CN114991336A - 一种新型通风蓄热式建筑表皮结构及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型通风蓄热式建筑表皮结构及控制方法，表皮结构包括玻璃幕墙、变色百叶、循环风机和墙体内留有空腔的建筑单元，玻璃幕墙安装在建筑单元的向阳侧并与建筑单元之间形成第一空气层，第一空气层与建筑单元的空腔之间相互连通，循环风机安装在第一空气层与建筑单元的空腔内，变色百叶可转动地安装在玻璃幕墙与建筑单元之间，变色百叶两面分别设置吸热层和反射热层，玻璃幕墙的顶部和底部设有可开闭的上风口和下风口。与现有技术相比，本发明使得建筑物最大限度的发挥自身调节功能使得表皮在冬季通过对太阳能的热利用、在夏季对夜间室外冷空气的冷利用来提升室内的热舒适，实现低成本，低环境负荷，高舒适性地开发利用可再生能源等。

Description

一种新型通风蓄热式建筑表皮结构及控制方法
技术领域
本发明涉及节能环保技术领域，尤其是涉及一种利用太阳能和室外风的新型通风蓄热式建筑表皮结构及控制方法。
背景技术
在夏热冬冷地区，由于其冬夏气候的矛盾性，若简单采用寒冷地区或炎热地区的建筑表皮设计策略将陷入“顾此失彼、难以两全”的境地。
就传统的通风蓄热式建筑表皮——以双层通风玻璃幕墙为例，存在许多使用上的问题。例如夏季通风降温效果较差，由于双层表皮即空腔只存在于建筑外立面，单纯通过对流的方式，室内余热并不能及时排出。并且双层玻璃幕墙的热工性能较差，容易在夏季向室内辐射热能。
在冬季，由于热量主要储存在外立面的空腔中，内部墙体和楼板并没有空腔构造，热量不能到达室内绝大部分地方。主要以一个面向室内对流和辐射换热来传递热量，导致室内热量分布不均匀，难以达到人体热舒适的要求。
因此，对夏热冬冷地区的通风蓄热式建筑表皮的改进具有重大的意义。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种新型通风蓄热式建筑表皮结构及控制方法，使得建筑物最大限度的发挥自身调节功能使得表皮在冬季通过对太阳能的热利用、在夏季对夜间室外冷空气的冷利用来提升室内的热舒适，实现低成本，低环境负荷，高舒适性地开发利用可再生能源等。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种新型通风蓄热式建筑表皮结构，包括太阳能变色百叶幕墙单元、循环风机和墙体内留有空腔的建筑单元，所述太阳能变色百叶幕墙单元包括玻璃幕墙和变色百叶，所述玻璃幕墙安装在建筑单元的向阳侧，玻璃幕墙与建筑单元之间形成第一空气层，第一空气层与建筑单元的空腔之间相互连通，循环风机安装在第一空气层与建筑单元的空腔内，变色百叶可转动地安装在玻璃幕墙与建筑单元之间，变色百叶的两面分别设置吸热层和反射热层，所述玻璃幕墙的顶部设有可开闭的上风口，玻璃幕墙的底部设有可开闭的下风口。
优选的，所述建筑单元包括顶部楼板、底部楼板和侧面的实墙体，顶部楼板和底部楼板内留有空腔，背阳侧的实墙体内留有空腔，玻璃幕墙与向阳侧的实墙体之间形成第一空气层，顶部楼板的空腔形成顶部通风间层，底部楼板的空腔形成底部通风间层，背阳侧实墙体内的空腔形成第二空气层，所述第一空气层和第二空气层之间通过顶部通风间层和底部通风间层连通。
优选的，顶部通风间层由隔板分为多个相互独立的风道，每个风道的两端分别连通第一空气层和第二空气层；底部通风间层由隔板分为多个相互独立的风道，每个风道的两端分别连通第一空气层和第二空气层。
优选的，所述隔板的数量为3个，顶部通风间层由隔板分为4个相互独立的风道；底部通风间层由隔板分为4个相互独立的风道。
优选的，所述循环风机安装在风道与第一空气层的连通处。
优选的，所述隔板为混凝土肋。
优选的，所述上风口和下风口为可开启闭合的推拉窗。
