CN107476473A - 一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法 - Google Patents
一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出的一种用于低能耗建筑的透明蓄水围护结构及运行方法涉及建筑节能和建筑围护结构技术领域。为解决目前具有较多透明围护结构的建筑夏季和冬季舒适度差，能耗高的问题，本发明提出一种用于低能耗建筑的透明蓄水围护结构，包括：透明蓄水模块及其支撑连接框架，室外侧的可调节遮阳装置，水系统管路，可附加的外层透明围护结构和自动控制系统。本发明的主要特征是利用透明蓄水模块充水，增强围护结构热惰性和蓄热性；利用阻流层抑制对流，提升透明蓄水模块热工效能；同时依靠可调节遮阳装置夏季和冬季的简单调节；夏季蓄水过热时放水散热，冬季极端低温时放水形成空气层保温；重力自流回水回用和天然采光，保持室内热舒适并降低建筑能耗。
Description
技术领域
本发明涉及建筑节能和建筑围护结构技术领域。
背景技术
建筑节能技术，特别是建筑围护结构节能技术应用越来越广。其中建筑透明围护结构如玻璃幕墙、固定窗等，与不透明围护结构墙体相比，因其具有太阳辐射透过率，同时传热性好，蓄热性差，夏季容易传入过多的室外热量导致室内过热，冬季容易散失过多的室内热量导致室内过冷，不得不更多依靠人工制冷和采暖取得夏季和冬季的热舒适，因此透明围护结构通常是建筑节能的薄弱部位。一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构的原理是利用建筑供水管路向作为建筑围护结构的透明蓄水围护结构的蓄水模块中充水，以充分抑制对流换热的水层充当蓄热层，抵御温度波动，并产生热延迟；夏季时利用蓄水模块室外侧的遮阳装置降低其太阳辐射得热，并结合周期性换水回用措施，避免透明蓄水模块过热，实现建筑夏季低能耗运行；冬季利用透明蓄水模块的太阳辐射吸收性和蓄热性进行长时段被动式辐射采暖，实现建筑冬季低能耗运行；同时利用透过透明蓄水围护结构的天然光进行室内采光，节约人工照明能耗。目前市场上已有的节能型门窗幕墙技术大多采用增强围护结构保温性的方法，如增加空气间层，采用各种低辐射镀膜，此外还有增加遮阳装置，或利用间层空气流动散热或采暖等，其热惰性并没有明显改善，在室外温度波动时热稳定性依然不足，整体热工性能不如大部分重质墙体围护结构。同时现有被动式太阳能技术中的水墙技术也有很多不足之处，如目前水墙大多采用密封蓄水层，夏季不能采取换水回用的方式散热，容易过热；此外现有水墙不具有抑制水层对流换热的阻流层构造措施，室内外温差较大时对流换热增强会导致现有水墙隔热效能降低；同时大部分水墙不透明，不能利用天然采光以节约室内照明能耗；此外目前的水墙缺乏夏季和冬季的气候适应性优化措施，极端气候条件下效能低，节能潜力没有充分发挥。
发明内容
为了解决目前建筑中透明围护结构，如玻璃幕墙，固定窗等热工性能相对常规墙体差，使得具有较多透明围护结构的建筑夏季和冬季热舒适度差，不得不更多地依靠人工制冷和采暖，导致建筑能耗高的问题，本发明提出一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法。该透明蓄水围护结构具有模块化构造，可作为集成在建筑立面上的外置水箱，利用建筑供水系统充水，并可放水回用于建筑中的冲洗冲厕或绿化灌溉等非饮用水用水点；依靠充分抑制对流效应的蓄水层提升该透明蓄水围护结构的热惰性和蓄热性，减少其内表面温度波动峰值和波动范围，并产生明显的热延迟效应，从而使透明蓄水围护结构具有重质墙体围护结构一样优良的隔热性；夏季时利用该透明蓄水围护结构的可调节遮阳装置降低太阳辐射得热，并结合周期性换水回用措施，使该透明蓄水围护结构内表面温度低于室内气温，有利于室内散热，减少人工制冷需求，实现建筑夏季低能耗运行；冬季晴天有日照时利用该透明蓄水围护结构蓄水模块的太阳辐射吸收性和蓄热性提升其内表面温度，进行长时段被动式辐射采暖，减少人工采暖需求，实现建筑冬季低能耗运行；冬季极端低温时，该透明蓄水围护结构也可放水回用后不再充水，利用其蓄水模块中形成的空气层提升保温能力，实现冬季保温节能；同时利用该透明蓄水围护结构透过的自然光进行室内天然采光，还可节约人工照明能耗；该透明蓄水围护结构施工时采用轻质幕墙的类似施工方法，施工完成后通过建筑供水系统充水转变为重质围护结构，相对常规重质墙体施工，工业化程度高，劳动强度低；该透明蓄水围护结构充水时还具有优良的防火能力，满足建筑消防安全要求；同时该透明蓄水围护结构充水时质量大，隔声能力比常规玻璃幕墙和门窗强，可有效阻挡室外噪音，创造安静的室内环境。
