CN1237247C - 幕墙窗结构及全日照阳光空调 - Google Patents

Abstract

幕墙窗结构及全日照阳光空调，属国家“墙、窗、热三改”节能技术与太阳能生态空调领域。普通窗采光量或窗地比小，有遮光压抑感，存在二次装修余地造成浪费并污染环境；现有被动太阳房热效低、外观差、自重大、增资高未能形成产品市场。发明采光率增加1倍的全立面幕墙式窗结构，及配装采光、调光、集热兼用的旋转热帘管、无遮光贮热器、辅助降温器及智能程控的全日照空调装置，经济替代长江、黄河流域冬夏季采暖空调的常规能源和运行费用，省除暖通设施投资。并可大幅度降低严寒地区的采暖负荷、解决酷热地区夏季空调限电问题，节能率大于70%，社会、经济效益巨大。而且其结构有利通风采光、杜绝污染、美化城市景观，是暖通器或能源利用模式的变革。

Description

幕墙窗结构及全日照阳光空调

发明领域：

本发明涉及国家计划的“墙改、窗改、热改”三项改造综合节能技术，和采暖、致凉的太阳房领域；特别涉及高采光率节能窗户结构及智能化高质量采光换气、无遮光贮热的太阳能采暖致凉空调装置或其构成的被动式空调系统。

背景技术：

目前大量建筑的窗地面积比达不到绿色生态住宅要求的1∶7，及使用绿色能源占小区总耗能比例10％的指标，民用建筑节能率＜50％。国内外传统的建筑之窗，其采光面积(含窗格)仅占其立面面积约36％，即建筑立面2/3的面积由窗四周的围护墙占有。其结构大体有内凹、外平或桃芯窗。另有一种围护栏板与窗芯一起平移挑出、即所谓外飘窗、景观窗等，如《中国房地产报》2001.5.23.5版“打开住宅之窗”。虽然为了生活或市场意义，古今中外的窗户有无数变化，如中国建筑工业出版社2000.11.出版[日]《窗户》。现有窗结构的特点有：一是窗下围护是与室内地板在相同的标高处接合，或在地板水平挑出后与其接合；二是窗台下围护与其地板基本是垂直接合；三是有一种斜体多层建筑的窗下围栏采用向前上方弧形斜挑结构配置普通窗户；四是窗下围护或阳台栏板外露。

与房间配套的阳台有全挑、半挑、内退式，其阳台地板是直接向外水平悬挑伸出，或被悬挑“牛腿梁”承托水平外伸，栏板垂直围护。近年住户装修把阳台内窗做成落地式，或干脆打掉内窗，使阳台与房间贯通。不论何种水平直挑的窗或阳台，其向外水平挑出的地板结构，均对下层室内产生遮光或压抑的弊病。水平挑出的阳台冬天使下一层遮阳阴冷，包窗的阳台夏天则闷热。而且包窗阳台的隐性危害是增加房间深度阻碍换气，内滞空气影响健康。再是服务阳台作厨房，污染北向房间。生活阳台堆杂物或伸杆晾晒、向外拍抖灰尘，严重影响城市景观、环境质量和邻里关系。

近几年还在许多城市兴起外挑阳台窗的装修潮，即在外立面的地板至窗台标高，用角钢或其他结构向外支撑悬挑约30～50cm，将其窗芯向外延伸安装。这种扩张的处延装修虽然增加了室内空间，但却使一疃建筑立面破坏得杂乱不堪，严重恶化了城市景观。以至于城管部门不得不对这种类似于毛坯房装修的环境污染或资源浪费行为加以严格惩治。

现有的被动式太阳房，一种是“特隆布墙”式，其建筑立面窗口以外的围护做成集热墙，墙体要求采用较大体积和热容的建材，表面涂成黑体，墙外罩复玻璃。另有在窗口前或阳台放置较大体积的集热材料，如涂黑的砌块、砂箱、水箱等。

还有一种幕墙式结构，如国家科委93年立项的“太阳能采暖降温节能建筑”。含有集热幕墙部分，但其窗户封收、窗户影响集热面积，施工较复杂。

再是英、德国家有一类幕墙结构如《建筑时报》2001.3.8.3版“智能玻璃幕墙技术”。主要问题外侧幕墙全封闭，无法自然通风。二是上下层房间均开口于一根热烟囱，内侧幕墙可开启，势必使上下楼串气。

另有2001.5.28，《中国房地产报》5版载美国“可控制热量和光量的建筑构件”。问题在炎夏，其可调成分透明聚合膜在高温下虽挡住了热，但也遮住了光，建筑失去自然采光功能，以及室内空气无法自行热力循环，使非绝热体建筑形成蒸笼效应。

至于屋顶或其窗户的太阳能热利用，热头的方向是上行的，下部居室难于涉及，只宜用做太阳能辅助供应卫生热水或局部热利用，普遍意义较小。

综合具有传统窗户的被动太阳房的不足：一是立面采光和集热面积产生矛盾，相互影响，故热效率低。二是外挑窗或阳台对下层产生遮光压抑。三是光热集存构件过重，高楼无法应用。四是增资率高。五是不美观。关于智能化程控装置应用于被动太阳房工程未见报道。

发明概要：

本申请的发明目的：创新一种高采光率的、全立面幅度的窗户或阳台窗户的载体结构，优化载体窗户的采光换气质量，增加室内面积和空间，消除传统太阳能建筑水平悬挑阳台结构的安全隐患，消除对下层的遮光、压抑感，避免二次装修潮造成的污染、破坏城市景观或对建筑材料和居住成本的浪费。它在增加载体窗户采光面积一倍的同时，使太阳能建筑立面形象和功能得到根本变革。

同时配套一种与上述高采光率载体窗户配置安装后产生特定功能的智能化阳光空调部品。由于我国太阳能资源十分丰富，一、二、三类资源区年均辐射总量170万大卡/平方米，该区域占国家总面积的70％。愈在夏日气温36℃以上时、或冬短夏长的南方酷热环境，本发明愈能有效提供致凉冷量，是一种系统创新的、高效率全天候太阳能建筑的空调装置。

本申请的技术方案：幕墙窗结构及全日照阳光空调，特殊之处在于：将原窗台高度以下的立面围护墙或栏板(简称围栏)，于室内地板和立面梁平面开始，做成向外同时向上弧形斜挑的鼓肚形围栏；在弧形围栏上半部，过渡吻接一段内凹的反弯弧形构成窗口平台，该平台构成新的向外移位的垂直或倾斜窗口平面，按载体建筑面宽或开间尺寸作通排窗户布局。其中垂直窗口装配窗芯及玻璃后，即形成S形鼓肚围栏部分隐蔽其玻璃之后的全立面范围玻璃幕式窗结构。其中倾斜窗口安装窗芯后之S形鼓肚围栏的曲线造型部分则显露于窗玻之外。另于鼓肚围栏内侧约桌面标高的内凹反弯弧窗口的吻接处，做成一体连接的水平内伸窗台板结构。近窗家具依照鼓肚围栏尺寸做仿形设计制作。

该载体窗户的分室截面处，其弧形斜挑围栏与分室或分户的垂直隔壁或下部围栏与前排立柱、地板一体连结构成。S形斜挑围栏新窗口平面离开原立面横梁的距离，根据功能设计要求确定。可布局为全包窗如实施例附图1、斜包窗如附图2、全包台如附图3等结构形式。S形围栏窗口平面前移之后，不但增加了室内面积和空间，而且其斜伸围栏不遮阳、无压抑感，同时其采光的窗芯玻璃面积增加一倍以上，占有几乎全部立面面积，替代了传统太阳能建筑外围护墙的结构功能和大量人工材料费，更宜于高楼应用，如玻璃幕全包窗立面正视附图4。在全包窗上部鼓肚围栏外表面，与占约一半外窗面积的窗玻璃之间，形成一个空气引流作用的窗上热动力温室空间，或称热烟囱或热陷阱。另外避免了普通幕墙的光污染作用。又可应用普通窗玻璃而降低造价，并可于其表面做常规功能处理。

在载体建筑的无遮阳鼓肚全包窗、全包阳台或现有窗户基础上，安装配套光热集存部品(如附图5、附图6)、辅助降温处理器、可调风洞口、室内窗等光热转换系统。光热集存部品是在靠近外窗玻内侧处，支挂可微调开度的百页挂帘式旋转集热排管(简称热帘管)，排管由铜材料做成；各组旋转热帘管的上、下端部用软性连接管与上下循环干管及放置窗口下部或两侧的贮热器联通。热帘管离窗玻璃距离140毫米。无遮光贮热器部品，其外形仿随、装置于窗台下不遮光的外凸弧形鼓肚围栏内侧，其中辅助贮热器部品，其外形仿随、装置于窗口上部不遮光的上层围栏内凹反弯弧形部分外侧、窗口部分的下侧。

在光热集存部品中充入流体介质，装置于建筑载体便构成高效采暖致凉的被动太阳能空调器系统。系统的辅助降温处理器部品采用喷淋或喷雾降温的螺旋板装置，有效进行空气的调温、调湿、流量处理。智能化程控装置如实施便附图7，该装置可单独或联网运行，自动、遥控或手动转换。其智能计算、处理、执行系统的电路构成、各外部接口电路、综合布线，按宽带网络接入设置。通过预设的上位机接口电路与终端微机联接，并可兼容接入互联网络系统、小区安监系统或其它监控系统。

该发明申请可应用于多层、小高层、高层的工业或民用建筑，以及低层或平房建筑。其载体建筑宜于采用钢筋混凝土框架结构或钢结构，同时宜于高层建筑的框剪、简筒结构，还宜于多层建筑的圈梁构造柱砖混结构，以及竹木结构方式等。另可根据需要，对现有建筑进行节能技改、维修时，结合配装外部工厂加工的无遮阳S形鼓肚围栏部品，或配装本发明的阳光空调系统。其中阳光空调装置配套安装于支撑载体的建安工程产生预设功能，但两者无直接的建筑结构连接，是分体或单体的后安装部品、产品或其系统。

对比已有技术的有益效果：

1、无遮阳S形斜挑鼓肚围栏全包窗，使其载体建筑采光面积比普通太阳能建筑增加一倍以上。

2、室内的近窗或深部空间采光的密度分布改善，即采光均匀、质量提高。

3、该载体窗结构对每层楼房的下一层居室不产生遮光或压抑感；同时近窗家具便于随附仿形设计，不因鼓肚围栏结构而影响其室内空间利用。

4、该窗或阳台窗载体结构约分别扩大了3.8％和16.9％的室内有效面积，以及增加约13.6％和24.8％的室内物理空间。

5、该载体窗即使对比普通全落地窗，不但保留了安全围栏，且至少消除了横梁、上框截面影响13％的采光面积。

6、该发明载体窗户提供了一种顺应住户“扩张欲望”的免装修建筑产品。本来可能实施外延装修的部位被预先设置统一施工完成，比目前破坏性装修更有效地扩大了室内空间，而且避免了二次装修的污染和浪费，美化了城市景观。

7、增加了约一半窗面积的上位太阳能热动力温室空间，其空间中气体热浮力的自然引流作用，使房间加速空气流动强化蒸发降温的空调效果。

8、该发明载体窗户结构的节能特性优良：利用全立面采光窗配置热帘管集热器形成太阳能建筑的热屏蔽或温室作用，并利用窗上位热陷阱的引流作用，以及免砌外围护墙减小热容量，消除建筑热滞后特征，使房间冬夏季的热、冷负荷大大减小，同时减小了昼夜室温差，室内夜晚更快形成凉爽环境。即达到大幅度降低冷、暖负荷的全天候建筑节能作用。

9、斜挑鼓肚围栏与其梁、地板、立面柱一体构造施工，并设置围栏加强筋，比现有水平悬臂结构的外挑窗户或阳台，具有更可靠的安全保证。

10、该载体窗使建筑立面在外观上富于欧式建筑的曲线美，或酷似豪华玻璃幕墙饰面的气派，具有突出的美化造型特点。模糊透视该阳光空调建筑立面的暖色调帘状排管，其衬托幕墙窗能感到豪华古朴的施律美，比已知太阳房建筑外观有显著进步。

11、该阳光空调系统的旋转热帘管，采用高传热系数材料，自重小，特别宜用于高楼；其帘管集热面积是传统窗口的2倍，充填的流体介质的比热容又是传统材料的2倍，集热量和系统热效率大大提高；所以该空调系统的热工指标比已有装置至少提高一倍，具有显著的进步。

12、光热集存部品中内循环流体介质的容重，是普通材料的一半，而且介质材料易得，施工操作简单。同时贮热体的放置位置较灵活而无遮挡，解决了高层建筑对装置自重或无遮光规范限制的应用难题，具有显著的进步。

13、旋转热帘管在室内需要最大遮阳即全关闭时，仍可提供不少于20％全立面窗口面积，即约为普通窗口一半的采光通量，而且此时提供的是非眩目均匀自然采光，成功地解决了普通太阳房采热与采光互相矛盾的难题。

14、该阳光空调系统，基本可以满足黄河至长江流域非采暖区的冬季采暖需求，及国内外春秋过度季节采暖，无须另设铺助采暖装置。同时满足全国包括南方或酷热天气的致凉需求。可节省占建安造价约12％的空调设备投资。

15、该阳光空调装置是分体构造的部品或产品，与其安装的支撑载体不发生直接的内在构造连结，是经预先设计的、单体的、后期安装的、可于工厂化批量生产的器件或装置，其配装施工或维修便利。

16、配套该空调装置后的太阳能建筑工程增资率，概算约为传统工程建安造价的7％，回收期约四年；大大优于已知被动太阳房(按多层载体楼房换算)系统11～20％的指标。

17、设计了一种能够配置为被动太阳能空调系统的高科技计算机自动监控装置，护展成更为广义的智能化节能建筑或智能化太阳能建筑空调系统。

附图说明：

一种幕墙窗结构及全日照阳光空调附图如下：图1，无遮阳S形鼓肚全包窗示意图；图2，无遮阳S形鼓肚斜包窗示意图；图3，无遮阳S形鼓肚全包台示意图；图4，玻璃幕式全包窗立面示意图；图5，光热集存部品立面示意图；图6，光热集存部品横截面示意图；图7，智能化程控装置示意框图。

实施例说明：

一种幕墙窗结构及全日照阳光空调，主要由无遮阳鼓肚窗或阳台窗与一体接合施工的柱、梁、板、围栏等组成的支撑载体结构，以及与其安装配套的太阳能光热转换装置等构成的空调系统组成。附图1-7是其结构、装置、功能系统示意图。

该载体窗结构实施例如图1至图4，图2是可以丰富立面造型的鼓肚斜包载体窗户。图中的立面梁或分室梁1，与地板2、鼓肚围栏3、反弯弧窗口5、窗台4、分室围栏结构或端面6、立柱10整体浇注连接，并于鼓肚围栏内侧辅助设置弧形加强筋，近窗家具仿形设计。窗芯及玻璃7按装在窗口之内，窗芯两侧附靠在分室围栏6及其相连接的隔壁结构或其端面两侧15。8是装于外窗上部的可调风洞口或换气活动扇，17为外窗的可开启扇。11为门带窗透明温室隔断，12、13分别为室内温室空间隔断窗的上、下循环洞口，16为分室围栏浇注体底部预设的向室外开口的辅助新空气循环洞口。太阳能空调集存系统9、以及温室隔断窗11，该二项装置与幕墙窗配套安装产生特定功能但不存在直接结构联系，按太阳能空调设计要求预埋装配铁件；支撑载体施工时，系统的该二项空调装置可以免装或计划主体竣工后安装。

光热集存转换空调系统如附图5～7。在梁与窗台表面预埋铁件并固定上下支架25、26。在上下支架对应的钻孔或轴承圈座中装挂可旋转180度角的热帘管23。每组热帘管是由排管相邻外壁间距16毫米、管外壁直径16毫米、管壁厚1.0毫米、排管两端围弯并钻孔平行焊接在一起的铜管构成。

在每3根一组的单元排管部件的组合平面一侧即背阳侧，用导热粘合剂粘附轧弧的吸热铜板24。板的向光侧连同排管均涂紫红选择性涂膜，板的背阳侧即室内侧涂乳白涂层。每组的中心管两端做成转轴结构，两侧管分别在上、下端对角线位置钻孔焊接管咀，再用软管分别与上、下循环干管27、20联接；如此多组并联。上下循环干管又接入无遮光贮热器22，并组合连接置于载体窗上部围栏内凹反弯窗口下的辅助无遮光贮热器21。23为热帘管实际安装位置和放大的结构示意。18为内隔壁，19是阳台门洞口。螺旋板式喷淋喷雾自动调节辅助降温处理器，一般安装在载体建筑背阳立面窗的上部洞口处。

在光热集存部品内充满冰点下降、比热容较高的内循环防冻溶液。系统在高温天气是开路循环，由背阳面窗口吸入的空气，经过辅助降温处理器时预先被调温、调湿或调速处理，然后呈强化致凉效果的加速风状态流经室内，替代或大大减小传统装置的致凉冷负荷。寒冷天气则是闭路循环。其辅助新空气补充循环管口16，主要起室内空气有害成份含量梯度自动调节的辅助换气作用。

智能化程控装置如附图7，对被动式太阳能空调系统的温度、湿度、换气、房间照度四个目标参数编程存储，结合社区监控、互联网络等系统进行综合布线；通过操作键盘和输入电路进行多方位综合监控。当敏感元件或存储参数给出模拟、数字或状态量之后，通过微机计算、转换、放大执行信号，指令PLC程控器对风洞口或热帘管开度、辅助降温处理器执行操作。在阳光空调系统即时或贮备的大容量致冷负荷范围内，可达到最佳致凉的目标参数控制。

还可依据本申请的发明思想，对上述特定方案或实施例做出多种修改或等效替换，但都不超出本发明的精神和范围。

Claims (11)

1、一种幕墙窗结构及全日照阳光空调，是由窗或阳台窗结构接合建筑柱、梁、板、及其围护、栏板、窗芯构成的支撑载体、安装结构及与其安装、配套运行的光热集贮转换装置组成的被动式太阳房或太阳能采暖致凉空调系统，其特征在于：载体建筑外立面窗户或阳台窗户的窗台以下的围栏或地板，采用向外同时向上弧形斜挑的外鼓肚围栏结构，其鼓肚围栏的上部连接一段向外反弯伸出的、构成窗芯下部平口的支撑载体结构；在斜挑鼓肚围栏上部连接反弯外伸的窗户平口与其分室截面处的围栏或隔壁围合成窗口平面；于斜挑鼓肚围栏的分室截面处的围栏或隔壁结构底部，顶留通向室外的洞口；安装于鼓肚围栏窗户或阳台窗户玻璃内侧的、采光或集热开度可调的内循环热帘管光热收集器部品；内循环储热器部品是安装于无遮光影响的鼓肚围栏窗户或阳台窗户的内侧；配置成被动式太阳能空调系统的、其风速、风温或风湿度可调的辅助降温处理器；其开度根据暖通空调目标参数自动调节的被动太阳能空调系统各循环风洞口装置；对被动太阳能空调系统的目标参数进行处理调控以及兼容外部局域网络信息并实现终端监控的智能化程控装置；与其支撑装配的建安工程载体不存在整体构造连结的、外部工厂化单体加工的太阳能光热集贮装置构成的被动采暖、通风或空调系统。

2、根据权利要求1所述幕墙窗结构及全日照阳光空调，其特征在于所述的鼓肚围栏结构，是自载体建筑立面处的地板或梁结构的外侧面开始向外同时向上弧形斜挑、形成弧形外鼓肚围栏部分，并于其围栏外凸弧形部分上部吻接向外反弯弧的上沿平口，该平口与其分室截面的围栏或隔壁前沿侧面围合成窗口平面。

3、根据权利要求1所述幕墙窗结构及全日照阳光空调，其特征在于所述鼓肚围栏上沿平口形成的窗口，是在上层或下层均较其立面梁、柱前移的垂直窗口或阳台窗口平面，其上下层窗口重合在一个平面上、窗芯及其玻璃垂直安装、构成鼓肚围栏隐于窗芯及其玻璃内侧、具有除支撑载体的窗口结构端面之外的全部立面面积采光的无遮阳S形鼓肚全包幕墙窗户；或在上层、下层均较立面梁柱前移的倾斜窗口或阳台窗口平面，其上下层窗口平行但不重合在一个平面上、每个窗口平面的上部向室内倾斜一定角度、以同样倾斜角度安装于倾斜窗口的窗芯和玻璃即不遮盖其上部的围栏、构成S形鼓肚围栏显露于外部的无遮阳S形鼓肚围栏斜包窗。

4、根据权利要求1所述幕墙窗结构及全日照阳光空调，其特征在于所述的斜挑鼓肚围栏结构，是在分室处由分室围栏与立柱、横梁、地板连结为一体。

5、根据权利要求1所述幕墙窗结构及全日照阳光空调，其特征在于所述空调的光热集贮部品中的内循环热帘管装置，是由可转动角度的热帘管组合连接的、管内循环集热流体的多组垂直排管组成。

6、根据权利要求1所述幕墙窗结构及全日照阳光空调，其特征在于所述空调的每组内循环热帘管装置，是由多根两端并联接通的铜管部件焊接组合而成。

7、根据权利要求1所述幕墙窗结构及全日照阳光空调，其每组热帘管的中心管两端设有转动部件、其外侧管两端在对角线位置焊有与上下循环干管的分支软管接通的管嘴。

8、根据权利要求1所述幕墙窗结构及全日照阳光空调，其特征在于所述空调的无遮光贮热器，是装置于窗台下不遮光的外凸弧形鼓肚围栏内侧，或其中组合连接的辅助贮热器部分是装置于窗口上部不遮光的上层围栏反弯外伸窗口部分下侧。

9、根据权利要求1所述的幕墙窗结构及全日照阳光空调，其特征在于所述空调的辅助降温处理器，是系统内设置了一组螺旋板换热器部件，它可进行风量或风速调节，通过自身喷淋或喷雾进行空气调温或调湿。

10、根据权利要求1所述幕墙窗结构及全日照阳光空调，其特征在于所述的智能化太阳能空调装置，是通过装置的计算机接口电路输入小区安监系统信息、或互联网络信息、或其它系统信息、或单独输入室内温度、湿度、新空气补充、热帘管或各风门开度信息而实施监视或操作执行的智能化被动太阳能空调系统的监控装置。

11、根据权利要求1所述幕墙窗结构及全日照阳光空调，其特征在于所述的与载体建筑安装配套运行的光热集贮部品是另行加工的分体结构，其与载体建筑的常规建安工程不发生建筑结构一体连系，是后续的配套安装项目；或可根据需要将现有建筑立面围栏或窗口改造，以便配备安装工厂化预生产的鼓肚围栏窗户部品。

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