优选的，玻璃幕墙安装在建筑的向阳侧，建筑的其他外侧面还依次布置有外墙、保温层和饰面层。
优选的，所述外墙为混凝土外墙，所述保温层为聚苯板保温层。
一种控制方法，具体为：
在降温工况(高温季节如夏季)时，在白天打开上风口和下风口，变色百叶的隔热层朝向太阳，在夜晚打开上风口和下风口，循环风机工作，自上风口和下风口吸入冷空气并送入建筑单元的空腔中；在采暖工况(低温季节如冬季)时，在白天关闭上风口和下风口，变色百叶的吸热层朝向太阳，循环风机工作，将第一空气层中的暖空气送入建筑单元的空腔中。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)综合利用自然能源、材料特性和构造特点的进行建筑表皮设计：利用太阳能变色百叶正反两面吸热和发射热的特性以及建筑空腔蓄热和传导热量的构造特点，结合循环风机，可以在消耗较少能源的情况下，最大限度发挥建筑表皮自身的调节功能，分别在冬季通过对太阳能的热利用、在夏季对夜间室外冷空气的冷利用来提升室内的热舒适，实现低成本、低环境负荷、高舒适性的开发利用可再生能源等。
(2)利用循环风机实现建筑单元内的空气循环，利用变色百叶进行太阳能集热和隔热，利用建筑单元空腔进行太阳能蓄热和室外冷风蓄冷，可以适应夏热冬冷地区不同气候条件进行动态调节，这对夏热冬冷地区新型表皮节能技术具有十分重要的参考意义。
(3)构造形式与建筑围护结构一体化集成，高效节能，安装方便，调节灵活，立面整齐美观，为适应发展为模块化设计和安装，可以满足未来的大量建造性房屋特别是住宅的发展具有十分好的应用前景，这对提升建筑表皮性能、提高居住环境的舒适性和实现建筑节能减排具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的整体结构平面图(一个建筑单元)；
图2为图1的A-A方向的剖面图；
图3为图1的B-B方向的剖面图；
图4为图1的C-C方向的剖面图；
图5为本发明主立面图；
图6为本发明的向阳侧内腔图；
图7为本发明的背阳侧内腔图；
图中标记说明：
1-循环风机，2-顶部通风间层，3-上风口，4-第一空气层，5-变色百叶，6-玻璃幕墙，7-下风口，8-底部通风间层，9-第二空气层，10-门，11-保温层，12-窗，13-外墙，14-混凝土肋。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件。
实施例1：
一种新型通风蓄热式建筑表皮结构，包括太阳能变色百叶5幕墙单元、循环风机1和墙体内留有空腔的建筑单元，太阳能变色百叶5幕墙单元包括玻璃幕墙6和变色百叶5，玻璃幕墙6安装在建筑单元的向阳侧，玻璃幕墙6与建筑单元之间形成第一空气层4，第一空气层4与建筑单元的空腔之间相互连通，循环风机1安装在第一空气层4与建筑单元的空腔内，变色百叶5可转动地安装在玻璃幕墙6与建筑单元之间，变色百叶5的两面分别设置吸热层和反射热层，玻璃幕墙6的顶部设有可开闭的上风口3，玻璃幕墙6的底部设有可开闭的下风口7。
其中，建筑单元的墙体包括顶部楼板、底部楼板和侧面的实墙体，顶部楼板和底部楼板内留有空腔，背阳侧的实墙体内留有空腔，玻璃幕墙6与向阳侧的实墙体之间形成第一空气层4，顶部楼板的空腔形成顶部通风间层2，底部楼板的空腔形成底部通风间层8，背阳侧实墙体内的空腔形成第二空气层9，第一空气层4和第二空气层9之间通过顶部通风间层2和底部通风间层8连通。当然，条件允许的情况下，也可以在除背阳侧外的其他实墙体内留有空腔，以保证整个建筑单元内各处都能均匀进行热量交换。
一种控制方法，具体为：
在降温工况(高温季节如夏季)时，在白天打开上风口3和下风口7，变色百叶5的隔热层朝向太阳，在夜晚打开上风口3和下风口7，循环风机1工作，自上风口3和下风口7吸入冷空气并送入建筑单元的空腔中；在采暖工况(低温季节如冬季)时，在白天关闭上风口3和下风口7，变色百叶5的吸热层朝向太阳，循环风机1工作，将第一空气层4中的暖空气送入建筑单元的空腔中。