为实现以上目标，本发明提出一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，该透明蓄水围护结构基本组成部分包括：透明蓄水模块，透明蓄水模块支撑连接框架，透明蓄水模块室外侧的可调节遮阳装置，透明蓄水围护结构水系统管路；所述透明蓄水模块包括外壳及其上的供水孔、回水孔，透明蓄水模块内部阻流层及其连接件，透明蓄水模块顶盖板及其上的排气孔；所述透明蓄水围护结构水系统管路包括透明蓄水围护结构总立管及其与建筑供水管路连接的开关阀，各层水平管路总开关阀，液位控制阀供水管，液位控制阀，液位控制阀出水管，各层透明蓄水模块水平供水管，透明蓄水模块供水支管及其供水支管开关阀，透明蓄水模块回水支管及其回水支管开关阀，各层透明蓄水模块水平回水管，透明蓄水围护结构层间回水立管及其与建筑用水点管路连接的开关阀，也可不用层间回水立管，而采取直接用开关阀控制水平回水管的回用水管路布置方式；在其基本组成部分基础上，为进一步提高该透明蓄水围护结构的保温性，同时保护所述可调节遮阳装置，还可在所述可调节遮阳装置外侧再增加一层外部透明围护结构及相应的支撑结构；为提高该透明蓄水围护结构运行自动化程度，还可附加自动控制系统。本发明提出的该透明蓄水围护结构的运行方法包括夏季遮阳隔热结合换水回用散热的运行方法，冬季晴天有日照时蓄热结合辐射采暖的运行方法，冬季阴天和夜间减少热损失的运行方法，以及冬季极端低温条件下放水利用空气间层增强保温的运行方法。
以上提出的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法中所述透明蓄水模块外壳用于承压蓄水，并支撑所述透明蓄水模块内部阻流层；所述阻流层用于抑制蓄水层因室内外温差导致的自然对流换热，提高热工性能；所述透明蓄水模块顶盖板可拆卸，用于安装和维护所述阻流层，并提供所述透明蓄水模块外壳顶部的结构支撑；所述透明蓄水模块顶盖板上的排气孔用于所述透明蓄水模块充水时排除内部空气；所述透明蓄水模块外壳上的供水孔用于所述透明蓄水模块的充水，所述透明蓄水模块外壳上的回水孔用于所述透明蓄水模块的放水；所述透明蓄水模块支撑连接框架用于连接支撑所述透明蓄水模块，使多个透明蓄水模块结合成整体性的建筑围护结构；所述透明蓄水模块室外侧可调节遮阳装置用于控制照射在所述透明蓄水模块上的太阳辐射量，对夏季、冬季和过渡季透明蓄水模块接受太阳辐射量进行灵活调节；所述透明蓄水模块水平供水管及供水支管用于水平连接的所有透明蓄水模块的供水输送；所述透明蓄水模块水平回水管及回水支管用于水平连接的所有透明蓄水模块的回水输送；所述透明蓄水模块液位控制阀用于控制水平连接的所有透明蓄水模块的蓄水液面高度，防止过量充水溢流；所述透明蓄水围护结构总供水立管汇合各层透明蓄水模块的水平供水管，并连接建筑供水系统的管路，用于整个透明蓄水围护结构供水；所述透明蓄水围护结构层间回水立管汇合一定数量的所述透明蓄水模块水平回水管，并连接建筑中相对于所述水平回水管位置较低的建筑用水点（或不用层间回水立管，直接用所述水平回水管连接建筑中的用水点），用于所述透明蓄水围护结构的回用水输送；所述与建筑供水管路连接的开关阀用于整个透明蓄水围护结构的充水控制；所述与特定建筑用水点管路连接的开关阀用于回水控制；通过调节所述控制供水的开关阀开闭状态和控制回水的开关阀的开闭状态，可把建筑中经过地下、温度接近土壤温度的水根据需要充入所述透明蓄水围护结构的蓄水模块中，控制所述透明蓄水围护结构室内侧表面的温度波动范围，进而控制室内舒适度和室内外传热，达到夏季冬季低能耗运行的目的。
以上提出的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，其特征在于具有可充水，可放水，模块化的透明蓄水模块；所述透明蓄水模块可采用高分子材料整体注塑，或板材拼和密封连接；实施例之一的透明蓄水模块采用透明夹层安全玻璃作为室内界面和室外界面，采用不锈钢加固的铝合金框架板作为侧面板，压型铝合金底板作为底面板，连接组合成透明蓄水模块外壳；实施例外壳内壁还采用整体性透明聚合物薄膜内衬以防止漏水；同时所述侧面板和底面板上还均匀分布有所述阻流层固定边条以固定透明聚合物薄膜制成的阻流层，并保持所述阻流层与所述室内侧和室外侧的透明玻璃界面平行；采用具有排气孔的铝合金顶盖扣合并箍紧所述透明蓄水模块外壳顶部，以形成满足结构和气密性要求的透明蓄水模块；所述透明蓄水模块的铝合金底面板上有供水孔和回水孔，分别用于连接供水支管和回水支管，以保证所述透明蓄水模块可充水和放水；不排除具有类似功能的其他材料制作的透明蓄水模块的存在，如用透明塑料或树脂整体注塑的透明蓄水模块（整体注塑的透明蓄水模块外壳可不要所述内衬）。
