CN203785285U - 用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，其无需热水、蒸汽等额外热媒资源，利用荧光反射将太阳能转换为红外线形式对聚光器内空气加热，增大聚光器内外温差，达到增大建筑通风井内外热压的目的，从而促进建筑室内外气流流动，加大建筑通风井的通风，其对太阳入射光的角度没有任何限制，无需进行光线追踪，使用方便，能够有效地收集太阳散射辐射，聚光效率高，且对于建筑通风井的构造也没有限制，可根据建筑风格进行外观设计，还可以在外金属框架增设延伸板，实现绿化屋顶等。本实用新型太阳能辅助通风聚光器，能够有效解决现有技术中建筑通风井通风效果较弱、在不利天气条件下通风井存在气流倒灌现象等缺陷，应用前景广阔。

Description

用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器

技术领域

本实用新型涉及室内通风空调技术领域，具体涉及一种用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器。

背景技术

大型建筑内区、乡村住宅或厂房等特殊建筑，在自然通风状态下，由于通风条件差，内部人员、设备等散热量聚积，建筑导致室内温度过高，或在过渡季节室外温度低于室内，可以通过在建筑顶部设置通风井，利用空气热压从通风井排除室内热空气，从而促进室外冷空气进入室内，形成通风，不仅可以改善室内热湿环境，而且可提高室内空气品质。但现有的建筑通风井仅依靠室内环境产生的室内外热压形成通风条件，通风能力较弱，并且室外强风等不利天气条件下，还容易产生气流倒灌的现象，影响建筑室内的通风换热效果，难以满足室内通风需求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，其通过聚集和吸收太阳能增大聚光器内外温差，达到增大建筑通风井内外热压的目的，从而促进建筑室内外气流流动，加大建筑通风井的通风，以解决现有技术中建筑通风井通风效果较弱、在不利天气条件下通风井存在气流倒灌现象等缺陷。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术手段：

一种用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，包括聚光器框架和球冠状的玻璃罩；所述聚光器框架具有一呈竖向设置的圆筒状的连接部，以及由所述连接部下边缘向下延伸且口径逐渐减小的呈漏斗状的安装支撑部；聚光器框架位于连接部的侧壁上设有百叶出风口，聚光器框架位于安装支撑部下部的外壁上还设置有用于固定安装在建筑通风井上的固定支架，且聚光器框架位于连接部和安装支撑部的内壁上铺设有红外荧光材料层；所述玻璃罩通过其球冠底边相衔接地安装在聚光器框架的连接部上边缘，使得玻璃罩和聚光器框架围合形成一聚光通风腔体，聚光器框架位于安装支撑部底部的开口作为所述聚光通风腔体的通风入口，聚光器框架位于连接部的百叶出风口作为所述聚光通风腔体的通风出口。

上述用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器中，作为一种优化技术方案，所述玻璃罩为由Low-e玻璃制成的双层玻璃壁结构，两层玻璃壁之间间隔有空气层。

上述用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器中，作为一种优化技术方案，所述聚光器框架的连接部和安装支撑部的侧壁为由硬质金属材料制成的双层金属壁结构，两层金属壁之间填充有保温材料层，其中内层金属壁的内壁上铺设有红外荧光材料层。

上述用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器中，作为一种优化技术方案，所述所述聚光器框架的连接部和安装支撑部的侧壁的内层金属材料与其内壁上铺设的红外荧光材料层之间，还夹设有一银膜层。

上述用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器中，作为一种优化技术方案，所述红外荧光材料层被可见光激发反射的荧光波长为1.5～3.0μm。

上述用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器中，作为一种优化技术方案，所述聚光器框架位于连接部的百叶出风口沿所述连接部侧壁的周向均匀分布设置有多个，且每个百叶出风口在所述连接部侧壁的周向上所占弧度为45°～90°。

上述用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器中，作为一种优化技术方案，所述聚光器框架位于连接部的百叶出风口的叶片为横向设置，且叶片自内而外地向下倾斜；所述叶片朝向聚光通风腔体内的一侧涂覆有银膜，叶片朝向聚光通风腔体外的一侧涂覆有黑色材料。

