CN108151217B - 一种多功能南立面窗墙板块 - Google Patents

Abstract

一种多功能南立面窗墙板块，包括分别独立安装的窗间墙板块和采光窗板块，窗间墙板块集成有跨临界二氧化碳热泵和制冷系统、净化新风系统以及太阳能辅助高温热水系统，采光窗板块采用具有呼吸功能的双层幕墙式的玻璃窗系统，新风通过玻璃窗系统的内腔排入室内，通过内置百叶调控玻璃窗系统的遮阳系数，有效地吸收太阳光辐射能并调控玻璃窗内腔的温度，使得玻璃窗系统具有更好的隔热保温功能，同时，冬季为室内用户提供温暖的新风和高温热水，夏季为室内提供凉爽的新风并间接地通过太阳能辅助蒸发二氧化碳间接发电。

Description

一种多功能南立面窗墙板块

技术领域

本发明属于绿色节能建筑技术领域，具体涉及一种集成有跨临界二氧化碳热泵和制冷系统、净化新风系统、太阳能辅助高温热水系统的窗间墙板块和具有呼吸功能的双层幕墙式通风采光、内置百叶的隔热保温玻璃窗系统的南立面外围护板块。

背景技术

随着绿色节能建筑概念的推广以及对城市雾霾的治理力度的加大，对高效节能措施和新风净化设备的应用已经越来越受到重视，并得到广泛的推广和应用。

节能建筑的核心，就是降低建筑物的二氧化碳排放量以及提高室内环境质量。以目前流行的德国被动房标准的节能建筑为例来说，被动房通常采用新风热回收系统及浅层地源热泵或空气源热泵技术，配备过滤新风系统保证室内空气清新，二氧化碳浓度常年保持低于1000ppm，室内常年保持温度在20-26℃，相对湿度在40-60％，杜绝发霉结露，每平米建筑面积减排二氧化碳大于10kg/年。

就节能建筑采用的热泵技术来说，跨临界二氧化碳热泵是近十几年来被重新发现而又备受青睐的热泵技术。由于二氧化碳是一种无毒、不可燃烧的天然气体，对大气臭氧层消耗的潜能值ODP＝0，全球变暖的潜能值GWP＝1，同时，更因其制冷量大、绝热指数高、运动粘度低等特点，具有更高的能效比和环境友好。目前，采用二氧化碳热泵技术的家庭热水器已经实现商业化，同时，汽车领域也正在积极推广跨临界二氧化碳热泵与空调系统，涉及跨临界二氧化碳热泵技术的关键设备如压缩机、气冷器、蒸发器、喷射泵、节流阀等已经成熟。

中国在节能建筑领域使用跨临界二氧化碳热泵和制冷技术的研究和创新正处于起步阶段。如华北电力大学的发明(CN201425392)，提出了一种有效利用太阳能、跨临界二氧化碳热泵、膨胀压缩机等融合为一体的多途径供热、供冷的解决方案。中科院广州能源研究所的发明(CN102374694)，提出了一种多级喷射循环的二氧化碳热泵和空调系统。

同时，就节能建筑的新风系统来说，结合太阳能、新风过滤以及多级净化和新风热量回收等的发明也为节能建筑提供了很多技术路线。如青岛科瑞公司发明(CN104895349)的一种超低能耗建筑，就提供了一种将太阳能、新风、节能窗和厨房余热整合在一起的方案。

但如何结合建筑外围护技术，将太阳能、跨临界二氧化碳热泵、新风净化有效地利用到节能建筑的最合理的空间及位置，并与未来的装配式建筑结合的更好，还缺乏足够的创新和应用。

发明内容

本发明目的是将跨临界二氧化碳热泵和制冷、净化新风、太阳能转化等技术与建筑外围护的相关技术充分地融合为一体化的解决方案，如采用跨临界二氧化碳空调技术的汽车一样，作为一个独立的商品，更加有效及灵活地利用到建筑物的合理位置与空间，为此提供一种多功能南立面窗墙板块。

由节能建筑的评价体系，从自然环境、能源、水、材料、室内环境与运营管理等方面来看，建筑物的南立面受太阳光、风及视野的影响最为直接。因此，本发明的多功能窗墙板块便基于建筑物的南立面的位置与空间进行设计和使用。

本发明的技术方案

本发明将建筑物中的每个用于生活办公的单独居室的南立面分为上下两个独立的区域来考虑。在居室南立面靠上的大部分区域，安装用以保证采光和视野的采光窗板块；为了更加有效地利用太阳光和风，在建筑物两层楼的上下窗洞之间的传统窗间墙部分，安装窗间墙板块。

本发明提供的多功能南立面窗墙板块，包括分别独立安装的窗间墙板块和采光窗板块，所述的窗间墙板块内部固定框架通过横梁分割成两个功能区，第一功能区集成有跨临界二氧化碳热泵和制冷系统，第二功能区集成有净化新风系统。所述的第一功能区的跨临界二氧化碳热泵和制冷系统外侧与立面墙板之间同时还设置有太阳能辅助高温热水系统。

