CN108104300B - 多孔渗透型新风预热太阳墙 - Google Patents

多孔渗透型新风预热太阳墙 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多孔渗透型新风预热太阳墙，包括集热蓄热***以及气流输送***；所述的集热蓄热***包括太阳墙板，太阳墙板与建筑外墙之间留有空气间层；所述的太阳墙板的上方设置有与所述空气间层连通的空气舱，空气舱的外壁上开设有排气口，排气口上活动式安装有用于调节排气口开度的导流板；所述的太阳墙板上分布进气孔，太阳墙板的外壁上设置有吸热涂层；所述的太阳墙板的外壁上设置有遮光装置；所述的气流输送***包括新风管道，新风管道上安装有风阀和轴流风机，新风管道的侧壁上设置有送风口，新风管道的一端与所述的空气舱连通。本发明即能在冬季获取新风又能保持室内适宜的温度，既可以满足节能的要求又能达到室内空气品质的要求。

Description

多孔渗透型新风预热太阳墙
技术领域
本发明属于太阳能热利用与建筑采暖领域，具体涉及一种多孔渗透型新风预热采暖一体化太阳墙***，用于教室、办公楼等冬季新风预热和室内采暖，主要解决冬季大面积开窗难、室内空气质量差等实际难题。
背景技术
我国建筑能耗约占社会总能耗的四分之一，其中采暖空调能耗更是占建筑能耗的40％～50％。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，因此利用太阳能来改善建筑室内热环境可有效降低常规能源消耗。
冷风渗透热负荷是冬季采暖负荷的主要部分，这往往要求建筑具有良好的密闭性。随之带来问题便是：室内新风量小、空气污染严重，直接影响室内人员工作和学***衡点是此类问题的研究重点。
目前常用的直接受益窗、集热蓄热墙和附加阳光间式被动太阳能技术很多学者都做了大量的深入研究，结果表明这几种被动太阳能采暖技术可有效的提高室内温度，减少冬季采暖热负荷，但这些技术却难以兼顾冬季室内空气质量改善的问题。而现有新风热回收、预热等***虽可以改善室内空气品质，但设备***较为复杂、投资较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于被动太阳能利用的多孔渗透型新风预热太阳墙，可同时解决提高冬季室内空气质量和降低采暖能耗的双重问题。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种多孔渗透型新风预热太阳墙，包括集热蓄热***以及气流输送***；
所述的集热蓄热***包括设置在建筑外墙外部且与建筑外墙平行的太阳墙板，太阳墙板与建筑外墙之间留有空气间层；所述的太阳墙板的上方设置有与所述空气间层连通的空气舱，空气舱的外壁上开设有排气口，排气口上活动式安装有用于调节排气口开度的导流板；所述的太阳墙板上分布有开口方向倾斜于水平面的进气孔，太阳墙板的外壁上设置有吸热涂层；所述的太阳墙板的外壁上设置有用于遮挡阳光的遮光装置；
所述的气流输送***包括设置在建筑内房间上部的新风管道，新风管道上安装有风阀和轴流风机，新风管道的侧壁上设置有送风口，新风管道的一端通过开设在建筑外墙上的进气口与所述的空气舱连通。
进一步地，所述的太阳墙板的外表面设置有凸起部和凹陷部，所述的进气孔开设在所述的凸起部上。
进一步地，所述的太阳墙板采用镀锌钢板，太阳墙板通过螺栓与建筑外墙连接。
进一步地，所述的排气口的中部设置有与水平面平行的转轴，所述的导流板安装在转轴上。
进一步地，所述的新风管道中位于建筑外墙与风阀之间依次设置有空气过滤网、防火阀，轴流风机的后侧依次设置有湿膜加湿器和***；所述的轴流风机的两端通过软连管串联在新风管道上。
进一步地，所述的送风口上安装有用于调节风量大小的调节阀。
进一步地，所述的进气孔的外部设置有遮沿，遮沿包括一个斜板以及两个端板，其中斜板倾斜于水平面设置，斜板的一侧固定在进气孔上方的太阳墙板上，另一侧与进气孔之间留有间隙；所述的端板位于斜板的两端，端板的一侧与太阳墙板连接，另一侧与斜板的端部连接。
