CN114215218A - 被动式节能外墙体系及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种被动式节能外墙体系及其使用方法，所述的被动式节能外墙体系包括高透过型盖板、活动保温透明卷帘、活动反射型辐射制冷卷帘和基层墙体，各层之间存在空隙；基层墙体在靠近每一层顶部和底部的位置均开设有可启闭的电动百叶通风口。本发明提供的被动式节能外墙体系通过活动保温透明卷帘、活动反射型辐射制冷卷帘、可启闭的百叶通风口不同状态的组合，在夏季白天可有效降低外墙周围环境的温度，夜间可以向室内供冷，从而有效降低了空调用电量；冬季有太阳时可以向室内供热，无太阳时能有效降低通过外墙的热量损失，从而降低采暖能耗。
Description
技术领域
本发明涉及建筑技术领域，具体而言，涉及一种被动式节能外墙体系及其使用方法。
背景技术
外墙传热是建筑采暖、空调能耗的主要来源之一，改善外墙的热工性能是降低建筑采暖、空调能耗的关键手段之一。传统改善外墙热工性能的方法主要是对外墙进行保温，但大量研究数据表明：单纯降低外墙的综合传热系数只能够有效降低建筑物的冬季采暖能耗，对降低夏季空调能耗的作用效果不明显。而我国大部分地区，其夏季空调能耗在建筑能耗中所占的比例也很大，降低夏季空调能耗是这些地区建筑节能的关键措施之一。基于以上原因，应当研究一种能够同时降低建筑物冬季采暖及夏季空调能耗的节能外墙体系。
发明内容
针对上述背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种被动式节能外墙体系及其使用方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种被动式节能外墙体系，从外向内依次包括高透过型盖板、活动保温透明卷帘、活动反射型辐射制冷卷帘和基层墙体，各层之间存在空隙；基层墙体在靠近每一层顶部和底部的位置均开设有可启闭的百叶通风口。
所述高透过型盖板所选用的光学透明材料为0.1mm厚、对太阳辐射及8.0～13.0μm波段辐射透过率均不低于0.8的聚乙烯(PE)薄膜。
所述活动保温透明卷帘采用可全封闭式电动卷帘，选用对太阳辐射透过率不低于0.9、厚度为5～8mm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为卷帘链片材料。
所述活动反射型辐射制冷卷帘采用可全封闭式电动卷帘，选用表面敷设有选择性辐射膜的铝板作为卷帘链片材料；所述选择性辐射膜选用对8.0～13.0μm波段辐射发射率均不低于0.75且对太阳辐射反射率不低于0.9的膜层，如膨体聚四氟乙烯(e-PTFE)膜、多孔静电纺丝聚氧乙烯(es-PEO)膜、纳米二氧化硅(SiO2)和透明高分子复合超材料膜等。
所述基层墙体上的可启闭的百叶通风口采用电动百叶通风口。
本发明的被动式节能外墙体系的使用方法，具体为：
夏季白天时，活动保温透明卷帘收起，活动反射型辐射制冷卷帘打开，百叶通风口均关闭。高透过型盖板与活动反射型辐射制冷卷帘之间形成封闭的空气夹层I；活动反射型辐射制冷卷帘与基层墙体之间形成封闭的空气夹层Ⅱ。由于活动反射型辐射制冷卷帘表面对热红外波段8.0～13.0μm辐射具有高发射率、对太阳辐射具有高反射率的选择性辐射特性，活动反射型辐射制冷卷帘的平均温度显著低于周围环境温度；同时，由高透过型盖板和活动反射型辐射制冷卷帘围合的空气夹层I能够有效降低活动反射型辐射制冷卷帘与室外环境的对流换热强度，起到保冷作用。通过这种方式，使得活动反射型辐射制冷卷帘和空气夹层Ⅱ的平均温度显著低于室外环境温度，有效减少了由于外墙传热所引起的冷量损失。
夏季夜间时，活动保温透明卷帘收起，活动反射型辐射制冷卷帘打开；百叶通风口均开启。高透过型盖板与活动反射型辐射制冷卷帘之间形成封闭的空气夹层I；活动反射型辐射制冷卷帘与基层墙体之间形成空气夹层Ⅱ，空气夹层Ⅱ成为室内空气循环的气流通道。活动反射型辐射制冷卷帘表面对热红外波段8.0～13.0μm辐射具有高发射率，通过辐射换热可将自身热量散发至外太空，进而能够有效的进行被动制冷。利用活动反射型辐射制冷卷帘的制冷作用冷却空气夹层Ⅱ中的空气，空气夹层Ⅱ内被冷却的空气通过基层墙体顶部的百叶通风口I和其底部的百叶通风口Ⅱ向室内对流供冷；同时，由高透过型盖板和活动反射型辐射制冷卷帘围合的空气夹层I能够有效降低活动反射型辐射制冷卷帘与室外环境的对流换热强度，起到保冷作用。