所述的窗间墙板块设计为单独组装和安装的单元式板块，并作为采光窗板块安装的结构基础。作为主体结构框架，在满足结构强度的基础上，如汽车主体框架一样，可以有很多加工方案，本发明为了方便描述，所述的窗间墙板块内部采用钢制方管加工成结构框架。与楼板预埋紧固件连接的角钢托板，预先焊接在钢结构框架中间的横梁上，主要起承重作用；与墙体上的预埋紧固件连接的角钢拉板，焊接在钢结构框架两侧的底部和顶部，主要起与墙体拉紧固定作用，同时，作为采光窗板块安装的锚固件。

窗间墙板块结构框架内部安装跨临界二氧化碳热泵和制冷系统、净化新风系统、太阳能辅助高温热水系统以及管路管件和电控系统的部件及管线。面向太阳朝外的一侧框架表面，安装蓄能集热板的玻璃盖板和带有通风格栅的换气罩；面向室内侧的框架表面被楼板分为两个部分，处于楼板上方部分安装具有保温隔热隔声功能的装饰盖板，处于楼板下方的部分安装具有调节风量的排风罩，与楼板连接部分需要做密封隔热处理。

窗间墙板块的内部空间布置，由上到下通过中间横梁隔离成以二氧化碳为主的功能区即第一功能区和以新风净化为主的功能区即第二功能区。

所述的跨临界二氧化碳热泵和制冷系统采用跨临界二氧化碳热泵以及带有两级喷射泵和膨胀机的制冷循环系统，包括由压缩机顺次连接一级气冷器、第一阀门、二级气冷器、一级喷射泵工作流入口和气液分离罐组成的一级循环回路，并在一级气冷器和一级喷射泵工作流入口之间增设由第二阀门控制的夏季旁路，使一级气冷器出口的二氧化碳气体直接经旁路进入一级喷射泵的工作流入口；以及由气液分离罐顺次连接增压泵、第四阀门、一级蒸发器、缓冲罐、膨胀机、二级蒸发器、第七阀门、二级喷射泵引射流入口和一级喷射泵引射流入口组成的二级循环的主回路，缓冲罐顶部连接第五阀门与二级喷射泵的工作流入口作为支线回路，并在气液分离罐与缓冲罐之间增设第一冬季旁路，第一冬季旁路顺次连接气液分离罐底部出口、第三阀门、节流阀和缓冲罐，在缓冲罐与二级蒸发器之间通过第六阀门增设第二冬季旁路，在二级蒸发器与一级喷射泵之间通过第八阀门增设第三冬季旁路，使气液分离罐底部排出的二氧化碳液体直接经节流阀膨胀减压进入缓冲罐，并由缓冲罐进入二级蒸发器后直接进入一级喷射泵的引射流入口。

所述的跨临界二氧化碳热泵和制冷系统根据冬夏两季气候的不同分为两种不同的循环回路；冬季回路：关闭所有的夏季旁路，开通所有的冬季旁路；即关闭一级气冷器和一级喷射泵之间的第二阀门、气液分离罐和缓冲罐之间的第四阀门、缓冲罐和二级喷射泵之间的第五阀门以及二级蒸发器与二级喷射泵之间的第七阀门，打开一级气冷器与二级气冷器之间的第一阀门、气液分离罐与缓冲罐之间的第三阀门、缓冲罐与二级蒸发器之间的第六阀门以及二级蒸发器与一级喷射泵之间的第八阀门，如图7所示，此时跨临界二氧化碳热泵和制冷系统处于冬季工作状态。夏季回路：将上述冬季回路中关闭的阀门打开，上述打开的阀门关闭，即打开第二阀门、第四阀门、第五阀门以及第七阀门，关闭第一阀门、第三阀门、第六阀门和第八阀门，如图8所示，此时跨临界二氧化碳热泵和制冷系统处于夏季工作状态。

所述的第一功能区的跨临界二氧化碳热泵和制冷系统外侧与立面墙板之间同时设置有太阳能辅助高温热水系统，该系统包括蓄能集热板和通过隔热付框安装的玻璃盖板，蓄能集热板依次连接第一水阀、一级气冷器、混水阀、储水罐和循环水泵构成冬季高温热水循环回路；或者，蓄能集热板依次连接一级蒸发器、第二水阀、一级气冷器、混水阀、储水罐和循环水泵构成循环水的夏季回路；其中，蓄能集热板由管架、前支管和后支管构成外框，外框内间隔设置上集管和下集管，以及上集管和下集管之间设置的与前支管连通的相变套管，在蓄能集热板外框与玻璃盖板之间设置有蓝膜。

作为一种具体的安装实例，二氧化碳功能区由内部中间立柱从左到右划分为三个区，左侧区由上到下为水泵及储水罐层、膨胀机及发电机层，右侧区由上到下为压缩机与气液分离罐层、增压泵与两级喷射泵层，中间区由外到内依次为蓄能集热板层、循环水与二氧化碳热交换层(上部为一级气冷器，下部为一级蒸发器)以及新风通道层。

