專利名稱：全氣候節(jié)能呼吸窗及溫度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑節(jié)能以及新能源利用的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種通風(fēng)玻璃幕墻用全氣候節(jié)能呼吸窗及溫度控制方法。
背景技術(shù)：
據(jù)有關(guān)專家估計(jì)，世界上大約50%的能耗是建筑能耗，而從普通窗戶中散失的能量則達(dá)到一般實(shí)體墻的5 6倍，傳統(tǒng)的單層玻璃幕墻雖然在熱工性能上比普通窗戶有很大的提高，但它仍然是建筑能耗的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。呼吸幕墻的優(yōu)點(diǎn)就充分體現(xiàn)于它的雙層幕墻結(jié)構(gòu)，在陽光照射、熱輻射以及熱傳導(dǎo)等性能方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的單層玻璃幕墻。據(jù)德國(guó)有關(guān)資料表明，呼吸幕墻與傳統(tǒng)的單層玻璃幕墻的能源消耗相比，采暖時(shí)可節(jié)約能源 42% 52%，制冷時(shí)可節(jié)約能源38% 60%。由此可見，呼吸幕墻具有非常優(yōu)異的節(jié)能性能。此外，呼吸幕墻由于采用的是雙層玻璃結(jié)構(gòu)，而且有一層通常也可采用中空玻璃，以增強(qiáng)隔音效果，大大改善相應(yīng)的辦公或者居住條件，呼吸幕墻和普通單層幕墻相比，增加了一道屏障，一次性制造成本提高了，從德國(guó)已經(jīng)投入使用的呼吸幕墻反饋的使用效果來看，呼吸幕墻僅僅使用六年而節(jié)約的電費(fèi)就相當(dāng)于單層幕墻的成本，而建筑幕墻的使用壽命至少可達(dá)二、三十年，節(jié)約的電費(fèi)將會(huì)更加可觀，因此說呼吸幕墻的節(jié)能性能是非常優(yōu)異的。此外，呼吸幕墻通常采用無色玻璃，不僅可以減弱光反射，而且可以保證建筑物內(nèi)外具有良好的通透性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是基于先進(jìn)流體力學(xué)和傳熱學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提供一種適于作為建筑幕墻的全氣候節(jié)能呼吸窗及其溫度控制辦法，以充分實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，較少環(huán)境污染的目的。為達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗包括上、中、下三個(gè)部分，通過窗框與建筑物的墻體固定。中間部分為固定景觀窗戶或橫拉式半開啟窗戶；上部包括可以朝外開的第一窗戶以及朝內(nèi)開的第二窗戶；下部包括朝內(nèi)開的第三窗戶以及朝外開的第四窗戶。優(yōu)選的，所述窗戶均為雙層或多層中空玻璃或其他材料制成的窗戶。再優(yōu)選的，所述全氣候節(jié)能呼吸窗還包括反光部件，其可以通過在輕型木質(zhì)或金屬框架內(nèi)設(shè)置反光保溫材料制成并通過支架固定在全氣候節(jié)能呼吸窗的上部與中部之間， 以達(dá)到反光遮陽的作用。本發(fā)明的利用全氣候節(jié)能呼吸窗控制室內(nèi)溫度的方法是根據(jù)季節(jié)的不同以及需求，如加溫、降溫或保溫的要求，控制各個(gè)窗戶的開關(guān)以實(shí)現(xiàn)不同的目的。本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗，其具有全氣候條件適應(yīng)性；零能被動(dòng)式環(huán)境控制； 可全密閉性運(yùn)作；零污染零噪聲；適用于各種建筑類型(尤其是超高層建筑)；可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)智能控制。


