CN109595724A - 真空腔隔热节能液流窗 - Google Patents

Abstract

本发明提供的真空腔隔热节能液流窗，涉及建筑节能围护结构技术领域，包括固定框和设于固定框内、且相互间隔设置的第一基板、第二基板和第三基板。第一基板和第二基板之间形成第一密闭空腔，作为真空腔。第二基板和第三基板之间形成第二密闭空腔，作为流体通道。当第一密闭空腔相对第二密闭空腔靠近待换热对象，第二密闭空腔内的液体为待换热对象供冷；第一密闭空腔相对第二密闭空腔远离待换热对象，第二密闭空腔内的液体为待换热对象供热，供冷量和供热量通过自动控制***进行调节。该真空腔隔热节能液流窗兼具集热、隔热和供热的功能，真空腔起到了隔热保温的作用，可以广泛应用于各类有制冷、采暖和热水需求的建筑物，并有利于其运行节能。

Description

真空腔隔热节能液流窗

技术领域

本发明涉及建筑节能围护结构技术领域，具体而言，涉及一种真空腔隔热节能液流窗。

背景技术

太阳能集热技术和太阳能热水***在建筑中的应用已经得到了充分的发展。太阳能集热器需要额外的安装场地，且其规模会受到场地面积的限制，不利于推广和普及。水流窗可以利用建筑物外立面吸收太阳热并输出热水，但其采用热效率较低的套管换热器进行换热，使得窗体空腔中水流所吸收的热量不能全部得到有效利用，且利用套管换热器换热无法满足冬季供暖工况下的节能运行需求。此外，换热器和管道的安置也需要更大的窗框空间。复杂的结构对建筑荷载和后期维护也会带来更大的挑战和难度。

有鉴于此，本发明设计制造出一种真空腔隔热节能液流窗，解决传统集热器占地面积大的问题，且便于同时满足建筑制冷和采暖工况下的节能运行需求，是目前建筑节能围护结构技术领域中急需改善的技术问题。

发明内容

本发明的目的包括提供一种真空腔隔热节能液流窗，设有第一密闭空腔和第二密闭空腔，第一密闭空腔作为真空腔，起隔热保温的作用。第二密闭空腔作为流体通道，供液体工质流动换热，以实现对建筑物供冷或供热。该真空腔隔热节能液流窗结构简单、换热效率高、且便于同时满足建筑制冷和采暖工况下的节能运行需求。

本发明改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本发明提供的一种真空腔隔热节能液流窗，包括固定框和设于所述固定框内、且相互间隔设置的第一基板、第二基板和第三基板。所述第一基板和所述第二基板之间形成第一密闭空腔，所述第一密闭空腔为真空腔。所述第二基板和所述第三基板之间形成第二密闭空腔，所述固定框上开设有与所述第二密闭空腔连通的流体入口和流体出口，所述第二密闭空腔为流体通道。

所述第一密闭空腔相对所述第二密闭空腔靠近待换热对象，所述第二密闭空腔内的液体为所述待换热对象供冷。所述第一密闭空腔相对所述第二密闭空腔远离所述待换热对象，所述第二密闭空腔内的液体为所述待换热对象供热。

进一步地，所述第一基板和所述第二基板之间设有多个支撑柱，多个所述支撑柱间隔设置，使所述第一基板和所述第二基板相互平行。

进一步地，所述第二密闭空腔的横截面面积在整个所述流体通道中均保持一致。

进一步地，所述固定框包括四个框体，分别为第一框体、第二框体、第三框体和第四框体，其中，所述第一框体和所述第二框体相对设置，所述第三框体和所述第四框体相对设置；四个所述框体、所述第一基板和所述第三基板共同围合形成封闭空间，所述第二基板设于所述第一基板和所述第三基板之间，将所述封闭空间分为所述流体通道和所述真空腔。所述第一基板、所述第二基板、所述第三基板之间靠密封结构胶连接；每个所述框体上均开设有U形槽，所述第一基板、所述第二基板、所述第三基板构成的复合结构安装在所述U形槽内，且每个所述U形槽内均填充有密封结构胶。

