本發明屬于建筑透光外圍護結構的節能技術領域，涉及一種對內遮陽的優化結構，具體涉及一種節能百葉窗。

背景技術：

為了有效遮擋通過建筑外窗的太陽輻射，減少夏季空調負荷，采用遮陽設施是常見的手段。目前外窗遮陽設施主要有內遮陽、外遮陽、及置于兩層玻璃之間的中間遮陽方式，三大類遮陽設施各有其優缺點：

外遮陽設施雖然是最有效的遮陽方式，只有透過遮陽設施的部分陽光才能到達玻璃表面，但是由于安置于室外，容易損壞，且收到污染后會降低其反射能力。中間遮陽方式盡管避免了外遮陽設施的缺點，但由于遮陽設施吸熱后會升溫從而對玻璃間層的空氣起到加熱作用，甚至使得玻璃間層的空氣溫度高于室外溫度，其中部分熱量會向室內傳遞而降低了其隔熱能力。內遮陽由于置于室內而便于控制及維護，用戶可根據季節狀況及自己的喜好調整遮陽設施，內遮陽設施同樣可以反射部分太陽輻射，但向室外反射的一部分又會被玻璃反射回來，使得反射作用減弱。更重要的是，內遮陽設施吸收的輻射熱會慢慢向室內釋放成為得熱，因此，如何阻止這部分熱量向室內的傳遞，并且將這部分熱量合理利用起來是本發明的重點。

外窗的傳熱系數很高，是外墻的幾倍，因此通過外窗傳熱所形成的空調負荷在建筑外圍護結構傳熱得熱形成的冷負荷中所占比重較大。

綜上所述，如何降低夏季通過透光外圍護結構進入室內的太陽輻射熱量形成的空調負荷，從而達到節能的目的是本領域研究人員所共同關注的熱點。

技術實現要素：

針對傳統內遮陽只是對得熱的峰值有所延遲和衰減而不能有效降低得熱量的問題，以及通過傳熱系數較高的外窗傳熱量較大的問題，本發明的目的在于，提供一種節能百葉窗，以克服現有技術中存在的問題。

為了實現上述任務，本發明采用以下技術方案：

一種節能百葉窗，包括百葉窗，在百葉窗的上部固定有殼體，殼體內部由隔板分隔為第一腔體和第二腔體，在第一腔體的側壁上開設有送風口，第二腔體的底面上開設有回風口，其中，回風口位于百葉窗的百葉簾上方，送風口朝向室內；

所述的隔板上安裝有穿透隔板的風道，在第一腔體中布設有風機，風機的出風口與風道連通；所述的第二腔體中安裝有風輪，風輪上分布有導熱管，導熱管內部裝有固態相變材料；所述的風道靠近第二腔體的一端安裝有導流板，導流板指向所述風輪的葉片。

進一步地，所述的第二腔體內的兩端對稱設置有固定臺，固定臺上開設有軸承孔，軸承孔的外端通過軸承端蓋密封，軸承孔中裝配有滾動軸承；所述的滾動軸承之間安裝有轉軸，所述的風輪通過鍵槽配合的方式安裝在轉軸上，風輪在轉軸上至少設置一對。

進一步地，所述的風輪包括固定在轉軸上的套環，所述的葉片為矩形、扇形或梯形結構，葉片在套環的圓周上分布多個；所述的葉片的端部設置有卡套，所述的導熱管的兩端固定在兩個風輪上葉片端部的卡套中。

進一步地，所述的導流板的端部位置不低于轉軸所在的位置，且導流板傾斜于轉軸設置。

進一步地，所述的第二腔體內設置有水槽，水槽中裝有液態水，液態水的水面與轉軸之間的距離小于葉片的長度。

進一步地，所述的第二腔體中，在水槽和送風口之間設置有過濾網。

本發明的百葉窗頂部設計有回風口，形成自下至上的通風通道，帶走百葉簾吸收的熱量，提高其遮陽效果，同時有效消除外窗附近的熱空氣間層；而熱空氣間層的熱量是通過外窗傳入室內的，包括太陽直射熱量和溫差傳熱熱量兩部分。本發明利用相變潛熱原理，通過相變材料固、液之間的相變使這兩部分熱量被吸收，通過風輪旋轉和底部水槽使相變材料再生。而風輪是在自然壓差的作用下旋轉，風機將回風吹向風輪上部使風輪葉片迎風面與背風面形成壓差。固定在風輪上的銅管旋轉到底部水槽液面以下時，水溫低于相變材料的結晶點，使灌注在銅管內的相變材料再生。夜間，由于沒有太陽輻射得熱，本裝置停止運行。夜間睡眠時空調舒適溫度實驗研究中表明，在被褥系統熱阻為1.8clo時，睡眠熱中性環境溫度接近28℃，清醒狀態下人員的熱中性環境溫度為24℃。因此，由于居住者處于睡眠狀態時對熱舒適要求較低，故水槽內的水夜間向室內散熱降溫是合理的。相當于將夜間一部分冷量用于晝間降低通過外窗進入室內的熱量，由此達到節能的目的。

本發明與現有技術相比具有以下技術特點：

1.本發明為百葉形成通風通道，及時帶走百葉吸收的這部分熱量，而傳統百葉反射部分太陽輻射的同時還會吸收部分輻射熱，且向室外反射的一部分被玻璃吸收，一部分被玻璃反射回來，最終被內遮陽設施吸收。被升溫的葉片最終通過對流向室內釋放成為得熱，遮陽效果差。

