；18－内层管；19－外层套管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理、结构和具体实施方式做进一步说明。
图1、图2为本发明提供的一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统的示意图，本发明所述的具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，含有内层玻璃幕墙1和外层玻璃幕墙2；内层玻璃幕墙和外层玻璃幕墙之间形成空气腔体5。该系统还含有冷却水管3、冷源8、水泵11、冷却水入口6和冷却水出口7；多根冷却水管3平行布置在空气腔体5内，在每根冷却水管上设置有遮阳百叶4，冷却水管通过冷却水入口6和冷却水出口7与冷源8相连；水泵11设置在冷源与冷却水出口之间或者冷源与冷却水入口之间的管路上。
在太阳辐射量较大的白天，通过调节遮阳百叶4的角度，在保证一定透光率的前提下遮挡大部分太阳辐射热量。此时，遮阳百叶发热温度升高，打开水泵11，开始运行水循环。冷却水通过遮阳百叶时将太阳辐射热量直接带走。由于遮阳百叶的温度较高，所以可以采用温度较高的冷却水来带走热量。相对应的冷源8可以直接采用直接蒸发冷却塔、间接蒸发冷却机组、土壤、江河湖海水，而不需要通过机械制冷。当然，也可以仍旧采用机械制冷，节能潜力虽不及直接利用自然冷源，但由于蒸发温度较高，此时冷机的效率要高于一般情况。由此，通过冷却水可以高效去除大部分太阳辐射量，也可以减少室外空气向室内的传热量，可 以大大降低室内的空调负荷，节能效果显著。
如图3a和图3b所示，本发明的技术方案中，所述的冷却水管可以采用双层套管和单层管两种结构方案。
图3a为双层套管的局部放大图，冷却水管3有内外两层管，遮阳百叶4布置在外层套管19上，内层管18内通冷却水。两层管间为导热油，使两层管紧密接触、减小接触热阻，同时也有一定的润滑作用使外层套管可以旋转。对应的，遮阳百叶调节机构10与外层套管上的遮阳百叶4相连，通过调节机构，遮阳百叶4的角度可以自由调整。多根冷却水管平行布置在空气腔体5内，此方案中各冷却水管3通过软管或硬管互相连接。
图3b为单层管的局部放大图，冷却水管3采用单层管，遮阳百叶4直接布置在管的外表面上，管内通冷却水。多根冷却水管平行布置在空气腔体5内，该方案中各冷却水管通过软管互相连接，因此冷却管可以旋转一定角度。对应的，遮阳百叶调节机构10与冷却水管相连，通过调节机构，冷却水管可以旋转，遮阳百叶的角度也可随之自由调整。
图4～图7为本发明中多根冷却水管的不同布置方案。
图4为水平布置的多管程并联式冷却水管。此时，冷却水管3水平布置，各冷却水管的两端分别和分水总管15和集水总管16相连。冷却水先从冷却水入口6流至分水总管，然后均匀分配至各冷却水管内。吸收太阳辐射热量后，冷却水被加热、温度升高，然后流至集水总管，从冷却水出口流出。经过冷源冷却后，冷却水再次流至冷却水入口，完成循环。水循环上带有水泵11克服沿程阻力和局部阻力。对应的，遮阳百叶4应当通过调节机构实现水平旋转功能。冷却管可以采用图3a和图3b所示的双层冷却水管和单层冷却水管两种结构。
图5为竖直布置的多管程并联式冷却水管。此时，冷却水管3竖直布置，各冷却水管的两端分别和分水总管15和集水总管16相连。冷却水先从冷却水入口6流至分水总管，然后均匀分配至各冷却水管内。吸收太阳辐射热量后，冷却水被加热、温度升高，然后流至集水总管，从冷却水出口流出。经过冷源冷却后，冷却水再次流至冷却水入口，完成循环。水循环上带有水泵11克服沿程阻力和局部阻力。对应的，遮阳百叶4应当通过调节机构实现竖直旋转功能。冷却管可以采用图3a和图3b所示的双层冷却水管和单层冷却水管两种结构。
图6为水平布置的多管程串联式冷却水管。此时，冷却水管3水平布置，各冷却水管的两端依次连接，实际综合为一条回路。冷却水先从冷却水入口6流入，依次通过各冷却水管。吸收太阳辐射热量后，冷却水被加热、温度升高，然后从冷却水出口7流出。经过冷源冷却后，冷却水再次流至冷却水入口，完成循环。水循环上带有水泵11克服沿程阻力和局部阻力。对应的，遮阳百叶4应当通过调节机构实现水平旋转功能。冷却管可以采用图3a和图3b所示的双层冷却水管和单层冷却水管两种结构，图8和图9进一步给出了示意。
图7为竖直布置的多管程串联式冷却水管。此时，冷却水管3竖直布置，各冷却水管的两端依次连接，实际综合为一条回路。冷却水先从冷却水入口6流入，依次通过各冷却水管。 吸收太阳辐射热量后，冷却水被加热、温度升高，然后从冷却水出口7流出。经过冷源冷却后，冷却水再次流至冷却水入口，完成循环。水循环上带有水泵11克服沿程阻力和局部阻力。对应的，遮阳百叶4应当通过调节机构实现竖直旋转功能。冷却管可以采用图3a和图3b所示的双层冷却水管和单层冷却水管两种结构。
