一種太陽能圓竹預製房屋的製作方法

2023-11-04 13:28:32

專利名稱：一種太陽能圓竹預製房屋的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種建築方法，尤指一種太陽能圓竹預製房屋。
背景技術：
竹子是我國重要的、可持續利用的森林資源。由於其具有一次種植永續利用，4-6 年即可成材，以及其生長速度是木材的2-3倍等優勢，因此是各種生物質材料中最具炭匯 功能的生物質材料之一。在我國各類建築體系中，竹結構建築是發展潛力較大的低碳建築體系之一。在人 們對低碳經濟和二氧化碳減排技術日益重視的今天，大力發展竹結構建築，開展高性能竹 建築材料的研製開發，用具有儲碳功能的生物質材料建築替代(或部分替代)高耗能、高二 氧化碳排放，高環境汙染的鋼材、水泥、粘土磚建築等建築材料，應該成為我國建築領域低 碳技術的發展方向。
發明內容本實用新型的目的是提供一種太陽能圓竹預製房屋，其以原竹竹竿為主要材料， 通過採用竹竿組合、金屬連接件加固連接等，將圓竹製成梁、檁、柱、屋面桁架等房屋建築的 承重構件；再與太陽能集熱技術相結合製造複合承重導熱牆體，進而建成一種現代化的新 型太陽能圓竹結構竹質預製房屋。為實現上述目的，本實用新型採取以下設計方案一種太陽能圓竹預製房屋，預製房屋的承重構件為圓竹原材加工製成的構件；以 圓竹支撐柱、竹質板材製作承重導熱複合牆體；配置太陽能集熱器，將圓竹預製房屋中的部 分或全部圓竹製成導熱部件。將圓竹原材加工製成的預製房屋承重構件及圍護材料的複合牆體模塊化和系列 化，在工廠中預製而成。導通承重構件和承重導熱複合牆體中的部分或全部圓竹竹筒而製成導熱部件，形 成若干條來自太陽能集熱器的熱風通路。所述的承重構件包括有梁、檁、椽、立柱；全部用圓竹原材加工製成預製房屋的承 重構件；承重構件中的結點連接以金屬連接件加固和連接；在圓竹結點的上下方加防裂箍。所述的承重構件還包括有房屋桁架，桁架各部位的杆件全部由兩根或兩根以上的 圓竹以金屬緊固件緊綁合組合形成，桁架中各杆件之間的連接以及桁架與房屋其它構件的 連接通過相匹配的金屬連接件連接。所述承重導熱複合牆體以圓竹作為支撐龍骨，複合牆體的外牆板由竹膠合板制 成，內牆板由防火石膏板製成；內外牆板間加包括巖棉、膨脹珍珠巖在內的保溫材料。所述太陽能集熱器置於屋頂，該太陽能集熱器以金屬板材和管為吸熱體，表面制 備鎳鉻體系太陽能塗層，在竹質屋面板上開設接收太陽能集熱器傳熱工質的接口 ；以鑿通竹節的圓竹竹筒為導熱管道，將太陽輻射能轉換成熱能加熱的傳熱工質在導熱管道流通， 所述的傳熱工質為水和空氣中的一種或兩種組合；將預製房屋的地面局部或全部制為儲熱 地面，屋頂的太陽能通過牆壁中的圓竹導熱管道將熱量送入儲熱地面。所述儲熱地面的預製構件由開榫的木方、竹膠合板或木材或木膠合板、竹質地板、 相變儲熱材料、圓竹筒和隔熱保溫板構成立方體結構的儲熱模塊，按房屋面積尺寸選用一 組儲熱模塊，鋪裝。所述竹質屋面板上開設的接收陽能集熱器傳熱工質的接口採用嵌入式接口，太陽 能集熱器的輸出通過該接口與圓竹桁架的圓竹導熱管道緊密連接形成傳質循環通道。所述的太陽能集熱器的輸出通過嵌入式接口與圓竹桁架的圓竹導熱管道採用漸 變、異型變節方式緊密連接形成傳質循環通道。本實用新型是以原竹竹竿為主要材料，通過採用竹竿組合，金屬連接件加固連接 等新型竹建築結構材件造技術和方法，將圓竹製成梁、檁、柱、屋面桁架等房屋建築的承重 構件。再以圓竹竹竿、竹質板材為主要材料，與太陽能集熱技術相結合製造複合承重導熱牆 體。實現圓竹承重構件、圓竹承重複合牆體和圓竹導熱太陽能集熱系統等房屋主要部件的 模塊化，組裝化和系列化。進而形成一種現代化的新型太陽能圓竹結構竹質預製房屋的建 造。