所述的净化新风系统的新风主机为“土”型的结构，新风主机中部为主机壳体，主机壳体的两侧对称设置有进风管，进风管入口处设有风门，风门内侧依次设置净化组件和风机，主机壳体的下半部为连通的通气管，通气管的前端设置有通风口，主机壳体的上方与新风主管连通，主机壳体的下方设置排风管构成“土”型的结构，新风主机壳体的左右两侧空间用于安装风扇，风扇外侧立面墙板上分别设置带有格栅的换气罩或排风罩，与通气管的前端设置的通风口对应的外侧立面墙板上同样设置有换气格栅。所述的净化组件顺次由初效滤网、静电除尘器、活性炭滤网和HEPA滤芯构成。

作为一种具体的安装实例，新风净化功能区由内部中间立柱从左到右划分为三个区，左侧为新风加热区，右侧为新风冷却区，中间区为新风主机，包括风机和左右对称布置的净化组件、进风管以及与外界相通的通气管，底部是为楼板下方的居室提供新风的排风管。

所述的采光窗板块也设计为单独组装和安装的单元式板块，并以窗间墙板块的钢结构框架为安装的结构基础。为了达到所需要的结构强度，采用带有内腔和三槽道的挤出型材作为采光窗板块的结构框，底部型材与相邻的两个竖框型材通过内衬的转角钢板组装连接，顶部型材与相邻的两个竖框也通过转角钢板组装连接，采光窗板块在现场安装时，通过窗间墙板块上的角钢拉板连接固定。

所述的采光窗板块采用具有呼吸功能的双层幕墙式玻璃窗系统，包括结构框、内层玻璃、外层玻璃、内置百叶、底部的散风通道、顶部排风口，以及底部的散风通道和顶部排风口上设置的分别与净化新风系统连通的进风密封短管和排风密封短管，其中，散风通道由散风罩和结构框型材上的中间槽道构成。

采光窗板块的结构框底部型材设计并加工有一个与新风主管连接的送风口，接口处通过进风密封短管与新风主管连通。结构框顶部型材设计并加工有与净化新风系统下部的排风管连通的排风口，接口处通过排风密封短管与排风管连通。结构框型材设计有三个槽道，两侧槽道可以作为内置百叶的轨道槽，便于百叶的安装和收放，中间槽道设计有盖板，两侧竖框的盖板方便采光窗板块与窗间墙板块的安装施工，底部中间槽道与散风罩构成新风向内腔均匀送风的散风通道，顶部盖板开有新风通过的排孔，同时，盖板与散风罩的设计便于新风接口密封短管安装时的拆装。

采光窗板块具有呼吸式双层幕墙的技术特点。本发明的内层玻璃采用K值较低的low-e中空玻璃，外层采用安全性较高的夹胶玻璃，内层的中空玻璃通过扣条封装在结构框的槽口里，外层夹胶玻璃通过压板和扣盖封装在结构框的槽口里，便于安装和使用期内的维护。本发明的内置百叶安装在靠近外层玻璃的槽道内。

窗间墙板块和采光窗板块均为独立组装和安装，窗间墙板块由于作为采光窗板块安装的结构基础，施工时优先安装在建筑物的南立面。采光窗板块可以同时安装，也可以等到南立面的窗间墙板块全部安装完毕后再安装，方便施工管理与质量保障。

本发明的优点和有益效果：

1、充分利用建筑外围护技术，将跨临界二氧化碳热泵和空调技术、净化新风技术有效地集成为独立安装的单元式板块，安装在南立面的窗间墙位置。

2、充分利用呼吸式双层幕墙的技术优势，将新风系统、内置百叶与节能窗融合为一个整体的采光窗玻璃系统，最大程度地开阔了视野，有效地解决了隔热保温和遮阳的问题。

3、利用跨临界二氧化碳热泵和制冷系统、净化新风系统、具有呼吸功能双层幕墙式的玻璃窗系统、太阳能相变蓄热系统的高效集成，为实现节能建筑的各项指标提供了一个完整的解决方案，并为装配式建筑提供了一个独立的工业化商品。

附图说明

图1是多功能窗墙板块的南立面正视图。

图2是窗间墙板块装配示意图。

图3是窗间墙板块核心设备布置示意图。

图4是采光窗板块的玻璃窗系统与新风系统工作示意图。

图5是多功能南立面窗墙板块的A-A剖面图。

图6是多功能南立面窗墙板块的B-B剖面图

图7是各系统冬季工况工作原理图。

图8是各系统夏季工况工作原理图。

图中，1、压缩机；2、一级气冷器；3、二级气冷器；4、一级喷射泵；5、气液分离罐；6、增压泵；7、节流阀；8、一级蒸发器；9、缓冲罐；10、膨胀机；11、二级蒸发器；12、二级喷射泵；13、循环水泵；14、蓄能集热板；14.1、蓝膜；14.2、相变套管；14.3、管架；14.4、前支管；14.5、后支管；14.6、下集管；14.7、上集管；14.8、隔热付框；15、储水罐；16、新风主机；16.1、风机；16.2进风管；16.3、风门；16.4、初效滤网；16.5、静电除尘器；16.6、活性炭滤网；16.7、HEPA滤芯；16.8、通气管；16.9、通气口；17、发电机；18、风扇；19、新风主管；20、排风管；20.1、右侧排风管；20.2、中间排风管；20.3、左侧排风管；21、散风口；

