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基本信息

項(xiàng)目名稱：
冷凝水回收微灌天然植物窗簾遮陽技術(shù)
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)一種新型可調(diào)節(jié)植物窗簾，用于通風(fēng)雙層玻璃幕墻層間遮陽。選擇松蘿鳳梨類無根無土植物制作成線狀窗簾，研究其植物遮陽特性；將夏季空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水回收對(duì)植物窗簾進(jìn)行微灌，并和通風(fēng)雙層玻璃幕墻熱通道中的通風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合，以回收冷凝水中的冷量，并通過冷凝水的蒸發(fā)冷卻效應(yīng)和植物的蒸騰蒸散效應(yīng)來降低玻璃幕墻建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的夏季得熱量，研究冷凝水微灌植物窗簾和通風(fēng)組合策略對(duì)通風(fēng)雙層玻璃幕墻夏季熱工況性能的改善。
詳細(xì)介紹：
冷凝水回收微灌天然植物窗簾遮陽技術(shù)包含以下三個(gè)子系統(tǒng)： 1.植物窗簾子系統(tǒng) 選擇松蘿鳳梨類植物編織成任意密度、任意長(zhǎng)度的線狀植物簾組合形成百葉簾，安裝于雙層玻璃幕墻熱通道內(nèi)進(jìn)行層間遮陽。植物窗簾疏密控制為以下兩種方式的組合：一種方式是調(diào)節(jié)植物百葉簾的轉(zhuǎn)角，控制植物百葉簾之間的間隙；另一種方式是調(diào)節(jié)每片百葉簾上線狀植物簾的數(shù)量以進(jìn)一步控制其疏密程度。具體的控制策略為：夏季，增加每片植物百葉簾上線狀植物簾數(shù)量，采用植物密集布置，當(dāng)室外太陽輻射逐漸增強(qiáng)時(shí)，在滿足室內(nèi)最小照度要求條件下，隨著室外照度的增強(qiáng)，調(diào)整百葉簾的轉(zhuǎn)角，逐漸減小植物百葉簾之間的間隙，即θ逐漸較小，直至與轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行θ=0°；隨著室外太陽輻射的減弱，在低于室內(nèi)照度最小照度時(shí)，調(diào)整百葉簾的轉(zhuǎn)角，逐漸增大植物百葉簾之間的間隙，即θ值逐漸增加，直至與轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直θ＝90°。冬季，減少每片植物百葉簾上線狀植物簾數(shù)量，采用植物稀疏布置，當(dāng)室外太陽輻射逐漸增強(qiáng)時(shí)，在滿足室內(nèi)最大照度條件下，隨著室外照度的增強(qiáng)，調(diào)整百葉簾的轉(zhuǎn)角，逐漸減小植物百葉簾之間的間隙，即θ逐漸較小，直至與轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行θ=0°；隨著室外太陽輻射的減弱，在低于室內(nèi)照度最大允許值時(shí)，調(diào)整百葉簾的轉(zhuǎn)角，逐漸增大植物百葉簾之間的間隙，即θ值逐漸增加，直至與轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直θ＝90°。這樣，通過調(diào)整植物百葉簾的轉(zhuǎn)角以及百葉簾上線狀植物簾的數(shù)量和密度，實(shí)現(xiàn)植物窗簾和氣候之間的實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)和調(diào)節(jié)，使之成為性能優(yōu)異的太陽輻射自控器。 2. 冷凝水回收微灌子系統(tǒng) 冷凝水全熱回收微灌子系統(tǒng)是利用冷凝水對(duì)植物窗簾進(jìn)行噴灌。其中，空調(diào)末端的冷凝水出口直接與冷凝水管相接，冷凝水管有0.01的坡度向下，保證冷凝水能夠正常流入儲(chǔ)水箱。儲(chǔ)水箱的上同時(shí)接有補(bǔ)水管，當(dāng)冷凝水量不充足的時(shí)候由自來水補(bǔ)水。儲(chǔ)水箱的出水口接有電子水泵，電子水泵把冷凝水送入微噴灌系統(tǒng)的主供水管，主供水管正下方垂掛植物窗簾,同時(shí)在供水管上均布著微噴灌噴頭，也就是位于植物窗簾的正上方。植物窗簾的下方設(shè)有收集多余冷凝水的排水槽,排水槽有一定的坡度，最低處接有排水管把多余的冷凝水排出。儲(chǔ)水箱設(shè)有補(bǔ)水管，當(dāng)冷凝水量不夠時(shí)，利用自然水進(jìn)行補(bǔ)給。 將冷凝水收集后噴淋至松蘿鳳梨表面，一方面會(huì)增強(qiáng)松蘿鳳梨類植物的蒸騰蒸散效應(yīng)，另一方面，松蘿鳳梨植物表面的氣根作為儲(chǔ)水細(xì)胞將會(huì)發(fā)揮多孔吸濕材料的功能，大大增加水分發(fā)生蒸發(fā)冷卻作用的表面積，持續(xù)帶走熱通道內(nèi)部的熱量。 3.通風(fēng)子系統(tǒng) 松蘿鳳梨類植物雖然號(hào)稱“外星植物”，具有較多優(yōu)點(diǎn)，但也只有在通風(fēng)環(huán)境下才能正常生長(zhǎng)，而通風(fēng)幕墻熱通道正可以滿足這一要求。同時(shí)，合理的通風(fēng)策略可以進(jìn)一步增強(qiáng)冷凝水回收微灌植物窗簾的節(jié)能效果。具體的運(yùn)行策略為：夏季白天，利用冷凝水霧化噴淋熱通道中的植物窗簾時(shí)，機(jī)械通風(fēng)開啟，外層玻璃幕墻上下風(fēng)口均打開，內(nèi)層玻璃幕墻上下風(fēng)口均關(guān)閉，利用機(jī)械通風(fēng)增強(qiáng)冷凝水的蒸發(fā)冷卻效應(yīng)和植物的蒸騰蒸散效應(yīng)，從而及時(shí)帶走熱通道中的熱量，降低玻璃幕墻建筑室內(nèi)得熱量，并且，植物遮陽的機(jī)理和冷凝水的蒸發(fā)冷卻效應(yīng)會(huì)降低玻璃幕墻建筑周圍的微環(huán)境溫度。夏季夜晚，機(jī)械通風(fēng)關(guān)閉，內(nèi)、外層玻璃幕墻上、下風(fēng)口均打開，利用夜間自然通風(fēng)帶走白天積蓄在室內(nèi)的熱量，減少次日清晨空調(diào)系統(tǒng)開機(jī)負(fù)荷。