以上提出的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，其特征在于所述透明蓄水围护结构的水系统管路与建筑的供水管路和用水管路相连，把所述透明蓄水模块作为建筑立面集成的外置水箱，可蓄水，也可放水回用于建筑中的冲洗冲厕或绿化灌溉等非饮用水用水点；所述透明蓄水围护结构总供水立管与建筑供水管路相连，并可通过所述与建筑供水管路连接的开关阀控制联通状态，可使建筑中经过地下、温度接近土壤温度的水经过所述总供水立管，各层的水平供水管和各透明蓄水模块的供水支管充入各透明蓄水模块中；当液面升高到充满所述透明蓄水模块时，控制该层透明蓄水模块充水的所述液位控制阀关闭，各透明蓄水模块可保持充满水的状态，通过蓄水层增强整个透明蓄水围护结构的热工性能；当所述与建筑用水点管路连接的开关阀打开时，所述透明蓄水模块中的水可放出，进入建筑中的冲洗冲厕或绿化灌溉等非饮用水用水点；所述建筑中回水用水点位置位于所述各层透明蓄水模块水平回水管位置下方以充分利用重力自流，避免消耗水泵能量回水；类似常规建筑消耗水泵能量供水，进行冲洗冲厕和绿化灌溉，向具有透明蓄水围护结构的建筑供水所消耗的水泵能量最终也用于建筑中的冲洗冲厕和绿化灌溉；透明蓄水围护结构相当于建筑中的外置水箱，自身运行净消耗的水泵能量很小，不浪费水泵动力能源，不浪费水资源。
以上提出的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，其特征在于所述透明蓄水模块内部具有可抑制对流换热的阻流层；实施例之一的阻流层用折射率接近水折射率的聚合物薄膜制成，以减少与水接触界面光反射，增加透明度，并减轻重量；所述阻流层与所述透明蓄水模块的室内界面和室外界面平行，且均匀间隔分布，间隔距离与所述透明蓄水模块的蓄水高度相关，一般选取35mm到70mm，目的是抑制自然对流，形成热传导为主的传热模式；所述阻流层可拆卸清洗或更换，有利于所述透明蓄水模块的维护。
以上提出的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，其特征在于所述透明蓄水模块外侧具有用于控制照射在所述透明蓄水模块上的太阳辐射量的可调节遮阳装置，以对夏季、冬季和过渡季外界气候条件变化时所述透明蓄水模块接受到的太阳辐射量进行灵活调节；实施例之一采用可调节百叶式外遮阳装置，可通过改变百叶角度调节遮阳程度，并可收起，不排除其他具体实施方式存在。
以上提出的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，其特征在于所述透明蓄水模块充满水时，可见光透过率类似常规玻璃幕墙的可见光透过率，有利于室内天然采光，节约人工照明能耗；同时其太阳辐射透过率低于常规玻璃幕墙的太阳辐射透过率，热辐射透过率相对低，有利于夏季降低空调能耗。
以上提出的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，其特征在于采用夏季和冬季的气候适应性运行方法以实现建筑低能耗运行；夏季通过建筑供水管路把经过地下、温度接近土壤温度的水充入所述透明蓄水模块后，增大所述可调节遮阳装置对所述透明蓄水模块的遮挡程度，以减少所述透明蓄水围护结构的辐射吸热量和升温，防止室内过热；夏季所述透明蓄水围护结构室内侧界面温度逐日升高到高于室内气温，逐渐过热时，同时打开所述与建筑用水点管路连接的开关阀和所述与建筑供水管路连接的开关阀，放出所述透明蓄水模块中已经过热的水，回用于建筑中的冲洗冲厕或绿化灌溉等非饮用水用水点，同时充入温度接近地下土壤温度的水，使所述透明蓄水围护结构室内侧界面温度恢复到室内气温以下，保持室内散热状态和热舒适，节约空调能耗；根据不同气候条件和环境舒适度要求，所述透明蓄水围护结构在夏季的换水频率可一天一次，到一周一次，甚至到一月一次；冬季晴天有日照时取消所述可调节遮阳装置对所述透明蓄水模块的遮挡，使所述透明蓄水围护结构的辐射吸热量和升温最大化，利于室内被动式辐射采暖；冬季阴天无日照时增大所述可调节遮阳装置对所述透明蓄水模块的遮挡，冬季夜间甚至关闭所述可调节遮阳装置，使其对所述透明蓄水模块遮挡最大化，以利于减少室内辐射散热；当冬季极端低温，所述透明蓄水围护结构室内侧界面温度降低到不舒适温度区间，继续降温还可能导致蓄水冻结时，打开所述与建筑用水点管路连接的开关阀，同时关闭所述与建筑供水管路连接的开关阀，放出所述透明蓄水模块中的水，回用于建筑中的冲洗冲厕或绿化灌溉等非饮用水用水点，同时所述透明蓄水模块中蓄水空间被空气层代替，可增强所述透明蓄水围护结构的保温性能，节约采暖能耗。