100、窗间墙板块；101、钢制内部固定框架；102、玻璃盖板；103、换气罩；104、装饰板；105、排风罩；106、换气格栅；107、通风格栅；108、排风格栅；

200、采光窗板块；201、结构框；202、外层玻璃；203、内层玻璃；204、散风罩；205、散风通道；206、内置百叶；207、进风密封短管；208、排风密封短管；209、结构框型材；210、转角钢板；211、压板；212、扣盖；213、扣条；214、盖板；215、铝塑板；216、公用套管；

300、预埋紧固件；301、角钢托板；302、角钢拉板；

401、第一阀门；402、第二阀门；403、第三阀门；404、第四阀门；405、第五阀门；406、第六阀门；407、第七阀门；408、第八阀门；

501、混水阀；502、第一水阀；503、第二水阀。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明的多功能窗墙板块分为两个独立制作的窗间墙板块100和采光窗板块200，分别安装在建筑物的南立面构成一个整体，通过楼板和墙柱上预设的预埋紧固件300进行连接固定。

下面就本发明的具体结构及制备过程详述如下：

如图1、图2所示，参考图5和图6，窗间墙板块100设计为单独组装和安装的单元式板块，并作为采光窗板块200安装的结构基础。

所述的窗间墙板块100预先在工厂内进行加工和组装。首先完成钢制内部固定框架101的制作，作为窗间墙板块100内部的主体结构框架，在满足结构强度的基础上，如汽车主体框架一样可以有很多加工方案，本发明为了方便描述，采用钢制方管加工成结构框架。

参见图2和图5，所述的窗间墙板块100内部固定框架通过横梁分割成两个功能区，第一功能区集成有跨临界二氧化碳热泵和制冷系统，第二功能区集成有净化新风系统。中间横梁的方管下端面预先焊接角钢托板301(参见图3)，用以与楼板预埋紧固件300连接固定，主要负责整个窗间墙板块100的承重；参见图2、图4和图5，在钢制内部固定框架101的两侧四个端角上预先焊接角钢拉板302(参见图3)，用以与墙体上的预埋紧固件300连接固定，主要起拉紧作用，并对采光窗板块200进行连接和固定。

如图2、图3所示，窗间墙板块100的钢制内部固定框架101内部，依照设计和安装顺序，将跨临界二氧化碳热泵和制冷系统、净化新风系统、太阳能辅助高温热水系统的各个设备、管路管件、电控系统的部件及管线依次安装就位，并在工厂进行初步调试和运行测试。

具体的结构安装布置如图3所示，钢制内部固定框架101内部首先安装跨临界二氧化碳热泵和制冷系统的设备。由内部中间立柱从左到右划分为三个区，在右侧区由上到下安装压缩机1、气液分离罐5、增压泵6、节流阀7、一级喷射泵4和二级喷射泵12，中间区的中心上部安装一级气冷器2，下部安装一级蒸发器8，左侧区由上到下安装水泵13、储水罐15、膨胀机10及发电机17。

参考图2、图3和图4，在钢制内部固定框架101的横梁的底部两侧区域安装二级气冷器3和二级蒸发器11之前，应先将净化新风系统的排风管20安装就位，参见图3为了便于排风管20的安装，将其分为三个独立的排风管20分别为右排风管20.1、中排风管20.2和左排风管20.3分别固定在底部的方管上。

参考图7和图8，各设备安装就位后，进行节流阀7、管路、管件及控制元件(传感器、控制阀等)的装配、保温与连线，由于跨临界二氧化碳为超高压，为了防止使用中爆管及保障运行的安全，在所有连线完成后，须要对系统的气密性和安全性进行打压测试。

在二氧化碳热泵和制冷系统安装测试后，参考图2、图3和图4，进行净化新风系统的安装。新风系统安装前，先将新风主机16组装好后，安装在钢制内部固定框架101横梁下方(第二功能区)的底部中间区域，再安装排风主管。

