CN115200114A - 一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体，包括内层墙体以及安装在内层墙体外侧的外层玻璃，外层玻璃和内层墙体上均设有通风口，所述外层玻璃与内层墙体之间设有空气夹层腔体，空气夹层腔体内安装有由若干个百叶片横向排列组成的百叶窗，百叶片是由平行流微通道板构成，平行流微通道板的两端与室内末端相连接。本发明满足建筑采暖、制冷以及供热水等多种需求，实现了太阳能利用方式的一体多样化，改善了室内热环境，提高了室内的舒适性，降低了建筑的能耗，达到节能减排的目的。

Description

一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体
技术领域
本专利申请涉及建筑技术领域，特别是涉及一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体。
背景技术
在现代社会经济和科学技术不断发展背景下，环境问题逐渐暴露出来，传统建筑已经不再适合现代建筑发展要求。建筑能耗在总能源消费中占比约为1/3，其中以采暖和空调能耗为主，占建筑总能耗的50％～70％。与此同时，从我国“十四五能源规划”和“碳达峰、碳中和”等相关规划及政策中可以看出，大力发展绿色建筑，以实现节能减排，对保护生态环境有重要意义。
特隆布墙是一种太阳能集热蓄热节能墙体，主要利用了被动式热压通风原理。特隆布墙体由玻璃幕墙、南向集热蓄热墙、空气间层以上、下通风口组成，该墙体将吸收的太阳辐射热量通过非稳态导热、自然对流及辐射相互耦合的传热方式向室内空气传递。但设计不合理时特隆布墙会出现夏季过热的问题，解决方案有增加遮阳装置和加强通风：通过在空气间层设置百叶或卷帘，减少白天墙体的得热量；在外风口处加一台小型风机，对夹层内进行强制通风，增强对流换热。除了夏季过热外，还存在功能单一的问题，如非采暖季处于闲置状态，不能很好地充分利用太阳能。
蒸发冷却技术是一项利用水蒸发吸热制冷的技术，由于其节能的特性，蒸发冷却技术在提出之日起就受到了社会的广泛关注。目前已有利用太阳能、以降低建筑围护结构外表面温度为目的的自由水表面或多孔材料蓄水蒸发冷却技术。并且利用水的蒸发冷却对外墙内表面进行降温的复合通风外墙结构具有很好的隔热效果，其进一步增强了夏季自然隔热降温的效果，无论是采取自然通风还是机械通风的方式，与目前常规的建筑墙体相比，均表现出了巨大的性能优势。
特隆布墙虽起到了建筑节能作用，但可能因设计不合理而出现夏季空腔过热等现象，影响室内热舒适；蒸发冷却式通风外墙结构增强了夏季自然隔热降温效果，但此类墙体未考虑在冬季时如何加强实现室内供暖需求。所以，上述的装置均顾此失彼，不能两全，目前尚未有人提出在空腔不过热情况下，能高效利用太阳能实现制冷、供暖及热水等多种需求的结构。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利申请的目的在于提供一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体，解决上述现有技术的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体，包括内层墙体以及安装在内层墙体外侧的外层玻璃，外层玻璃和内层墙体上均设有通风口，所述外层玻璃与内层墙体之间设有空气夹层腔体，空气夹层腔体内安装有由若干个百叶片横向排列组成的百叶窗，百叶片是由平行流微通道板构成，平行流微通道板的两端与室内末端相连接。
进一步的，所述平行流微通道板的一侧端面喷涂有具有高反射亲水性性能的聚乙烯吡咯烷酮亲水涂层，平行流微通道板另一侧的端面设有具有高吸收率性能的氮氧化钛涂层。
进一步的，所述通风口包括有开设在内层墙体上下部的室内侧上部通风口和室内侧下部通风口，通风口还包括有开设在外层玻璃上下部的室外侧上部通风口和室外侧下部通风口，室内侧上部通风口、室内侧下部通风口、室外侧上部通风口和室外侧下部通风口上均安装有通过控制实现开启或关闭的风门。
进一步的，所述空气夹层腔体内还设有用于百叶片降温的喷水***，喷水***设在百叶片与内层墙体之间。