上述用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器中，作为一种优化技术方案，所述聚光器框架位于安装支撑部下部外壁上的固定支架，由从安装支撑部下部外壁向外延伸的筋板以及横向地固定设置于所述筋板的底部的安装板构成，所述安装板上具有安装通孔。

相比于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，无需热水、蒸汽等额外热媒资源，利用荧光反射将太阳能转换为红外线形式对聚光器内空气加热，增大聚光器内外温差，达到增大建筑通风井内外热压的目的，从而促进建筑室内外气流流动，加大建筑通风井的通风，能够有效解决现有技术中建筑通风井通风效果较弱、在不利天气条件下通风井存在气流倒灌现象等缺陷。

2、本实用新型用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，其并非利用简单的几何光学聚光原理实现聚光，而是通过荧光反射将太阳能转换为红外线形式对聚光器内空气加热，因此对太阳入射光的角度没有任何限制，即无需进行光线追踪，使用更方便，并且能够有效地收集太阳散射辐射，聚光效率高。

3、本实用新型用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，对于建筑通风井的构造没有限制，并且其通风辅助聚光均在聚光器内部完成，对聚光器外观没有影响，因此其外观可根据建筑风格进行外观设计，还可以在外金属框架增设延伸板，可种植花卉，实现绿化屋顶等，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1为本实用新型用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器一种具体实施方式的结构示意图。

图2为Low-e玻璃对不同波长光波的透射率和反射率曲线图。

图3为本实用新型实施案例中单层建筑的构造及尺寸图。

图4为本实用新型实施案例中单层建筑的通风井上加装本实用新型太阳能辅助通风聚光器之后的构造及尺寸图。

图5为本实用新型实施案例中所采用的太阳能辅助通风聚光器的结构正视图。

图6为本实用新型实施案例中所采用的太阳能辅助通风聚光器的结构俯视图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，其并非利用简单的几何光学聚光原理实现聚光，而是通过荧光反射将太阳能转换为红外线形式对聚光器内空气加热，以增大聚光器内外温差，达到增大建筑通风井内外热压的目的，从而促进建筑室内外气流流动，加大建筑通风井的通风。

图1示出了本实用新型用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器的一种具体实施结构的示意图，其主要由聚光器框架10和球冠状的玻璃罩20构成。其聚光器框架20具有一呈竖向设置的圆筒状的连接部21，以及由所述连接部21下边缘向下延伸且口径逐渐减小的呈漏斗状的安装支撑部22；聚光器框架位于连接部21的侧壁上设有百叶出风口23，聚光器框架位于安装支撑部22下部的外壁上还设置有用于固定安装在建筑通风井上的固定支架24，且聚光器框架20位于连接部和安装支撑部的内壁上铺设有红外荧光材料层。玻璃罩10通过其球冠底边相衔接地安装在聚光器框架20的连接部上边缘，使得玻璃罩10和聚光器框架20围合形成一聚光通风腔体，聚光器框架20位于安装支撑部底部的开口作为所述聚光通风腔体的通风入口，聚光器框架20位于连接部的百叶出风口作为所述聚光通风腔体的通风出口。

本实用新型用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，其玻璃罩采用球冠状，使得太阳光可以从各个不同角度照射进入聚光器内部的聚光通风腔体内；而其聚光器框架的位于连接部和安装支撑部的内壁上之所以铺设红外荧光材料层，是为了使得红外荧光材料层能够将照射进入聚光器内的太阳光激发反射为红外光，以形成红外辐射直接对空气进行加热，以增大聚光器内外温差；聚光器框架的连接部呈圆筒状，使得从不同方向入射到聚光器框架连接部内壁上的太阳光所激发的红外光能够尽可能地被反射聚集到聚光通风腔体的中央，同时聚光器框架的安装支撑部呈漏斗状，使得聚光通风腔体整个下半部内壁的荧光反射方向都倾斜向上，促使聚光通风腔体中入射到下半部侧壁上的太阳光激发产生的红外光、以及由上而下散射到下半部的红外光，都尽可能地被反射回到聚光通风腔体的中、上方，从而在聚光器的聚光通风腔体内产生由红外光反复反射而形成的红外热辐射场，加热聚光通风腔体内的空气。本实用新型的太阳能辅助通风聚光器，能够通过其聚光器框架位下部的固定支架直接安装在建筑通风井上，建筑室内的空气经由通风进后，从聚光器底部的通风入口进入聚光通风腔体内，经过红外加热后，聚光通风腔体内的空气温度相对于室外空气的温差增加，在较大的内外热压作用下，增加热空气从聚光器作为通风出口的百叶出风口留出的动力，从而促进室内外空气流动，增加建筑室内的自然通风量。

