一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築的製作方法

2023-10-04 11:14:14 1

專利名稱：一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築的製作方法
技術領域：
本發明涉及「牆改、窗改、熱改」系統創新節能建築和新能源利用；特別是涉及供應量大面廣的高質量採光換氣、同時具有綠色能源採暖致涼功能的綠色生態住宅。
背景技術：
目前大量建築的窗地面積比達不到綠色生態住宅要求的1∶7，及使用綠色能源佔小區總耗能比例10％的指標，民用建築節能率＜50％。國內外傳統的建築之窗，其採光面積(含窗格)僅佔其立面面積約36％，即建築立面2/3的面積由窗四周的圍護牆佔有。其結構大體有內凹、外平和桃芯窗。另有一種圍護欄板與窗芯一起平移挑出、即所謂外飄窗、景觀窗等，如《中國房地產報》2001.5.23.5版「打開住宅之窗」。雖然為了生活或市場意義，古今中外的窗戶有無數變化，如中國建築工業出版社2000.11.出版[日]《窗戶》。但不論何種窗結構均有兩個共同點一是窗下與室內地板基本在同一個水平方向相連或挑出，二是窗臺下圍護與地板基本是垂直結合，三是窗下圍護或陽臺欄板外露。
房間配套陽臺，有全挑、半挑、內退式，其陽臺地板也是連接房間地板直接向外水平懸挑伸出，或被懸挑「牛腿梁」承託外伸。欄板垂直圍護。近年住戶裝修把陽臺內窗做成落地式，或乾脆打掉內窗，使陽臺與房間貫通。不論何種普通窗或陽臺，其向外平挑的地板結構，均對下層室內產生遮光壓抑的弊病。而且包窗陽臺夏天悶熱，不包窗陽臺冬天遮陽陰冷。普通包窗陽臺的隱性危害，是阻礙換氣，內滯空氣影響人體。再是服務陽臺作廚房，汙染北向房間。生活陽臺堆雜物伸杆晾曬、拍抖灰塵，嚴重影響城市景觀和鄰裡關係。
被動式太陽房，一種是「特隆布牆」式，其建築立面窗口以外的圍護做成集熱牆，牆體要求採用較大體積和熱容的建材，表面塗成黑體，牆外罩復玻璃。
另一種是在窗口前或陽臺放置較大體積的集熱材料，如塗黑的砌塊、砂箱、水箱等。
還有一種幕牆式結構，如國家科委93年立項的「太陽能採暖降溫節能建築」。集熱牆圍護，特點是窗戶做成幕牆開啟扇，窗口封收。
再是英、德國家一類幕牆結構如《建築時報》2001.3.8.3版「智能玻璃幕牆技術」。主要問題外側幕牆全封閉，無法自然通風。二是上下層房間均開口於一根熱煙囪，內側幕牆可開啟，勢必使上下樓串氣。
另有2001.5.28，《中國房地產報》5版載美國「可控制熱量和光量的建築構件」。問題在炎夏，其可調成分透明聚合膜擋住了全部熱和光，無法自然採光。另外室內空氣無法熱力循環，使非絕熱體建築形成蒸籠。
至於屋頂及其窗戶，只宜用做太陽能輔助供應衛生熱水或局部熱利用，普遍意義較小。
綜合已有的窗戶和太陽房的不足一是採光和集熱產生矛盾，故熱效率低。二是外挑窗或陽臺對下層遮光壓抑。三是光熱集存構件過重，高樓無法應用。四是增資率高。五是不美觀。關於智能化控制應用於被動太陽房未見報導。
發明概要本發明的目的創新一種實用的全幅度立面窗戶和陽臺結構，優化窗的採光換氣質量，增加室內面積和空間，消除純懸挑結構的安全隱患，消除對下層的遮光壓抑感。避免了裝修潮影響城市景觀和對有色金屬的浪費。它在增加窗戶採光面積一倍的同時，使建築形象得到根本變革。
本發明總構思的另一個重要目的，是在上述立面窗戶的基礎上，再發明一項智能化配套的陽光空調系統。主要設計指標是夏日致涼室溫不高於人體臨界熱適溫度32.5℃，比環境溫度或對比室溫降低5℃以上，溫控晝夜差±2℃。冬日採暖室溫(北緯37.5°計)，比環境溫度和對比室溫分別提高10℃、7℃，建安增資率低於7％，增資回收期少於4年。由於我國太陽能資源十分豐富，一、二、三類資源區年均輻射總量170萬大卡/平方米，佔國家總面積的70％。愈在夏日氣溫36℃以上、冬短夏長的南方酷熱環境，本發明愈能有效提供致涼冷量，發明一種系統創新的、高層次全天候太陽能空調技術。
