本发明是将组合成的太阳能多用构件及其组装方法进行组装使现有房屋建筑与太阳能集热器融为一体的新型建筑。 随着社会生产力的发展,人们对建筑物的使用功能要求越来越高,可是这门科学发展速度不能适应人们的要求。至今仍然摆脱不了秦砖汉瓦,肥梁胖柱,深基重盖的局面,科学家们试图从材上的轻质高强。如轻质墙体材料,予应力构件等;从构造上,如框架体系,框架剪力墙体系等来改进,这些在近年来确有可喜成就。但现有技术的基础来满足对房屋日益增长的适用要求,如隔热,保温,降温,采暖,装饰,防火,节能,防震等要求,满足这些要求使得建筑荷载就越来越大,又使肥梁胖柱,深基重盖有增无减,相应的是材料增多,投资增大,相对使建筑使用面积减少,而且使建筑构造日益复杂,如一般保温屋盖构造就有结构层,找平层,隔蒸汽层,保温层,找平层,防水层等,外墙按热工计算最少240毫米厚才能满足隔热要求的外墙,这是当前在建筑技术上与适应上突出得矛盾和现状。
随着人们对可燃能源有限的认识加深,因而对太阳能开发利用的发展较快,发达国家将巨额投资解决工业民用中的耗能最多,用量最大的低温热水,空调太阳能利用来节约可燃原料和减少环境污染,我国也迫切需要发展利用太阳能。但目前市场上品种繁多的太阳能热水器都存有三个共性的问题,难于适应发展地迫切需要,一是造价高,投资大(四川省攀枝花市平板集热器造价约500元/M2左右),二是自重大(如上述集热器自重60-70KG/M2),三是耗钢量大,构造复杂,对投产设备,技术都有一定的要求,所以在太阳能利用方面受到限制。
人们对房屋建筑在使用功能要求日益增高,当前在科学技术与方法上对上述要求的对策是,对任何一项功能要求就用一套设备,设施,一笔投资来解决问题,要满足多种功能的要求就增加多种设备,设施。最后是造价增高,荷载增大。
为解决这个问题,将本人专利申请号87210064太阳能降温集热瓦,配备相应的附件,并设计一种相应的组合方法,使之成为多用途多功能的太阳能建筑构件。
本发明的目的是要提供一种轻型构件及其组装的方法,来代替秦砖汉瓦,减轻建筑自重,并使之具有保温,隔热,降温,采暖,防水,防火,空调,装饰,抗震等功能。还要代替太阳能集热器,将照射在建筑物上的辐射热收集提供能源的新型太阳能建筑。
本发明的目的是这样实现的:
太阳能建筑是设计一种用薄型板材制成的密封壳体,它可以集收辐射热又能供液体或气体在内部流动,与其附件组合成太阳能多用构件(以下简称多用构件),这种构件可用中,小型的通过组装,大型的以整幅屋面,墙体,天棚为单位进行制作。这样使整个屋盖,墙体,天棚都能充所需要的液体和气体。再通过组装的方法引导它按规定的方向流动。所以在整个建筑物内就可以按人们的意志收集太阳能源,控制室内气温,代替多种设备,设施。用这种组装方法来组合多用构件其自重不到现有屋盖墙体自重20分之一到十分之一,实现了对秦砖汉瓦的改革。
太阳能建筑代替了当前的建筑和太阳能集热器与之比较有如下的优点:
它使整个建筑物成为一个巨大的太阳能集热器供应热水或能源,对秦砖汉瓦,肥梁胖柱进行了重大的改革,它就在房屋的建造中解决了,集热,降温,隔热,保温,散热,采暖,空调,自动灭火等问题代替多种设备,设施,节省了多笔投资与设备,使居民的居住条件提高到具有现代化的居住水平,它减小了建筑荷载。增大了使用面积。大量节约可燃能源,减少了环境污染,提高了建筑工业的工厂化,降低了劳动强度,减少了施工中的湿作业,使房屋建筑上存在的许多共性问题如屋面开裂,鼓泡,漏水等问题得到彻低的解决。