可选的，如前所述的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，为进一步提高所述透明蓄水围护结构的保温性，同时保护所述可调节遮阳装置，使之不易被风、雨、雪和外力破坏，还可在所述可调节遮阳装置的外侧再增加一层外部透明围护结构；具体实施方式可为单层玻璃幕墙，不排除功能类似的其他具体实施方式。
可选的，如前所述的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，为提高该透明蓄水围护结构运行自动化程度，方便控制所述供水和回水开关阀和所述可调节遮阳装置，还可附加自动控制系统；通过监测所述透明蓄水围护结构室内侧界面温度或室内气温，根据以上提出的夏季和冬季的气候适应性运行方法，控制所述开关阀的开闭和所述可调节遮阳装置的遮挡程度。
本发明提出的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法可达到的有益效果主要是使透明围护结构具有夏季和冬季热环境下更好的气候适应性，实现具有较多透明围护结构的建筑在满足热舒适基础上的全年低能耗运行；具体包括：利用可调节遮阳装置夏季和冬季的简单调节，有效减少夏季透明蓄水围护结构的太阳辐射吸热和升温，增加冬季透明蓄水围护结构的太阳辐射吸热和升温，提升夏季和冬季的室内热舒适度，节约空调和采暖能耗；利用具有阻流层，充分抑制对流，热工效能提升的透明蓄水模块的热惰性和蓄热性，降低透明蓄水围护结构室内侧界面的温度波动峰值和波动范围，并产生明显热延迟，提高透明蓄水围护结构的热稳定性和室内热舒适度；以比热大，经济性好的水为热量蓄存和传输的材料，并与建筑供水和用水管路连接，借助建筑供水管路的水压，把温度接近地下土壤温度的水充入透明蓄水模块，依靠重力自流回水，用于建筑中的冲洗冲厕或绿化灌溉等非饮用水用水点，不浪费动力能源和水资源，与其他重质蓄热围护结构相比，透明蓄水围护结构夏季过热时可更高效散热；冬季极端低温条件下透明蓄水围护结构放水后自然形成的内部空气间层有利于提升围护结构保温能力，减少冬季热损失；透明蓄水模块蓄水状态时可见光透过率类似于常规玻璃幕墙，而太阳辐射透过率低于常规玻璃幕墙，有利于室内天然采光和降低夏季制冷能耗；此外可达到的有益效果还包括：透明蓄水围护结构模块化设计，可工业化施工，施工中可采用轻质围护结构的施工方法，施工完成后通过建筑供水系统充水转变为重质围护结构，相比常规重质围护结构施工的劳动强度低；透明蓄水围护结构蓄水状态下具有优良的防火能力，可用于有严格消防安全要求的场合；同时透明蓄水围护结构蓄水状态下质量大，隔声能力比常规玻璃幕墙和门窗强，可有效阻挡室外噪音，可用于需要隔音防噪，同时要求天然采光的环境。
附图说明
图1是本发明所述一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法的水系统示意图。
图2是本发明所述一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法的透明蓄水模块组合安装后，蓄水过程中的室内侧轴测示意图。
图3是本发明所述一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法的透明蓄水模块组合安装后的侧剖面示意图。
图4是本发明所述一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法的透明蓄水模块组合安装后的平剖面示意图。
图5是本发明所述一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法的透明蓄水模块组合安装，并附加最外层透明围护结构后的侧剖面示意图。
图6是本发明所述一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法的夏季时透明蓄水围护结构的可调节遮阳装置增大遮挡，透明蓄水模块隔热状态的侧剖面示意图。
图7是本发明所述一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法的冬季晴天有日照时透明蓄水围护结构的可调节遮阳装置收起，透明蓄水模块蓄热状态的侧剖面示意图。