本申请综合利用材料特性和构造特点的进行建筑表皮设计。利用太阳能变色百叶5正反两面吸热和发射热的特性以及建筑空腔蓄热和传导热量的构造特点。可以在消耗较少能源的情况下，最大限度发挥建筑表皮自身的调节功能。分别在冬季通过对太阳能的热利用、在夏季对夜间室外冷空气的冷利用来提升室内的热舒适。实现低成本，低环境负荷，高舒适性的开发利用可再生能源等。
本实施例中，如图1～图7所示，南侧为建筑的向阳侧，北侧为建筑的背阳侧，为了便于理解，建筑单元简化为规范的长方体结构。在南侧，实体墙与玻璃幕墙6之间形成第一空气层4，在北侧，实体墙内部的空腔形成第二空气层9，顶部楼板内部的空腔形成顶部通风间层2，底部楼板内的空腔形成底部通风间层8，在实体墙的外侧是混凝土材质的外墙，外墙13外侧依次布置保温层11、饰面层等，保温层11可以采用聚苯板保温层。
同时，可以理解的是，建筑单元的实墙体上还留有门10和窗12，在门10和窗12位置处，建筑单元的空腔适应性调整即可。
顶部通风间层2由隔板分为多个相互独立的风道，每个风道的两端分别连通第一空气层4和第二空气层9；底部通风间层8由隔板分为多个相互独立的风道，每个风道的两端分别连通第一空气层4和第二空气层9。通风间层的隔板为混凝土肋14，可以保证建筑的强度和稳定。
玻璃幕墙6上的上风口3的数量与顶部通风间层2的风道数量一致，且位置对齐，下风口7数量与底部通风间层8的风道数量一致，且位置对齐。循环风机1安装在风道与第一空气层4的连通处，循环风机1的位置和数量与风道，以及上风口3和下风口7相对应，从而循环风机1的工作在采暖工况下可以实现第一空气层4、第二空气层9、顶部通风间层2和底部通风间层8之间的空气流动，在降温工况下可以实现第二空气层9与室外大气的空气流动。通过隔板分出多个独立的风道，风道之间相互独立，可以单独控制，这样便于在采暖工况和降温工况下分别进行各个风道的空气循环控制，避免气流交叉冲突。
本实施例中，隔板的数量为3个，顶部通风间层2由隔板分为4个相互独立的风道；底部通风间层8由隔板分为4个相互独立的风道。
上风口3和下风口7为可开启闭合的推拉窗，直接连接室外大气。第一空气层4内置可动式的变色百叶5，能够转动，使得吸热层或隔热层朝向太阳，从而吸热或隔热。
顶部通风间层2有4个相互独立的风道，底部通风间层8有4个相互独立的风道，顶部通风间层2和底部通风间层8的风道一一对应，控制时上下同时控制，为了便于说明，以编号①指代顶部通风间层2和底部通风间层8最左侧的风道，依次编号②、编号③、编号④，编号④指代顶部通风间层2和底部通风间层8最右侧的风道。
在采暖工况(比如冬季)，利用太阳能。风道①和风道③处于使用状态，风道②和风道④处于关闭状态。在白天，关闭上风口3和下风口7，开启风道①③的循环风机1，变色百叶5旋转至吸热层一面吸收太阳辐射，从而加热第一空气层4中的空气，在循环风机1的作用下暖空气在顶部通风间层2、第二空气层9和底部通风间层8之间流动，如此循环，热量被建筑单元的楼板和实墙体吸收后，一部分通过辐射和对流换热到室内，一部分保留在热循环通道(第一空气层4、顶部通风间层2、第二空气层9和底部通风间层8)内，在夜间释放热量。
在降温工况(比如夏季)，利用夜间冷风。风道②和风道④处于使用状态，风道①和风道③处于关闭状态。在白天，变色百叶5的隔热层一面朝向太阳，阻挡室外热量进入室内，打开上风口3和下风口7，同时关闭循环风机1，室外空气由下风口7进入第一空气层4，通过上风口3排至室外，将第一空气层4多余热量排出。在夜晚，打开上风口3和下风口7，开启风道②和风道④的循环风机1，室外冷空气通过下风口7进入第一空气层4，在循环风机1的作用下在第一空气层4、第二空气层9、顶部通风间层2和底部通风间层8之间流动，如此循环。一部分室外冷空气通过辐射和对流换冷到室内，一部分在第一空气层4中被加热，通过上风口3排出室外。