該實用新型為我國新型低碳建築技術體系的建立，以及我國現代建築領域中低碳製造 技術的形成和完善提供技術基礎。本實用新型的優點是1)用竹竿、主材為主要建築原料製造房屋，原料來源廣泛而長久。2)開發更多高品質的竹建築房屋，利用竹結構材具有的儲碳功能，可以替代(或 部分替代)高耗能、高二氧化碳排放，高環境汙染的鋼材混凝土、粘土磚等建築。3)可以模塊化、組裝化和系列標準化，即可以改變建築工人需現場蓋房的艱辛工 作環境，又能保證建築的品質。4)配合太陽能技術，使竹建築房屋性能更完善，且利用圓竹構件獨有的特性，可以 鑿通其竹節，作為導熱通道，能節省現有普通住宅配置太陽能集熱器所要鋪設的管路，即節 省了大量的人力、物力和財力。5)該實用新型為我國新型低碳建築技術體系的建立，以及我國現代建築領域中低 碳製造技術的形成和完善提供技術基礎。

[0023]圖1為本實用新型的兩根圓竹竿捆綁連接示意圖。[0024]圖2為本實用新型的四根圓竹竿捆綁連接示意圖。[0025]圖3為本實用新型呈十字交叉連接的兩圓竹竿捆綁連接示意圖。[0026]圖4為本實用新型圓竹組合杆件與圍護結構板材的連接示意圖。[0027]圖5為本實用新型帶有防裂箍的圓竹竿杆件結構示意圖。[0028]圖6為本實用新型圓竹桁架的構建示意圖。[0029]圖7為本實用新型複合承重牆體的的構建示意圖。[0030]圖8為本實用新型太陽能集熱系統配置示意圖。[0031]圖9為本實用新型地面預製構件結構示意圖。[0032]圖10為本實用新型圓竹桁架與圓竹檁條及屋面板的連接示意圖。圖Ila為本實用新型圓竹桁架與複合承重牆體的連接示意圖(主視)。圖lib為本實用新型圓竹桁架與複合承重牆體的連接示意圖(側視)。圖12為本實用新型複合牆體板與地面基礎的連接示意圖。
以下結合附圖及具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明
具體實施方式
本實用新型太陽能圓竹預製房屋的承重構件為圓竹原材加工製成的構件；以圓竹 支撐柱、竹質板材製作承重導熱複合牆體；配置太陽能集熱器，將圓竹預製房屋中的部分或 全部圓竹製成導熱部件。具體實施是1)原竹竹竿的選擇與處理建築用竹竿應選用竹徑5釐米以上的大型竹種，竹竿 的長度應在10米以上，竹齡在4-6年之間。國內滿足以上要求的常用竹種為毛竹。採集下 來的毛竹竹竿需要進行以下處理截取從竹竿根部1米的部位開始向上6米長的1段竹竿， 要求竹竿下端的竹徑要在9-11釐米之間，竹竿上端的竹徑應在6-8釐米之間。如果截取下 來的竹竿是彎的，還應進行竹竿烤直處理。將截取和烤直處理後的竹竿整齊碼放在氣幹棚 內，進行氣幹處理。為了防止在乾燥天氣下氣幹過快而導致開裂，還需在一定時間內用塑料 布覆蓋，竹材內水分的蒸發速度。為了防止竹材發黴，可以在塑料布覆蓋處理前適當噴灑一 定量的水基防黴劑。竹材必須達到平衡含水率(一般在9-16%)後才能使用。在已經選定 竹種、竹齡、竹材採集地、和達到竹材平衡含水率的條件下，需要對原竹竹竿進行力學性能 的測定，進一步取得竹竿的抗拉、抗壓、抗彎和抗剪等力學性能數據和竹竿受力節點的抗劈 裂性能數據，為原竹建築的結構設計提供基本數據。2)房屋的承重構件製造房屋的承重構件如梁、檁、椽、立柱等全部由圓竹製造， 構件中的結點連接以金屬連接件加固和連接，房屋構件全部在工廠預製而成。為了滿足建 築設計的承重要求，有時需要將兩個或多個竹竿捆綁在一起。另外圓竹結構件之間的固定 連接，圓竹竿件與維護板材之間的固定連接也是需要解決的問題之一。本實用新型通過採 用「金屬箍-螺栓」連接件來實現這些要求。本實用新型的金屬連接件主要有以下幾種方 式①杆件加寬、加長連接件通過用金屬連接件2將兩根竹或四根竹竿1捆綁在一 起，達到建築杆件加長加寬的目的，參見圖1、圖2。杆件的加長可以採用在不同的部位用金 屬連接件2捆綁緊固來實現。