进一步地，所述的遮光装置包括设置在太阳墙板外壁顶端的一对支撑架，所述的一对支撑架之间安装有滚轴，滚轴与太阳墙板平行；滚轴上设置有通过拉绳驱动的透气遮光卷帘。
进一步地，所述的透气遮光卷帘包括一对软质的边带，所述的一对边带之间间隔设置有多个矩形的遮光片，遮光片倾斜于水平面；所述的遮光片上沿遮光片的长度方向开设有连接孔，穿过连接孔设置有连接绳，连接绳的两端分别与所述的一对边带连接。
本发明具有以下技术特点：
1.新风预热效果良好
与传统的Trombe墙相比，太阳墙可以把预热的新鲜空气通过通风***送入室内，有效提高了室内空气质量，保持室内环境舒适，有利于室内人员的身体健康，将集热蓄热***与气流输送***结合，不但可以通过轴流风机和风阀控制新风流量、流速及温度，还可以利用送风管道把加热的空气输送到任何位置的房间。如此一来，不仅南向房间能利用太阳能采暖，北向房间同样也能享受到太阳的温暖，更好的满足了建筑取暖的需要，这是多孔渗透型太阳墙***的独到之处。
2.太阳能热利用效率更高
与传统的被动式的玻璃集热方法相比，本发明的太阳能热利用效率更高，因为玻璃会反射掉15％的太阳光进而削弱了太阳光的利用，而本设计中的多孔太阳墙板可以吸收利用80％的太阳能。
3.防止夏季室内过热
通过使用透气遮光卷帘，可以减少夏季进入空气层的太阳辐射；当夹层中的空气通过对流和辐射被加热时，温度升高，密度降低，靠浮升力形成了热压排风效应，起到了排风散热的作用。
4.结构简单、使用范围广
因为太阳墙结构简单，美观耐用，维护管理方便，所以应用范围广泛，可用于任何需要辅助采暖、通风或补充新鲜空气的建筑，建筑类型包括工业、商业、居住、办公、学校、仓库等。
5.运行工况控制操作方便
根据不同的季节工况，使用者可以根据室外温度进行相应的调整，启闭相应的部件，实现分工况自控。在春夏秋季，***主要以排除废热降温为主，将排气***导流板开启，透气遮光卷帘放下，诱导送风***风阀关闭；而当室外温度低于5℃时，冬季工况开启运行，***主要以利用太阳能预热新风为主，排气***导流板关闭透气遮光卷帘升起，诱导送风***风阀开启。在整个过程中，风阀、导流板和透气遮光卷帘采用手动操作。
6.经济环境效益良好
该太阳墙新风预热采暖***使用多孔太阳墙板集热，动力***除了风机之外，无其他动力设备，与建筑外墙合二为一，因此成本造价低；另外分工况运行时采用手动操作减少建筑运行费用；合理高效的利用太阳能这一清洁能源，降低对环境的污染。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明***A-A断面的俯视图；
图3为本发明在夏季工况下各部件工作状态示意图；
图4为本发明在冬季工况下各部件工作状态示意图；
图5为本发明多空太阳墙板的正视图；
图6为本发明多空太阳墙板的侧视图；
图7为本发明多空太阳墙板的剖视图；
图8为本发明多空太阳墙板的安装详图；
图9为本发明透气遮光卷帘的安装详图；
图10为本发明透气遮光卷帘的结构示意图。
图中标号代表：1—遮雨板，2—透气遮光卷帘，3—太阳墙板，4—进气孔，41—斜板，42—端板，5—新风管道，6—导流板，7—排气口，8—进气口，9—空气过滤网，10—风阀，11—软连管，12—轴流风机，13—湿膜加湿器，14—***，15—防火阀，16—调节阀，17—送风口，18—空气间层，19—空气舱，20—保温层，21—建筑外墙，22—螺栓螺母，23—玻璃胶带，24—支撑架，25—拉绳，26—转轴，27—边带，28—遮光片，29—连接绳。
具体实施方式
如图1至图10所示，本发明公开了一种多孔渗透型新风预热太阳墙，包括集热蓄热***以及气流输送***；