作品圖片

  • 冷凝水回收微灌天然植物窗簾遮陽技術(shù)
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1.研究目的和思路 大部分玻璃幕墻建筑已成為高能耗的代名詞。近年來國內(nèi)引進(jìn)了通風(fēng)雙層玻璃幕墻系統(tǒng)，遮陽系統(tǒng)和通風(fēng)策略對(duì)其節(jié)能性能有顯著影響。本作品擬設(shè)計(jì)一種新型可調(diào)節(jié)植物遮陽窗簾，結(jié)合通風(fēng)雙層玻璃幕墻建筑的特點(diǎn)進(jìn)行層間遮陽，同時(shí)將夏季空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水回收以霧灌植物窗簾，與雙層幕墻中的通風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合，利用植物蒸騰蒸散效應(yīng)和冷凝水的蒸發(fā)冷卻效應(yīng)，降低熱通道和室內(nèi)溫度，利用植物遮陽的原理，減少遮陽裝置向室外環(huán)境中的輻射量，進(jìn)而降低室外溫室效應(yīng)。 選擇松蘿鳳梨類無根無土植物制作成線狀植物簾，研究其遮陽特性及隨氣候變化的調(diào)節(jié)策略。設(shè)計(jì)空調(diào)冷凝水回收微灌植物窗簾系統(tǒng)，研究冷凝水微灌植物窗簾和通風(fēng)組合策略對(duì)通風(fēng)雙層玻璃幕墻夏季熱工況性能的改善。 該研究打破了傳統(tǒng)垂直綠化植物遮陽在建筑中的應(yīng)用瓶頸，實(shí)現(xiàn)了植物遮陽人工控制，將空調(diào)冷凝水回收利用，通過凝水微灌與通風(fēng)系統(tǒng)的組合，降低建筑能耗，減少建筑溫室氣體排放量。 2.創(chuàng)新點(diǎn) ①可調(diào)節(jié)植物窗簾隨氣候變化可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)；②將空調(diào)冷凝水進(jìn)行回收對(duì)植物窗簾進(jìn)行微灌。一方面，可以回收空調(diào)冷凝水中的顯熱和潛熱量，其次，通風(fēng)策略可以強(qiáng)化冷凝水的蒸發(fā)冷卻效應(yīng)，再次，又可以和通風(fēng)策略組合，強(qiáng)化植物的蒸騰蒸散效應(yīng)，從而降低通風(fēng)雙層玻璃幕墻熱通道和室內(nèi)溫度，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。 3.技術(shù)關(guān)鍵 ①植物窗簾的可調(diào)節(jié)性；②凝水回收微灌系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和節(jié)能描述。 4.主要技術(shù)指標(biāo) ①太陽得熱系數(shù)；②遮陽系數(shù)；③太陽得熱量。