本实用新型太阳能辅助通风聚光器还能够通过一些结构上的优化，进一步的增强聚光效率，帮助更好的增加内外热压、促进室内外空气流动。

例如，作为优化方案之一，本实用新型太阳能辅助通风聚光器的玻璃罩可以采用由Low-e玻璃制成的双层玻璃壁结构，两层玻璃壁之间间隔有空气层。Low-e玻璃是一种选择性反射玻璃材料，对可见光具有较高的透射率，同时对红外线具有较高的反射率，其对不同波长光波的透射率和反射率曲线见图2。玻璃罩采用Low-e玻璃，可以使得太阳光中的可见光从玻璃罩照射进入聚光器内的聚光通风腔体后，其激发红外荧光材料层反射产生的红外光在聚光通风腔体内加热经由建筑通风井进入的空气，同时太阳能辅助通风聚光器顶部的Low-e玻璃罩能反射聚光通风腔体中向上散射的红外光，防止红外光向外窜逃，从而提高对内部空气的加热聚光效率；而双层玻璃壁之间间隔的空气层，可以起到保温的作用，减少聚光器内红外光辐射热能向外散失。

作为另一方面的优化方案，本实用新型的太阳能辅助通风聚光器中，其聚光器框架的连接部和安装支撑部的侧壁优选采用由硬质金属材料制成的双层金属壁结构，两层金属壁之间填充有保温材料层，其中内层金属壁的内壁上铺设红外荧光材料层。由于使用状态中的聚光器整体是曝露于室外，为了较好的保证聚光器的机械强度和耐用性，其聚光器框架的主体部分(即连接部和安装支撑部)优选采用硬质金属材料制成，例如铜、钢等常用金属材质；同时，由于单纯的金属材质导热性能较高，不利于保温，因此可通过双层金属壁结构、在两层金属壁之间填充有保温材料层的方式，增强聚光器框架的连接部和安装支撑部侧壁的保温性能，减少聚光器内部热能的损失。内层金属壁的内壁上铺设的红外荧光材料层，可以是仅由红外荧光材料铺设形成的单层结构，也可以是红外荧光材料与透明材料进行层叠加形成的多层结构(例如，铺设一层红外荧光材料后再在表面铺设一层透明材料；或者，先铺设一层透明材料，然后叠加一层红外荧光材料，再叠加一层透明材料)，以利用透明材料对红外荧光材料加以保护。红外荧光材料是可以从目前市面上购买到成熟技术产品，其被可见光照射会激发反射红外光波长的荧光，但不同的红外荧光材料，其对可见光的吸收利用率也存在差异。而红外荧光材料层根据其所选用红外荧光材料的不同，有部分可见光在照射到红外荧光材料层时可能未被吸收激发为红外光，而是直接透射过红外荧光材料层；为此，在聚光器框架的连接部和安装支撑部的侧壁的内层金属材料与其内壁上铺设的红外荧光材料层之间，还可以夹设一银膜层，使得透射过红外荧光材料层的部分可见光能够被银膜反射回红外荧光材料层上再次吸收激发产生红外光，从而进一步增强对太阳可见光的利用率。此外，不同的红外荧光材料，其被可见光激发反射的荧光波长也不尽相同。而作为进一步的优选，聚光器框架位于连接部和安装支撑部的内壁上所铺设的荧光材料红外荧光材料层，其优选采用被可见光激发反射的荧光波长为1.5～3.0μm的红外荧光材料；因为1.5～3μm为近、中红外光波长，相对于远红外光而言，近、中红外光对空气的热辐射加热效能更高，使得荧光材料红外荧光材料层能够将照射进入聚光器内的太阳光激发反射为近、中红外光，从而更加高效地对聚光器内的空气进行加热；并且Low-e玻璃对于1.5～3μm的近、中红外光的反射率也较高，因此能够更好的与采用Low-e玻璃的玻璃罩配合，在聚光器内形成近、中红外辐射场，提高对内部空气的加热聚光效率。

