專利名稱：建筑一體化太陽能空氣加熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能空氣加熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當前我國正面臨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展和人口增長與環(huán)境資源約束的突出 矛盾，我國的生態(tài)破壞和環(huán)境污染已經(jīng)達到自然生態(tài)環(huán)境所能承受的極限，我 國的節(jié)能減排工作壓力巨大。世界各國的理論研究和實踐經(jīng)驗表明，建筑用能
是節(jié)能潛力最大的領(lǐng)域，是節(jié)能工作的重點。2004年我國建筑能耗占社會總能 耗的比例為18.8%，而主要發(fā)達國家已達1/3左右。隨著我國城巿化進程的加速， 建筑能耗將不可避免地大幅度增加。我國北方城鎮(zhèn)采暖能耗占全國城鎮(zhèn)建筑總 能耗的40%，是建筑能源消耗的最大組成部分。同時，由于目前我國采暖以煤 為主要能源，因此采暖燃煤造成的環(huán)境污染也相當嚴重。近年來，隨著我國建 筑節(jié)能標準的提高，建筑密閉性顯著增強，導致房間換氣次數(shù)過低，北方地區(qū) 冬季室內(nèi)空氣質(zhì)量普遍較差，通風換氣問題亟待解決。在能源與環(huán)境的雙重壓 力下，研究開發(fā)高效、低成本、易于推廣的可再生能源建筑利用技術(shù)就變得愈 加重要和迫切。
在過去的二十多年中，玻璃幕墻以其新穎美觀的特點，豐富了建筑物的立 面效果，在建筑墻體裝飾中得到了廣泛應用。但與傳統(tǒng)的非透明外墻相比，在 可接受的造價范圍內(nèi)，透明玻璃幕墻的熱工性能要差得多，導致采用透明玻璃 幕墻的建筑能耗過高，以北京為例,單層玻璃幕墻的傳熱系數(shù)為節(jié)能墻體的9一 IO倍。為了改善傳統(tǒng)單層玻璃幕墻的熱工性能，降低能耗，出現(xiàn)了雙層皮玻璃 幕墻，這種幕墻由內(nèi)外兩層幕墻組成，夏季利用熱壓作用進行自然通風，從而 減少太陽輻射熱的影響；冬季關(guān)閉幕墻上下的通風口 ，形成溫室起到保暖作用。 雙層皮玻璃幕墻屬于被動利用太陽能的構(gòu)件，即主要起保溫隔熱的作用，對太 陽輻射熱并未主動加以利用，另外其造價較普通墻體和單層玻璃幕墻也高得 多，因此其推廣應用受到了限制。目前我國有大量的既有單層玻璃幕墻建筑亟 待改造，同時玻璃幕墻仍是新建建筑經(jīng)常采用的立面方案。為了降低玻璃幕墻
建筑的能耗，我國"公共建筑節(jié)能設計標準(GB50189 — 2005)"明確要求 不宜提倡在建筑立面上大面積應用玻璃(或其他透明材料的)幕墻。如果希望建 筑的立面有玻璃的質(zhì)感，提倡使用非透明的玻璃幕墻，即玻璃的后面仍然是保 溫隔熱材料和普通墻體。這種結(jié)構(gòu)的玻璃幕墻，墻體和幕墻玻璃間的空氣間層 在冬季能夠提高墻體的保溫性能，但在夏季由于間層中的空氣不流動，其溫度 可能過高而導致房間(設幕墻玻璃處的房間)的熱量遠高于普通墻體房間，即 房間過熱，同時這種結(jié)構(gòu)的玻璃幕墻也沒有解決主動利用太陽能的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有建筑中的玻璃幕墻結(jié)構(gòu)沒有主動利用太陽能的問題 以及墻體和幕墻玻璃之間不流動的空氣間層在夏季溫度過高而導致相應房間 的熱量遠高于普通墻體房間致使空調(diào)負荷增大的問題，進而提供了一種建筑一 體化太陽能空氣加熱系統(tǒng)。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是本發(fā)明所述空氣加熱系統(tǒng)包 括建筑外墻、電動百葉風口、電動密閉閥、風道和風機，所述加熱系統(tǒng)還包括 復合太陽能集熱構(gòu)件，所述復合太陽能集熱構(gòu)件包括若干塊吸熱玻璃和集熱框 架體，所述復合太陽能集熱構(gòu)件的周邊與建筑外墻的外表面密閉連接且二者之 間形成有空腔，所述電動百葉風口設在復合太陽能集熱構(gòu)件上端上并與空腔連 通，風道的一端與空腔連通，電動密閉閥和風機設置在風道上；所述若干塊吸 熱玻璃對應安裝在集熱框架體設有的開口上，所述集熱框架體的外表面上均布 沖壓有若干個半球形凹坑，在每個半球形凹坑的上半部分開有孔徑為1 1.5