所述的集热蓄热***包括设置在建筑外墙21外部且与建筑外墙21平行的太阳墙板3，太阳墙板3与建筑外墙21之间留有空气间层18，太阳墙板3通过螺栓螺母22与建筑外墙21固定连接；所述的太阳墙板3的上方设置有与所述空气间层18连通的空气舱19，空气舱19的外壁上开设有排气口7，排气口7上活动式安装有用于调节排气口7开度的导流板6，导流板6可以完全对排气口7进行封堵，也可以部分遮挡排气口7，以满足在不同工况下的使用需求；所述的太阳墙板3上分布有开口方向倾斜于水平面的进气孔4，该进气孔4指向地面方向，例如与水平面呈30°～60°夹角；太阳墙板3的外壁上设置有吸热涂层，该吸收涂层可以是在太阳墙板3上刷覆的多层黑色涂料；另外，太阳墙板3的外壁进行粗糙加工，使其具有较高的太阳能吸收率。
所述的太阳墙板3的外壁上设置有用于遮挡阳光的遮光装置，该遮光装置主要是在夏季用来遮挡阳光，以减少太阳墙板3对太阳能的吸收；该遮光装置采用收放式结构，在冬季无需使用时收起，而在夏季时展开。
所述的气流输送***包括设置在建筑内房间上部的新风管道5，例如新风管道5可以设置在房间吊顶的上方；新风管道5上安装有轴流风机12，新风管道5的侧壁上设置有送风口17，新风管道5的一端通过开设在建筑外墙21上的进气口8与所述的空气舱19连通。
如图9所示，所述的遮光装置包括设置在太阳墙板3外壁顶端的一对支撑架24，所述的一对支撑架24之间安装有滚轴，滚轴与太阳墙板3平行；滚轴上设置有通过拉绳25驱动的透气遮光卷帘2；在夏季时，通过拉绳25降下透气遮光卷帘2；而在冬季时，则通过拉绳25将透气遮光卷帘2卷绕在滚轴上。所述的透气遮光卷帘2上有间隙，以允许外界空气透过间隙，从进气孔4进入到空气间层18中。
具体地，如图10所示，所述的透气遮光卷帘2包括一对软质的边带27，所述的一对边带27之间间隔设置有多个矩形的遮光片28，遮光片28倾斜于水平面，例如与水平面呈30°～60°夹角；所述的遮光片28上沿遮光片28的长度方向开设有连接孔，穿过连接孔设置有连接绳29，连接绳29的两端分别与所述的一对边带27连接；在每个遮光片28上连接绳29可以设置两条，以避免遮光片28相对于边带27旋转。边带27可以为橡胶带或者塑料带。在安装时，将所述一对边带27的一端与滚轴连接，然后将拉绳25也与滚轴连接，这样通过拉动拉绳25，能收起或放下透气遮光卷帘2。透气遮光卷帘2的上述结构涉及，使得相邻的遮光片28之间留下用于通风的间隙，这样便于外界空气的导入，而又能有效地阻挡阳光照射在太阳墙板3上。
优选地，如图1所示，透气遮光卷帘2的上方设置有遮雨板1，在透气遮光卷帘2收起时对其进行保护，避免雨水打湿造成风化而缩短其寿命。
可选地，如图7所示，所述的进气孔4的外部设置有遮沿，遮沿包括一个斜板41以及两个端板42，其中斜板41倾斜于水平面设置，斜板41的一侧固定在进气孔4上方的太阳墙板3上，另一侧与进气孔4之间留有间隙；所述的端板42位于斜板41的两端，端板42的一侧与太阳墙板3连接，另一侧与斜板41的端部连接。这种结构能有效地避免雨水进入到空气间层18中，也在一定程度上起到防尘的作用。
图5至图7给出了一种可选的太阳墙板3的结构示意图。所述的太阳墙板3的外表面设置有凸起部和凹陷部，所述的进气孔4开设在所述的凸起部上。所述的太阳墙板3采用镀锌钢板，太阳墙板3通过螺栓与建筑外墙21连接。
例如，太阳墙板3可以采用小块经冲压加工制成的多孔镀锌钢板通过拼接构成，其表面设计成规则的凹凸状，即所述的凸起部与建筑外墙21的间距更大一些，而凹陷部与建筑外墙21的间距小一些，这种结构有利于新风的渗透。在每个小块的钢板边缘处预留用于固定与连接的部分，根据用户对新风量的需求合理计算出所需钢板的数量，可通过在钢板边缘处钻螺纹孔配合螺栓螺母22将多块钢板组装在一起。
太阳墙板3上部的空气舱19，可以为一个无底面的空心矩形体仓，其底部与空气间层18连通，空气舱19用于收集已经达到预热效果的热空气。空气舱19与太阳墙板3的连接部分用玻璃胶带23进行密封连接，以及管道、砌道的连接处均用玻璃胶密封，保证腔体的气密性，以防止外部的空气进入***，造成***运行效果不佳。
图3为本发明在夏季工况下各部件的工作状态示意图。在夏季时，将排气口7上的导流板6打开，使得空气舱19与外界连通，然后放下透气遮光卷帘2，关闭风阀10，此时热的空气在热压和风压的作用下通过排气口7排到大气中。