进一步的，所述喷水***包括安装在空气夹层腔体底部的水槽，水槽内设有若干个循环水泵，循环水泵的出水端连接有呈竖向布设的输水管，输水管上连接有若干个指向百叶片的喷头，内层墙体的侧壁上开设有向水槽内补充水源的补水孔以及向外排出的排水孔。
进一步的，所述室内末端包括有保温水箱，保温水箱的顶部设有进水口、底部设有排水口，平行流微通道板的两端连接分支管，保温水箱通过两个第一管道与若干个平行流微通道板的分支管连接形成循环，任一第一管道上安装有使保温水箱与平行流微通道板内水体循环的第一泵体。
进一步的，所述室内末端还包括有用于供冷季的辐射供冷末端，辐射供冷末端通过两个第二管道与保温水箱连接形成循环，任一第二管道上安装有第二泵体。
进一步的，所述空气夹层腔***于外层玻璃和百叶片之间安装有用于对流入空气夹层腔体内的空气进行冷却的空气冷却模块。
进一步的，所述空气冷却模块包括位于室外侧上部通风口处的一风机以及下端插接在水槽内的热管。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、吸热板为平行流微通道板且设计为倾斜百叶窗结构能够强化换热及保证高效的太阳能利用率。一方面，减小吸热板太阳入射角以增加对太阳光的吸收，且利用抑制边界层的发展以增加吸热板与空气流道中空气的换热。另一方面，采用微通道板结构强化换热的优点带走百叶片表面水蒸发的冷量。
2、相比于传统通风或者遮阳方式缓解集热墙夏季过热问题，本发明运用蒸发冷却技术结合微通道高效换热结构和辐射制冷末端，高效利用多余的太阳能实现室内主动制冷，从根本上解决夏季过热现象。
本发明满足建筑采暖、制冷以及供热水等多种需求，实现了太阳能利用方式的一体多样化，改善了室内热环境，提高了室内的舒适性，降低了建筑的能耗，达到节能减排的目的。
附图说明
图1为本发明正视结构示意图；
图2为本发明图1的侧视结构示意图；
图3为本发明夏季通风口开关示意图；
图4为本发明冬季通风口开关示意图；
图5为本发明百叶片结构示意图；
图6为本发明喷水***中的输水管立体结构示意图。
附图标号说明：外层玻璃10、内层墙体20、空气夹层腔体30、水槽31、百叶片40、平行流微通道板41、通风口50、室内侧上部通风口51、室内侧下部通风口52、室外侧上部通风口53、室外侧下部通风口54、风机55、热管56、喷水***60、循环水泵61、输水管62、喷头63、保温水箱71、辐射供冷末端72。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本专利申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利申请的其他优点与功效。本专利申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：
一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体，如图1和图2所示，包括内层墙体20以及安装在内层墙体20外侧的外层玻璃10，外层玻璃10和内层墙体20上均设有通风口50，外层玻璃10与内层墙体20之间设有空气夹层腔体30，空气夹层腔体30内安装有由若干个百叶片40横向排列组成的百叶窗，百叶片40是由平行流微通道板41构成，平行流微通道板41的两端与室内末端相连接。
进一步的方案，如图1和图5所示，平行流微通道板41的一侧端面喷涂有具有高反射亲水性性能的聚乙烯吡咯烷酮亲水涂层，平行流微通道板41另一侧的端面设有具有高吸收率性能的氮氧化钛涂层，氮氧化钛涂层是通过采用真空磁控溅射方法溅镀在平行流微通道板41上，百叶片40将通过旋转改变角度并始终保持阳光的垂直入射，而百叶片40的高反射率表面将反射绝大部分的太阳辐射，避免阳光照射到内层墙体，减少了通过围护结构的冷负荷。
具体的，参阅图1和图2所示，通风口50包括有开设在内层墙体20上下部的室内侧上部通风口51和室内侧下部通风口52，通风口50还包括有开设在外层玻璃10上下部的室外侧上部通风口53和室外侧下部通风口54，室内侧上部通风口51、室内侧下部通风口52、室外侧上部通风口53和室外侧下部通风口54上均安装有通过控制实现开启或关闭的风门。