为了更好的保证太阳能辅助通风聚光器的气流通畅，其聚光器框架位于连接部的百叶出风口，可以沿述连接部侧壁的周向均匀分布设置多个，且每个百叶出风口在所述连接部侧壁的周向上所占弧度最好在45°～90°之间(与百叶出风口的设置数量相适应，百叶出风口数量越少，则每个百叶出风口在周向上所占的弧度相适应地越大)，有利于保证聚光通风腔体能够具备足够的通风出风量，且在周向的多个方向上实现均衡出风。而百叶出风口的叶片最好为横向设置，且叶片自内而外地向下倾斜，这样既可排出热空气又可防止雨水进入建筑通风井；同时，百叶出风口的叶片朝向聚光通风腔体内的一侧可以涂覆银膜，以将散射到上面的红外线反射回聚光通风腔体内，而叶片朝向聚光通风腔体外的一侧可以涂覆黑色材料，增加对太阳光的吸热作用。

在安装使用的可靠、便利性方面，为了使得太阳能辅助通风聚光器便于安装，且能够形成足够的支撑力，聚光器框架位于安装支撑部下部外壁上的固定支架，其具体结构可以由从安装支撑部下部外壁向外延伸的筋板以及横向地固定设置于所述筋板的底部的安装板构成，且安装板上设置有安装通孔；此结构的固定支架既有利于节省材料，同时可以使用螺栓等固定件通过安装板上的安装通孔固定安装到建筑通风井上，安装方便，并且从安装支撑部下部外壁向外延伸的筋板也能够为聚光器提供足够的支撑力，安装固定比较牢固可靠。

此外，本实用新型用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，对于建筑通风井的构造没有限制，并且其通风辅助聚光均在聚光器内部完成，对聚光器外观没有影响，因此其外观可根据建筑风格进行外观设计，如外金属罩采用雕镂花纹等，还可以在外金属框架增设延伸板，可种植花卉，实现绿化屋顶等，应用非常广泛。

下面通过对具体实施案例的通风情况加以计算评估，来更加直观的体现部分实用新型太阳能辅助通风聚光器对于增进建筑室内通风的效果。

实施案例：

本实施案例对一栋单层建筑，分别计算其使用一般的通风井以及在通风井上加装本实用新型太阳能辅助通风聚光器时，其通过热压作用形成的室内外通风换气量，并转化换算为每小时室内换气次数，通过比对两种通风方式的室内换气次数来验证本实用新型太阳能辅助通风聚光器对建筑室内通风的辅助效果。本实施案例作为测试对象的单层建筑如图3所示(使用一般的通风井)，其室内空气温度为30℃，室外空气温度为27℃。

测试一：对该单层建筑仅使用通风井的室内外通风换气量进行计算。

该计算过程中，将单层建筑的气流入口标记为断面1，将单层建筑通风井的进风口处标记为断面2，将单层建筑通风井的出风口处标记为断面3。具体计算如下。

$\mathrm{\ρ}={\mathrm{\ρ}}_0\×\frac{273}{273+t}\×\frac{P}{1.013};$ (式1)

在式1中：

ρ—温度为t时的空气密度，单位kg/m³；

ρ₀—温度为0℃、压强为0.1013MPa时的空气密度，ρ₀＝1.293kg/m³；

P—绝对压强，单位MPa。

由式1可得室外空气密度ρ₁＝1.177kg/m³，室内空气密度ρ₃＝1.165kg/m3。

空气由断面1流向断面3，其流动动量方程式为：

$P_{j1}+\frac{\mathrm{\ρ}{v}_1^2}{2}+g({\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\ρ}}_3)(H_3-H_1)=P_{j3}+\frac{\mathrm{\ρ}{v}_3^2}{2}+\mathrm{\Δ}{P}_{1-3};$ (式2)