通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明前述的和其他的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。其中圖1所示為本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為圖1的全氣候節(jié)能呼吸窗全關(guān)閉模式示意圖；圖3所示為本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗的冬天取暖模式的示意圖(白天)；圖4所示為本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗的冬天保暖模式的示意圖(夜間)；圖5所示為本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗的夏天冷卻模式的示意圖(白天)；圖6所示為本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗的另一夏天冷卻通風(fēng)模式的示意圖(白天)；圖7所示為本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗的另一夏天冷卻通風(fēng)模式的示意圖(夜間)；圖8所示為本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗的春秋取暖通風(fēng)模式的示意圖(白天)；圖9所示為本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗的春秋冷卻通風(fēng)模式的結(jié)構(gòu)示意圖(白天)；圖10所示為本發(fā)明的另一實(shí)施例的全氣候節(jié)能呼吸窗的夏天冷卻模式的示意圖 (白天)；圖11所示為本發(fā)明的另一實(shí)施例的全氣候節(jié)能呼吸窗的夏天冷卻模式的結(jié)構(gòu)示意圖(白天)；圖12所示為本發(fā)明的另一實(shí)施例的全氣候節(jié)能呼吸窗的冬天保暖模式的結(jié)構(gòu)示意圖(夜間)。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的特征及功效更加明確，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗的結(jié)構(gòu)以及室內(nèi)溫度控制模式詳細(xì)描述。附圖中的箭頭指向代表空氣的流向。如圖1所示的本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗的結(jié)構(gòu)示意圖，所述呼吸窗包括上、中、 下三個(gè)部分，通過窗框10與建筑物的墻體固定。中間部分為固定景觀窗戶或橫拉式半開啟窗戶。上部包括第一窗戶22，其為朝外開窗戶，以及位于第一窗戶下面的第二窗戶24，其為朝內(nèi)開窗戶；下部包括第三窗戶26，其為朝內(nèi)開窗戶，以及位于第三窗戶下面的第四窗戶 28，其為朝外開窗戶。圖2所示為全關(guān)閉模式，即所有窗戶均關(guān)閉的狀態(tài)。所述窗戶均為雙層或多層中空玻璃或其他材料制成的窗戶。如圖3及圖4所示分別為本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗的冬天取暖模式和冬天保暖模式的示意圖，白天即取暖模式時(shí)，第一窗戶22關(guān)閉，第二窗戶24打開，第三窗戶26打開， 第四窗戶28關(guān)閉，這樣通過陽光輻射引起的空氣自身浮力，牽引室內(nèi)的冷或溫氣流通過第三窗戶26流入密閉玻璃空腔進(jìn)行自然加熱，加熱后的暖氣流由于浮力從上部通過第二窗戶24流入室內(nèi)，可以起到室內(nèi)自然取暖的效果。夜間直接關(guān)閉第二、第三窗戶，即全氣候節(jié)能呼吸窗處于密閉狀態(tài)，這樣的雙層幕墻設(shè)計(jì)就可以更好的保暖了。如圖5和圖6所示分別為本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗的兩種夏天(白天)的冷卻
4模式的示意圖。第一種冷卻模式(見圖5所示)是針對(duì)室外高溫情況，例如當(dāng)室外溫度超過28°C時(shí)，所述第一窗戶22打開，第二窗戶24關(guān)閉，第三窗戶26關(guān)閉，第四窗戶28打開， 這樣讓室外氣流流入玻璃空腔，由于日照浮力產(chǎn)生的向上自然對(duì)流流動(dòng)，降低玻璃表面由于強(qiáng)烈日照產(chǎn)生的高溫，同時(shí)流動(dòng)的玻璃空腔形成了一個(gè)室內(nèi)外的溫度緩沖區(qū)，從而達(dá)到冷卻的效果；第二種冷卻模式(見圖6所示)是針對(duì)室外溫度不太高的情況，比如當(dāng)溫度低于28°C時(shí)，所述第一窗戶22打開，第二窗戶24關(guān)閉，第三窗戶26打開，第四窗戶28關(guān)閉。 室內(nèi)的熱空氣可以經(jīng)第三窗戶26流入玻璃空腔由于日照浮力的作用，向上流出到室外，形成連續(xù)自然通風(fēng)的效應(yīng)。