进一步地，所述第三框体开设所述流体入口，所述第四框体开设所述流体出口，所述流体入口相对所述流体出口靠近所述第二密闭空腔的底部。

进一步地，还包括入口管道和出口管道，所述入口管道安装在所述流体入口处，与所述第二密闭空腔连通；所述出口管道安装在所述流体出口处，与所述第二密闭空腔连通。

进一步地，所述入口管道上设有过滤装置，对进入所述流体通道内的液体工质进行过滤。

进一步地，所述第二密闭空腔内的液体采用水、防冻液或纳米流体介质。

进一步地，还包括调节阀、导管和储液器，所述导管用于连通所述储液器和所述流体通道，所述调节阀设于所述导管上。

进一步地，还包括温度传感器和控制器，所述温度传感器安装在所述待换热对象上，所述调节阀和所述温度传感器分别与所述控制器连接。

本发明提供的真空腔隔热节能液流窗具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的真空腔隔热节能液流窗，设有第一密闭空腔和第二密闭空腔，第一密闭空腔作为真空腔，起隔热保温的作用。第二密闭空腔作为流体通道，供液体工质流动换热，以实现对建筑物供冷或供热。当第一密闭空腔相对第二密闭空腔靠近待换热对象，将低温液体工质供入流体通道后，液体工质会吸收太阳热和来自待换热对象外部的热量以减少热量向待换热对象的内部传递；同时，内侧的真空腔会阻止热量进一步向待换热对象的内部传递，实现供冷应用。当第一密闭空腔相对第二密闭空腔远离待换热对象，将高温液体工质供入流体通道以便于向待换热对象的内部散热，而外侧的真空腔起保温作用，防止高温液体工质所携带的热量向外散失。该真空腔隔热节能液流窗结构简单、换热效率高、且便于同时满足制冷和采暖工况下的节能运行需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明具体实施例提供的真空腔隔热节能液流窗的一种简易结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的真空腔隔热节能液流窗的一种剖面结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的真空腔隔热节能液流窗的真空腔的一种剖面结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的真空腔隔热节能液流窗的流体通道的一种剖面结构示意图；

图5为本发明具体实施例提供的真空腔隔热节能液流窗的入口管道的安装结构示意图；

图6为本发明具体实施例提供的真空腔隔热节能液流窗的出口管道的安装结构示意图；

图7为本发明具体实施例提供的真空腔隔热节能液流窗的控制原理示意图。

图标：100-真空腔隔热节能液流窗；110-真空腔；111-第一框体；113-第二框体；117-第三框体；118-第四框体；115-密封结构胶；121-第一基板；123-第二基板；125-第三基板；127-支撑柱；130-流体通道；131-入口管道；133-出口管道；135-过滤装置；140-储液器；141-供液管道；143-回液管道；145-温度传感器；147-调节阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明具体实施例提供的真空腔隔热节能液流窗100的一种简易结构示意图，图2为本发明具体实施例提供的真空腔隔热节能液流窗100的一种剖面结构示意图，请参照图1和图2。

本实施例提供的一种真空腔隔热节能液流窗100，包括固定框、入口管道131、出口管道133和设于固定框内、且相互间隔设置的第一基板121、第二基板123和第三基板125。第一基板121和第二基板123之间形成第一密闭空腔，第一密闭空腔为真空腔110。第二基板123和第三基板125之间形成第二密闭空腔，固定框上开设有与第二密闭空腔连通的流体入口和流体出口，第二密闭空腔为流体通道130。当第一密闭空腔相对第二密闭空腔靠近待换热对象，第二密闭空腔内的液体为待换热对象供冷。第一密闭空腔相对第二密闭空腔远离待换热对象，第二密闭空腔内的液体为待换热对象供热。

需要说明的是，待换热对象可以是建筑物，即把真空腔隔热节能液流窗100设置在建筑外墙上，实现对建筑物供冷或供热。当然，该真空腔隔热节能液流窗100不仅限于应用在建筑领域，也可以适用于其他需要换热的领域，这里不作具体限定。

图3为本发明具体实施例提供的真空腔隔热节能液流窗100的真空腔110的一种剖面结构示意图，图4为本发明具体实施例提供的真空腔隔热节能液流窗100的流体通道130的一种剖面结构示意图，请参照图3和图4。

第一基板121和第二基板123之间设有多个支撑柱127，多个支撑柱127间隔设置，使第一基板121和第二基板123相互平行，即第一基板121和第二基板123之间的间距始终保持一致。并且，支撑柱127的设置极大地提高了第一基板121和第二基板123的强度。优选地，第一基板121、第二基板123和第三基板125相互平行间隔设置，使得第二密闭空腔的横截面面积在整个流体通道130中均保持一致。本实施例中，第一基板121、第二基板123和第三基板125采用玻璃制成，可以根据节能需求确定玻璃种类，如普通白玻、吸收式玻璃、高反射玻璃、Low-E涂膜玻璃或热响应玻璃等。当然，并不仅限于此，也可以是其他材料，这里不作具体限定。当对采光要求比较高时，可以采用可见光透过率较高的玻璃以及水作为流动介质，从而维持自然采光和视觉舒适性。