一、太阳能多用构件的构造与适应多功能的组合方法,由图一图二示出:
图一是太阳能多用构件及附件的构造图
太阳能多用构件是由薄型板材(如玻璃钢,铝合金等)作成集热片1边框2底板3组成密封空腔4能供液体或气体在内部流动的壳体,壳体上设有连接孔5安装孔6,壳体两端设有冷水口7热水口8,面层集热片1与边框2底板3的结合处有搭接边沿9,该壳体的附件有连接件10,连接衬垫11保温层12保护层13透明层14所组成的构件。这种构件有小型,中型,大型则以整个屋盖,墙体,风道为一个单位。该构件之能承担多功能多用途是由于壳体与其附件有能够适应多种功能要求的制作与组合方法。这种制作与组合方法有如下的特点:壳体的面层集热片1按集热要求制作时,作围护构件,用来收集太阳的辐射热,不按集热要求制作,则作天棚隔断来散热取暖或吸热降温。连接孔5是来平衡空腔内液,气体对壳体压力的设施,为供附件进行组合设有孔。安装孔6供组装时连接与固定。冷水口7热水口8一旦与冷水管路热水管路接通就引导空腔4内的液体或气体按规定方向流动,输送水,气和热。附件连接件10是通过连接孔5,将附件与壳体组合。连接衬垫11是通过连接件10来调济附件的间隔间距,保温层12保护层13透明层14装饰层15空气隔热层16是根据适应所需要的功能要求进行取舍组合。综上所述就构成为多用构件20。
图二是列举几种多用构件及其附件的组合方法示意图例;
a、带透明层14与空气隔热层16集收辐射热的方法。
b、不带透明层14而空气隔离层16设在底板3下集收辐射热的方法。
c、一边吸热降温的方法。
d、两边吸热降温的方法。
e、带空气隔热层16的保温散热采暖方法。
f、不带空气隔热层16的保温散热采暖方法。
g、两边散热采暖的方法。
h、蒸发降温集热抽风的空调方法。
二,太阳能建筑的组装方法:
将多个多用构件组装成屋盖和墙体、天棚,它的特点是利用输送管道,冷水管道17热水管道18来作承重,支撑,连接,固定多用构件,使其固接在建筑物的承重框架梁和柱上。每个多用构件通过安装孔6与承重支撑进行组装。这种组装方法就能通过冷水口7热水口8根据功能的需要,采用串联,并联的方法就多用构件相互接通或与输送管路接通来引导液体或气体的流动和流向。这种方法的输送管要按所在部位承载情况的力学要求和输送物的流量要求进行设计,如图三是由冷水管17热水管18按其荷载跨度加焊腹杆19组成的檩条来输送水的示意图例。
多用构件满足各种功能的组装方法如下:
(在实施中要根据各地区的气候等具体情况与使用要求进行设计)
1、供应热水
多用构件由面层集热片1所收集的热,由空腔4内在流动中的水将热带走,在流经的路程中不断受热成热水,只要将热水贮存就可以得到充足的热水供应,这时多用构件的组合方法是将面层集热片1朝向太阳,保温层12朝室内,如图二a,b,再连接水管进行组装设计,它就代替了太阳能热水器。
2、隔热
夏季或低纬度地区,对太阳的辐射的隔热设施要求较高,按图二a,b,的组合方法,将面层集热片1朝向室外保温层12在靠室内接连输水管路,则太阳辐射热通过面层集热片1吸收传给介质流动着的水,热被水带走,这时多用构件起到了高效隔热作用,代替了围护结构上的隔热设施。
3、降温