圖7所示的本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗的夏天(夜間)冷卻模式的示意圖。晚上第一窗戶22打開，第二窗戶24關(guān)閉，第三窗戶26打開，第四窗戶28關(guān)閉；夜間室外的冷或溫氣流在玻璃空腔內(nèi)由于夜間天空冷輻射降溫，降溫后的空氣因沉降作用流入室內(nèi)，以達(dá)到室內(nèi)冷卻的效果。如圖8所示的本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗的春秋取暖通風(fēng)模式(白天)的示意圖，白天當(dāng)室內(nèi)溫度低于室外溫度時(shí)，將第一窗戶22關(guān)閉，第二窗戶24打開，第三窗戶26 關(guān)閉，第四窗戶28打開，由于太陽輻射的熱浮力作用產(chǎn)生自然空氣上升流動(dòng)，導(dǎo)致自然取暖通風(fēng)的效果。如圖9所示的本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗的春秋冷卻通風(fēng)模式(白天)的示意圖，白天當(dāng)室內(nèi)溫度較高時(shí)，將第一窗戶22打開，第二窗戶24關(guān)閉，第三窗戶26打開，第四窗戶28關(guān)閉，使空氣應(yīng)熱浮力產(chǎn)生對(duì)流以達(dá)到冷卻通風(fēng)的效果。如圖10所示的本發(fā)明的另一種實(shí)施例的全氣候節(jié)能呼吸窗的夏天冷卻模式的示意圖。其冷卻原理同圖5，但包括了反光部件40，其可以通過在輕型木質(zhì)或金屬框架內(nèi)設(shè)置反光保溫材料制成并通過可折疊支架34固定在全氣候節(jié)能呼吸窗的上部與中部之間。在夏天白天溫度較高時(shí)，第一窗戶22打開，第二窗戶關(guān)閉24，第三窗戶26關(guān)閉，第四窗戶28 打開，同時(shí)在將反光部件40支起，當(dāng)陽光從上部的窗戶照射進(jìn)來時(shí)正好射在反光部件40 上，可以起到遮陽的效果，同時(shí)可以將自然光反射到屋頂，大大擴(kuò)大自然光的照射范圍。如圖11所示的本發(fā)明的另一種實(shí)施例的全氣候節(jié)能呼吸窗的夏天冷卻模式的示意圖，所述反光部件40內(nèi)部的反光保溫材料為可伸縮型的材料，比如棉制材料。白天溫度較高時(shí)，第一窗戶22打開，第二窗戶24關(guān)閉，第三窗戶26關(guān)閉，第四窗戶28打開，同時(shí)將反光部件40內(nèi)的伸縮型反光保溫材料拉出，覆蓋全氣候節(jié)能呼吸窗的中部及下部窗體部分，這樣不僅可以通過氣體的流通換熱，降低玻璃外表面溫度，還能起到更好的遮陽保溫的效果。如圖12所示的本發(fā)明的另一種實(shí)施例的全氣候節(jié)能呼吸窗的冬天保暖模式的示意圖，夜間將所有的窗戶關(guān)閉，同時(shí)將反光部件40內(nèi)的伸縮型反光保溫材料拉出，覆蓋全氣候節(jié)能呼吸窗的中部及下部窗體部分，這樣不僅可以阻止氣體的流通換熱，而且可以通過保溫材料起到更好的保溫效果。以上實(shí)施例中的全氣候節(jié)能呼吸窗的上下部分的窗戶可以為分別僅具有向內(nèi)或向外開的功能，如果采用既能朝內(nèi)又能朝外開設(shè)計(jì)的話，那就不需要分朝內(nèi)朝外窗了。另外，上述各實(shí)施方式中，各個(gè)窗戶的控制，即打開或關(guān)閉可以是簡(jiǎn)單機(jī)械手動(dòng)控制，比如當(dāng)本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗適用于民用建筑時(shí)；也可以是計(jì)算機(jī)的智能化控制，
5比如當(dāng)本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗適用于大型公共建筑時(shí)，此時(shí)，需要室內(nèi)外的環(huán)境溫度感測(cè)器，連接窗戶開啟裝置如啟動(dòng)裝置等即可實(shí)現(xiàn)窗戶的智能控制。本發(fā)明利用多種靈活設(shè)計(jì)的玻璃空腔管路設(shè)計(jì)，充分利用太陽能、風(fēng)能、天空冷輻射和室內(nèi)外溫差等自然條件所產(chǎn)生的浮力和沉降作用，有效被動(dòng)地調(diào)節(jié)建筑室內(nèi)環(huán)境，大大減少對(duì)于主動(dòng)式空調(diào)和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的需求。密閉式的玻璃空腔流動(dòng)設(shè)計(jì)可以減少環(huán)境噪聲和污染對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響，并使得超高層建筑的開窗通風(fēng)真正成為可能。