在安装上述两大系统后，开始安装钢框架101外侧的部件。

如图2所示，参考图5，首先是组装蓄能集热板14，蓄能集热板14作为独立部件进行单独装配，蓄能集热板14由管架14.3、前支管14.4和后支管14.5构成外框，外框内间隔设置上集管14.7和下集管14.6，以及上集管14.7和下集管14.6之间设置的与前支管14.4连通的相变套管14.2。相变套管14.2、前支管14.4和后支管14.5串联成一组回路，并与上集管14.7和下集管14.6钎焊组装在管架14.3上，支管与集管焊接时，前支管14.4与下集管14.6相通而与上集管14.7不通，后支管14.5与下集管14.6不通而与上集管14.7相通，通过激光将吸收太阳能的蓝膜14.1焊接固定在上下集管和前后支管的正面，组装成一个整体的蓄能集热板14后，再安装进入钢制内部固定框架101的正面中间位置连接固定。然后，将其与太阳能辅助高温热水系统的循环水泵13、储水罐15、一级气冷器2和一级蒸发器8、水阀和混水阀501进行管路连接，保温连线后进行打压测试。

如图2所示，参考图5和图6，将隔热付框14.8通过双组份结构胶粘贴在玻璃盖板102上，并通过压板211和扣盖将玻璃盖板102安装在钢制内部固定框架101的面对太阳的外侧上部。同时，在钢框架101横梁的下部左右两个通风换热区的方管之间，安装左右两台风扇18。安装风扇18后，随即安装换气罩103，使换气格栅106与通气管16.8的通气口16.9对正，通风格栅107与风扇18对正并且无干涉。

如图2所示，参考图5，钢框架101的外侧面向室内一侧的安装。面向室内侧的钢框架表面被楼板分为上下两个部分，处于楼板上方部分安装具有保温隔热隔声功能的装饰板104，处于楼板下方的部分安装具有调节风量的排风罩105，排风罩105上的排风格栅108与排风管20的左中右三个排风口对正。在现场安装时，可以将组装好的装饰板104与排风罩105先拆下，待窗间墙板块100安装后，与楼板、墙体连接部分做好密封隔热处理后，再重新安装上。

如图1、图4所示，参考图5和图6，采光窗板块200也设计为单独组装和安装的单元式板块，并以窗间墙板块100的钢制内部固定框架101为安装结构基础。采光窗板块200的结构框201的制造，采用带有内腔和三个槽道的挤出型材209组装而成，四个主框采用同一种型材209，设计有三个槽道，两侧槽道作为内置百叶206的槽道，中间槽道带有盖板214，本发明的外层玻璃202采用夹胶玻璃，相邻的槽道安装内置百叶206。底部的型材209与相邻两个竖框的型材209通过内衬的转角钢板210组装连接，同样，顶部的型材209与相邻的两个竖框型材209也通过转角钢板210组装连接，装配成一个完整的结构框201。

参考图5和图4，结构框201底部的型材209设计并加工有一个与新风主管19连通的开口，开口内安装进风密封短管207并与新风主管19连通。结构框201顶部型材209设计并加工有与三个排风管20连通的排风口，接口处通过排风密封短管208与排风管20连接。结构框201的底部设计有用以新风的散风通道205和散风罩204，散风罩204上设置散风口21使送进来的新风均匀地进入外层玻璃202和内层玻璃203形成的中间空腔，并由结构框201的顶部的三个排风口送到对应的三个独立排风管20排出，顶部的盖板214加工有便于新风通过的排孔。

如图4、图5和图6所示，结构框201制作完成后，将内置百叶206、外层玻璃202和内层玻璃203依次安装在结构框所对应的槽道内。外层玻璃202采用安全性较高的夹胶玻璃，通过压板211和扣盖212封装好，内层玻璃203采用K值较低的Low-e中空玻璃，通过扣条213封装好。

如图1所示，参考图5和图6，在现场安装时，如前所述，先将窗间墙板块100安装在建筑物的南立面的预先设计的位置上，可以将所有的窗间墙板块100全部安装就位后，再开始安装采光窗板块200，采光窗板块200吊装到两个窗间墙板块100之间就位后，拆下内侧的扣条213，先移除内侧玻璃203，再将结构框201四个主框型材209上的盖板214、散风罩204拆开，通过自攻螺丝将上下两个端角处的竖框型材及型材内衬的转角钢板210与窗间墙板块100上的角钢拉板302锁紧固定。四个端角分别与上下两个窗间墙板块100固定后，将进风密封短管207与新风主管19连接固定在底部型材的开口处，再将三个排风密封短管208与三个排风管20连接固定。检查所有的装配符合要求后，将拆下的盖板214和散风罩204依次安装回原位，之后，再次将中空玻璃203通过扣条213封装在结构框上201。

如图1所示，参考图6，当相邻的两个多功能窗墙板块安装完成后，在两个板块之间，安装用于建筑物公用管线敷设的公用套管216，公用套管216可以采用PVC材质的方管，在公用套管216的外侧加装铝塑板215，并通过扣盖212进行封装。对窗间墙板块100和采光窗板块200的接缝处以及与墙体和楼板的接缝处进行密封处理和装饰性整理，直至符合施工质量要求。

实施例2

本发明的多功能南立面窗墙板块具有显著的隔热保温的采光窗系统、四季向室内提供温度在一定范围内的净化新风系统，同时，依靠能效比高和环境友好的跨临界二氧化碳热泵和制冷系统，冬季向室内用户提供高温热水，夏季通过太阳能辅助蒸发过热二氧化碳间接发电。