将液体工质直接供入流体通道130内，通过玻璃表面与室内、外空间进行换热，可以充分利用大面积的建筑立面，即外墙面，强化了传热性能，且不需额外设置换热设备，解决了换热设备受地面空间限制的问题。在夏季制冷工况下，向流体通道130中供给低温液态工质，低温液态工质会吸收太阳热和来自室外的热量，向室内的散热量会减少。同时，低温液态工质的温度会升高并储存热量，可以作为集热器使用。在冬季采暖工况下，向流体通道130中供给高温液态工质。高温液态工质会通过内侧玻璃向室内空间释放热量，以减少室内热量散失，起散热器的作用。同时，玻璃窗体表面温度升高有利于提高室内热舒适水平。低温工质或高温工质直接被通入流体通道130中，通过玻璃表面和室内外空间换热。在幕墙建筑的应用中，可以有效扩大换热面积，强化换热，制冷和采暖节能效果更明显。

真空腔110在夏季制冷工况下起隔热作用，在冬季采暖工况下起保温作用。夏季，真空腔110限制来自室外的热量向室内传递。冬季，真空腔110限制高温液态工质所携带的热量向室外散放。真空腔110有利于减少建筑物室内空间和外部的热交换，从而促进空调和采暖节能。

可选的，固定框包括第一框体111、第二框体113、第三框体117、第四框体118，第一框体111、第二框体113相对设置，第一框体111位于第一密闭空腔和第二密闭空腔的底部，第二框体113位于第一密闭空腔和第二密闭空腔的顶部。第三框体117、第四框体118相对设置，第三框体117位于第一密闭空腔和第二密闭空腔的一侧面，第四框体118位于第一密闭空腔和第二密闭空腔的另一侧面。四个框体、第一基板121和第三基板125共同围合形成封闭的容置空间，第二基板123设于第一基板121和第三基板125之间，将封闭的容置空间分为流体通道130和真空腔110。

本实施例中，第一框体111、第二框体113、第三框体117、第四框体118均开设有U形槽，第一基板121、第二基板123、第三基板125之间靠密封结构胶115连接，第一基板121、第二基板123、第三基板125构成的复合结构安装在U形槽内。并且，在各个基板之间以及各个U形槽内均填充有密封结构胶115，以确保第一密闭空腔即真空腔110、第二密闭空腔即流体通道130均为封闭空间。容易理解的是，固定框的结构和形状并不仅限于上述列举情形，还可以为其他框体结构，只要能容置第一基板121、第二基板123和第三基板125、密封结构胶115及它们所构成的两个密闭空腔即可，这里不作具体限定。

图5为本发明具体实施例提供的真空腔隔热节能液流窗100的入口管道131的安装结构示意图，图6为本发明具体实施例提供的真空腔隔热节能液流窗100的出口管道133的安装结构示意图，请参照图5和图6。

优选地，第三框体117开设流体入口，第四框体118开设流体出口，入口管道131安装在流体入口处，与第二密闭空腔连通；出口管道133安装在流体出口处，与第二密闭空腔连通。容易理解，入口管道131伸入流体通道130内的长度不宜过长，以减少摩擦损失。优选地，本实施例中，流体入口相对流体出口靠近第二密闭空腔的底部。入口管道131安装在第三框体117内，出口管道133安装在第四框体118内，入口管道131和出口管道133均为短管，以减少流动阻力损失。

为了确保流体通道130内的液体工质不含颗粒杂质等，在入口管道131上设有过滤装置135，优选地，在入口管道131的入口处设置过滤装置135，对通入流体通道130内的液体工质进行过滤，防止玻璃内表面结垢，影响传热性能、自然采光和视觉舒适性等。出口管道133的一端伸入流体通道130内，另一端接用户或高效换热器。可选地，液体工质可以是水、防冻液或纳米流体或其它可强化传热的液态传热介质。当液体工质为水时，建筑物的自然采光可以得到维持，同时吸热后的水流可以直接被利用。当液体工质为其他传热介质时，需要额外设置高效的集中换热器以对液体工质所吸收的热量加以利用。