冬季白天有太阳时，活动保温透明卷帘打开，活动反射型辐射制冷卷帘收起，高透过型盖板与活动保温透明卷帘之间形成封闭的空气夹层I；百叶通风口均开启。活动保温透明卷帘与基层墙体之间形成空气夹层Ⅱ，空气夹层Ⅱ内被加热的空气通过基层墙体顶部的百叶通风口I和其底部的百叶通风口Ⅱ向室内对流供热；同时，由高透过型盖板和保温透明卷帘围合的空气夹层I能够起到保温作用，防止热量的散失。
冬季夜间以及白天没有太阳时，活动保温透明卷帘打开，活动反射型辐射制冷卷帘收起，高透过型盖板与活动保温透明卷帘之间形成封闭的空气夹层I；百叶通风口I和百叶通风口Ⅱ均关闭，活动保温透明卷帘与基层墙体之间形成封闭的空气夹层Ⅱ。封闭的空气夹层I和空气夹层Ⅱ能有效降低基层墙体与室外环境之间的对流换热强度，起到保温的作用。
本发明的有益效果为：
本发明提供的被动式节能外墙体系夏季白天降低了基层外墙周围环境的温度，夜间可以向室内供冷，从而有效降低了空调用电量；冬季有太阳时可以向室内供热，夜间及白天无太阳时能有效降低通过外墙的热量损失，从而降低了采暖能耗。
附图说明
图1为本发明实施例中被动式节能外墙体系的结构示意图；
图2为本发明实施例中夏季白天实施方式的结构示意图；
图3为本发明实施例中夏季夜间实施方式的结构示意图；
图4为本发明实施例中冬季白天有太阳时实施方式的结构示意图；
图5为本发明实施例中冬季夜间及冬季白天无太阳时实施方式的结构示意图。
图中：1为高透过型盖板，2为空气夹层I，3为活动保温透明卷帘，4为活动反射型辐射制冷卷帘，5为空气夹层Ⅱ，6为基层墙体，7为可启闭的百叶通风口I，8为可启闭的百叶通风口Ⅱ，9为屋顶，10为楼板。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明作进一步详细的说明。
一种被动式节能外墙体系，包括高透过型盖板1、活动保温透明卷帘3、活动反射型辐射制冷卷帘4和基层墙体6；基层墙体在靠近每一层顶部和底部的位置均开设有可启闭的百叶通风口I 7和可启闭的百叶通风口Ⅱ8。
所述高透过型盖板1所采用的光学透明材料为0.1mm厚、对太阳辐射及8.0～13.0μm波段辐射透过率均不低于0.8的聚乙烯(PE)薄膜。
所述活动保温透明卷3采用可全封闭式电动卷帘，选用透光率不低于0.9、厚度为5～8mm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为卷帘链片材料。
所述活动反射型辐射制冷卷帘4采用可全封闭式电动卷帘，选用表面敷设选择性辐射膜的铝板作为卷帘链片材料；铝板链片表面所敷设的选择性辐射膜选用对8.0～13.0μm波段辐射发射率不低于0.75且对太阳辐射反射率不低于0.9的膜层，例如：可选用密度为0.7g/cm3的膨体聚四氟乙烯(e-PTFE)膜、多孔静电纺丝聚氧乙烯(es-PEO)膜(参见Li D,Liu X,Li W,et al.Scalable and hierarchically designed polymer film as aselective thermal emitter for high-performance all-day radiative cooling[J].Nature Nanotechnology,2020:1-6.)、纳米二氧化硅(SiO2)和透明高分子复合超材料膜(参见Zhai Y,Ma Y,David S N,et al.Scalable-manufactured randomized glass-polymer hybrid metamaterial for daytime radiative cooling[J].Science,2017,355(6329)：1062-1066.)等。
所述基层墙体上的可启闭的百叶通风口I 7和可启闭的百叶通风口Ⅱ8均采用电动百叶通风口。
本发明通过活动保温透明卷帘3、活动反射型辐射制冷卷帘4、可启闭的百叶通风口I 7以及可启闭的百叶通风口Ⅱ8不同状态的组合，可以实现冬季保温、供热和夏季保冷、供冷的目的。