實現本發明的技術方案一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築，特殊之處在於將原窗臺高度以下的立面圍護牆或欄板(簡稱圍欄)，於室內地板和梁平面開始，改為向外同時向上弧形斜挑的凸肚形圍欄。在圍欄上部，向外過渡吻接一段反彎弧窗口平臺，該平臺構成新的前位窗口平面，連同窗芯玻璃，即形成圍欄凸肚部分隱後的全立面範圍玻璃幕式窗結構。另於凸肚圍欄內側約桌面高度，一體建成水平窗臺板結構。
該立面窗戶分室處，其弧形斜挑圍欄由垂直分戶圍欄與前排立柱、地板一體連接。斜挑圍欄新窗口離開立面橫梁的距離，根據設計要求確定。可布局為全包窗如實施例附圖1、斜包窗如附圖2、全包臺如附圖3等結構形式。圍欄窗口前移之後，不但增加了室內面積和空間，而且圍欄無遮陽，同時窗芯面積大增，佔有幾近全部立面，如玻璃幕全包窗立面正視附圖4。在全包窗上部凸肚圍欄外表面，與佔一半外窗面積的窗玻璃之間，圍合成一個窗上熱動力溫室空間，或稱熱煙囪或熱陷阱。另對於幕牆的光汙染付作用，同樣可對窗玻璃表面做常規技術處理消除影響。
屬於本發明總構思方案的另一項發明，即在無遮陽凸肚全包窗(及陽臺)或現有窗戶基礎上，設置或加裝光熱集存部品(如附圖5、附圖6)、輔助降溫器、可調風洞口、室內窗等光熱轉換系統。光熱集存部品是在外窗玻內側，支掛可微調開度的百頁掛簾式組合旋轉集熱排管(簡稱熱簾管)，各組旋轉熱簾管的上、下端部用軟性聯接與上下循環管及放置窗口兩側的貯熱器聯通。在光熱集存部品中充入流體介質，便構成一臺特種太陽能集熱器。智能化程控裝置如實施例附圖7。該裝置可單獨或聯網設置，自動、遙控或手動轉換。其電路構成的智能計算系統、各外圍電路接口、綜合布線，均按寬帶網絡接入技術設置。可通過預設的上位機接口電路與微機終端聯接，還可以接入網際網路系統、小區安監系統、其它監控系統。創造出更廣義的太陽能建築智能化系統。
該發明廣泛適用於多層、小高層、高層建築，也適用於低層或平房建築。宜於採用鋼混框架結構或鋼結構，同時適應於高層建築的框剪、簡筒結構，還適應於多層建築的圈梁構造柱磚混結構，以及竹木結構等。又可根據需要，在現有建築技改維修時，結合改裝外加工的該發明無遮陽圍欄部品，或加裝該發明陽光空調系統。其中陽光空調系統與建築載體的建安工程是分體結構，無直接結構連接。對比已有技術的有益效果1、無遮陽斜挑凸肚全包窗，使建築立面的採光面積增加一倍以上。
2、該窗結構使室內的近窗及深部空間的採光均勻性即採光質量提高。
3、該窗結構對樓房下一層住戶不產生遮光壓抑感。
4、該窗和陽臺結構約分別擴大了3.8％和16.9％的室內有效面積，以及增加13.6％和24.8％的室內物理空間。
5、該窗即使對比普通全落地窗，不但保留安全圍欄，且仍至少增加橫梁、上框立面所佔13％的採光面積。
6、該發明窗戶提供了一種順應住戶空間擴張欲望的成品建築，可避免二次裝修的汙染和浪費。
7、增加約一半窗面積的窗上位熱動力溫室空間，其空間內的熱浮力作用，使房間產生微風空調效果。
8、該發明建築窗戶節能特性優良。簡要機理利用全立面採光窗調整熱屏蔽作用，利用窗上位熱陷阱的熱引流作用，以及撤消外圍護牆起到協調建築熱滯後作用，有效改善了冬夏季的白日室溫及晝夜溫差指標。即達到有效降低建築空調熱負荷的全天候節能作用。
9、斜挑凸肚圍欄與梁、地板、立面柱一體連結施工，設置圍欄加強筋，比現有懸臂結構窗戶或陽臺，具有更可靠的安全保證。
10、該窗在外觀上富於歐式造型曲線，或酷似豪華氣派玻璃幕牆飾面，具有突出的特點。
11、該陽光空調系統的旋轉熱簾管，採用高傳熱係數材料，自重小；充填的流體介質熱容是傳統材料的2倍，介質循環效率高；採熱窗口面積是傳統窗口的2倍。所以系統的熱工指標比已有建築至少提高一倍。
12、光熱集存部品中內循環流體介質的容重，是已知應用材料的一半，而且介質材料易得。同時貯熱體的放置位置較靈活而無遮擋，突破了高層建築應用的難題，具有顯著的進步。
13、旋轉熱簾管在室內需要最大遮陽時，仍可提供不少於20％窗口面積的採光通量，提供非眩光均勻自然照明。該裝置的功能互益協調作用，成功地解決了普通太陽房採熱與採光互相矛盾的難題。
14、該陽光空調系統，基本可以滿足黃河至長江流域非採暖區的冬季採暖需求，及國內外春秋過渡季節採暖，無須另設輔助採暖裝置。同時滿足全國包括南方或酷熱天氣的致涼需求。可節省佔建安造價約12％的空調設備投資。
15、該陽光空調系統是分體結構，與建築的土建安裝工程載體不發生直接的內在結構連接，主要是後按裝工程，可工廠化批量生產，維修便利。