该真空腔隔热节能液流窗100既可以用于建筑供冷、又可以用于建筑供热、同时还具备集热功能。当第一密闭空腔相对第二密闭空腔靠近待换热对象，即真空腔110靠近室内一侧安装，而流体通道130位于室外的一侧；将低温液体工质供入流体通道130后，液体工质会吸收太阳热和来自室外的热量，以减少热量向建筑物室内传递，具有集热功能；同时，内侧的真空腔110会阻止热量进一步向室内传递，实现供冷应用。当第一密闭空腔相对第二密闭空腔远离待换热对象，即流体通道130靠近室内一侧安装，而真空腔110位于室外的一侧；将高温液体工质供入流体通道130以便于向建筑物的内部散热，而外侧的真空腔110起保温作用，防止高温液体工质所携带的热量向外散失，实现供热应用。该真空腔隔热节能液流窗100可以安装在建筑外墙上作为幕墙，也可以直接用作建筑物的窗户，整体占地面积小，便于安装，适用范围广，灵活度高。

需要说明的是，利用真空腔110来强化隔热和保温性能，真空腔110要有合理的间距以保证足够刚度。制冷工况下，真空腔110的隔热有助于减少从室外散入室内的热量、并强化液体工质的集热；采暖工况下，真空腔110的保温性能削弱了从室内向室外散发的热量，减少热量损失，有利于热量的利用和采暖节能。流体通道130也需要保持合理的厚度以获取最佳的传热性能，本实施例中，优选第二密闭空腔的截面宽度为15mm至20mm。可选地，为了实现该真空腔隔热节能液流窗100能够在供冷模式和供热模式下的快速切换，在固定框或玻璃上设置旋转组件，以便于快速地切换第一密闭空腔和第二密闭空腔的相对位置。该旋转组件可以是任意旋转机构，只要能实现整个真空腔隔热节能液流窗100的转动，使第一密闭空腔靠近室内或使第二密闭空腔靠近室内即可，这里不作具体限定。

参照图7，该真空腔隔热节能液流窗100还包括控制器、调节阀147、温度传感器145、储液器140、导管，导管包括供液管道141和回液管道143，供液管道141将储液器140的出口和入口管道131连通，回液管道143将出口管道133和储液器140的回流口连通，形成液体工质的循环回路。具体的，调节阀147设于供液管道141上，调节阀147用于调控液体工质的流量和速度，温度传感器145设于室内，用于测量室内温度。调节阀147和温度传感器145均与控制器连接，优选地，采用无线连接方式。控制器根据建筑物的室内温度来调节液体工质的流速，以实现不同工况下运行时的节能效果最大化。

需要说明的是，液体工质的温度和流动速度会影响换热和节能效果，控制器可以根据室内温度变化来调整液体工质的流动速度。比如，夏季供冷运行时，当控制器检测到的室内温度比设定温度高5℃以上时，控制器通过控制调节阀147的开度或压力等，以加快液体工质的流动速度，来强化液体集热。又如，冬季供热运行时，当控制器检测到的室内温度比设定温度低5℃以上时，控制器通过提升供入高温介质的流动速度，以强化向室内空间的散热，释放更大量热量到室内。

该真空腔隔热节能液流窗100，可广泛应用于各种气候环境下的低能耗建筑，通过调整真空腔110和流体通道130的安置方式，可以方便实现制冷和采暖节能以及热量输出。在炎热、夏热冬暖以及温和气候区等只有供冷需求的应用场合，真空腔110靠近室内，流体通道130朝向室外布置，这样能起到限制热量传递到室内、并强化低温液体工质的集热功能。在夏热冬冷和严寒气候区等同时有供冷和供热需求的应用场合，真空腔隔热节能液流窗100采用可旋转设计，供冷工况下，真空腔110相对靠近室内侧，流体通道130相对靠近室外布置，其主要作用是限制热量传递到室内，以强化隔热并优化低温液体介质的集热***和空调节能。供热工况下，流体通道130相对靠近室内侧，真空腔110相对靠近室外布置，流动的高温液体工质通过玻璃表面释放热量到室内，并利用真空腔110的保温功能来限制向外部环境的散热，以强化热量的利用，实现节能目的。控制器可以根据室内温度变化来调整液体工质的流动速度。该真空腔隔热节能液流窗100兼具集热、隔热、供冷和供热节能功能，将可再生能源的利用和建筑节能相结合，充分利用大面积的建筑立面，可以大大减少传统化石燃料的消耗和碳排放，节能效果显著。

本发明提供的真空腔隔热节能液流窗100，其工作原理如下：

在夏季制冷工况下，真空腔110和流体通道130分别靠近室内和室外布置。低温工质由入口管道131供入流体通道130中，低温工质会吸收太阳热和储存在第三基板125中的热量。靠近室内的真空腔110会限制低温工质所携带的热量和第二基板123中储存的热量向室内传递，低温工质的集热能力得到强化。在低温工质集热和真空腔110隔热的双重作用下，室内得热降低，空调制冷运行能耗也会降低。此外，低温工质吸热后由出口管道133流出，可以作为辅助热源供给热水***。

