一种组合式被动太阳能围护结构论文和设计-戎向阳

全文摘要

本实用新型公开了一种组合式被动太阳能围护结构，所述围护结构设置在建筑的南向，所述围护结构采用特朗伯墙，在所述特朗伯墙的墙体上设置有玻璃窗，所述玻璃窗能够在合适的日出条件下开启，所述玻璃窗开启时，太阳光能够经在建筑外侧的特朗伯墙的阳光玻璃幕墙，由开启的玻璃窗射入室内，形成直接受益窗。本实用新型主要针对传统被动太阳能利用方式的缺点，利用特朗伯墙保温性能好、直接受益窗集热性能强的特点，将二者进行有效组合，实现集热与保温综合效益最大化，同时通过对内侧中空玻璃窗开闭时刻的控制，实现了透明围护结构传热特性阶跃，提升了透明围护结构集热性能与保温性能。

主设计要求

1.一种组合式被动太阳能围护结构，其特征在于：所述围护结构设置在建筑的南向，所述围护结构采用特朗伯墙(1)，在所述特朗伯墙(1)的墙体(1a)上设置有玻璃窗(2)，所述玻璃窗(2)能够在日出条件下开启，所述玻璃窗(2)开启时，太阳光能够经在建筑外侧的特朗伯墙(1)的阳光玻璃幕墙(1b)，由开启的玻璃窗(2)射入室内，形成直接受益窗(3)。

设计方案

2.根据权利要求1所述的组合式被动太阳能围护结构，其特征在于：所述阳光玻璃幕墙(1b)采用单层透明玻璃结构，所述玻璃窗(2)采用中空双层透明玻璃结构。

3.根据权利要求2所述的组合式被动太阳能围护结构，其特征在于：所述阳光玻璃幕墙(1b)的太阳透射比不小于0.82，所述玻璃窗(2)的传热系数不大于2.50 W\/m ^{2<\/sup>.K。}

4.根据权利要求1所述的组合式被动太阳能围护结构，其特征在于：所述阳光玻璃幕墙(1b)与墙体(1a)之间形成的空气间层(4)与玻璃窗(2)开启后形成的直接受益窗(3)的空气通路连通。

5.根据权利要求1所述的组合式被动太阳能围护结构，其特征在于：所述墙体(1a)由外向内依次为深色氟碳漆涂料层(5)、水泥砂浆保护层(6)、聚氨酯保温层(7)以及承重墙体(8)。

6.根据权利要求5所述的组合式被动太阳能围护结构，其特征在于：所述玻璃窗(2)与承重墙体(8)的面积比不少于2.0。

7.根据权利要求1所述的组合式被动太阳能围护结构，其特征在于：所述玻璃窗(2)可全部180°开启。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于太阳能建筑技术领域，特别涉及一种组合式被动太阳能围护结构。

背景技术

我国高原地区太阳能资源丰富，具有大规模开发利用太阳能资源的潜力。因此，如何高效、高质的利用高原地区丰富的太阳能资源，建设低能耗的高原建筑将成为高原城镇建设的重要发展方向。

被动太阳能利用技术因其免维护、运行便捷、经济节能等特点，被认为是高原建筑最适宜的太阳能利用方式。然而，传统被动太阳能利用方式，如直接受益、特朗伯墙、附加阳光间，很难解决被动太阳能利用要求的南向围护结构小热阻与房间保温要求的围护结构大热阻之间的矛盾，造成实际工程项目应用效果欠佳。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够实现集热与保温综合效益最大化的组合式被动太阳能围护结构。

本实用新型技术的技术方案是这样实现的：一种组合式被动太阳能围护结构，其特征在于：所述围护结构设置在建筑的南向，所述围护结构采用特朗伯墙，在所述特朗伯墙的墙体上设置有玻璃窗，所述玻璃窗能够在合适的日出条件下开启，所述玻璃窗开启时，太阳光能够经在建筑外侧的特朗伯墙的阳光玻璃幕墙，由开启的玻璃窗射入室内，形成直接受益窗。

本实用新型所述的组合式被动太阳能围护结构，其所述阳光玻璃幕墙采用单层透明玻璃结构，所述玻璃窗采用中空双层透明玻璃结构。

本实用新型所述的组合式被动太阳能围护结构，其所述阳光玻璃幕墙的太阳透射比不小于0.82，所述玻璃窗的传热系数不大于2.50W\/m^{2<\/sup>.K。}

本实用新型所述的组合式被动太阳能围护结构，其所述阳光玻璃幕墙与墙体之间形成的空气间层与玻璃窗开启后形成的直接受益窗的空气通路连通。

本实用新型所述的组合式被动太阳能围护结构，其所述墙体由外向内依次为深色氟碳漆涂料层、水泥砂浆保护层、聚氨酯保温层以及承重墙体。

本实用新型所述的组合式被动太阳能围护结构，其所述玻璃窗与承重墙体的面积比不少于2.0。

本实用新型所述的组合式被动太阳能围护结构，其所述玻璃窗可全部180°开启。

本实用新型主要针对传统被动太阳能利用方式的缺点，利用特朗伯墙保温性能好、直接受益窗集热性能强的特点，将二者进行有效组合，实现集热与保温综合效益最大化，同时通过对内侧中空玻璃窗开闭时刻的控制，实现了透明围护结构传热特性阶跃，提升了透明围护结构集热性能与保温性能。

