被動式太陽能空氣加熱牆的製作方法
2023-05-06 13:14:46
專利名稱：被動式太陽能空氣加熱牆的製作方法
技術領域：
本發明涉及節能環保建築領域，特別涉及一種全被動式太陽能空氣加熱牆。
背景技術：
在目前傳統能源消耗引起的環境汙染問題越來越嚴重的情況下，追求環保與節能已逐漸成為全世界各國的目標，綠色環保建築即為其中一項重要的領域。目前出現了一種技術應用，即利用太陽能的自然熱輻射以及玻璃的溫室效應(greenhouse effect 太陽熱輻射可以穿透玻璃但室溫熱輻射無法逃逸出來)，在一個玻璃牆體夾層中集中加熱周圍環境低溫空氣，由溫差引起的向上熱浮力自然引導加熱後的空氣流入室內，從而進行室內加熱。如圖1所示的這種玻璃牆體的結構示意圖，所述加熱牆體包括牆體內側上部的熱空氣出口 10，其可以與室內相通或與空調或熱水系統連接；內側吸熱表面18，其可以為建築牆體或高反射玻璃；外牆高透玻璃16，設置於外牆下部的室外空氣入口 14 ；另外，還可包括牆體內側下部設置的室內空氣入口 12。這種玻璃加熱牆體，由於外層冷玻璃會引起下降空氣回流，從而減少玻璃牆體夾層內向上的總空氣出流量，熱量對流不能充分進行；另外，空氣在室外空氣入口處的動量由於轉向會遭遇較大的阻力，從而會減少空氣流量，也會影響室內外氣流的熱量交換效果。如果要克服上述問題，需要增加另外的機械和熱力系統； 另外，這種設計會受到建築的層高的限制，適用場合有限。
發明內容
為解決現有技術的問題，本發明提出一種全被動式太陽能空氣加熱牆，其充分利用太陽能的自然熱輻射以及玻璃的溫室效應，在一個特別設計的玻璃牆體夾層中集中加熱周圍環境低溫空氣，由溫差引起的向上熱浮力自然引導加熱後的空氣流入室內，無需任何機械和熱力系統就可以實現對室內環境的天然取暖。為達到本發明的目的，本發明的太陽能空氣加熱牆包括設置於牆體內側上部的熱空氣出口，其可以與室內相通或與空調或熱水系統連接；內側吸熱表面，其可以為建築牆體或高反射玻璃；外牆高透玻璃，其上半部設置有多個分布式吸熱內擋板，下半部設置有多個分布式小進風口 ；另外，還包括牆體頂部以及底部，其可以為高透玻璃。另優選的，還可包括牆體內側下部設置的室內空氣入口。其中，所述多個分布式內擋板的作用是，由於外層冷玻璃會引起下降空氣回流，從而減少玻璃牆體夾層內向上的總空氣出流量，分布式小內擋板可以破壞這種回流，同時降低冷玻璃內側表面的空氣流速，減少對外的熱量對流損失。多個分布式小進風口可以減少空氣在入口處的動量由於轉向會遭遇較大的阻力從而造成空氣流量減少，增加空氣流量，同時破壞向下的冷空氣沉降，減少熱對流損失。另外，其還可以將被加熱冷空氣更有效和均勻地傳遞到內側的熱表面進行加熱。本發明的太陽能加熱牆可以全被動式工作，無需任何機械和熱力系統；應用時可以運用在各種層高的建築物上，系統可以向上下左右重複延；可以作為獨立的採暖系統，也可以與其他系統結合使用；整個系統無移動部件，保證了較低，甚至為零的維護成本且無需特別的建築材料，成本較低。
圖1所示為現有技術的空氣加熱牆的結構示意圖；圖2所示為本發明的太陽能空氣加熱牆的結構示意圖；圖3所示為全新風工作模式下現有技術的空氣加熱牆的氣體交換及溫度分布的模擬示意圖；圖4所示為全新風工作模式下本發明的太陽能空氣加熱牆的氣體交換及溫度分布的模擬示意圖；圖5所示為部分新風工作模式下現有技術的空氣加熱牆的氣體交換及溫度分布的模擬示意圖；圖6所示為部分新風工作模式下本發明的太陽能空氣加熱牆的氣體交換及溫度分布的模擬示意圖。
具體實施例方式下面將結合附圖詳細敘述本發明的太陽能空氣加熱牆的結構及功效，圖示僅為更好的顯示本發明的設計細節，所示尺寸比例並不為實際設計的尺寸比例。另外，圖中所示是牆體的縱向剖面示意圖。如圖2所示的本發明的太陽能空氣加熱牆的結構示意圖，所述空氣加熱牆包括設置於牆體內側上部的熱空氣出口 20，其可以與室內相通或與空調或熱水系統連接；內側吸熱表面40，其可以為建築牆體或高反射玻璃；外牆高透玻璃M，其上半部設置有多個分布式吸熱內擋板26，下半部設置有多個分布式小進風口觀；另外，還包括牆體頂部30以及底部32，其可以為高透玻璃。另優選的，還可包括牆體內側下部設置的室內空氣入口 22。所述內擋板26為相隔一定間距均勻設置，優選的，所述內擋板的寬度為2至km，其相隔間距為7至12cm。所述分布式小進風口 28也為相隔一定間距均勻設置，優選的，所述進風口的孔徑為0. 3至0. 7cm，其相隔間距為5至IOcm0在本發明中的空氣加熱牆的設計中，多個分布式內擋板沈的作用是，由於外層冷玻璃會引起下降空氣回流，從而減少玻璃牆體夾層內向上的總空氣出流量，分布式小內擋板可以破壞這種回流，同時降低冷玻璃內側表面的空氣流速，減少對外的熱量對流損失。