图8是本发明所述一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法的冬季夜间时透明蓄水围护结构的可调节遮阳装置关闭，阻止透明蓄水模块向室外散热状态的侧剖面示意图。
具体实施方式
结合附图和具体实施方式对本发明详细描述如下；虽然附图中展示出本发明的实施例和具体实施方式，但是本发明不应理解为被展示出的实施例的具体实施方式所限制。
为解决目前建筑中透明围护结构热工性能相对常规重质墙体差，使得具有大面积透明围护结构的建筑夏季和冬季热舒适度差，不得不更多地依靠人工制冷和采暖，导致建筑能耗高的问题，本发明提出一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法。所述透明蓄水围护结构是一种节能型建筑围护结构，该建筑围护结构及运行方法可用于建筑领域。
如图1、图2和图5所示，本发明提出的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法中，该透明蓄水围护结构的基本组成部分包括：透明蓄水模块1，透明蓄水模块支撑连接框架2，透明蓄水模块室外侧的可调节遮阳装置3，透明蓄水围护结构水系统管路4；在其基本组成部分基础上，为进一步提高该透明蓄水围护结构的保温性，同时保护所述可调节遮阳装置3，还可在所述可调节遮阳装置3的外侧再增加一层外部透明围护结构5；此外为提高该透明蓄水围护结构运行自动化程度，便于控制所述开关阀411、开关阀481和可调节遮阳装置3，还可附加自动控制系统6。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，所述透明蓄水模块1由透明蓄水模块外壳11及其上的供水孔111、回水孔112，透明蓄水模块内部的阻流层12及其连接件121，透明蓄水模块顶盖板13及其上的排气孔131组成；根据室外气候条件，透明蓄水模块1的内部空间14可蓄水形成水层，或充满空气形成空气层；所述透明蓄水模块主要功能是通过模块化组合，形成可蓄水隔热，可放水后形成内部空气层增加保温，同时可采光的透明围护结构；所述透明蓄水模块支撑连接框架2由竖挺21，底框22和顶框23组成，其功能是连接并支撑透明蓄水模块1、透明蓄水模块室外侧的可调节遮阳装置3和透明蓄水围护结构水系统管路4，以及所述可调节遮阳装置3外侧附加的透明围护结构5，形成满足结构强度要求的透明蓄水围护结构建筑立面。此外，所述透明蓄水模块1蓄水状态时可见光透过率类似常规玻璃幕墙的可见光透过率，有利于室内天然采光，节约人工照明能耗；同时其太阳辐射透过率低于常规玻璃幕墙的太阳辐射透过率，热辐射透过率相对低，有利于夏季降低空调能耗。
如图2、图3、图4所示，所述透明蓄水模块1可采用高分子材料整体注塑，或板材拼和密封连接（如采用透明玻璃，透明塑料或透明树脂聚合物板材，结合金属防水板材和密封材料），制作成可充水，可放水，室内侧界面和室外侧界面透明的建筑围护结构模块；所述透明蓄水模块1具体实施方式之一可采用透明夹层安全玻璃作为所述透明蓄水模块外壳11的室内侧界面114和室外侧界面115，采用不锈钢加固的铝合金防水框架板作为所述外壳11的侧面板116，采用压型铝合金防水底板作为所述外壳11的底面板113，密封连接组合而成；所述透明蓄水模块外壳11内壁还采用了整体性透明聚合物薄膜内衬117以增强其防漏水的能力；在所述透明蓄水模块外壳11的侧面板116和底面板113上均匀分布有所述阻流层固定边条121，用以固定所述透明蓄水模块1内部的阻流层12，并保持所述阻流层12均匀间隔分布，并与所述室内侧界面114和室外侧界面115平行；所述透明蓄水模块外壳11顶部开口端采用具有排气孔131的铝合金顶盖13扣合并箍紧，形成满足结构和气密性要求的透明蓄水模块1；实施例中所述透明蓄水模块1的铝合金底面板113上有供水孔111和回水孔112，分别用于连接供水支管45和回水支管46，以保证所述透明蓄水模块1可充水和放水，并可与所述透明蓄水围护结构水系统管路与阀门4相连，使所述透明蓄水模块1成为建筑立面集成的外置水箱；不排除具有类似功能的其他材料制作的透明蓄水模块的存在。