当断面1、2分别为单层建筑的气流入口处和气流出口处，则P_j1＝0，P_j3＝0，v₁＝0，式2可转化为：

$g({\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\ρ}}_3)(H_3-H_1)=\frac{{\mathrm{\ρ}}_3{v}_3^2}{2}+\mathrm{\Δ}{P}_{1-3};$

P_j1，P_j3—分别为断面1、3的静压，单位Pa；

v₁，v₃—分别为断面1、3的流速，单位m/s；

H₁，H₃—分别为断面1、3的标高，H₃＝4.35m，H₁＝1.0m；

ρ₁，ρ₃—分别是断面1，3的气体密度，单位kg/m³；

g—为重力加速度，单位N/kg，取9.8；

△P_1-3—为断面1到断面3的流动压强损失，单位Pa；

由《暖通空调设计手册》粗糙度K＝0.15×10^-3m，DN为500mm的圆形风管，风速为2m/s时，其单位摩擦阻力P_m＝0.1Pa/m。通风井粗糙度K＝3mm，P_m值可乘以修正系数1.5。单位摩擦阻力可近似看为与风速平方成正比，所以通风井内单位摩擦阻力：

$P_m=0.15\×v_2^2/2^2.$ (式3)

气流进入通风井前速度极低，其沿程阻力及局部阻力可忽略不计，阻力集中在通风井沿程阻力和通风井入口和出风口局部阻力。

$\mathrm{\Δ}{P}_{1-3}=P_{m}l+{\mathrm{\ξ}}_1\frac{{\mathrm{\ρ}}_3{v}_2^2}{2}+{\mathrm{\ξ}}_2\frac{{\mathrm{\ρ}}_3{v}_3^2}{2};$ (式4)

S₃×ν₃＝S₂×ν₂；   (式5)

ρ₃—室内通风井处空气密度，单位kg/m³；

△P_1-3—为断面1到断面3的流动压强损失，单位Pa；

l—通风井高度，为0.3m；

v₂—断面2的流速，单位m/s；

v₃—断面3的流速，单位m/s；

ζ₁—通风井入口处局部阻力系数，取0.5；

ζ₂—出风口处局部阻力系数，取1.0；

S₂—断面2面积，即建筑通风井的进风口的面积，S₂＝πr²，r＝0.25m，S2＝0.196m²；

S₃—断面3面积，即建筑通风井的出风口的总面积(含建筑通风井在四个方向出风口的总面积)，且 $S_3=\frac{1}{8}\mathrm{\πRh}\×\mathrm{\α}\×4;$

R—通风井直径，0.5m；

h—风口高，0.3m；

α—面积系数0.8；

由此可算出S₃＝0.189m²。

由式2、3、4、5，并代入数据可得：

v₂＝0.50m/s；v₃＝0.54m/s。

单位时间换气量：

G＝3600×S₂×ν₂；   (式6)