在冬季采暖工况下，真空腔110和流体通道130分别靠近室外和室内布置。高温液态工质由入口管道131供入流体通道130，高温工质通过第三基板125向室内空间散热，同时真空腔110限制了高温工质所携带热量向室外传递。可以有效减少室内热量散失。同时，由于玻璃表面温度得到提升，室内的热舒适水平也会提高。

由于该真空腔隔热节能液流窗100去除了独立设置的间接换热装置和输送管道，取而代之的是简单的入口管道131和出口管道133，减少了换热器和管道的耗材以及容置这些装置所需的窗框结构的体积，降低重量和耗材。一方面极大地简化了***的结构，有利于降低生产成本、整体重量以及加工和安装难度；另一方面减少了液体工质在长距离管道输送过程中的摩擦阻力损失和热量损失。

综上所述，本发明提供的真空腔隔热节能液流窗100具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的真空腔隔热节能液流窗100，结构简单、换热效率高。真空腔110的设置有利于强化其隔热和保温性能，可进一步提升空调、采暖***以及集热***的节能效果。真空腔隔热节能液流窗100可以更好地满足制冷和采暖工况下的建筑运行节能，便于同时实现制冷、采暖和集热***的节能，可广泛应用于具有制冷和采暖节能需求的建筑，液态集热工质所吸收的热量可以作为辅助热源被加以利用以实现热水***的节能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种真空腔隔热节能液流窗，其特征在于，包括固定框和设于所述固定框内、且相互间隔设置的第一基板、第二基板和第三基板；

所述第一基板和所述第二基板之间形成第一密闭空腔，所述第一密闭空腔为真空腔；

所述第二基板和所述第三基板之间形成第二密闭空腔，所述固定框上开设有与所述第二密闭空腔连通的流体入口和流体出口，所述第二密闭空腔为流体通道；

所述第一密闭空腔相对所述第二密闭空腔靠近待换热对象，所述第二密闭空腔内的液体为所述待换热对象供冷；所述第一密闭空腔相对所述第二密闭空腔远离所述待换热对象，所述第二密闭空腔内的液体为所述待换热对象供热。

2.根据权利要求1所述的真空腔隔热节能液流窗，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板之间设有多个支撑柱，多个所述支撑柱间隔设置，使所述第一基板和所述第二基板相互平行。

3.根据权利要求2所述的真空腔隔热节能液流窗，其特征在于，所述第二密闭空腔的横截面面积在整个所述流体通道中均保持一致。

4.根据权利要求1所述的真空腔隔热节能液流窗，其特征在于，所述固定框包括四个框体，分别为第一框体、第二框体、第三框体和第四框体，其中，所述第一框体和所述第二框体相对设置，所述第三框体和所述第四框体相对设置；四个所述框体、所述第一基板和所述第三基板共同围合形成封闭的容置空间，所述第二基板设于所述第一基板和所述第三基板之间，将所述封闭的容置空间分为所述流体通道和所述真空腔；所述第一基板、所述第二基板、所述第三基板之间通过密封结构胶连接；每个所述框体上均开设有U形槽，所述第一基板、所述第二基板、所述第三基板构成的复合结构安装在所述U形槽内，且每个所述U形槽内均填充有所述密封结构胶。

5.根据权利要求4所述的真空腔隔热节能液流窗，其特征在于，所述第三框体开设所述流体入口，所述第四框体开设所述流体出口，所述流体入口相对所述流体出口靠近所述第二密闭空腔的底部。

6.根据权利要求1所述的真空腔隔热节能液流窗，其特征在于，还包括入口管道和出口管道，所述入口管道安装在所述流体入口处，与所述第二密闭空腔连通；所述出口管道安装在所述流体出口处，与所述第二密闭空腔连通。

7.根据权利要求6所述的真空腔隔热节能液流窗，其特征在于，所述入口管道上设有过滤装置，对进入所述流体通道内的液体工质进行过滤。

8.根据权利要求1所述的真空腔隔热节能液流窗，其特征在于，所述第二密闭空腔内的液体采用水、防冻液或纳米流体介质。

9.根据权利要求1所述的真空腔隔热节能液流窗，其特征在于，还包括调节阀、导管和储液器，所述导管用于连通所述储液器和所述流体通道，所述调节阀设于所述导管上。

10.根据权利要求9所述的真空腔隔热节能液流窗，其特征在于，还包括温度传感器和控制器，所述温度传感器安装在所述待换热对象上，所述调节阀和所述温度传感器分别与所述控制器连接。