mm的通孔。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明根據(jù)流場與溫度場協(xié)同原理，在提高玻璃幕 墻保溫隔熱性能的同時，充分利用了太陽能，本發(fā)明集隔熱、保溫和太陽能熱 利用于一身，實現(xiàn)了集熱構(gòu)件與建筑的一體化，將建筑中的玻璃幕墻(復合太 陽能集熱構(gòu)件)和空調(diào)系統(tǒng)巧妙地結(jié)合在一 起，實現(xiàn)了太陽能熱量的主動利用， 太陽能熱利用率顯著提高。本發(fā)明能夠增強玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的強度，提高其安全 性，本發(fā)明在使用時基本上不需要日常維護，易于在實際工程中推廣，符合太 陽能熱利用技術(shù)的發(fā)展趨勢，適應我國節(jié)能標準對玻璃幕墻建筑的要求，本發(fā) 明在新建玻璃幕墻建筑和既有玻璃幕墻建筑改造中都具有廣闊的應用前景，將
極大地推動我國太陽能熱利用技術(shù)的發(fā)展。


圖l是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是復合太陽能集熱構(gòu)件的主視圖，圖 3是圖2的A向視圖，圖4是圖2的B部放大圖，圖5是圖2的C-C剖面圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一如圖1 5所示，本實施方式所述建筑一體化太陽能空
氣加熱系統(tǒng)包括建筑外墻11、電動百葉風口 14、電動密閉閥15、風道16和 風機17，所述加熱系統(tǒng)還包括復合太陽能集熱構(gòu)件10，所述復合太陽能集熱 構(gòu)件10包括若干塊吸熱玻璃5和集熱框架體21，所述復合太陽能集熱構(gòu)件10 的周邊與建筑外墻ll的外表面密閉連接且二者之間形成有空腔20，所述電動 百葉風口 14設在復合太陽能集熱構(gòu)件10上端上并與空腔20連通，風道16 的一端與空腔20連通，電動密閉閥15和風機17設置在風道16上；所述若干 塊吸熱玻璃5對應安裝在集熱框架體21設有的開口上，所述集熱框架體21 的外表面上均布沖壓有若干個半球形凹坑21-1，在每個半球形凹坑21-1的上 半部分開有孔徑為1 1.5 mm的通孔21-l-l(通孔21-1-1設置在半球形凹坑 21-1的上半部分可防止雨水從集熱框架體21的外表面淋入空腔20內(nèi)，影響系 統(tǒng)正常工作)，風道16的另一端與空調(diào)機組18或新風豎井連接。
本實施方式所述建筑外墻ll為南向外墻、東南向外墻或西南向外墻。所述 集熱框架體21的兩側(cè)的邊框21-2的邊緣彎折后與建筑外墻11密閉連接(如圖3 所示)。根據(jù)流場與溫度場協(xié)同原理，在集熱框架體21上開有微小孔口，使得 流體速度與熱流矢量平行，從而強化空氣與集熱框架體21之間的換熱。
在冬季，電動百葉風口14始終處于關(guān)閉狀態(tài)，白天電動密閉閥15打開，在 風機17的抽吸作用下，由復合太陽能集熱構(gòu)件IO、建筑外墻ll、關(guān)閉的電動百 葉風口14構(gòu)成空腔20，空腔20內(nèi)充有的空氣構(gòu)成空氣間層，所述空氣間層為負 壓，室外空氣通過集熱框架體21上的通孔21-l-l進入空氣間層并被集熱框架體
21加熱，然后在空氣間層內(nèi)上升并繼續(xù)被集熱框架體21和吸熱玻璃5加熱，在 風機17的抽吸作用下，再通過風道16進入空調(diào)機組18供空調(diào)系統(tǒng)使用，也可以 通過風道16將已被加熱的室外空氣引入中央空調(diào)系統(tǒng)的新風豎井以供多臺空 調(diào)機組使用。夜晚和陰天，電動密閉閥15和風機17關(guān)閉，停止向空調(diào)系統(tǒng)提供
新風，空氣間層中的空氣停止流動，起加強外墻保溫性能的作用。