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，所述透明蓄水围护结构水系统管路4主要包括透明蓄水围护结构总供水立管41及其与建筑供水管路连接的开关阀411，各层水平管路总开关阀422，液位控制阀供水管42，液位控制阀421，液位控制阀出水管43，各层透明蓄水模块水平供水管44，透明蓄水模块供水支管45及其供水支管开关阀451，透明蓄水模块回水支管46及其回水支管开关阀461，各层透明蓄水模块水平回水管47，透明蓄水围护结构层间回水立管48及其与建筑用水点管路连接的开关阀481；也可不用层间回水立管48，而采取直接用开关阀491控制水平回水管49的回用水管路布置方式；所述透明蓄水围护结构水系统管路4的主要功能是与建筑供水和用水管路集成，控制和输送来自建筑供水管路，温度接近地下土壤温度的水进入所述透明蓄水模块1以增大所述透明蓄水模块1的热惰性和蓄热性；所述透明蓄水围护结构总供水立管41与建筑供水管路相连，并可通过所述与建筑供水管路连接的开关阀411控制联通状态，可使建筑供水管路的水经过所述总供水立管41，各层水平管路总开关阀422，液位控制阀供水管42，液位控制阀421，液位控制阀出水管43，各层水平供水管44和供水支管45充入各透明蓄水模块1中；液位控制阀421的具体实施方式之一可采用浮球阀，浮球阀水箱中的液面标高等于该液位控制阀421控制的所有透明蓄水模块1中充满水时的液面标高；当液面升高到充满某一层所有透明蓄水模块1时，控制该层所有透明蓄水模块1的液位控制阀421关闭，各透明蓄水模块1可保持充满水的状态；当所述建筑用水点管路连接的开关阀481打开时，所述透明蓄水模块1中的水可放出，经过各回水支管46，所述各层水平回水管47，汇入所述层间回水立管48，通过开关阀481进入建筑中的的冲洗冲厕或绿化灌溉等非饮用水用水点；或直接打开开关阀491用水平回水管49输送回水到建筑中的绿化灌溉用水点；所述透明蓄水模块1需要维护或更换时，关闭该透明蓄水模块1的供水支管45上的开关阀451和回水支管46上的开关阀461，即可断开该透明蓄水模块1与所在层供水管路44和回水管路47的连接，排除其内部蓄水后即可维护或更换；所述透明蓄水围护结构中回水用水点位置位于所述各层透明蓄水模块1水平回水管47位置下方以充分利用重力自流，避免消耗水泵能量回水；常规建筑消耗水泵能量供水，进行冲洗冲厕和绿化灌溉，透明蓄水围护结构相当于建筑中的外置水箱，向具有透明蓄水围护结构的建筑供水所消耗的水泵能量最终也用于建筑中的冲洗冲厕和绿化灌溉，透明蓄水围护结构自身运行净消耗的水泵能量非常小，不浪费水泵动力能源，不浪费水资源。
如图2、图3、图4所示，所述透明蓄水模块1内部的阻流层12与所述透明蓄水模块1的室内界面114和室外界面115平行，其具体实施方式之一采用透明聚合物薄膜（如乙烯-四氟乙烯聚合物薄膜）以减轻重量；所述阻流层12被连接件121固定于所述透明蓄水模块1的内壁，且均匀间隔分布，间隔距离与所述透明蓄水模块1的蓄水高度相关，一般选取35mm到70mm，以限制对流空间，抑制蓄水层中的自然对流，形成热传导为主的传热模式；采用透明聚合物薄膜作为阻流层12时，选择与水的折射率接近的材料，以减少水和所述阻流层12界面上的光反射，增加所述透明蓄水模块1的透明度；所述聚合物薄膜阻流层12可拆卸清洗或灵活更换，有利于所述透明蓄水模块1的维护；不排除其他材料和形式的阻流层具体实施方式存在。
如图2、图3、图4、图5所示，所述透明蓄水模块1外侧具有可调节遮阳装置3，所述可调节遮阳装置3由遮阳主体部分31和其支撑结构32组成，其主要功能是通过调节所述遮阳主体部分31的遮挡程度，控制其室内侧的所述透明蓄水模块1接受到的太阳辐射量；实施例之一采用可调节百叶式外遮阳装置，不排除其他具体实施方式存在。所述可调节遮阳装置3外部附加的透明围护结构5的具体实施方式之一采用玻璃围护结构51及相应的支撑结构52，其功能是形成空气层53，进一步提高该透明蓄水围护结构的保温性，同时保护所述可调节遮阳装置3不受室外风、雨、雪环境的影响和外力破坏。
如图6、图7、图8所示，本发明提出的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法中，所述运行方法包括夏季遮阳隔热结合换水回用散热的运行方法，冬季晴天有日照时蓄热结合辐射采暖的运行方法，冬季阴天和夜间减少热损失的运行方法，以及冬季极端低温条件下放水利用空气间层增强保温的运行方法；所述运行方法的功能是优化所述透明蓄水围护结构夏季和冬季的气候适应性，实现低能耗建筑。