S₂—为断面2面积m²；

v₂—断面2的流速，m/s。

单位时间换气量可得G＝352.8m³/h。

房间体积约V＝296.7m³。

由此，可以计算得知，该单层建筑仅使用通风井进行室内外通风，其每小时室内换气次数n₁＝G/V＝1.19次/h。

测试二：在单层建筑的通风井上加装本实用新型太阳能辅助通风聚光器，如图4所示，再次对该单层建筑的室内外通风换气量进行计算。

该计算过程中，将单层建筑的气流入口标记为断面1，将太阳能辅助通风聚光器的通风入口处标记为断面2，将太阳能辅助通风聚光器的通风出口处标记为断面3。

假设该单层建筑所处区域大气透明度等级为3级，大气透明度P_透＝0.8，夏季中午12点时，即太阳高度角约90o时，太阳直射辐射照度I≈1047W/m²。

本实施例中采用的本实用新型的太阳能辅助通风聚光器，其具体结构的正视图和俯视图分别如图5、图6所示。其中，太阳能辅助通风聚光器的玻璃罩10采用由Low-e玻璃制成的双层玻璃壁结构，且两层玻璃壁之间间隔有空气层，以防止红外光向外窜逃，并起到保温作用；聚光器框架2的连接部21和安装支撑部22的侧壁采用钢制的双层金属壁结构，保证整体结构强度，且两层金属壁之间填充有保温材料层，减少聚光器内部热能的损失；其中，内层金属壁的内壁上铺设红外荧光材料层，且在内层金属材料与其内壁上铺设的红外荧光材料层之间，还可以夹设一银膜层，使得透射过红外荧光材料层的部分可见光能够被银膜反射回红外荧光材料层上再次吸收激发产生红外光，从而进一步增强对太阳可见光的利用率；同时，聚光器框架20位于连接部的百叶出风口23设置有四个，且沿述连接部侧壁的周向均匀分布，每个百叶出风口23在连接部侧壁的周向上所占弧度为60°，以保证出风均衡并具备足够的出风量；此外，聚光器框架位于安装支撑部22下部外壁上的固定支架24由从安装支撑部下部外壁向外延伸的筋板以及横向地固定设置于所述筋板的底部的安装板构成，安装板上设置有安装通孔，用以方便的安装在建筑通风井的井口上。

本次测试选用两种型号的太阳能辅助通风聚光器，分别计算其通风作用效果。两种型号的太阳能辅助通风聚光器的具体尺寸标记参见图5和图6，各具体尺寸参数详见表1。

表1

本次测试所用的太阳能辅助通风聚光器，其顶部采用半球形的球冠状玻璃罩，以便在不同太阳高度角时，增大对太阳辐射的采集量。聚光器顶部玻璃罩为双层Low-E玻璃壁，当阳光入射角为0°时，对可见光透射率约α₁＝0.6，同时对红外光的反射率约α₂＝0.65(夹设可见光与红外光约各占太阳光的50％)。考虑Low-e玻璃中空层，有一定衰减作用，设定透射率衰减系数α₃＝0.9。

2.1、计算建筑通风井上安装型号1聚光器时的室内外通风换气量。

当太阳高度角90o时，其单位时间吸收太阳辐射量可近似按以下公式计算：

E＝α₃I[α₁×0.5+(1-α₂)×0.5]S_直射；   (式7)

S＝πr²；   (式8)

$S_0=\mathrm{\π}{r}_0^2;$ (式9)

S_直射＝S-S₀；   (式10)

其中：

I—太阳直射辐射照度，单位W/m²，取1047W/m²；

S_直射—直射辐射面积，单位m²；

S—聚光器顶部平面面积，单位m²；

S₂—断面2面积，即聚光器的通风入口面积，单位m²；

α₁—Low-E玻璃对可见光透射率，取0.6；

α₂—Low-E玻璃对红外线反射率，取0.65；

α₃—透射率衰减系数，取0.9；

r—聚光器顶部平面半径，0.65m；

r₂—通风井半径，0.25m；

由式7、8、9、10，代入数据可得E＝506.0W。

取红外荧光材料层对太阳光吸收并发射出近远红外线的效率为0.8，红外荧光材料层发射处波长较长的红外光，在聚光器的聚光通风腔体中折射，少部分折射到玻璃罩上后绝大部分又被放射回聚光通风腔体内，仅存在少量红外光在折射过程中经聚光器的百叶出风口逃逸，同时，聚光器框架侧壁填充有保温材料层，顶部的玻璃罩中空双层玻璃壁结构，也能够起到保温作用。因此，聚光器的聚光通风腔体所聚集的红外线能量直接加热空气的加热效率可达到80％。

空气所得热能Q＝0.8×0.9E；

可得Q＝323.8W。

$\mathrm{\Δt}=\frac{Q}{\mathrm{mc}};$ (式11)

Δt—聚光器提高温度，单位℃；

Q—聚光器导出的红外线热量，单位W；

m—单位时间流过的空气质量，单位kg；

C—空气比热容，取1000j/(kg·K)；

m＝ν₃×S₃×ρ₃；   (式12)