在夏季，電動密閉閥15和風機17關(guān)閉，電動百葉風口14打開，使空氣間層 與室外空間在熱壓作用下進行自然通風，將復合太陽能集熱構(gòu)件10吸收的太陽 輻射熱不斷轉(zhuǎn)移出去，因此空氣間層內(nèi)的空氣溫度不致過高，從而避免了房間 的熱量增加，也即起到了提高墻體隔熱性能的作用。夏季夜晚，自然通風過程 還可以降低墻體溫度，將天然冷量存儲在墻體中，從而達到降低空調(diào)負荷的作 用。
具體實施方式
二如圖1 4所示，本實施方式所述集熱框架體21由鋼板、
鋁板、塑料板或其他具有一定強度的復合材料板材制作。其它組成及連接關(guān)系 與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖1 5所示，本實施方式所述復合太陽能集熱構(gòu)件
IO還包括光譜選擇性吸收涂層1，在集熱框架體21的外表面上覆有光譜選擇 性吸收涂層1。在集熱框架體21的外表面上噴涂有太陽光譜內(nèi)吸收光線程度
高、在熱輻射波長范圍內(nèi)輻射損失低的選擇性涂層可增強復合太陽能集熱構(gòu)件
10的吸熱性能。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四如圖1 4所示，本實施方式所述復合太陽能集熱構(gòu)件
10還包括若干個吸熱玻璃框2，所述若干個吸熱玻璃框2與若干塊吸熱玻璃5 的數(shù)量一致，所述若干塊吸熱玻璃5對應安裝在若干個吸熱玻璃框2上。設置 吸熱玻璃框2便于吸熱玻璃5的安裝。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一 相同。
具體實施方式
五如圖1 4所示，本實施方式所述加熱系統(tǒng)還包括密封 底板12和遮雨板13，所述復合太陽能集熱構(gòu)件10的上端通過遮雨板13與建 筑外墻11密閉連接，所述復合太陽能集熱構(gòu)件10的下端通過密封底板12與 建筑外墻11密閉連接。由復合太陽能集熱構(gòu)件10、建筑外墻11、密封底板 12、遮雨板13和關(guān)閉的電動百葉風口 14構(gòu)成密閉的空腔，如此設置，便于安 裝。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一或二相同。
工作原理
將表面覆有高效選擇性涂層并開有很多細小孔口的深顏色板材(鋼板、 鋁板、塑料板或其他復合材料板材)制成的集熱框架體21 (集熱板)和吸熱
玻璃5組合成復合太陽能集熱構(gòu)件10，復合太陽能集熱構(gòu)件10通過其上的集 熱框架體21安裝在距外墻 11的外表面100mm—200mm處，在復合太陽能 集熱構(gòu)件10的頂部安裝電動百葉風口，并在電動百葉風口上部安裝遮雨板， 在復合太陽能集熱構(gòu)件底部安裝密封底板。這樣，復合太陽能集熱構(gòu)件、外墻、 電動百葉風口、遮雨板和密封底板共同組成一個空氣間層，在遮雨板上開孔經(jīng) 風道與風機相連。冬季，電動百葉風口關(guān)閉，在風機的抽吸作用下，空氣間層 中處于負壓，室外空氣通過集熱板上的小孔進入空氣間層中，在空氣通過小孔 以及在空氣間層中向上流動過程中，空氣獲得了集熱板和吸熱玻璃吸收的太陽 輻射熱而被加熱?？諝忾g層中熱空氣的存在提高了墻體的保溫性能，減少了建 筑物的熱負荷。同時將空氣間層中已被加熱的空氣作為新風引入中央空調(diào)系統(tǒng) 使用，冬季天氣晴朗時，白天經(jīng)太陽能空氣加熱系統(tǒng)加熱的空氣溫度完全能夠 達到室內(nèi)設定溫度而無需經(jīng)空調(diào)機組中的加熱器再次加熱，空調(diào)機組中的加熱 器只在夜晚和陰天時啟動對新風進行加熱，從而可以顯著節(jié)省中央空調(diào)系統(tǒng)加 熱新風所需能量。理論分析表明，在北京地區(qū)應用本發(fā)明，中央空調(diào)系統(tǒng)新風 負荷可降低15%以上，節(jié)能效果非常明顯。冬季夜晚和陰天，太陽能熱利用 系統(tǒng)風機關(guān)閉，空氣間層內(nèi)空氣停止流動，空氣間層起加強外墻保溫性能的作 用。