图8为多管程串联式单层管的结构示意图。此时，冷却管采用单层结构，遮阳百叶4直接布置在管的外表面上，管内通冷却水。冷却管与冷却管之间采用软管17连接，即对应图3b的局部放大结构图，冷却管可以自由旋转角度。
如果采用多管程并联式单层管的结构，则在冷却管3和分水总管15、集水总管16之间采用软管连接，使得冷却管可以自由旋转角度。
图9为多管程串联式双层套管示意图。冷却水管3有内外两层管，遮阳百叶4布置在外层套管19上，内层管18内通冷却水。外层套管可以自由旋转角度。由于遮阳百叶布置在外层套管上，所以内层管为固定结构、不需要旋转，内层管之间可以采用硬管或者软管连接。如果是多管程并联式双层冷却水管，则原理类似，外层套管可以自由旋转角度、内层管为固定结构，内层管和分水总管15、集水总管16之间采用硬管或软管连接均可。
图10为一种具有冷却和遮阳功能的双层通风幕墙系统的示意图。此时，外层玻璃幕墙上设有上部通风口12和下部通风口13，上部通风口12和下部通风口13处设有活动百叶14。活动百叶可以调节不同的开度，并可以关闭。这种方案将双层通风幕墙和冷却水管结合起来，可以同时利用冷却水和通风来冷却遮阳百叶，有效降低室内空调负荷。由于已经采用冷却水，因此不需要辅以风机机械通风，节约能耗。
双层玻璃围护结构是本发明的基础，包含双层通风幕墙和双层玻璃窗这两种常见的结构。对于双层通风幕墙，由于其内层玻璃幕墙也可采用双层中空玻璃，因此其实际总共由三块玻璃构成，但广义上也属于本发明所列的双层玻璃围护结构范畴内。
Claims (9)
1.一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，含有内层玻璃幕墙(1)和外层玻璃幕墙(2)；内层玻璃幕墙(1)和外层玻璃幕墙(2)之间形成空气腔体(5)，其特征在于:该围护系统还含有冷却水管(3)、冷源(8)、水泵(11)、冷却水入口(6)和冷却水出口(7)；多根冷却水管(3)平行布置在空气腔体(5)内，在每根冷却水管上设置有遮阳百叶(4)，冷却水管通过冷却水入口(6)和冷却水出口(7)与冷源(8)相连；水泵(11)设置在冷源与冷却水出口之间或者设置在冷源与冷却水入口之间的管路上。
2.根据权利要求1所述的一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，其特征在于：所述冷却水管(3)采用水平布置或竖直布置，多根冷却水管(3)采用串联或者并联连接。
3.根据权利要求1所述的一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，其特征在于：双层玻璃围护系统含有遮阳百叶调节机构(10)，该调节机构设置在冷却水管(3)或遮阳百叶(4)上。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，其特征在于：在所述内层玻璃幕墙(1)上设有上部通风口(12)和下部通风口(13)，上部通风口和下部通风口处设有活动百叶(14)。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，其特征在于：所述外层玻璃幕墙(2)由单层玻璃组成，内层玻璃幕墙(1)由单层玻璃或者双层玻璃组成。
6.根据权利要求5所述的一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，其特征在于：所述冷却水管(3)采用单层管，管与管之间采用软管(17)连接。
7.根据权利要求5所述的一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，其特征在于：所述冷却水管(3)采用双层套管，双层套管含有内层管(16)和外层套管(17)，内层管(18)与内层管之间采用软管或硬管连接，遮阳百叶(4)设置在外层套管(19)上。
8.根据权利要求1所述的一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，其特征在于：所述冷源(8)采用自然冷源或机械制冷的人工冷源。
9.根据权利要求1所述的一种具有冷却和遮阳功能的双层玻璃围护系统，其特征在于：所述遮阳百叶(4)的材料采用金属或塑料。
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