16、概算增資率約為樓房建安造價的7％，回收期四年，大大優於已知(換算樓房)系統11～20％的統計指標。
17、設計了一種用於被動太陽能空調建築的高科技智能程控裝置，擴展了更為廣義的智能化系統。
18、模糊透視該陽光空調建築立面的暖色調簾狀排管，其襯託幕牆窗能感到豪華古樸的旋律美，比已知建築外觀有顯著進步。


一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築實施例，附圖如下圖1，無遮陽凸肚全包窗示意圖；圖2，無遮陽凸肚斜包窗示意圖；圖3，無遮陽凸肚全包臺示意圖；圖4，玻璃幕式全包窗立面正視示意圖；圖5，光熱集存部品立面示意圖；圖6，光熱集存部品橫截面示意圖；圖7，智能化程控裝置示意框圖。
實施例說明一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築，主要由鋼混框架結構的梁、柱、板、梯、門、窗、圍護牆、隔壁牆、欄板、光熱轉換裝置等組成。附圖1～7是其結構、裝置、系統示意圖。
該發明的無遮陽全立面採光窗戶實施例如圖1至圖4結構示意圖，其中圖2為要求立面變化豐富造型設計的凸肚斜包窗戶。圖中的立面梁或分室梁1，與地板2、凸肚圍欄3、反彎弧窗口5、窗臺4、分室圍欄6、立柱10，整體澆注連接，並於凸肚圍欄內側設置折線或弧形加強筋。外窗芯及玻璃7，按裝在相鄰窗口之間，窗芯兩側附靠在分室圍欄6及其相連接的隔壁15前端。8是裝於外窗上部的風洞口或換氣窗，17為外窗活動扇。11為帶門室內窗，12、13分別為室內窗的上、下循環窗口，16為分室圍欄澆柱體底部預埋的向外開口的輔助空氣循環管口。9表示太陽能空調系統，以及室內窗11，此二項與該發明窗戶不存在直接結構聯繫，可據情免裝或後裝。
該發明智能化光熱轉換系統如附圖5～7。在梁與窗臺表面預埋鐵件並固定上下支架25、26。在上下支架對應的鑽孔中裝掛可旋轉180度的熱簾管23。每組熱簾管由外壁間距16毫米、直徑16毫米、壁厚1.0毫米的銅管兩端圍彎鑽孔焊接而成。
在每3根一組排管平面的一側，粘附軋弧吸熱銅板24。板的向光側連同排管塗紫紅導熱選擇性塗膜，內側塗乳白塗層。每組熱簾管中間一根的兩端做成轉軸結構，兩側管分別在上、下端對角線位置開孔並外接管咀，再用軟管分別與上循環管27、下循環管20多組並聯聯接，循環管又接入無遮擋貯熱器22。23為熱簾管實際安裝位置和放大的結構示意。21示意組合連接的、置於窗上凸肚圍欄處的理想無遮擋貯熱器位置。18為內隔壁，19是陽臺門洞口。另外螺旋板可調風量噴淋噴霧輔助降溫器安裝在相對立面窗上部洞口處。
在光熱集存部品內充滿冰點下降、熱容升高的內循環防凍溶液。在高溫天氣，由對面窗口吸入的空氣，經過輔助降溫器時預先被降溫和調溼、調速，然後呈微風狀態流經室內，進一步降低致涼熱負荷。輔助換氣管口16主要起空氣有害成份含量梯度調節和輔助換氣作用。
智能化程控裝置如附圖7，對被動式太陽能空調的溫度、溼度、亮度、換氣四個目標參數編程存儲，結合社區監控、寬帶網際網路進行綜合布線，通過操作盤和輸入電路進行指令設置。當敏感元件或存儲程序給出模擬、數字、狀態量之後，通過微機計算、轉換、放大執行信號，再通過PLC程控器對風洞口、熱簾管、輔助降溫器執行操作。在空調系統允許的熱負荷範圍內，可達到最佳目標參數控制。
還可依據本發明的思想，對上述特定實施例做出多種修改或等效替換，但都不超出本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築，是由建築結構的柱、梁、板、窗戶，及其立面圍護牆、陽臺欄板、太陽能建築的光熱轉換裝置為主組成，其特徵在於建築外立面窗戶和陽臺窗戶以下的圍欄和地板，採用向外同時向上斜挑的凸肚圍欄結構；由斜挑凸肚圍欄前沿平臺構成的窗口平面及其裝配的窗芯玻璃形成立面採光窗戶；於斜挑凸肚圍欄兩側的分室圍欄底部預留輔助循環管口；對要求太陽能空調的建築，外窗內側設置由可調內循環熱簾管和無遮擋貯熱器構成的光熱集存部品；由室內窗、窗上凸肚圍欄與全包外窗圍合的熱動力溫室空間；被動式系統吸入風量可調節、並可調溫調溼的輔助降溫器；可以微調開度的被動太陽光熱轉換系統風洞口；對被動太陽能空調目標參數進行調控或外接寬帶網絡的智能化程控裝置；光熱轉換系統與常規建安工程是分體結構；一種牆、窗及集、貯熱結構系統創新的陽光空調節能建築。