在夏季，系統(tǒng)風機關(guān)閉，位于復合太陽能集熱構(gòu)件頂部的電動百葉風口打 開，空氣間層與室外空間在熱壓作用下進行自然通風，將復合太陽能集熱構(gòu)件 一吸收的太陽輻射熱不斷轉(zhuǎn)移出-去，因此空氣間層內(nèi)的空氣溫度不致過高，從而 避免了房間的熱量增加，也即起到了提高墻體隔熱性能的作用。夏季夜晚，自 然通風過程還可以降低墻體溫度，將天然冷量存儲在墻體中，從而達到降低空 調(diào)負荷的作用。
權(quán)利要求
1、一種建筑一體化太陽能空氣加熱系統(tǒng)，所述空氣加熱系統(tǒng)包括建筑外墻(11)、電動百葉風口(14)、電動密閉閥(15)、風道(16)和風機(17)，其特征在于所述加熱系統(tǒng)還包括復合太陽能集熱構(gòu)件(10)，所述復合太陽能集熱構(gòu)件(10)包括若干塊吸熱玻璃(5)和集熱框架體(21)，所述復合太陽能集熱構(gòu)件(10)的周邊與建筑外墻(11)的外表面密閉連接且二者之間形成有空腔(20)，所述電動百葉風口(14)設在復合太陽能集熱構(gòu)件(10)上端上并與空腔(20)連通，風道(16)的一端與空腔(20)連通，電動密閉閥(15)和風機(17)設置在風道(16)上；所述若干塊吸熱玻璃(5)對應安裝在集熱框架體(21)設有的開口上，所述集熱框架體(21)的外表面上均布沖壓有若干個半球形凹坑(21-1)，在每個半球形凹坑(21-1)的上半部分開有孔徑為1～1.5mm的通孔(21-1-1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑一體化太陽能空氣加熱系統(tǒng)，其特征在于 所述集熱框架體(21)由鋼板、鋁板或塑料板制作。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的建筑一體化太陽能空氣加熱系統(tǒng)，其特征 在于所述復合太陽能集熱構(gòu)件(10)還包括光譜選擇性吸收涂層(1)，在集 熱框架體(21)的外表面上覆有光譜選擇性吸收涂層(1)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑一體化太陽能空氣加熱系統(tǒng)，其特征在于 所述復合太陽能集熱構(gòu)件(10)還包括若干個吸熱玻璃框(2),所述若干個吸 熱玻璃框(2)與若干塊吸熱玻璃(5)的數(shù)量一致，所述若干塊吸熱玻璃(5) 對應安裝在若干個吸熱玻璃框(2)上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的建筑一體化太陽能空氣加熱系統(tǒng)，其特征 在于所述加熱系統(tǒng)還包括密封底板(12)和遮雨板(13)，所述復合太陽能 集熱構(gòu)件(10)的上端通過遮雨板(13)與建筑外墻(11)密閉連接，所述復 合太陽能集熱構(gòu)件(10)的下端通過密封底板(12)與建筑外墻(11)密閉連 接。
全文摘要
建筑一體化太陽能空氣加熱系統(tǒng)，它涉及一種太陽能空氣加熱系統(tǒng)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有建筑中的玻璃幕墻結(jié)構(gòu)沒有主動利用太陽能的問題以及墻體和幕墻玻璃之間不流動的空氣間層在夏季溫度過高而導致相應房間的熱量遠高于普通墻體房間致使空調(diào)負荷增大的問題。所述復合太陽能集熱構(gòu)件的周邊與建筑外墻的外表面密閉連接且二者之間形成有空腔；若干塊吸熱玻璃對應安裝在平面集熱框架體設有的開口上，平面集熱框架體的外表面上均布沖壓有若干個半球形凹坑，在每個半球形凹坑的上半部分開有孔徑為1～1.5mm的通孔。本發(fā)明在提高玻璃幕墻保溫隔熱性能的同時，充分利用了太陽能，本發(fā)明集隔熱、保溫和太陽能熱利用于一身，實現(xiàn)了集熱構(gòu)件與建筑的一體化。
文檔編號F24H3/08GK101382342SQ20081013739
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日
發(fā)明者康玉范, 方修睦, 楊玉田, 政 王, 高立新 申請人:哈爾濱工業(yè)大學