夏季通过建筑供水管路把经过地下，温度接近土壤温度的水充入所述透明蓄水模块1后，增大所述可调节遮阳装置3对所述透明蓄水模块1的遮挡程度，以减少所述透明蓄水围护结构的辐射吸热量和升温，防止室内过热；夏季所述透明蓄水围护结构室内侧界面114温度逐日波动升高至高于室内气温，逐渐过热时，同时打开所述与建筑供水管路连接的开关阀411和所述与建筑用水点管路连接的开关阀481，放出所述透明蓄水模块1中已经过热的水，回用于建筑中的冲洗冲厕或绿化灌溉等非饮用水用水点，同时通过建筑供水管路充入温度接近地下土壤温度的水，使所述透明蓄水围护结构室内侧界面114温度恢复到室内气温以下，保持室内散热状态和热舒适，节约空调能耗；根据不同气候条件和环境舒适度要求，所述透明蓄水围护结构在夏季的换水散热频率可一天一次，到一周一次，甚至到一月一次；冬季晴天有日照时取消所述可调节遮阳装置3对所述透明蓄水模块1的遮挡，使所述透明蓄水围护结构的辐射吸热量和升温最大化，可利用水蓄热长时段被动采暖；冬季阴天无日照时增大所述可调节遮阳装置3对所述透明蓄水模块1的遮挡程度，冬季夜间甚至关闭所述可调节遮阳装置3，以利于减少所述透明蓄水模块1向室外辐射散热；当冬季极端低温条件下，所述透明蓄水围护结构室内侧界面114温度降低到不舒适温度区间，继续降温可能导致蓄水冻结时，打开所述与建筑用水点管路连接的开关阀481、开关阀491，同时关闭所述与建筑供水管路连接的开关阀411，放出透明蓄水模块1中的水，同时在所述透明蓄水模块1中形成空气层，可增强所述透明蓄水围护结构的保温性能，节约采暖能耗。
需要注意的是，以上具体实施方式是对本发明的解释，并非是限制本发明具有更多实施例的可能性。比如把本发明中一些材料、构造和构件同原理变形设计的实施例，又比如提取本发明部分实施例局部特征，同原理重新组合的实施例。此外，一些公知的技术和构造细节也没有在具体实施方式中详细列出，以便更清楚地表达本发明的主要内容。以上关于本发明的具体实施方式描述并不排除符合本发明主要内容，与本发明原理相通和相似的其他实施例的存在，而具有与本发明相通和相似的部分或全部特征组合的实施例，也应当理解为属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，包括：透明蓄水模块，透明蓄水模块支撑连接框架，透明蓄水模块室外侧的可调节遮阳装置，透明蓄水围护结构水系统管路；为进一步提高该透明蓄水围护结构的保温性，同时保护所述可调节遮阳装置，还可在所述可调节遮阳装置外侧再增加一层外部透明围护结构及相应的支撑结构；为提高该透明蓄水围护结构运行自动化程度，还可附加自动控制系统；所述透明蓄水围护结构水系统管路包括透明蓄水围护结构总立管及其与建筑供水管路连接的开关阀，各层水平管路总开关阀，液位控制阀供水管，液位控制阀，液位控制阀出水管，各层透明蓄水模块水平供水管，透明蓄水模块供水支管及其供水支管开关阀，透明蓄水模块回水支管及其回水支管开关阀，各层透明蓄水模块水平回水管，透明蓄水围护结构层间回水立管及其与建筑用水点管路连接的开关阀；也可不用所述层间回水立管，而采取直接用开关阀控制水平回水管的回用水管路布置方式。
2.根据权利要求1所述的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，其特征在于具有可充水，可放水，模块化的透明蓄水模块；所述透明蓄水模块可采用高分子材料整体注塑，或板材拼和密封连接；对于非整体注塑的所述透明蓄水模块外壳，其内壁采用整体性透明聚合物薄膜内衬以防止漏水；所述透明蓄水模块包括外壳及其上的供水孔、回水孔，透明蓄水模块内部阻流层及其连接件，透明蓄水模块顶盖板及其上的排气孔。
3.根据权利要求2所述的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，其特征在于所述透明蓄水围护结构的水系统管路与建筑的供水管路和用水管路相连，把所述透明蓄水模块作为建筑立面集成的外置水箱，可蓄水，也可放水回用；所述透明蓄水围护结构总供水立管与建筑供水管路相连，并通过开关阀控制联通状态，可使建筑中经过地下、温度接近土壤温度的水经过所述总供水立管，各层的水平供水管和各透明蓄水模块的供水支管充入所述透明蓄水模块中；当液面升高到充满所述透明蓄水模块时，控制各层透明蓄水模块的液位控制阀关闭，各层透明蓄水模块可保持充满水的状态；当所述建筑用水点管路连接的开关阀打开时，所述透明蓄水模块中的水可放出；通过所述各层水平回水管，所述层间回水管，或直接通过所述水平回水管，进入建筑中的的冲洗冲厕或绿化灌溉等非饮用水用水点；所述透明蓄水围护结构中回水用水点位置位于所述各层透明蓄水模块水平回水管位置下方，以充分利用重力自流，避免消耗水泵能量回水；透明蓄水围护结构相当于建筑中的外置水箱，自身运行净消耗的水泵能量很小，不浪费水泵动力能源，不浪费水资源。