使室内降温则可按图二c,d的组合方法,这样主要是吸收室内的热,将壳体面层向室内(其面层与底板相仝不一定按集热片要求制作),组装成天棚或装成隔墙再接通冷水,吸收室内温度,也可在空气隔热层16内设置湿物,进行蒸发散热。来吸热降温。
4、空调
按图二a,b的组合方法,可将空气隔热层16设在底板3的一面,并将其连接成抽风层或抽风通道。也可将多用构件的空腔4作成筒状供气体流动,组成风道,设置在阳面受热,使空腔4内的空气加温上升,形成抽风,在阴面和天棚内设置进风口,在进风口和空气隔热层内设置湿物,进行蒸发散热,使进入室内的空气冷却。如图h所示,使冷空气流入室内,而室内的热空气抽出,实现太阳能空调。
5、保温
冬季防止冷气向室内入侵,则按图二e,f,g的组合方法来组装,将原来集收辐射热的多用构件保温层12保护层13由室内拆下安装在靠室外,这时的保护层应留搭接边沿9具备防水要求。空腔4内的水要放干只起隔热作用,代替了围护结构上的保温设施。
6、采暖
按图二e,f,g的组合方法,这种组合主要是通过多用构件的底板3或面层1向室内散热供暖,来代替供暖散热设备,如将部分(按室温计算散热面积)多用构件通过冷水管17,热水管18与锅炉或热源接通进行组装引导热水或气循环,代替散热片。
7、防水
多用构件的面层集热片1本身是防水的并有搭接沿9,按搭接防水进行组装来顺流排水。代替了建筑物上柔性或刚性防水设施。
8、自动消防
多用构件通过组装后,空腔4内是充满流动着的水作屋盖,墙板,天棚分布在建筑内部,任何地方失火,构件即受高温软化,水压冲破壳体涌出自动灭火。代替了建筑内部的消防设备设施。
9、供应能源,开水与制冷
多用构件分布在整个建筑物的表面,按图二a,b的组合进行组装,使整个建筑物成为了一个巨大的太阳能源集收设备,在总日照通量大的地区所收集的能量其值可观,可作为工业与民用中生产,生活用的能源供应。如在民用中与小型太阳能中温热水器配合以供应开水饮用,与制冷器接合为冰箱。
10、抗震
太阳能建筑有利于加强结构的整体性,它的构件和连接部份延性好,减轻了自重,降低了重心位置,增加了建筑抗震的能力。
三、多用构件组装后,引导水或气在多用构件内流动的基本方式
基本方式自然循环和压力顶升两种,自然循环是用太阳的辐射热使水,气产生温差而形成的自动流动,压力顶升则是借助外来的压力迫使水或气在内部流动。图四是收集太阳辐射供应热水的示意例:
采用自然循环,将保温水箱21盛满水后关闭闸阀22,24,再开启闸阀23,水箱21的冷水由冷水管17流入多用构件20内收集辐射热,热水上升冷水下降使水箱21下层的冷水由17流入20,经串联和并联着的20收集辐射热后由热水管18流入水箱21,如此不断循环使水箱中冷水全部加热后贮存,这种是用在晴天辐射热大,循环的动力来自辐射热所形成的水温差。其加热程序是按图五A所示。
采用压力顶升则用自来水管的水压将多用构件20内的热水顶升到水箱21,此时要将闸阀22,23关闭,视辐射热的大小开启阀24控制水的流量,使冷水徐徐流入多用构件20内收集辐射热,再通过热水管18流入水箱21内贮存,这种是用在阴天辐射热不大,动力来自自来水压。如长其采用压力顶升,水箱则可以设在建筑物下面。其加热程序是图五B示。
四、使用范围
凡有自来水的地区或可形成压力水的农村城镇的民用建筑,公共建筑,农业商业服务行业及部分工业建筑都能适应,还适应用在一切需要有隔热降温,保温采暖,空调,自动消防的场所及交通工具如火车,轮船的遮护体等和需要利用太阳能的地方。