如图7和图8所示，跨临界二氧化碳热泵和制冷系统、净化新风系统与太阳能辅助高温热水系统，以及净化新风系统按照冬夏两个工况可以进行切换。即所述的跨临界二氧化碳热泵和制冷系统根据冬夏两季气候的不同分为两种不同的循环回路；

冬季回路：关闭所有的夏季旁路，开通所有的冬季旁路；即关闭一级气冷器2和一级喷射泵4之间第二阀门402(图中标有黑点的阀门为关闭状态，空白点为打开状态)、缓冲罐9和二级喷射泵12之间的第五阀门405以及二级蒸发器11与二级喷射泵12之间的第七阀门407，打开一级气冷器2与二级气冷器3之间的第一阀门401、气液分离罐5与缓冲罐9之间的第三阀门403、缓冲罐9与二级蒸发器11之间的第六阀门406以及二级蒸发器11与一级喷射泵4之间的第八阀门408，如图7所示，此时跨临界二氧化碳热泵和制冷系统处于冬季工作状态。

如图7所示，冬季工况是指在寒冷季节，本发明的南立面窗墙板块以跨临界二氧化碳热泵为主循环，采用两级气体冷却分配换热负荷。一级气冷器2将蓄能集热板14吸收太阳能转化的低品质热水过热成高温热水，二级气冷器3将室外空气进行预热。预热后的室外空气由净化新风系统净化后，再经采光窗玻璃系统的太阳光辐射能加热作为热风送入室内。采光窗板块200可以通加热后的新风对内腔进行温度调节，使采光窗板块200的玻璃窗系统的隔热保温性能大幅度提高。

二氧化碳高压侧循环：低温低压的二氧化碳气体由气液分离罐5的顶部进入压缩机1，压缩机1对二氧化碳做功，排出高温高压的超临界二氧化碳气体，经一级气冷器冷2进行初步降温，主要过热自太阳能辅助加热的蓄能集热板14来的35℃的温水并产生80℃的热水供给室内用户，降温至准临界点的二氧化碳气体经第一阀门401进入二级气冷器3进行冷却，主要是对经风扇18送入的室外空气进行加热，送出25℃的热风进入新风净化系统，同时，高压二氧化碳气体冷却至20℃，进入一级喷射泵4作为工作流与低压侧的引射流混合，变成低温低压的二氧化碳两相流进入气液分离罐5，通过调控低压侧二氧化碳的蒸发温度、一级气冷器2和二级气冷器3的换热负荷分配，使气液分离罐5上部排出气体进入压缩机1的进气温度控制在5℃以上，压缩机1的排气压力维持在COP最优值要求的范围内，排气温度达到90℃以上。

二氧化碳低压侧循环：低温低压的二氧化碳液体由气液分离罐底5底部排液口，经冬季旁路上的第三阀门403，通过节流阀7减压至亚临界的低温低压的二氧化碳两相流进入缓冲罐9，缓冲罐9作为二氧化碳的储罐在系统中发挥作用，顶部排出的二氧化碳气体经第六阀门406进入二级蒸发器11，通过室外的低温空气作为低温热源吸收二氧化碳蒸发释放的冷量，蒸发后的二氧化碳气体经第八阀门408作为引射流进入一级喷射泵4与高压侧的工作流混合后进入气液分离罐5，调节蒸发温度以保证压缩机1的进气温度在5℃以上，使COP尽可能保持在最优值。

水系统循环：外部进来的冷水进入储水罐15，由混水阀501进行温度调节使储水罐15的底部出水温度在20℃，在白天太阳光充足时，经循环水泵13进入蓄能集热板14的下集管14.6，将水分配至每个回路的所有前支管14.4，蓄能集热板14上的蓝膜14.1吸收太阳能后达到70℃对支管里的循环水进行加热，加热后的循环水经相变套管14.2换热储存热量后，再进入后支管14.5，再次经70℃蓝膜14.1加热后进入上集管14.7，到了夜间，通过相变套管14.2存储的热能加热循环水，使蓄能集热板14排出的循环水稳定保持在35℃，经第一水阀502进入一级气冷器2对压缩机1排出的高温高压二氧化碳气体进行冷却，同时，关闭第二水阀503，通过热交换排出90℃的热水输送到室内用户，部分用于调温的热水经混水阀501进入储水罐15。

净化新风系统：经由换气罩103上的风扇18将室外空气送入左侧新风加热区与二级气冷器3进行换热，排出的25℃的热风经开启状态的风门16.3进入左侧进风管16.2，风机16.1提供将热风流经净化组件的初效滤网16.4、静电除尘器16.5、活性炭滤网16.6、HEPA滤芯16.7的动力，并将净化后的新风经新风主管19送入采光窗板块200的内腔，内置百叶206处于允许太阳光进入室内的状态，新风吸收太阳光辐射产生的热量，最终通过楼上相邻窗间墙板块100内安装的新风排风管20将加热后的新风送入室内，排风管20设置成左中右三个排风管20.1/20.2/20.3，每个排风管20对应的排风格栅108的都可调节风量。与此同时，经由换气罩103上的风扇18将室外空气送入右侧新风冷却区，与二级蒸发器11进行换热，排出的冷风由空气通气管16.8与通气口16.9经换气罩103上的换气格栅108排至大气，右侧进风管16.2管口的风门处于关闭状态。