科學(xué)性、先進(jìn)性

1.植物窗簾隨氣候變化的可調(diào)節(jié)性。松蘿鳳梨類無根無土植物可以編織成任意密度、任意長(zhǎng)度的線狀窗簾，耐熱耐寒耐旱耐濕，既具有植物遮陽的優(yōu)點(diǎn)，又可以避免常規(guī)綠化遮陽的缺陷，打破了垂直綠化遮陽的瓶頸?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)窗簾角度和數(shù)量?jī)煞N方式來調(diào)節(jié)疏密，實(shí)現(xiàn)隨氣候變化的多元調(diào)節(jié)。 2.冷凝水回收微灌植物窗簾。夏季，空調(diào)冷凝水水量較大、水溫較低，水質(zhì)較好?；厥绽淠⒐嘀参锎昂?，既可回收冷凝水中的顯熱和潛熱量，又可加強(qiáng)植物的蒸騰蒸散效應(yīng)，達(dá)到節(jié)能效果。 3.與通風(fēng)雙層玻璃幕墻相結(jié)合。在通風(fēng)雙層玻璃幕墻系統(tǒng)中利用植物窗簾進(jìn)行層間遮陽，既可以避免外遮陽維護(hù)困難的問題，又比內(nèi)遮陽要節(jié)能，熱通道為植物窗簾和被遮陽面提供了一定的間隙，從而使得其遮陽效果能夠充分發(fā)揮。同時(shí)，結(jié)合通風(fēng)策略，可以加強(qiáng)冷凝水的蒸發(fā)冷卻效應(yīng)和植物的蒸騰蒸散效應(yīng)，及時(shí)帶走熱通道中的熱量，降低玻璃幕墻建筑室內(nèi)得熱量，緩解城市熱島效應(yīng)。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

模型、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

1.技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) ①植物窗簾，生態(tài)環(huán)保；②植物窗簾無根無土，可耐熱耐寒耐旱，便于養(yǎng)護(hù)；③操控方便，疏密自如；④凝水微灌，節(jié)能高效；⑤通風(fēng)輔助，效果顯著；⑥可規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化，帶來可觀經(jīng)濟(jì)效益。 2.適用范圍 ①冷凝水回收微灌植物窗簾技術(shù)可應(yīng)用于通風(fēng)雙層玻璃幕墻層間遮陽，充分發(fā)揮通風(fēng)幕墻特點(diǎn)和植物遮陽優(yōu)勢(shì)，利用通風(fēng)凝水策略增強(qiáng)蒸發(fā)冷卻效應(yīng)和植物蒸騰蒸散效應(yīng)。 ②可調(diào)節(jié)植物遮陽窗簾可應(yīng)用于單層玻璃幕墻、玻璃窗內(nèi)、外遮陽，但要與表面之間留有一定空隙。 3.市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè) ①該技術(shù)操控簡(jiǎn)單，養(yǎng)護(hù)容易，對(duì)環(huán)境要求不高，節(jié)能效果顯著，潛在的市場(chǎng)潛力巨大。 ②玻璃幕墻建筑體量巨大，新的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)對(duì)玻璃幕墻建筑節(jié)能要求進(jìn)一步提高，植物遮陽系統(tǒng)的優(yōu)異節(jié)能特性正可以滿足這一要求，有利于該類植物窗簾市場(chǎng)化、產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；陌l(fā)展。