附图说明

图1是本实用新型的立面图。

图2是本实用新型的平面图。

图3是本实用新型具体实施例中采用的墙体结构示意图。

图4是本实用新型中组合式被动太阳能建筑围护结构的阶跃传热特性示意图。

图5是本实用新型具体实施例中所应用的多层建筑示意图。

图6是测试期间端头房间室内温度及室外温度分布图。

图7是测试期间中间房间室内温度及室外温度分布图。

图8是阶跃控制与非阶跃控制对比图。

图中标记：1为特朗伯墙，1a为墙体，1b为阳光玻璃幕墙，2为玻璃窗，3为直接受益窗，4为空气间层，5为深色氟碳漆涂料层，6为水泥砂浆保护层，7为聚氨酯保温层，8为承重墙体。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定实用新型。

如图1和2所示，一种组合式被动太阳能围护结构，所述围护结构设置在建筑的南向,即建筑朝南的区域内，具体可选取南偏东或南偏西30度范围内对应区域，所述围护结构采用特朗伯墙1，所述特朗伯墙包括用于集热的墙体1a以及设置在墙体1a外侧的阳光玻璃幕墙1b，所述阳光玻璃幕墙采用单层透明玻璃结构，在所述特朗伯墙1的墙体1a上设置有玻璃窗2，所述玻璃窗2采用中空双层透明玻璃结构，所述玻璃窗2能够在合适的日出条件下开启，所述玻璃窗2开启时，太阳光能够经在建筑外侧的特朗伯墙1的阳光玻璃幕墙1b，由开启的玻璃窗2射入室内，形成直接受益窗3。

其中，所述阳光玻璃幕墙1b的太阳透射比不小于0.82，所述玻璃窗2的传热系数不大于2.50W\/m^{2<\/sup>.K，所述阳光玻璃幕墙1b与墙体1a之间形成的空气间层4与玻璃窗2开启后形成的直接受益窗3的空气通路连通。}

如图3所示，所述墙体1a由外向内依次为深色氟碳漆涂料层5、水泥砂浆保护层6、聚氨酯保温层7以及承重墙体8，所述玻璃窗2与承重墙体8的面积比不少于2.0，所述玻璃窗2可全部180°开启。

如图4所示，本实用新型的运行控制方法，其主要用于控制玻璃窗的开闭，具体来看，一是白天合适的日出条件下(根据计算太阳辐照得热量与对流换热失热量，确定开启时刻)，开启内侧中空玻璃窗，直接受益窗的太阳能得热系数SHGC阶跃升高，降低了围护结构的综合换热热阻，使得太阳能容易集得进来；二是傍晚时刻(根据计算太阳辐照得热量与对流换热失热量，确定关闭时刻)，关闭内侧中空玻璃窗，直接受益窗的综合换热热阻R阶跃上升，降低了围护结构的散热损失，使得太阳能可以保存得住。

具体地，在晴天工况时：白天打开玻璃窗，太阳能通过高透射比的阳光玻璃幕墙，大部分直接入射到室内空间，用于加热室内壁面与空气，另一部分照射到涂装深色氟碳漆涂料层的承重墙体，作为太阳能集热墙，高温的太阳能集热墙加热阳光玻璃幕墙与墙体之间形成的空气间层内的空气后流入室内；夜晚时关闭玻璃窗，由于极大的增加了南向透明围护结构的传热热阻，阻止了白天室内的热量向室外散失。

在阴天工况时：无论白天还是晚上，都将玻璃窗关闭，增加了南向透明围护结构的传热热阻，阻止了白天室内的热量向室外散失。

通过上述技术措施，有效的解决了传统围护结构难以实现被动太阳能利用要求的较高的太阳能得热系数和建筑保温要求的较大传热热阻的难题。

本实用新型的具体实施例：

项目所在地若尔盖县，平均海拔3500米，年平均气温1.1℃，气候分区中属于严寒地区，全年需采暖天数为227天，采暖期平均温度-2.9℃，供暖需求强烈。

项目建成后，实际测试结果表明：①在无任何主动供暖条件下,全天室内最低温度在12℃左右，室内外温差达到25℃；②建筑内侧中空玻璃窗白天开启、夜间关闭的动态控制策略，可使得全天平均温度提升4～5℃，实现了零能耗供暖目标。

如图5所示，为项目的平面示意图，图6为端头房间的测试结果，在测试期间，室外最低温度达到了-12.5℃。各房间最低温度出现在阴天，房间201最低室内温度为9.5℃，房间101与房间301最低温度分别为6.1℃与8.4℃；各房间室内平均温度13.0～14.0℃，最高温度白天可达到24℃。可见，在如此恶劣的气候条件下，阶跃控制策略仍可使室内温度维持在一个较好的温度。其中，房间201室内平均温度高于其他两房间1℃左右，主要是由于一楼的地面散热与三楼顶板散热造成。

图7为中间房间的测试结果，中间房间减少了外墙散热，平均温度比端头房间约高1℃左右，房间平均温度都在13.0℃以上。

图8为阶跃控制策略下的房间104与非阶跃控制策略下的房间106室内温度对比，其中房间104白天上午9点开启房间内侧中空玻璃，南向透明围护结构的太阳光总透射比为87％左右，传热系数为5.5W\/m^{2<\/sup>·k；下午18点关闭内侧窗户，传热系数＜2.0W\/m^{2<\/sup>·k；房间106采用非阶跃策略，全天关闭内侧中空玻璃，南向透明围护结构的太阳光总透射比为44％左右，传热系数＜2.0W\/m^{2<\/sup>·k。}}}

表1阶跃控制与非阶跃控制房间温度统计结果

测试结果表明，阶跃控制策略下的房间104室内温度明显高于房间106，平均温度相差4.5℃，室内温度最高值相差达到了10℃以上，即使阴天最高温度也有5℃左右的区别。以上测试结果表明，南向围护结构实现阶跃性变化后，对太阳能利用率大大增加，能有效改善室内温度状况，同时在夜间关闭内窗后，也满足了南向透明围护结构高保温性能的要求。该设计策略在高原寒冷地区具有非常好的应用价值。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

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