4.根据权利要求3所述的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，其特征在于所述透明蓄水模块内部具有可抑制对流换热的阻流层；实施例之一的阻流层用折射率接近水折射率的聚合物膜材制成，以减少与水接触界面的光反射，增加透明度，并减轻重量，不排除其他材料的实施例的存在；所述阻流层与所述透明蓄水模块的室内界面和室外界面平行，且均匀间隔分布，间隔距离与所述透明蓄水模块的蓄水高度相关，一般选取35mm到70mm，目的是抑制自然对流，形成热传导为主的传热模式；所述阻流层可拆卸清洗或灵活更换，有利于所述透明蓄水模块的维护。
5.根据权利要求4所述的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，其特征在于所述透明蓄水模块外侧具有用于控制照射在所述透明蓄水模块上的太阳辐射量的可调节遮阳装置，以适应夏季，冬季外界气候条件变化时，所述透明蓄水模块接受到的太阳辐射量的调节；实施例之一采用可调节百叶式外遮阳装置，可通过改变百叶角度调节遮阳程度，不排除其他可调节透明蓄水模块接受到的太阳辐射量的具体遮阳实施方式存在。
6.根据权利要求5所述的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，其特征在于透明蓄水模块蓄水状态时，所述透明蓄水模块可见光透过率类似常规玻璃幕墙的可见光透过率，有利于室内天然采光，节约人工照明能耗；同时所述透明蓄水模块的太阳辐射透过率低于常规玻璃幕墙的太阳辐射透过率，热辐射透过率相对低，有利于夏季降低空调能耗。
7.根据权利要求6所述的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，其特征在于夏季时可通过建筑供水管路把经过地下、温度接近土壤温度的水充入所述透明蓄水模块，同时增大所述可调节遮阳装置对所述透明蓄水模块的遮挡程度，以减少所述透明蓄水围护结构的辐射吸热量和升温，防止室内过热；夏季所述透明蓄水围护结构室内侧界面温度逐日升高到高于室内气温，逐渐过热时，同时打开所述与建筑用水点管路连接的开关阀和所述与建筑供水管路连接的开关阀，放出所述透明蓄水模块中已经过热的水，回用于建筑中的冲洗冲厕或绿化灌溉等非饮用水用水点，同时充入温度接近地下土壤温度的水，使所述透明蓄水围护结构内表面温度恢复到室内气温以下，保持室内散热状态和热舒适，节约空调能耗；根据不同气候条件和环境舒适度要求，所述透明蓄水围护结构在夏季的换水散热频率可一天一次，到一周一次，甚至到一月一次。
8.根据权利要求7所述的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，其特征在于冬季晴天有日照时，取消所述透明蓄水模块外侧的可调节遮阳装置对透明蓄水模块的遮挡，使所述透明蓄水围护结构的辐射吸热量和升温最大化，利于室内被动式辐射采暖；冬季阴天无日照时增大所述可调节遮阳装置对所述透明蓄水模块的遮挡，冬季夜间甚至关闭所述可调节遮阳装置，使之对所述透明蓄水模块遮挡最大化，以利于减少所述透明蓄水模块向室外的辐射散热；当冬季极端低温，所述透明蓄水围护结构室内侧界面温度降低到不舒适温度区间，继续降温还可能导致蓄水冻结时，打开所述与建筑用水点管路连接的开关阀，同时关闭所述与建筑供水管路连接的开关阀，放出所述透明蓄水模块中的水，回用于建筑中的冲洗冲厕或绿化灌溉等非饮用水用水点，同时所述透明蓄水模块中蓄水空间被空气充满，形成的空气层可增强所述透明蓄水围护结构的保温性能，节约冬季采暖能耗。
9.根据权利要求8所述的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，其特征在于通过透明蓄水围护结构模块化设计，工业化施工中可采用轻质围护结构的施工方法，施工完成后通过建筑供水系统向所述透明蓄水围护结构充水，用充水法使之从轻质围护结构转变为重质围护结构，相比常规重质围护结构施工的劳动强度降低。
10.根据权利要求9所述的一种用于低能耗建筑的气候适应性透明蓄水围护结构及运行方法，其特征在于所述透明蓄水围护结构蓄水状态下具有优良的防火能力，可用于有严格消防安全要求的场合；同时所述透明蓄水围护结构蓄水状态下质量大，隔声能力比常规玻璃幕墙和门窗强，可有效阻挡室外噪音，可用于有隔音防噪，同时要求天然采光的环境。
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