②圓竹構件之間連接件在圓竹建築構件之間的連接中，如 桁架與檁條之間的的連接節點一般呈十字相交，可採用將兩個單環金屬箍相套的金屬箍21 來完成此類連接，參見圖3。③杆件與圍護結構板材的連接圓竹結構杆件與牆體板材、屋 面板材等維護板材之間的連接可採用U型箍金屬22連接件，參見圖4。④節點防裂緊固環 在圓竹桁架杆件的相交節點，採用竹夾板與螺栓穿透緊固連接。為了防止在節點受力時穿 透竹竿的螺栓位移導致竹竿的順紋和側向劈裂，需在圓竹1中螺栓穿透點(亦即是圓竹結 點的位置)的上下方加由單環可調金屬箍構成的防裂箍3，參見圖5。3)太陽能預製房屋的桁架製造桁架各部位的杆件(包括兩斜向的圓竹上弦杆5 及橫向下弦杆6)全部由圓竹或多根圓竹以金屬緊固件2固著的組合圓竹竿形成。桁架中各杆件之間的連接以及桁架與房屋其它構件的連接通過金屬連接件7連接，參見圖6。桁架 可以在工廠預製而成。4)承重導熱複合牆體製造該牆體以圓竹作為支撐龍骨，同時也為預製房屋的承 重立柱。利用導通的竹筒(鑿通竹節)將太陽能集熱器的熱量以熱風的形式在複合牆體中 傳遞。複合牆體的外牆板由竹膠合板製成，內牆板由防火石膏板44製成。內外牆板間加巖 棉、膨脹珍珠巖等保溫材料45。複合牆體中承重立柱、導熱竹筒1與外牆板的連接固定採用 U型箍金屬連接件22連接固定，參見圖7。承重導熱複合牆體可以在工廠預製完成。5)太陽能圓竹預製房屋的供熱裝置為屋頂的太陽能集熱器。該太陽能集熱器選 用金屬板材和管為吸熱體，表面製備太陽能選擇性塗層，其可以由現有技術實現，此處不贅 述。本實用新型是將太陽輻射能轉換成熱能加熱傳熱工質——水和/或空氣。圖8示出了 一太陽能集熱系統的配置，以鑿通竹節的圓竹竹竿為導熱管道10，屋頂的太陽能集熱器11 接收的太陽能通過牆壁中的竹導熱管道將熱量送入儲熱地面12。竹質屋面板13上開設的 接收陽能集熱器傳熱工質的接口採用嵌入式接口，太陽能集熱器的輸出通過該接口與圓竹 桁架的圓竹導熱管道採用漸變、異型變節等方式緊密連接形成傳質循環通道，使房屋內部 形成回流達到採暖要求，或與房屋外部連通達到通風除溼等功能參見圖8。6)太陽能圓竹預製房屋的地儲熱及熱緩釋功能的地面預製構件製造技術。參見 圖9，該地面預製構件由開榫(開槽)木方21、竹膠合板22 (或木材、木膠合板)、竹質地板 23、相變儲熱材料24、圓竹筒25和隔熱保溫材料沈構成，形成立方體結構的儲熱模塊。由 太陽能集熱器收集的熱源通過中空的圓竹筒，將熱量傳遞給模塊中的相變儲熱材料M，儲 熱材料因吸熱由固態變成粘稠態或液態，並將熱量儲存其中。當熱源停止供熱後，儲熱材料 因冷卻從液態或粘稠態逐漸轉變成固態，同時緩慢釋放出熱量，熱量傳遞給竹地板，竹地板 再將熱量釋放於室內，提高室內的溫度。該儲熱模塊具有高儲能高熱容量功能，可以較長時 間的儲存太陽能集熱器傳遞的熱能並緩慢釋放。7)太陽能圓竹預製房屋的結構件1、屋頂、牆體和地面預製構件的連接技術和組 合方法圓竹承重桁架與圓竹檁條的綁接採用兩環相套的金屬箍連接件21連接加固。參見 圖10，圓竹檁條與屋面望板12之間的連接加固採用U型箍-螺栓22加固連接。承重複合牆體中圓竹承重立柱與外牆板採用U型箍加固連接。複合承重牆體之間 的連接與固定可以通過不同牆體間的凸凹側框(竹膠板框架方柱)的相互咬合，並用緊固 螺釘緊固實現。複合牆體上框圈梁採用圓竹竹筒。轉角處圓竹筒90度角相拼，轉角處圓竹 內空間填充圓形木棒，並用膠黏劑固化固定，轉角處內部和外部均用用L型鋼片23和穿透 螺栓及硬質夾板7加固和連接。桁架5與牆體4的連接通過L型連接件將桁架與牆板上框 用螺栓連接與固定，參見圖11a、圖lib。承重牆體與地基9通過地腳螺栓8與牆體下框43固定連接來實現，參見圖12。上述各實施例可在不脫離本實用新型的範圍下加以若干變化，故以上的說明所包 含及附圖中所示的結構應視為例示性，而非用以限制本實用新型申請專利的保護範圍。