另外，如图2所示，空气夹层腔体30内还设有用于百叶片40降温的喷水***60，喷水***60设在百叶片40与内层墙体20之间，喷水***60包括安装在空气夹层腔体30底部的水槽31，水槽31内设有若干个循环水泵61，循环水泵61的出水端连接有呈竖向布设的输水管62，输水管62上连接有若干个指向百叶片40的喷头63，如图6所示，内层墙体20的侧壁上开设有向水槽31内补充水源的补水孔以及向外排出的排水孔。
进一步的方案，如图2所示，室内末端包括有保温水箱71、用于供冷季的辐射供冷末端72，具体的，辐射供冷末端72可以为毛细管网辐射供冷***，毛细管网辐射供冷***是模仿人体毛细血管，供回水主干路构成的管网***，通过辐射的方式调节，具有直径细、阻力小、节能高、散热均匀的优点，辐射供冷末端72具体安装在室内天花板内，保温水箱71的顶部设有进水口、底部设有排水口，平行流微通道板41的两端连接分支管，保温水箱71通过两个第一管道与若干个平行流微通道板41的分支管连接形成循环，任一第一管道上安装有使保温水箱71与平行流微通道板41内水体循环的第一泵体；辐射供冷末端72通过两个第二管道与保温水箱71连接形成循环，任一第二管道上安装有第二泵体；不连第一泵体的第一管道、不连第二泵体的第二管道上安装有控制阀。
进一步的方案，如图2所示，空气夹层腔体30位于外层玻璃10和百叶片40之间安装有用于对流入空气夹层腔体30内的空气进行冷却的空气冷却模块，空气冷却模块包括位于室外侧上部通风口53处的一风机55以及下端插接在水槽31内的热管56。
本发明具有在夏季制冷的功能、在过渡季提供生活热水的功能和在冬季供热的功能，三种工况以季节和使用者的需求所决定，具体如下实施例所示。
实施例1
在夏季实现制冷功能时，复合墙体的状态如图3所示。室外侧上部通风口53、室外侧下部通风口54为开启状态，而室内侧上部通风口51、室内侧下部通风口52则处于关闭状态。风机55为开启状态，令室外空气能够较快的进入空气夹层腔体30内。热管56的一部分浸没于水槽31内的循环水中，与循环水的温度保持一致，热管56可对空气进行预冷，提高蒸发冷却性能，进一步降低百叶片40的表面温度；各处喷水喷头63处于开启状态，通过循环水泵61抽水并定量的向微通道百叶片40上喷淋循环水，以保持百叶片40的湿润。通过喷头63喷淋在百叶片40的水一部分蒸发并由空气携带通过室外侧上部通风口53离开复合墙体，另一部分则滴落在水槽31内作为循环水再被抽取并喷淋。百叶片40具有良好的导热性质，能够保证其上的水和平行流微通道板41内的水进行快速的热交换，使得百叶片40上的水在蒸发吸热的过程中有效降低平行流微通道板41内的水温。平行流微通道板41内的冷水通过保温水箱71将通向室内侧的辐射供冷末端72用作制冷。百叶片40的高反射率表面向阳。在一天的不同时刻，百叶片40将通过旋转改变角度并始终保持阳光的垂直入射，而百叶片40的高反射率表面将反射绝大部分的太阳辐射，避免阳光照射到内层墙体20，减少了通过围护结构的冷负荷。
实施例2
在冬季日间实现供热功能时，复合墙体的状态如图4所示。室内侧上部通风口51、室内侧下部通风口52为开启状态，而室外侧上部通风口53、室外侧下部通风口54和风机55则处于关闭状态。各处喷水喷头63和循环水泵61均处于关闭状态，室内侧的辐射供冷末端72不通水并处于关闭状态。此工况下，百叶片40的高吸收率表面将面对太阳，以高效地吸收太阳辐射，从而提高自身温度，同时加热周围空气。与夏季通过风机进行的机械通风不同，冬季为保证室内的热舒适性，采用自然对流的方式进行通风。室内较冷的空气将从室内侧下部通风口52进入复合墙腔体，而后经过百叶片40的加热后，由浮升力的作用，从室内侧上部通风口51重新回到室内，实现冬季对室内的供热。另外，还可以向平行流微通道板41内注水，照射升温后存储在保温水箱71内，用作生活用水或向室内供热，需要注意的是，冬季夜间无法利用太阳能，为了减小室内热损失，所有通风口均处于关闭状态。
实施例3
复合墙体能实现过渡季(春秋季节)的生活热水的供应功能。在此工况下，所有通风口全部关闭。百叶片40的高吸收率表面将面对太阳，以高效地吸收太阳辐射，从而提高自身温度，加热平行流微通道板41内的水。平行流微通道板41将与保温水箱71连接，将热水进行储存以待使用，通过外接管用于生活使用。