夏季白天模式：活动保温透明卷帘3收起，活动反射型辐射制冷卷帘4打开，百叶通风口I7和百叶通风口Ⅱ8均关闭；高透过型盖板1与活动反射型辐射制冷卷帘4之间形成封闭空气夹层I 2，活动反射型辐射制冷卷帘4与基层墙体6之间形成封闭空气夹层Ⅱ5。由于活动反射型辐射制冷卷帘4表面在热红外波段(8.0～13.0μm)具有高发射率、在太阳辐射波段具有高反射率的选择性辐射特性，其一方面可以将自身热量以热辐射的形式传递至外太空(平均温度为3K)，另一方面也可以将绝大部分太阳辐射反射出去。通过这种方式，活动反射型辐射制冷卷帘4自身的温度得以有效降低。而空气夹层I 2则能够实现保冷的作用，使得活动反射型辐射制冷卷帘4和空气夹层Ⅱ5的平均温度显著低于室外环境温度，改善了基层墙体6周边的微环境，有效减少了由外墙传热所引起的冷量损失。
夏季夜间模式：活动保温透明卷帘3收起，活动反射型辐射制冷卷帘4打开，高透过型盖板1与活动反射型辐射制冷卷帘4之间形成封闭空气夹层I 2。百叶通风口I 7和百叶通风口Ⅱ8均开启，空气夹层Ⅱ5成为室内空气循环的气流通道。由于活动反射型辐射制冷卷帘4表面在热红外波段(8.0～13.0μm)具有高发射率，可充分在夜间将自身热量以热辐射的形式传递至外太空，其自身温度能够降低至较低水平并冷却空气夹层Ⅱ5中的空气，依靠空气的自然对流作用进一步实现向室内供冷的目的。同时，空气夹层I 2能够有效降低活动反射型辐射制冷卷帘4与室外环境的对流换热强度，起到保冷作用，防止冷量散失。
冬季白天(有太阳)模式：活动保温透明卷帘3打开，活动反射型辐射制冷卷帘4收起，高透过型盖板1与活动保温透明卷帘3之间形成封闭空气夹层I 2；百叶通风口I 7和百叶通风口Ⅱ8均开启，空气夹层Ⅱ5成为室内空气循环的气流通道。活动保温透明卷帘3选用透光率不低于0.9的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为卷帘链片材料，其对太阳辐射的透过率较高，对红外线则基本不透明，具有较好的“阳光房”效应。在太阳辐射的作用下，空气夹层Ⅱ5内被加热的空气通过墙体顶部的百叶通风口I7和底部的百叶通风口Ⅱ8向室内对流供热；同时，空气夹层I2能够起到保温作用，防止热量的散失。
冬季白天(无太阳)模式及冬季夜间模式：活动保温透明卷帘3打开，活动反射型辐射制冷卷帘4收起，高透过型盖板1与活动保温透明卷帘3之间形成封闭空气夹层I2；百叶通风口I7和百叶通风口Ⅱ8均关闭，活动保温透明卷帘3与基层墙体6之间形成封闭空气夹层Ⅱ5。这种双封闭空气夹层结构(空气夹层I2和空气夹层Ⅱ5)有效的降低了外墙的综合传热系数，具有良好的保温效果。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种被动式节能外墙体系，其特征在于，从外向内依次包括高透过型盖板、活动保温透明卷帘、活动反射型辐射制冷卷帘和基层墙体，各层之间存在空隙；基层墙体在靠近每一层顶部和底部的位置均开设有可启闭的百叶通风口；所述高透过型盖板采用0.1mm厚、对太阳辐射及8.0～13.0μm波段辐射透过率均不低于0.8的光学透明材料。
2.根据权利要求1所述的被动式节能外墙体系，其特征在于，所述高透过型盖板所选用的光学透明材料为聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的被动式节能外墙体系，其特征在于，所述活动保温透明卷帘采用可全封闭式电动卷帘；选用对太阳辐射透过率不低于0.9、厚度为5～8mm的聚甲基丙烯酸甲酯作为卷帘链片材料。
4.根据权利要求1所述的被动式节能外墙体系，其特征在于，所述活动反射型辐射制冷卷帘采用可全封闭式电动卷帘；选用表面敷设有选择性辐射膜的铝板作为卷帘链片材料；所述选择性辐射膜选用对8.0～13.0μm波段辐射发射率均不低于0.75且对太阳辐射反射率不低于0.9的膜层。
5.根据权利要求1所述的被动式节能外墙体系，其特征在于，所述基层墙体上的可启闭百叶通风口均采用电动百叶通风口。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的被动式节能外墙体系的使用方法，其特征在于，通过活动保温透明卷帘、活动反射型辐射制冷卷帘、可启闭的百叶通风口的开启或关闭状态的组合，可实现冬季保温、供热和夏季保冷、供冷的目的；具体为：
夏季时，活动保温透明卷帘收起，活动反射型辐射制冷卷帘打开；冬季时，活动保温透明卷帘打开，活动反射型辐射制冷卷帘收起；
夏季夜间或冬天有太阳时，所述可启闭的百叶通风口开启；其他时间则关闭。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20220322 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |