CN1395016A - 一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑 - Google Patents

Abstract

涉及一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑，属“墙改、窗改、热改”系统创新节能建筑与绿色能源利用领域。现窗下层遮阳，窗地面积比小，节能率低，二次装修留余地；太阳房热效低、高楼不宜、外观差、增资高。发明斜挑无遮阳围栏全立面采光幕墙窗户，旋转热帘管、无遮挡贮热器、智能程控太阳房。窗户采光率增1倍，绿色能源使用率超过生态住宅标准，节能率＞50％。满足国内外过渡季、温带冬季采暖，空调低于32.5℃人体热适温度。

Description

一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑

发明领域：

本发明涉及“墙改、窗改、热改”系统创新节能建筑和新能源利用；特别是涉及供应量大面广的高质量采光换气、同时具有绿色能源采暖致凉功能的绿色生态住宅。

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、外平和桃芯窗。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》。但不论何种窗结构均有两个共同点：一是窗下与室内地板基本在同一个水平方向相连或挑出，二是窗台下围护与地板基本是垂直结合，三是窗下围护或阳台栏板外露。

房间配套阳台，有全挑、半挑、内退式，其阳台地板也是连接房间地板直接向外水平悬挑伸出，或被悬挑“牛腿梁”承托外伸。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。不论何种普通窗或阳台，其向外平挑的地板结构，均对下层室内产生遮光压抑的弊病。而且包窗阳台夏天闷热，不包窗阳台冬天遮阳阴冷。普通包窗阳台的隐性危害，是阻碍换气，内滞空气影响人体。再是服务阳台作厨房，污染北向房间。生活阳台堆杂物伸杆晾晒、拍抖灰尘，严重影响城市景观和邻里关系。

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。

另一种是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”。集热墙围护，特点是窗户做成幕墙开启扇，窗口封收。

再是英、德国家一类幕墙结构如《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挡住了全部热和光，无法自然采光。另外室内空气无法热力循环，使非绝热体建筑形成蒸笼。

至于屋顶及其窗户，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。

综合已有的窗户和太阳房的不足：一是采光和集热产生矛盾，故热效率低。二是外挑窗或阳台对下层遮光压抑。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。关于智能化控制应用于被动太阳房未见报道。

发明概要：

本发明的目的：创新一种实用的全幅度立面窗户和阳台结构，优化窗的采光换气质量，增加室内面积和空间，消除纯悬挑结构的安全隐患，消除对下层的遮光压抑感。避免了装修潮影响城市景观和对有色金属的浪费。它在增加窗户采光面积一倍的同时，使建筑形象得到根本变革。

本发明总构思的另一个重要目的，是在上述立面窗户的基础上，再发明一项智能化配套的阳光空调系统。主要设计指标是：夏日致凉室温不高于人体临界热适温度32.5℃，比环境温度或对比室温降低5℃以上，温控昼夜差±2℃。冬日采暖室温(北纬37.5°计)，比环境温度和对比室温分别提高10℃、7℃，建安增资率低于7％，增资回收期少于4年。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，占国家总面积的70％。愈在夏日气温36℃以上、冬短夏长的南方酷热环境，本发明愈能有效提供致凉冷量，发明一种系统创新的、高层次全天候太阳能空调技术。

实现本发明的技术方案：一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑，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)，于室内地板和梁平面开始，改为向外同时向上弧形斜挑的凸肚形围栏。在围栏上部，向外过渡吻接一段反弯弧窗口平台，该平台构成新的前位窗口平面，连同窗芯玻璃，即形成围栏凸肚部分隐后的全立面范围玻璃幕式窗结构。另于凸肚围栏内侧约桌面高度，一体建成水平窗台板结构。

该立面窗户分室处，其弧形斜挑围栏由垂直分户围栏与前排立柱、地板一体连接。斜挑围栏新窗口离开立面横梁的距离，根据设计要求确定。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。围栏窗口前移之后，不但增加了室内面积和空间，而且围栏无遮阳，同时窗芯面积大增，占有几近全部立面，如玻璃幕全包窗立面正视附图4。在全包窗上部凸肚围栏外表面，与占一半外窗面积的窗玻璃之间，围合成一个窗上热动力温室空间，或称热烟囱或热陷阱。另对于幕墙的光污染付作用，同样可对窗玻璃表面做常规技术处理消除影响。

属于本发明总构思方案的另一项发明，即在无遮阳凸肚全包窗(及阳台)或现有窗户基础上，设置或加装光热集存部品(如附图5、附图6)、辅助降温器、可调风洞口、室内窗等光热转换系统。光热集存部品是在外窗玻内侧，支挂可微调开度的百页挂帘式组合旋转集热排管(简称热帘管)，各组旋转热帘管的上、下端部用软性联接与上下循环管及放置窗口两侧的贮热器联通。在光热集存部品中充入流体介质，便构成一台特种太阳能集热器。智能化程控装置如实施例附图7。该装置可单独或联网设置，自动、遥控或手动转换。其电路构成的智能计算系统、各外围电路接口、综合布线，均按宽带网络接入技术设置。可通过预设的上位机接口电路与微机终端联接，还可以接入互联网络系统、小区安监系统、其它监控系统。创造出更广义的太阳能建筑智能化系统。

该发明广泛适用于多层、小高层、高层建筑，也适用于低层或平房建筑。宜于采用钢混框架结构或钢结构，同时适应于高层建筑的框剪、简筒结构，还适应于多层建筑的圈梁构造柱砖混结构，以及竹木结构等。又可根据需要，在现有建筑技改维修时，结合改装外加工的该发明无遮阳围栏部品，或加装该发明阳光空调系统。其中阳光空调系统与建筑载体的建安工程是分体结构，无直接结构连接。对比已有技术的有益效果：

1、无遮阳斜挑凸肚全包窗，使建筑立面的采光面积增加一倍以上。

2、该窗结构使室内的近窗及深部空间的采光均匀性即采光质量提高。

3、该窗结构对楼房下一层住户不产生遮光压抑感。

4、该窗和阳台结构约分别扩大了3.8％和16.9％的室内有效面积，以及增加13.6％和24.8％的室内物理空间。

5、该窗即使对比普通全落地窗，不但保留安全围栏，且仍至少增加横梁、上框立面所占13％的采光面积。

6、该发明窗户提供了一种顺应住户空间扩张欲望的成品建筑，可避免二次装修的污染和浪费。

7、增加约一半窗面积的窗上位热动力温室空间，其空间内的热浮力作用，使房间产生微风空调效果。

8、该发明建筑窗户节能特性优良。简要机理：利用全立面采光窗调整热屏蔽作用，利用窗上位热陷阱的热引流作用，以及撤消外围护墙起到协调建筑热滞后作用，有效改善了冬夏季的白日室温及昼夜温差指标。即达到有效降低建筑空调热负荷的全天候节能作用。

9、斜挑凸肚围栏与梁、地板、立面柱一体连结施工，设置围栏加强筋，比现有悬臂结构窗户或阳台，具有更可靠的安全保证。

10、该窗在外观上富于欧式造型曲线，或酷似豪华气派玻璃幕墙饰面，具有突出的特点。

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；充填的流体介质热容是传统材料的2倍，介质循环效率高；采热窗口面积是传统窗口的2倍。所以系统的热工指标比已有建筑至少提高一倍。

12、光热集存部品中内循环流体介质的容重，是已知应用材料的一半，而且介质材料易得。同时贮热体的放置位置较灵活而无遮挡，突破了高层建筑应用的难题，具有显著的进步。

13、旋转热帘管在室内需要最大遮阳时，仍可提供不少于20％窗口面积的采光通量，提供非眩光均匀自然照明。该装置的功能互益协调作用，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，及国内外春秋过渡季节采暖，无须另设辅助采暖装置。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、该阳光空调系统是分体结构，与建筑的土建安装工程载体不发生直接的内在结构连接，主要是后按装工程，可工厂化批量生产，维修便利。

16、概算增资率约为楼房建安造价的7％，回收期四年，大大优于已知(换算楼房)系统11～20％的统计指标。

17、设计了一种用于被动太阳能空调建筑的高科技智能程控装置，扩展了更为广义的智能化系统。

18、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旋律美，比已知建筑外观有显著进步。

附图说明：

一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑实施例，附图如下：图1，无遮阳凸肚全包窗示意图；图2，无遮阳凸肚斜包窗示意图；图3，无遮阳凸肚全包台示意图；图4，玻璃幕式全包窗立面正视示意图；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：

一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑，主要由钢混框架结构的梁、柱、板、梯、门、窗、围护墙、隔壁墙、栏板、光热转换装置等组成。附图1～7是其结构、装置、系统示意图。

该发明的无遮阳全立面采光窗户实施例如图1至图4结构示意图，其中图2为要求立面变化丰富造型设计的凸肚斜包窗户。图中的立面梁或分室梁1，与地板2、凸肚围栏3、反弯弧窗口5、窗台4、分室围栏6、立柱10，整体浇注连接，并于凸肚围栏内侧设置折线或弧形加强筋。外窗芯及玻璃7，按装在相邻窗口之间，窗芯两侧附靠在分室围栏6及其相连接的隔壁15前端。8是装于外窗上部的风洞口或换气窗，17为外窗活动扇。11为带门室内窗，12、13分别为室内窗的上、下循环窗口，16为分室围栏浇柱体底部预埋的向外开口的辅助空气循环管口。9表示太阳能空调系统，以及室内窗11，此二项与该发明窗户不存在直接结构联系，可据情免装或后装。

该发明智能化光热转换系统如附图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中装挂可旋转180度的热帘管23。每组热帘管由外壁间距16毫米、直径16毫米、壁厚1.0毫米的铜管两端围弯钻孔焊接而成。

在每3根一组排管平面的一侧，粘附轧弧吸热铜板24。板的向光侧连同排管涂紫红导热选择性涂膜，内侧涂乳白涂层。每组热帘管中间一根的两端做成转轴结构，两侧管分别在上、下端对角线位置开孔并外接管咀，再用软管分别与上循环管27、下循环管20多组并联联接，循环管又接入无遮挡贮热器22。23为热帘管实际安装位置和放大的结构示意。21示意组合连接的、置于窗上凸肚围栏处的理想无遮挡贮热器位置。18为内隔壁，19是阳台门洞口。另外螺旋板可调风量喷淋喷雾辅助降温器安装在相对立面窗上部洞口处。

在光热集存部品内充满冰点下降、热容升高的内循环防冻溶液。在高温天气，由对面窗口吸入的空气，经过辅助降温器时预先被降温和调湿、调速，然后呈微风状态流经室内，进一步降低致凉热负荷。辅助换气管口16主要起空气有害成份含量梯度调节和辅助换气作用。

智能化程控装置如附图7，对被动式太阳能空调的温度、湿度、亮度、换气四个目标参数编程存储，结合社区监控、宽带互联网络进行综合布线，通过操作盘和输入电路进行指令设置。当敏感元件或存储程序给出模拟、数字、状态量之后，通过微机计算、转换、放大执行信号，再通过PLC程控器对风洞口、热帘管、辅助降温器执行操作。在空调系统允许的热负荷范围内，可达到最佳目标参数控制。

还可依据本发明的思想，对上述特定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、一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑，是由建筑结构的柱、梁、板、窗户，及其立面围护墙、阳台栏板、太阳能建筑的光热转换装置为主组成，其特征在于：建筑外立面窗户和阳台窗户以下的围栏和地板，采用向外同时向上斜挑的凸肚围栏结构；由斜挑凸肚围栏前沿平台构成的窗口平面及其装配的窗芯玻璃形成立面采光窗户；于斜挑凸肚围栏两侧的分室围栏底部预留辅助循环管口；对要求太阳能空调的建筑，外窗内侧设置由可调内循环热帘管和无遮挡贮热器构成的光热集存部品；由室内窗、窗上凸肚围栏与全包外窗围合的热动力温室空间；被动式系统吸入风量可调节、并可调温调湿的辅助降温器；可以微调开度的被动太阳光热转换系统风洞口；对被动太阳能空调目标参数进行调控或外接宽带网络的智能化程控装置；光热转换系统与常规建安工程是分体结构；一种墙、窗及集、贮热结构系统创新的阳光空调节能建筑。

2、根据权利要求1所述的一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑，其特征在于所述建筑的凸肚围栏结构，是于原窗口下部地板和梁平面开始，构成向外同时向上斜挑的弧形凸肚围栏结构，其斜挑结构的反弯弧形上沿，即形成围栏凸肚部分隐后、具有全立面范围的前移围栏窗口平台。

3、根据权利要求1或2，所述的一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑，其特征在于所述建筑的凸肚围栏采光窗户，是在上、下层对应前移的窗口平台之间，全面积垂直安装窗芯玻璃，构成玻璃幕式全包窗户或阳台；或其安装的窗芯玻璃上部向内倾斜角度，窗上部的凸肚围栏向外露出，形成丰富立面造型的无遮阳凸肚斜包窗。

4、根据权利要求1或2所述的一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑，其特征在于所述建筑的斜挑凸肚围栏结构，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所述的一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑，其特征在于所述建筑的光热集存部品中的内循环热帘管，是由可转动角度的百页帘式组合联接内循环集热流体的排管组成。

6、根据权利要求1或5所述的一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑，其特征在于所述建筑所装的单组热帘管，是相互留有间隙的、两端并联接通的多根平行排管。

7、根据权利要求1或5所述的一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑，其特征在于所述建筑所装的单组热帘管，其多根平行排管中心管两端设有转动部件，两侧管两端对角线位置装有与部品的上、下循环管分支软管接通的管咀。

8、根据权力要求1所述的一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑，其特征在于所述建筑的光热集存部品所装的无遮挡贮热器，是安放于外窗内两侧位置，其中组合连接的一部分贮热器，置于窗上部无遮挡的凸肚围栏处。

9、根据权力要求1所述的一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑，其特征在于所述建筑的智能化程控装置，可通过相应接口电路接入小区安监系统，或接入互联网络，或接入其它监控系统，或自成独立应用系统，或多系统接入共用。

10、根据权力要求1所述的一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑，其特征在于所述建筑的辅助降温器，是系统内设置了一种螺旋板换热装置，它可进行风量或风压调节，通过自身喷淋或喷雾进行空气调温或调湿。

11、根据权力要求1所述的一种全立面采光窗户及智能化全天候太阳能建筑，其特征在于所述建筑设置的光热集存部品是分体结构，其与载体建筑的常规建安工程不发生直接结构连接，是后续安装项目；还可根据需要将现有建筑

立面围栏和窗户改造，配备改装另外加工成型的本发明围栏部品。

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