其中，對(duì)于內(nèi)外及上下玻璃的選材均做優(yōu)化設(shè)計(jì)(比如透光率和反射率等)，玻璃間距和窗戶開口也均有優(yōu)化計(jì)算獲得。這些參數(shù)均可以隨建筑設(shè)計(jì)要求和地理環(huán)境條件做個(gè)性化調(diào)整和優(yōu)化。本發(fā)明并不局限于所述的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神即公開范圍內(nèi)，仍可作一些修正或改變，故本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍以權(quán)利要求書限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種全氣候節(jié)能呼吸窗，其特征在于，所述呼吸窗包括上、中、下三個(gè)部分，通過窗框與建筑物的墻體固定，其中，所述中間部分為固定景觀窗戶或橫拉式半開啟窗戶；上部包括第一窗戶，其可以朝外打開，以及位于第一窗戶下面的第二窗戶，其可以朝內(nèi)打開；下部包括第三窗戶，其可以朝內(nèi)打開，以及位于第三窗戶下面的第四窗戶，其可以朝外打開。
2.如權(quán)利要求1所述的一種全氣候節(jié)能呼吸窗，其特征在于，所述窗戶均為雙層或多層中空玻璃或其他材料制成的窗戶。
3.如權(quán)利要求1所述的一種全氣候節(jié)能呼吸窗，其特征在于，還包括反光部件，其通過可折疊支架固定在所述全氣候節(jié)能呼吸窗的上部與中部之間。
4.如權(quán)利要求3所述的一種全氣候節(jié)能呼吸窗，其特征在于，所述反光部件包括輕型木質(zhì)或金屬框架且內(nèi)部設(shè)置可伸縮型反光保溫材料。
5.一種利用如權(quán)利要求1所述的全氣候節(jié)能呼吸窗進(jìn)行建筑物室內(nèi)溫度控制的方法， 其特征在于，其根據(jù)季節(jié)以及具體需求控制所述第一窗戶，第二窗戶，第三窗戶以及第四窗戶打開或關(guān)閉，在上部和下部窗戶之間形成供氣流流通的空腔管路。
6.如權(quán)利要求5所述的進(jìn)行建筑物室內(nèi)溫度控制的方法，其特征在于，所述溫度控制方法包括取暖模式、冷卻模式以及保暖模式。
7.如權(quán)利要求5所述的一種利用如權(quán)利要求1所述的進(jìn)行建筑物室內(nèi)溫度控制的方法，其特征在于，所述全氣候節(jié)能呼吸窗還包括反光部件，其通過可折疊支架固定在所述全氣候節(jié)能呼吸窗的上部與中部之間，在室內(nèi)溫度較高需要冷卻時(shí)，將反光部件支起，以起到反光遮陽的作用。
8.如權(quán)利要求7所述的進(jìn)行建筑物室內(nèi)溫度控制的方法，其特征在于，所述全氣候節(jié)能呼吸窗的反光部件具有可伸縮型的反光保溫材料，在保暖模式時(shí)，將反光部件的伸縮型反光保溫材料拉出，覆蓋全氣候節(jié)能呼吸窗的中部及下部窗體部分，以達(dá)到更好的保溫效
9.如權(quán)利要求6所述的進(jìn)行建筑物室內(nèi)溫度控制的方法，其特征在于，所述溫度控制方法還包括感測(cè)室內(nèi)外溫度并控制自動(dòng)開啟裝置開啟或關(guān)閉對(duì)應(yīng)的窗戶以進(jìn)行設(shè)定的溫度控制模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可用于建筑幕墻的全氣候節(jié)能呼吸窗，其包括上、中、下三個(gè)部分，通過窗框與建筑物的墻體固定。中間部分為固定景觀窗戶或橫拉式半開啟窗戶；上部包括可以朝外開的第一窗戶以及朝內(nèi)開的第二窗戶；下部包括朝內(nèi)開的第三窗戶以及朝外開的第四窗戶。所述全氣候節(jié)能呼吸窗控制室內(nèi)溫度的方法是根據(jù)季節(jié)的不同以及需求，如加溫、降溫或保溫的要求，控制各個(gè)窗戶的開關(guān)以實(shí)現(xiàn)不同的目的。本發(fā)明的全氣候節(jié)能呼吸窗，具有全氣候條件適應(yīng)性；零能被動(dòng)式環(huán)境控制；可全密閉性運(yùn)作；零污染零噪聲；適用于各種建筑類型(尤其是超高層建筑)；可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)智能控制。
文檔編號(hào)E06B7/02GK102220830SQ20111009899
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者翟志強(qiáng) 申請(qǐng)人:翟志強(qiáng)