放下透气遮光卷帘2后，透气遮光卷帘2反射掉大部分太阳辐射，仅有很少的太阳辐射会穿透透气遮光卷帘2，落到太阳墙板3上，因此空气间层18内的空气几乎不会被太阳墙板3加热，使得空气间层18内的空气能较好的吸收建筑外墙21上保温层20的热量。空气间层18内的空气被加热后，在热压、风压的作用下上升，通过空气舱19上部的排气口7经过导流板6排至大气中，形成一个对流循环，在此过程中吸收了建筑外墙21上保温层20的热量，降低了建筑外墙21外表面的温度，进而降低了通过建筑外墙21的得热量，减少空调能耗。
进一步地，所述的新风管道5中位于建筑外墙21与风阀10之间依次设置有空气过滤网9、防火阀15，轴流风机12的后侧依次设置有湿膜加湿器13和***14；所述的轴流风机12的两端通过软连管11串联在新风管道5上，软连管11可以采用波纹管。所述的送风口17上安装有用于调节风量大小的调节阀16。
可选地，所述的导流板6的一种安装方式可以是：所述的排气口7的中部设置有与水平面平行的转轴26，所述的导流板6安装在转轴26上。所述的转轴26可以通过电机驱动旋转，以调整排气口7的开度。
图4为本发明在冬季工况下的工作状态示意。当室外日平均温度低于5℃时，打开风阀10，打开轴流风机12，关闭导流板6，使导流板6完全封堵排气口7，并且升起透气遮光卷帘2，此时室外新鲜的空气通过进气孔4进入到空气间层18中，吸收太阳墙板3的热量后，在风压和热压的作用下通过新风管道5进入室内送风***。
表面粗糙且涂覆有吸热涂层的太阳能墙板3吸收太阳辐射升温加热空气间层18内的空气，使得空气间层18内的空气被加热，在热压差和浮升力的作用下上升，到达空气舱19中，将热的空气聚合起来，此时由于采用诱导送风的方式，新风管道5中的压力较高，被加热后的空气通过进气口8、空气过滤网9、防火阀15、轴流风机12、湿膜加湿器13、***14、调节阀16、送风口17送入室内。此过程中新风通过空气间层18被加热，提高了新风送风温度，增加了室内的得热量，减少了新风负荷，改善了冬季室内空气质量以及降低采暖能耗的双重问题。
以下通过具体实例对本发明做进一步的说明。
以拉萨市的气候条件为例，查《实用供热空调设计手册(第二版)》得拉萨市气象参数，冬季通风室外干球温度为-5.1℃。有一房间南墙外侧设置多孔太阳墙，该房间长2.7m，宽2.4m，高2.7m。多空太阳墙板高2.1m，宽1.8m，厚度0.01m。多孔太阳墙板孔的直径为20mm，孔的数量为17×12(行×列)。太阳辐射强度为430W/m2，假定多孔太阳墙板对太阳的吸收率为0.89。
①新风量的引入情况
L＝V1×A1×3600＝n×V2×A2×3600
式中L‐‐‐通过送风管道进入室内的新风量(m3/h)；
V1‐‐‐新风管道口送风速度(m/S)；
A1‐‐‐新风管道口截面积(m2)其值为0.0144m2；
n‐‐‐进气孔的数量(个)，其值为204个；
V2‐‐‐进气孔进风速度(m/S)；
A2‐‐‐进气孔截面积(m2)其值为0.0004m2。
②对室外空气的预热作用
多孔太阳墙板所吸收的辐射热量为：
Q＝a×E×F
式中Q‐‐‐多孔太阳墙板所吸收的辐射热量(W)；
E‐‐‐太阳辐射强度(W/m2)，其值为430W/m2；
F‐‐‐多孔太阳墙板面积(m2)，其值为3.78m2；
a‐‐‐多孔太阳墙板对太阳的吸收率，其值为0.89。
得Q＝1446.61W。
Q＝3600-1×c×ρ×L×(ti-tj)
式中Q‐‐‐多孔太阳墙板所吸收的辐射热量(W)；
c‐‐‐空气的质量比热，其值为1010J/(kg.℃)；
ρ‐‐‐经过预热的空气的密度(kg/m3)；
L‐‐‐通过送风管道进入室内的新风量(m3/h)；
ti‐‐‐经过预热的空气的温度(℃)；
tj‐‐‐冬季通风室外干球温度,其值为-5.1℃。
查《全国民用建筑工程设计技术措施2009年版》新风速度大小应在2.0～4.5m/s。
表1.风机不同送风速度下的送风量及送风温度