V₃—断面3空气流速，单位m/s；

ρ₃—断面3的空气密度，单位kg/m³；

S₃—断面3面积，即太阳能辅助通风聚光器的通风出口总面积(含4个百叶出风口的总面积)，单位m²，且有

R—聚光器顶部平面直径，1.3m；

h—聚光器百叶出风口高度，0.2m；

α—面积系数，取0.8；

由此可算出S₃＝0.435m²；

$g({\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\ρ}}_2)(H_2-H_1)+g({\mathrm{\ρ}}_2-{\mathrm{\ρ}}_3)(H_3-H_2)=\frac{{\mathrm{\ρ}}_3{v}_3^2}{2}\mathrm{\Δ}{P}_{1-3};$ (式13)

$\mathrm{\Δ}{P}_{1-3}=P_{m}l+({\mathrm{\ξ}}_1+{\mathrm{\ξ}}_2)\frac{{\mathrm{\ρ}}_2{v}_2^2}{2}+{\mathrm{\ξ}}_3\frac{{\mathrm{\ρ}}_3{v}_3^2}{2}\left(18\right);$ (式14)

S₃×ν₃＝S₂×ν₂；    (式5)

由式13、14、5得式15：

$\begin{array}{c}g({\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\ρ}}_2)(H_1-H_2)+g({\mathrm{\ρ}}_2-{\mathrm{\ρ}}_3)(H_3-H_2)\\ =\frac{(1+{\mathrm{\ξ}}_3)}{2}{\mathrm{\ρ}}_3{v}_3^2+{\left(\frac{S_3}{S_2}\right)}^2{P}_{m}l+{\left(\frac{S_3}{S_2}\right)}^2({\mathrm{\ξ}}_1+{\mathrm{\ξ}}_2)\frac{{\mathrm{\ρ}}_2{v}_3^2}{2}\end{array};$ (式15)

v₂，v₃—分别为断面2、3的流速，单位m/s；

H1，H2，H3—分别为断面1、2、3的标高，H3＝6.07m，H2＝3.9m，H1＝1.0m；

ρ₁，ρ₂，ρ₃—分别是断面1、2、3位置处的气体密度kg/m³；其中，ρ₁为室外空气密度，取1.177kg/m³，ρ₂为室内通风井空气密度，取1.165kg/m³，

ρ₀—温度为0℃、压强为0.1013MPa时的空气密度，取ρ₀＝1.293kg/m³；

g—为重力加速度，单位N/kg，取9.8；

ΔP_1-3—为断面1到断面3的流动压强损失，单位Pa；

l—通风井高度，为0.3m；

v₂—断面2的流速，单位m/s；

v₃—断面3的流速，单位m/s；

ζ₁—通风井入口处局部阻力系数，取0.5；

ζ₂—通风井出口处局部阻力系数，取0.06；

ζ₃—聚光器通风出口处局部阻力系数，取1.0；

S₂—断面2面积，即聚光器的通风入口面积，S₂＝πr²，r＝0.25m，S₂＝0.196m²；

S₃—断面2面积，即聚光器的通风出口面积，；

由式15、16、19、20，代入数据可得：

v₃＝0.409m/s，v₂＝0.908m/s，Δt＝1.57℃，ρ₃＝1.159kg/m³

由式G＝3600×S₂×ν₂可得G＝640.5m³/h。

房间体积约V＝296.7m³。

每小时换气次数n₂＝G/V＝2.17次/h，可知，该单层建筑通风井处设置型号1聚光器，通风换气次数每小时可增加约1次。

2.2、计算建筑通风井上安装型号2聚光器时的室内外通风换气量。

根据2.1的计算原理，单位时间进入聚光器的太阳辐射能E＝234.25，型号2聚光器单位时间导出的红外线热量为Q＝168.66W。出风口风速v₃＝0.442m/s，通风井风速v₂＝0.755m/s，提升温度Δt＝0.98℃，断面3空气密度ρ₃＝1.161kg/m³。