2.根據權利要求1所述的一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築，其特徵在於所述建築的凸肚圍欄結構，是於原窗口下部地板和梁平面開始，構成向外同時向上斜挑的弧形凸肚圍欄結構，其斜挑結構的反彎弧形上沿，即形成圍欄凸肚部分隱後、具有全立面範圍的前移圍欄窗口平臺。
3.根據權利要求1或2，所述的一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築，其特徵在於所述建築的凸肚圍欄採光窗戶，是在上、下層對應前移的窗口平臺之間，全面積垂直安裝窗芯玻璃，構成玻璃幕式全包窗戶或陽臺；或其安裝的窗芯玻璃上部向內傾斜角度，窗上部的凸肚圍欄向外露出，形成豐富立面造型的無遮陽凸肚斜包窗。
4.根據權利要求1或2所述的一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築，其特徵在於所述建築的斜挑凸肚圍欄結構，是在分室處由分室圍欄與立柱、橫梁、地板連結為一體。
5.根據權利要求1所述的一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築，其特徵在於所述建築的光熱集存部品中的內循環熱簾管，是由可轉動角度的百頁簾式組合聯接內循環集熱流體的排管組成。
6.根據權利要求1或5所述的一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築，其特徵在於所述建築所裝的單組熱簾管，是相互留有間隙的、兩端並聯接通的多根平行排管。
7.根據權利要求1或5所述的一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築，其特徵在於所述建築所裝的單組熱簾管，其多根平行排管中心管兩端設有轉動部件，兩側管兩端對角線位置裝有與部品的上、下循環管分支軟管接通的管咀。
8.根據權力要求1所述的一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築，其特徵在於所述建築的光熱集存部品所裝的無遮擋貯熱器，是安放於外窗內兩側位置，其中組合連接的一部分貯熱器，置於窗上部無遮擋的凸肚圍欄處。
9.根據權力要求1所述的一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築，其特徵在於所述建築的智能化程控裝置，可通過相應接口電路接入小區安監系統，或接入網際網路，或接入其它監控系統，或自成獨立應用系統，或多系統接入共用。
10.根據權力要求1所述的一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築，其特徵在於所述建築的輔助降溫器，是系統內設置了一種螺旋板換熱裝置，它可進行風量或風壓調節，通過自身噴淋或噴霧進行空氣調溫或調溼。
11.根據權力要求1所述的一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築，其特徵在於所述建築設置的光熱集存部品是分體結構，其與載體建築的常規建安工程不發生直接結構連接，是後續安裝項目；還可根據需要將現有建築立面圍欄和窗戶改造，配備改裝另外加工成型的本發明圍欄部品。
全文摘要
涉及一種全立面採光窗戶及智能化全天候太陽能建築，屬「牆改、窗改、熱改」系統創新節能建築與綠色能源利用領域。現窗下層遮陽，窗地面積比小，節能率低，二次裝修留餘地；太陽房熱效低、高樓不宜、外觀差、增資高。發明斜挑無遮陽圍欄全立面採光幕牆窗戶，旋轉熱簾管、無遮擋貯熱器、智能程控太陽房。窗戶採光率增1倍，綠色能源使用率超過生態住宅標準，節能率＞50％。滿足國內外過渡季、溫帶冬季採暖，空調低於32.5℃人體熱適溫度。
文檔編號G06F9/00GK1395016SQ0112019
公開日2003年2月5日 申請日期2001年7月11日 優先權日2001年7月11日
發明者孫運健 申請人:孫運健