同類課題研究水平概述

通風(fēng)雙層幕墻系統(tǒng)一般由兩層透明的圍護(hù)結(jié)構(gòu)組成，作為空氣通道的空氣腔把圍護(hù)結(jié)構(gòu)分為內(nèi)、外兩個(gè)部分，針對(duì)不同的室外氣候條件，通過合理的通風(fēng)組織設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)降溫等功能。 目前，已有很多國家和地區(qū)對(duì)通風(fēng)雙層玻璃幕墻建筑熱工性能及其氣候適應(yīng)性進(jìn)行了相關(guān)研究。通用方式是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試（Ward IC）和模型實(shí)驗(yàn)（Van Paassen），并建立相應(yīng)的熱工性能數(shù)值模型進(jìn)行模擬計(jì)算（P.C. Wong）。Lee和Oesterle等都強(qiáng)調(diào)了通風(fēng)雙層幕墻空氣腔中遮陽設(shè)備位置的重要性，并指出玻璃特性、通風(fēng)策略和遮陽設(shè)備結(jié)合的準(zhǔn)確特性值得研究。 通風(fēng)雙層玻璃幕墻建筑在我國出現(xiàn)較晚，最早應(yīng)用是2000年6月投入使用的北京國家會(huì)計(jì)學(xué)院教學(xué)樓工程。目前，國內(nèi)對(duì)雙層玻璃幕墻建筑進(jìn)行相關(guān)研究和測(cè)試的主要機(jī)構(gòu)包括清華大學(xué)和華中科技大學(xué)等。華中科技大學(xué)李保峰教授建立了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了雙層玻璃幕墻的氣候適應(yīng)性研究，指出了遮陽措施對(duì)雙層玻璃幕墻建筑節(jié)能的重要性。 從遮陽設(shè)計(jì)手法和制作來分，遮陽方式包括簡(jiǎn)易遮陽、附加構(gòu)件遮陽、綠化遮陽。綠化遮陽與其他遮陽方式的不同之處在于其能量流向。植被通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為生物能，蒸騰作用又使得葉片自身的溫度維持在較低的波動(dòng)范圍之內(nèi)，從而切斷了能量的二次傳播。而且在此過程中，植物還能吸收周圍環(huán)境中的能量，從而降低了局部環(huán)境溫度，形成能量的循環(huán)利用。 柳孝圖等在研究中指出，落葉植物是天然的、性能優(yōu)良的太陽輻射自控器，智利圣地亞哥Consorcio-Vida辦公建筑、法蘭克福商業(yè)銀行都是垂直綠化遮陽設(shè)計(jì)的典型代表。另外，根據(jù)重慶天齊花園的實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)，在垂直綠化和墻面之間留有一定間隙，夏季降溫隔熱效果更好。Stec等人采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究的方法對(duì)通風(fēng)雙層玻璃幕墻熱通道內(nèi)利用攀援類植物遮陽的效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：植物層間遮陽的雙層玻璃幕墻的各個(gè)邊界的溫度都低于使用普通遮陽的溫度，并可降低20%的空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)容量并降低能耗。以上也是僅有的關(guān)于通風(fēng)雙層幕墻使用植物遮陽見諸發(fā)表的研究。 吳東興等人的研究結(jié)果表明，夏季空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水水量較大、水溫較低、水質(zhì)較好。直接排放將造成能量浪費(fèi)和環(huán)境污染。即便對(duì)冷凝水進(jìn)行回收利用，也僅僅是考慮利用其顯熱。 綜上，應(yīng)考慮凝水全熱回收微灌植物遮陽系統(tǒng)在通風(fēng)雙層幕墻中的綜合應(yīng)用。
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