夏季回路：将上述冬季回路中关闭的阀门打开，上述打开的阀门关闭，即打开第二阀门402、第四阀门404、第五阀门405以及第七阀门407，关闭第一阀门401、第三阀门403、第六阀门406和第八阀门408，如图8所示，此时跨临界二氧化碳热泵和制冷系统处于夏季工作状态。

如图8所示，夏季工况是指在高温季节，本发明的南立面窗墙板块以跨临界二氧化碳制冷为主循环，采用膨胀机10和两级喷射泵进行辅助循环。一级蒸发器8由蓄能集热板4提供太阳能辅助热源，主要吸收二氧化碳的蒸发潜热和气化显热，使二氧化碳变成具有更高内能的工质。内能提高的二氧化碳，一部分通过膨胀机10回收部分压缩功用以发电，另一部分作为二级喷射泵12的工作流对经膨胀机10和二级蒸发器11释放冷量后的二氧化碳进行增压，再经一级喷射泵4二次增压后进入压缩机1增压至超临界，完成跨临界二氧化碳制冷循环。一级蒸发器8由太阳能辅助提高二氧化碳内能的同时，也为一级气冷器2提供冷冻水。

二氧化碳高压侧循环：低温低压的二氧化碳气体由气液分离罐5的顶部进入压缩机1，压缩机1对二氧化碳做功，排出高温高压的超临界二氧化碳气体，经一级气冷器2冷却至20℃的高压二氧化碳气体，关闭第一阀门401，经第二阀门402进入一级喷射泵4与低压侧的引射流二氧化碳混合，变成低温低压的二氧化碳两相流进入气液分离罐5，气液分离罐5上部排出的低温低压气体进入压缩机1，进气温度控制在2℃。

二氧化碳低压侧循环：低温低压的二氧化碳液体由气液分离罐5底部排液口进入增压泵6，加压后经第四阀门404送入一级蒸发器8，由蓄能集热板14提供太阳能辅助热源提高二氧化碳的内能，同时产生10℃的冷冻水供给一级气冷器2，释放潜热和显热后的二氧化碳气体进入缓冲罐9，缓冲罐9作为二氧化碳的储气罐在系统中发挥作用，底部排出的一部分二氧化碳进入膨胀机10入口，经膨胀机10回收部分压缩功并驱动耦合连接的发电机17发电，膨胀机10出口排出的低温低压二氧化碳两相流进入二级蒸发器11对室外空进行冷却后作为引射流经第七阀门407进入二级喷射泵12，缓冲罐9顶部排出的另一部分二氧化碳气体作为高压工作流经第五阀门405进入二级喷射泵12，与经膨胀机10和二级蒸发器11回路来的作为引射流二氧化碳进行混合增压后，经第八阀门408作为一级喷射泵4的引射流工质与高压侧的二氧化碳工作流进一步混合增压，进入气液分离罐5，调节两级蒸发器的蒸发温度和负荷，以保证压缩机1进气温度在2℃，并使压缩机1的排气压力维持在COP最优值所要求的范围内。

水系统循环管路：外部进来的冷水进入储水罐15，由混水阀501进行温度调节使储水罐15的底部出水温度在20℃，经循环水泵13进入蓄能集热板14，如前述，蓄能集热板14排出的循环水稳定保持在35℃，进入一级蒸发器8与亚临界二氧化碳进行换热变成10℃的冷冻水，经第二水阀503进入一级气冷器2对压缩机1排出的高温高压二氧化碳气体进冷却，同时，关闭第一水阀502，通过热交换排出接近50℃的热水输送到室内用户，部分用于调温的热水经混水阀501进入储水罐15。

净化新风系统：经由换气罩103上的风扇18将室外空气送入右侧新风冷却区与二级蒸发器11进行换热，排出的15℃的冷风经开启状态的风门16.3进入右侧进风管16.2，风机16.1提供将冷风流经净化器的初效滤网16.4、静电除尘器16.5、活性炭滤网16.6、HEPA滤芯16.7的动力，并将净化后的新风经新风主管19送入采光窗板块200的内腔，内置百叶206处于调控太阳光部分进入室内的遮阳状态，新风吸收太阳光辐射产生的热量对内腔温度进行调控，最终通过楼上相邻窗间墙板块100内安装的新风排风管20将新风送入室内。与此同时，右侧新风加热区换气罩103上的风扇18不工作，右侧进风管16.2管口的风门16.3处于关闭状态。