本发明运用蒸发冷却技术及微通道式百叶片结构来利用太阳能，可实现夏季部分供冷和冬季部分供暖，改善了室内热环境，提高了室内的舒适性，降低了空调的能耗，从减少建筑能耗的角度推动并实现节能减排。
上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利申请的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体，包括内层墙体(20)以及安装在内层墙体(20)外侧的外层玻璃(10)，外层玻璃(10)和内层墙体(20)上均设有通风口(50)，其特征在于：所述外层玻璃(10)与内层墙体(20)之间设有空气夹层腔体(30)，空气夹层腔体(30)内安装有由若干个百叶片(40)横向排列组成的百叶窗，百叶片(40)是由平行流微通道板(41)构成，平行流微通道板(41)的两端与室内末端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体，其特征在于：所述平行流微通道板(41)的一侧端面喷涂有具有高反射亲水性性能的聚乙烯吡咯烷酮亲水涂层，平行流微通道板(41)另一侧的端面设有具有高吸收率性能的氮氧化钛涂层。
3.根据权利要求1所述的一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体，其特征在于：所述通风口(50)包括有开设在内层墙体(20)上下部的室内侧上部通风口(51)和室内侧下部通风口(52)，通风口(50)还包括有开设在外层玻璃(10)上下部的室外侧上部通风口(53)和室外侧下部通风口(54)，室内侧上部通风口(51)、室内侧下部通风口(52)、室外侧上部通风口(53)和室外侧下部通风口(54)上均安装有通过控制实现开启或关闭的风门。
4.根据权利要求3所述的一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体，其特征在于：所述空气夹层腔体(30)内还设有用于百叶片(40)降温的喷水***(60)，喷水***(60)设在百叶片(40)与内层墙体(20)之间。
5.根据权利要求1所述的一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体，其特征在于：所述喷水***(60)包括安装在空气夹层腔体(30)底部的水槽(31)，水槽(31)内设有若干个循环水泵(61)，循环水泵(61)的出水端连接有呈竖向布设的输水管(62)，输水管(62)上连接有若干个指向百叶片(40)的喷头(63)，内层墙体(20)的侧壁上开设有向水槽(31)内补充水源的补水孔以及向外排出的排水孔。
6.根据权利要求1所述的一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体，其特征在于：所述室内末端包括有保温水箱(71)，保温水箱(71)的顶部设有进水口、底部设有排水口，平行流微通道板(41)的两端连接分支管，保温水箱(71)通过两个第一管道与若干个平行流微通道板(41)的分支管连接形成循环，任一第一管道上安装有使保温水箱(71)与平行流微通道板(41)内水体循环的第一泵体。
7.根据权利要求6所述的一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体，其特征在于：所述室内末端还包括有用于供冷季的辐射供冷末端(72)，辐射供冷末端(72)通过两个第二管道与保温水箱(71)连接形成循环，任一第二管道上安装有第二泵体。
8.根据权利要求1所述的一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体，其特征在于：所述空气夹层腔体(30)位于外层玻璃(10)和百叶片(40)之间安装有用于对流入空气夹层腔体(30)内的空气进行冷却的空气冷却模块。
9.根据权利要求8所述的一种基于蒸发冷却技术的微通道百叶式复合墙体，其特征在于：所述空气冷却模块包括位于室外侧上部通风口(53)处的一风机(55)以及下端插接在水槽(31)内的热管(56)。
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