權利要求1.一種太陽能圓竹預製房屋，其特徵在於預製房屋的承重構件為圓竹原材加工製成 的構件；以圓竹支撐柱、竹質板材製作承重導熱複合牆體；配置太陽能集熱器，將圓竹預製 房屋中的部分或全部圓竹製成導熱部件。
2.根據權利要求1所述的太陽能圓竹預製房屋，其特徵在於將圓竹原材加工製成的 預製房屋承重構件及圍護材料的複合牆體模塊化和系列化，在工廠中預製而成。
3.根據權利要求1所述的太陽能圓竹預製房屋，其特徵在於導通承重構件和承重導 熱複合牆體中的部分或全部圓竹竹筒而製成導熱部件，形成若干條來自太陽能集熱器的熱 風通路。
4.根據權利要求1或2所述的太陽能圓竹預製房屋，其特徵在於所述的承重構件包括 有梁、檁、椽、立柱；全部用圓竹原材加工製成預製房屋的承重構件；承重構件中的結點連 接以金屬連接件加固和連接；在圓竹結點的上下方加防裂箍。
5.根據權利要求1或2所述的太陽能圓竹預製房屋，其特徵在於所述的承重構件還包 括有房屋桁架，桁架各部位的杆件全部由兩根或兩根以上的圓竹以金屬緊固件緊綁合組合 形成，桁架中各杆件之間的連接以及桁架與房屋其它構件的連接通過相匹配的金屬連接件 連接。
6.根據權利要求1或2所述的太陽能圓竹預製房屋，其特徵在於所述承重導熱複合牆 體以圓竹作為支撐龍骨，複合牆體的外牆板由竹膠合板製成，內牆板由防火石膏板製成。
7.根據權利要求3所述的太陽能圓竹預製房屋，其特徵在於所述太陽能集熱器置於 屋頂，該太陽能集熱器以金屬板材和管為吸熱體，表面製備鎳鉻體系太陽能塗層，在竹質屋 面板上開設接收太陽能集熱器傳熱工質的接口 ；以鑿通竹節的圓竹竹筒為導熱管道，將太 陽輻射能轉換成熱能加熱的傳熱工質在導熱管道流通；將預製房屋的地面局部或全部制為 儲熱地面，屋頂的太陽能通過牆壁中的圓竹導熱管道將熱量送入儲熱地面。
8.根據權利要求6所述的太陽能圓竹預製房屋，其特徵在於所述儲熱地面的預製構件 由開榫的木方、竹膠合板或木材或木膠合板、竹質地板、相變儲熱材料、圓竹筒和隔熱保溫 板構成立方體結構的儲熱模塊，按房屋面積尺寸選用一組儲熱模塊，鋪裝。
9.根據權利要求6所述的太陽能圓竹預製房屋，其特徵在於所述竹質屋面板上開設 的接收陽能集熱器傳熱工質的接口採用嵌入式接口，太陽能集熱器的輸出通過該接口與圓 竹桁架的圓竹導熱管道緊密連接形成傳質循環通道。
10.根據權利要求9所述的太陽能圓竹預製房屋，其特徵在於所述的太陽能集熱器的 輸出通過嵌入式接口與圓竹桁架的圓竹導熱管道採用漸變、異型變節方式緊密連接形成傳 質循環通道。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽能圓竹預製房屋，用圓竹原材加工製成預製房屋的承重構件；以圓竹支撐柱、竹質板材製作承重導熱複合牆體；配置太陽能集熱器，將圓竹預製房屋中的部分或全部圓竹製成導熱部件。將圓竹製成的承重構件及圍護材料的複合牆體模塊化和系列化，在工廠中預製而成。鑿通導通承重構件和承重導熱複合牆體中的部分或全部圓竹竹筒，形成若干條來自太陽能集熱器的熱風通路；承重構件中的結點連接以金屬連接件加固和連接；在圓竹結點的上下方加防裂箍。該實用新型為我國新型低碳建築技術體系，以及我國現代建築領域中低碳竹質房屋製造技術的形成和完善提供一種新的解決途徑。
文檔編號E04B1/26GK201843215SQ20102028418
公開日2011年5月25日 申請日期2010年8月6日 優先權日2010年8月6日
發明者單波, 喻雲水, 朱敦智, 王戈, 王正, 程海濤, 肖巖, 韓健, 高黎 申請人:中南林業科技大學, 中國林業科學研究院木材工業研究所, 北京市太陽能研究所有限公司, 國際竹藤網絡中心, 湖南大學