如图4所示，净化新风系统，除了冬季和夏季两种工况运行方式外，还有春秋季节的一般工作模式。

春秋季节一般温度适宜，二氧化碳热泵和制冷系统通常处于停止状态，左右两侧的新风换热区与换气罩103上的风扇18均处于停止状态。但为保证空气质量，新风系统处于运行模式，室外空气在风机牵引下经换气罩103上的换气格栅106进入通气管16.8(与冬夏工况气流方向相反)，经左右两侧的风门16.3(均处于开启状态)左右进风管16.2，经净化组件的初效滤网16.4、静电除尘器16.5、活性炭滤网16.6、HEPA滤芯16.7进行净化后，新风主管19送入采光窗板块100的内腔。进入采光窗板块100内腔的新风将由太阳光辐射产生的热量带出，并最终通过楼上相邻窗间墙板块200内安装的新风排风管20将新风送入室内。

Claims (4)

1.一种多功能南立面窗墙板块，包括分别独立安装的窗间墙板块和采光窗板块，其特征在于，所述的窗间墙板块内部结构框架通过横梁分割成两个功能区，第一功能区集成有跨临界二氧化碳热泵和制冷系统，第二功能区集成有净化新风系统；

所述的跨临界二氧化碳热泵和制冷系统采用跨临界二氧化碳热泵以及带有两级喷射泵和膨胀机的制冷循环系统，包括由压缩机顺次连接一级气冷器、第一阀门、二级气冷器、一级喷射泵工作流入口和气液分离罐组成的一级循环回路，并在一级气冷器和一级喷射泵工作流入口之间增设由第二阀门控制的夏季旁路，使一级气冷器出口的二氧化碳气体直接经旁路进入一级喷射泵的工作流入口；以及由气液分离罐顺次连接增压泵、第四阀门、一级蒸发器、缓冲罐、膨胀机、二级蒸发器、第七阀门、二级喷射泵引射流入口和一级喷射泵引射流入口组成的二级循环的主回路，缓冲罐顶部连接第五阀门与二级喷射泵的工作流入口作为支线回路，并在气液分离罐与缓冲罐之间增设第一冬季旁路，第一冬季旁路顺次连接气液分离罐底部出口、第三阀门、节流阀和缓冲罐，在缓冲罐与二级蒸发器之间通过第六阀门增设第二冬季旁路，在二级蒸发器与一级喷射泵之间通过第八阀门增设第三冬季旁路，使气液分离罐底部排出的二氧化碳液体直接经节流阀膨胀减压进入缓冲罐，并由缓冲罐进入二级蒸发器后直接进入一级喷射泵的引射流入口；

所述的净化新风系统的新风主机为“土”型的结构，新风主机中部为主机壳体，主机壳体的两侧对称设置有进风管，进风管入口处设有风门，风门内侧依次设置净化组件和风机，主机壳体的下半部为连通的通气管，通气管的前端设置有通风口，主机壳体的上方与新风主管连通，主机壳体的下方设置排风管构成“土”型的结构，新风主机壳体的左右两侧空间用于安装风扇，风扇外侧立面墙板上分别设置带有格栅的换气罩或排风罩，与通气管的前端设置的通风口对应的外侧立面墙板上同样设置有换气格栅；

所述的第一功能区的跨临界二氧化碳热泵和制冷系统外侧与立面墙板之间同时设置有太阳能辅助高温热水系统，该系统包括蓄能集热板和通过隔热付框安装的玻璃盖板，蓄能集热板依次连接第一水阀、一级气冷器、混水阀、储水罐和循环水泵构成冬季高温热水循环回路；或者，蓄能集热板依次连接一级蒸发器、第二水阀、一级气冷器、混水阀、储水罐和循环水泵构成循环水的夏季回路；其中，蓄能集热板由管架、前支管和后支管构成外框，外框内间隔设置上集管和下集管，以及上集管和下集管之间设置的与前支管连通的相变套管，在蓄能集热板外框与玻璃盖板之间设置有蓝膜；

所述的采光窗板块采用具有呼吸功能的双层幕墙式玻璃窗系统，包括结构框、内层玻璃、外层玻璃、内置百叶、底部的散风通道、顶部排风口，以及底部的散风通道和顶部排风口上设置的分别与净化新风系统连通的进风密封短管和排风密封短管，其中，散风通道由散风罩和结构框型材上的中间槽道构成。

2.根据权利要求1所述的多功能南立面窗墙板块，其特征在于，所述的净化组件顺次由初效滤网、静电除尘器、活性炭滤网和HEPA滤芯构成。

3.根据权利要求1所述的多功能南立面窗墙板块，其特征在于，所述的窗间墙板块作为单独整体在加工厂预制组装，运到现场后通过窗间墙板块内部固定框架上预装的角钢托板和角钢拉板直接安装在建筑物楼板和墙柱的预埋紧固件上，相邻两层的上下窗间墙板块作为采光窗板块安装的结构基础。

4.根据权利要求1至3任一项所述的多功能南立面窗墙板块，其特征在于，所述的采光窗板块作为单独整体在加工厂预制组装，运到现场后直接安装在已经就位的窗间墙板块上。