多個分布式小進風口觀的作用為，空氣在入口處的動量由於轉向會遭遇較大的阻力(或稱為動量損耗)，從而減少流量，分布式小進風口觀可以減少這種動量損耗，增加空氣流量，同時破壞向下的冷空氣沉降，減少熱對流損失。另外，分布式小進風口觀可以將被加熱冷空氣更有效和均勻地傳遞到內側的熱表面進行加熱。圖3和圖4所示分別為全新風工作模式下現有技術的空氣加熱牆的氣體交換及溫度分布的模擬示意圖以及本發明的太陽能空氣加熱牆的氣體交換及溫度分布的模擬示意圖。所述全新風工作模式為外部冷空氣由於玻璃牆體夾層中熱浮力產生的向上提升力，經分布式小進風口吸入玻璃牆體夾層，被內側的吸熱表面加溫，加熱後的空氣有牆體夾層上側開口進入室內(或空調系統)。此為空氣加熱牆的主要模式。所述模擬測試的條件為 垂直日照強度200W/m2，室內溫度20°C ；室外溫度10°C ；牆寬1m。表一顯示了在此條件下兩種空氣牆的性能比較結果。
空氣流量 (m3/s)出口空氣溫度(°c)出口總獲得能量(W/m2)外玻璃熱損失(W/m2)現有技術0.0230425.7234.250.7本發明0.0270627.3290.641.3變化比例+17.4%+6.2%+24.1%-18.5%表一圖5和圖6所示分別為部分新風工作模式下現有技術的空氣加熱牆的氣體交換及溫度分布的模擬示意圖以及本發明的太陽能空氣加熱牆的氣體交換及溫度分布的模擬示意圖。所述部分新風模式，也即室內風循環節能模式是指，為了更有效的利用室內廢熱，部分室內溫熱但陳舊空氣(約佔總流量的40%)可以經有玻璃牆體夾層內側下層的可控開口 22，進入玻璃牆體夾層，與經分布式小進風口觀吸入的新鮮冷空氣(約佔總流量的60% ) 混合，被吸熱表面加熱後，由上側熱空氣出口 20流入室內。此為空氣加熱牆根據實際需要的可選輔助模式。所述模擬測試的條件為垂直日照強度200W/m2，室內溫度20C ；室外溫度10C ； 牆寬1m。表二顯示了在此條件下兩種空氣牆的性能比較結果。
空氣流量 (m3/s)出口空氣溫度(。c)出口總獲得能量(W/m2)外玻璃熱損失(W/m2)現有技術0.0251925.7256.173.3本發明0.0333426.9353.359.3變化比例+32.3%+4.7%+37.9%-19.1%表二本發明的太陽能加熱牆可以運用在建築的東、南、西外立面以及剖面屋頂，當然使用在朝陽的南面和屋頂效果最好。如上所述，本發明的太陽能加熱牆可以實現全被動式工作，無需任何機械和熱力系統；應用時可以運用在各種層高的建築物上，系統可以向上下左右重複延；其可以作為獨立的採暖系統，也可以與其他系統結合使用；其結構簡單，既可以使用於新建築又可以很方便的運用於既有建築改造，不需要對現有建築系統做大的調整；整個系統無移動部件，保證了較低的，甚至為零的維護成本；其可以利用常規建築材料，所以建造成本也較低。本發明並不局限於所述的實施例，本領域的技術人員在不脫離本發明的精神即公開範圍內，仍可作一些修正或改變，故本發明的權利保護範圍以權利要求書限定的範圍為準。
權利要求
1.一種太陽能空氣加熱牆，包括設置於牆體內側上部的熱空氣出口，其與室內相通或作為空調或熱水系統的預熱系統；內側吸熱表面，其可以為建築牆體或高反射玻璃；以及外牆高透玻璃；其特徵在於，所述外牆高透玻璃的上半部設置有多個分布式吸熱內擋板，下半部設置有多個分布式小進風口。
2.如權利要求1所述的太陽能空氣加熱牆，其中所述加熱牆還包括牆體頂部以及底部，其可以為高透玻璃。
3.如權利要求1所述的太陽能空氣加熱牆，其中所述加熱牆還包括牆體內側下部設置的室內空氣入口。
4.如權利要求1所述的太陽能空氣加熱牆，其中所述內擋板為相隔一定間距均勻設置。
5.如權利要求4所述的太陽能空氣加熱牆，其中所述內擋板的寬度為2至km，其相隔間距為7至12cm。
6.如權利要求1所述的太陽能空氣加熱牆，其中所述分布式小進風口為相隔一定間距均勻設置。
7.如權利要求6所述的太陽能空氣加熱牆，其中所述分布式小進風口的孔徑為0.3至 0. 7cm，其相隔間距為5至IOcm0
全文摘要
本發明涉及節能環保建築領域，特別涉及一種全被動式太陽能空氣加熱牆。所述空氣加熱牆包括設置於牆體內側上部的熱空氣出口，內側吸熱表面，外牆高透玻璃，其上半部設置有多個分布式吸熱內擋板，下半部設置有多個分布式小進風口。本發明的加熱牆可以增加氣體流量，將被加熱冷空氣更有效和均勻地傳遞到內側的熱表面進行加熱；另外本發明的太陽能加熱牆可以全被動式工作，無需任何機械和熱力系統；適用性強，建造成本以及維護成本低。
文檔編號E04B2/00GK102352658SQ20111021925
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月1日 優先權日2011年8月1日
發明者翟志強 申請人:翟志強