由式G＝3600×S₂×ν₂可得G＝533.1m³/h。

房间体积约V＝296.7m³。

每小时换气次数n₃＝G/V＝1.80次/h。

通过上述计算对比可知，该单层建筑通风井处设置型号2聚光器，通风换气次数每小时可增加约0.61次。

综上所述，可以看到，本实用新型用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，无需热水、蒸汽等额外热媒资源，利用荧光反射将太阳能转换为红外线形式对聚光器内空气加热，增大聚光器内外温差，达到增大建筑通风井内外热压的目的，从而促进建筑室内外气流流动，加大建筑通风井的通风，相比于现有技术中仅利用建筑通风井进行气流通风而言，室内外通风换气量得到明显提升，能够有效解决现有技术中建筑通风井通风效果较弱、在不利天气条件下通风井存在气流倒灌现象等缺陷。同时，本实用新型的太阳能辅助通风聚光器，其并非利用简单的几何光学聚光原理实现聚光，而是通过荧光反射将太阳能转换为红外线形式对聚光器内空气加热，因此对太阳入射光的角度没有任何限制，即无需进行光线追踪，使用更方便，并且能够有效地收集太阳散射辐射，聚光效率高。此外，本实用新型的太阳能辅助通风聚光器，对于建筑通风井的构造没有限制，并且其通风辅助聚光均在聚光器内部完成，对聚光器外观没有影响，因此其外观可根据建筑风格进行外观设计，还可以在外金属框架增设延伸板，可种植花卉，实现绿化屋顶等，具有广阔的市场应用前景。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，其特征在于，包括聚光器框架和球冠状的玻璃罩；所述聚光器框架具有一呈竖向设置的圆筒状的连接部，以及由所述连接部下边缘向下延伸且口径逐渐减小的呈漏斗状的安装支撑部；聚光器框架位于连接部的侧壁上设有百叶出风口，聚光器框架位于安装支撑部下部的外壁上还设置有用于固定安装在建筑通风井上的固定支架，且聚光器框架位于连接部和安装支撑部的内壁上铺设有红外荧光材料层；所述玻璃罩通过其球冠底边相衔接地安装在聚光器框架的连接部上边缘，使得玻璃罩和聚光器框架围合形成一聚光通风腔体，聚光器框架位于安装支撑部底部的开口作为所述聚光通风腔体的通风入口，聚光器框架位于连接部的百叶出风口作为所述聚光通风腔体的通风出口。

2.根据权利要求1所述用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，其特征在于，所述玻璃罩为由Low-e玻璃制成的双层玻璃壁结构，两层玻璃壁之间间隔有空气层。

3.根据权利要求1所述用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，其特征在于，所述聚光器框架的连接部和安装支撑部的侧壁为由硬质金属材料制成的双层金属壁结构，两层金属壁之间填充有保温材料层，其中内层金属壁的内壁上铺设有红外荧光材料层。

4.根据权利要求3所述用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，其特征在于，所述所述聚光器框架的连接部和安装支撑部的侧壁的内层金属材料与其内壁上铺设的红外荧光材料层之间，还夹设有一银膜层。

5.根据权利要求1所述用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，其特征在于，所述红外荧光材料层被可见光激发反射的荧光波长为1.5～3.0μm。

6.根据权利要求1所述用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，其特征在于，所述聚光器框架位于连接部的百叶出风口沿所述连接部侧壁的周向均匀分布设置有多个，且每个百叶出风口在所述连接部侧壁的周向上所占弧度为45°～90°。

7.根据权利要求1所述用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，其特征在于，所述聚光器框架位于连接部的百叶出风口的叶片为横向设置，且叶片自内而外地向下倾斜；所述叶片朝向聚光通风腔体内的一侧涂覆有银膜，叶片朝向聚光通风腔体外的一侧涂覆有黑色材料。

8.根据权利要求1所述用于建筑通风井的太阳能辅助通风聚光器，其特征在于，所述聚光器框架位于安装支撑部下部外壁上的固定支架，由从安装支撑部下部外壁向外延伸的筋板以及横向地固定设置于所述筋板的底部的安装板构成，所述安装板上具有安装通孔。