可以理解的是，上述实施方式中，通过隔板分出独立的风道，而且风道控制与室外气候条件对应，且对应采暖工况(比如冬季)和降温工况(比如夏季)单独使用，其目的是便于控制，不需要编写复杂的控制程序，降低了控制难度。
为了适应不同季节的采暖和通风降温要求，参见图4所示，在南向的玻璃幕墙6上的上风口3和下风口7分别被设置为可开启闭合的推拉窗，连接室外大气。太阳能变色百叶5被设置为可旋转式的结构，两面为吸热层和隔热层，以提高降温工况(比如夏季)对太阳光热量的遮挡和采暖工况(比如冬季)对太阳光热量的吸收，增强第一空气层4的热交换效果。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种新型通风蓄热式建筑表皮结构，其特征在于，包括太阳能变色百叶幕墙单元、循环风机和墙体内留有空腔的建筑单元，所述太阳能变色百叶幕墙单元包括玻璃幕墙和变色百叶，所述玻璃幕墙安装在建筑单元的向阳侧，玻璃幕墙与建筑单元之间形成第一空气层，第一空气层与建筑单元的空腔之间相互连通，循环风机安装在第一空气层与建筑单元的空腔内，变色百叶可转动地安装在玻璃幕墙与建筑单元之间，变色百叶的两面分别设置吸热层和反射热层，所述玻璃幕墙的顶部设有可开闭的上风口，玻璃幕墙的底部设有可开闭的下风口。
2.根据权利要求1所述的一种新型通风蓄热式建筑表皮结构，其特征在于，所述建筑单元包括顶部楼板、底部楼板和侧面的实墙体，顶部楼板和底部楼板内留有空腔，背阳侧的实墙体内留有空腔，玻璃幕墙与向阳侧的实墙体之间形成第一空气层，顶部楼板的空腔形成顶部通风间层，底部楼板的空腔形成底部通风间层，背阳侧实墙体内的空腔形成第二空气层，所述第一空气层和第二空气层之间通过顶部通风间层和底部通风间层连通。
3.根据权利要求2所述的一种新型通风蓄热式建筑表皮结构，其特征在于，顶部通风间层由隔板分为多个相互独立的风道，每个风道的两端分别连通第一空气层和第二空气层；底部通风间层由隔板分为多个相互独立的风道，每个风道的两端分别连通第一空气层和第二空气层。
4.根据权利要求3所述的一种新型通风蓄热式建筑表皮结构，其特征在于，所述隔板的数量为3个，顶部通风间层由隔板分为4个相互独立的风道；底部通风间层由隔板分为4个相互独立的风道。
5.根据权利要求3所述的一种新型通风蓄热式建筑表皮结构，其特征在于，所述循环风机安装在风道与第一空气层的连通处。
6.根据权利要求3所述的一种新型通风蓄热式建筑表皮结构，其特征在于，所述隔板为混凝土肋。
7.根据权利要求1所述的一种新型通风蓄热式建筑表皮结构，其特征在于，所述上风口和下风口为可开启闭合的推拉窗。
8.根据权利要求1所述的一种新型通风蓄热式建筑表皮结构，其特征在于，玻璃幕墙安装在建筑的向阳侧，建筑的其他外侧面还依次布置有外墙、保温层和饰面层。
9.根据权利要求8所述的一种新型通风蓄热式建筑表皮结构，其特征在于，所述外墙为混凝土外墙，所述保温层为聚苯板保温层。
10.一种控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求1-9中任一所述的一种新型通风蓄热式建筑表皮结构，具体为：
在降温工况时，在白天打开上风口和下风口，变色百叶的隔热层朝向太阳，在夜晚打开上风口和下风口，循环风机工作，自上风口和下风口吸入冷空气并送入建筑单元的空腔中；在采暖工况时，在白天关闭上风口和下风口，变色百叶的吸热层朝向太阳，循环风机工作，将第一空气层中的暖空气送入建筑单元的空腔中。
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