Figure GDA0001568134580000081
查《实用供热空调设计手册 第二版》
表2.用于通风的新风需求量
应用场合 人员密度(P/100m<sup>2</sup>) 新风量需求量(L/S.P)
教室 50 8
办公室 7 10
该房间的面积为6.48m2，参照表2，对于教室来说人员密度为3～4个人。则所需新风量为24～32L/S，即86.4～115.2m3/h；对于办公室来说人员密度为1个人。则所需新风量为10L/S，即36m3/h。参照表1，当风机送风速度在2.0～2.4m/S时，总新风量为101.66～122.40m3/h，可以满足教室人员对新风量的需求；当风机送风速度在2.0m/S左右时，总新风量101.66m3/h左右，可以满足办公室人员对新风量的需求。而对于新风的预热效果，当风机送风速度在2.0～3.6m/S时，送风空气温度可以达到18.6℃～41.4℃。因此该***既能满足对新风量的需求，又能达到预热新鲜空气的作用。

Claims (4)

1.一种多孔渗透型新风预热太阳墙，其特征在于，包括集热蓄热***以及气流输送***；
所述的集热蓄热***包括设置在建筑外墙(21)外部且与建筑外墙(21)平行的太阳墙板(3)，太阳墙板(3)与建筑外墙(21)之间留有空气间层(18)；所述的太阳墙板(3)的上方设置有与所述空气间层(18)连通的空气舱(19)，空气舱(19)的外壁上开设有排气口(7)，排气口(7)上活动式安装有用于调节排气口(7)开度的导流板(6)；所述的太阳墙板(3)上分布有开口方向倾斜于水平面的进气孔(4)，太阳墙板(3)的外壁上设置有吸热涂层；所述的太阳墙板(3)的外壁上设置有用于遮挡阳光的遮光装置；
所述的气流输送***包括设置在建筑内房间上部的新风管道(5)，新风管道(5)上安装有风阀(10)和轴流风机(12)，新风管道(5)的侧壁上设置有送风口(17)，新风管道(5)的一端通过开设在建筑外墙(21)上的进气口(8)与所述的空气舱(19)连通；
所述的太阳墙板(3)的外表面设置有凸起部和凹陷部，所述的进气孔(4)开设在所述的凸起部上；
所述的太阳墙板(3)采用镀锌钢板，太阳墙板(3)通过螺栓与建筑外墙(21)连接；
所述的进气孔(4)的外部设置有遮沿，遮沿包括一个斜板(41)以及两个端板(42)，其中斜板(41)倾斜于水平面设置，斜板(41)的一侧固定在进气孔(4)上方的太阳墙板(3)上，另一侧与进气孔(4)之间留有间隙；所述的端板(42)位于斜板(41)的两端，端板(42)的一侧与太阳墙板(3)连接，另一侧与斜板(41)的端部连接；
所述的遮光装置包括设置在太阳墙板(3)外壁顶端的一对支撑架(24)，所述的一对支撑架(24)之间安装有滚轴，滚轴与太阳墙板(3)平行；滚轴上设置有通过拉绳(25)驱动的透气遮光卷帘(2)；
所述的透气遮光卷帘(2)包括一对软质的边带(27)，所述的一对边带(27)之间间隔设置有多个矩形的遮光片(28)，遮光片(28)倾斜于水平面；所述的遮光片(28)上沿遮光片(28)的长度方向开设有连接孔，穿过连接孔设置有连接绳(29)，连接绳(29)的两端分别与所述的一对边带(27)连接。
2.如权利要求1所述的多孔渗透型新风预热太阳墙，其特征在于，所述的排气口(7)的中部设置有与水平面平行的转轴(26)，所述的导流板(6)安装在转轴(26)上。
3.如权利要求1所述的多孔渗透型新风预热太阳墙，其特征在于，所述的新风管道(5)中位于建筑外墙(21)与风阀(10)之间依次设置有空气过滤网(9)、防火阀(15)，轴流风机(12)的后侧依次设置有湿膜加湿器(13)和***(14)；所述的轴流风机(12)的两端通过软连管(11)串联在新风管道(5)上。
4.如权利要求1所述的多孔渗透型新风预热太阳墙，其特征在于，所述的送风口(17)上安装有用于调节风量大小的调节阀(16)。
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