2.本發明及時帶走通過外窗傳熱得熱量和太陽輻射得熱量，而在空調負荷組成中，這兩部分得熱形成的冷負荷占總負荷的比重大。而研究表明，當南向窗墻比由0.327增加至0.6時，通過pvc塑料窗的這兩部分得熱量占房間總得熱量的比重由41.6％增加至58.8％。

3.本發明裝置利用相變潛熱的原理，僅需消耗電能驅動風機。由于為空調末端消除了2中所述的得熱量，因此空調末端所需的冷量和風機功率均降低，故該裝置并未增加能耗，而達到節能效果。

4.本發明特別設計了相變材料的再生機構，彌補了相變材料儲熱量較小的缺點，打破了相變材料在空調領域應用的限制。

附圖說明

圖1為本發明的安裝位置示意圖(未繪制出殼體內的結構)；

圖2為本發明原理分析示意圖；

圖3為本發明裝置的內部結構示意圖；

圖4為圖3的a-a剖面圖；

圖5為圖3的b-b剖面圖；

圖6為風輪部分的結構示意圖；

圖7為本發明實施例中空調區的分布示意圖；

圖中標號代表：1—百葉窗，2—送風口，3—回風口，4—百葉簾，5—卡套，6—殼體，7—風機，8—第一腔體，9—風道，10—隔板，11—導流板，12—固定臺，13—套環，14—轉軸，15—導熱管，16—過濾網，17—水槽，18—固態相變材料，19—液態水，20—軸承端蓋，21—滾動軸承，22—軸套，23—鍵，24—葉片，25—第二腔體。

具體實施方式

遵從上述技術方案，如圖1至圖6所示，本發明公開了一種節能百葉窗，包括百葉窗1，在百葉窗1的上部固定有殼體6，殼體6內部由隔板10分隔為第一腔體8和第二腔體25，在第一腔體8的側壁上開設有送風口2，第二腔體25的底面上開設有回風口3，其中，回風口3位于百葉窗1的百葉簾4上方，送風口2朝向室內；

在本實施例中，殼體6為空心的矩形體結構，而由隔板10分隔成的第一腔體8和第二腔體25亦為矩形體結構。送風口2用于向室內提供降溫后的空氣，而回風口3則是用于收集百葉簾4部分的熱空氣。送風口2指向室內，即送風口2的軸向垂直于百葉窗1所在墻面，如圖2所示。

所述的隔板10上安裝有穿透隔板10的風道9，風道9為一段兩端通透的管道，在第一腔體8中布設有風機7，風機7的出風口與風道9連通；本實施例中，風道9設置三個，而對應地，設置了三個風機7分別與風道9連通。所述的第二腔體25中安裝有風輪，風輪上分布有導熱管15，導熱管15內部裝有固態相變材料18；所述的風道9靠近第二腔體25的一端安裝有導流板11，導流板11指向所述風輪的葉片24。風輪的作用是在風機7的作用下旋轉，使導熱管15的位置發生變換，以利用固態相變材料18的相變潛熱原理，對風機7輸送來的風進行降溫，并形成循環利用的模式。本實施例中，導熱管15采用銅管，導熱管15在葉輪上間隔設置多個。導熱管15中裝的固態相變材料18可以有多種選擇，例如為石蠟。

具體的風輪的安裝方式是，第二腔體25內的兩端對稱設置有固定臺12，固定臺12上開設有軸承孔，軸承孔的外端通過軸承端蓋20密封，軸承孔中裝配有滾動軸承21；所述的滾動軸承21之間安裝有轉軸14，所述的風輪通過鍵23槽配合的方式安裝在轉軸14上，轉軸14的端部設置有軸套22，風輪在轉軸14上至少設置一對；風輪有兩個作用，其一是用來固定導熱管15，如圖3至圖6所示；其二是在風機7的作用下，帶動導熱管15進行旋轉。本實施例中，風機7設置了三個，其中兩端的風機7輸送來的風力在推動風輪旋轉的同時，也與銅管接觸進行降溫。

本發明中提到的風輪結構如圖6所示，風輪包括固定在轉軸14上的套環13，所述的葉片24為矩形、扇形或梯形結構，葉片24在套環13的圓周上分布多個；所述的葉片24的端部設置有卡套5，所述的導熱管15的兩端固定在兩個風輪上葉片24端部的卡套5中。另外，導流板11的端部位置不低于轉軸14所在的位置，且導流板11傾斜于轉軸14設置，傾斜角度為30°～45°。這樣設置的目的是，使導流板11導向的風力作用于風輪的上部葉片24，即當前位置在轉軸14之上的葉片24，以驅動風輪不斷旋轉。

本發明的裝置與室內空調末端聯動使用。如圖2所示，由于通過玻璃窗日射得熱及傳熱得熱的產生，百葉簾4反射掉部分輻射的同時也會吸收一部分而儲存起來，使其溫度逐漸升高，再者，反射出去的光線一部分被玻璃阻擋而反射回來；整個過程中，窗玻璃也會吸收部分熱量而逐漸升溫，百葉簾4與玻璃吸收的熱量最終通過對流釋放到空氣中。因此，靠窗附近會形成熱空氣間層，該裝置在風機7的作用下，回風口3不斷抽吸這部分高溫空氣，并形成一層垂直的風幕，對室內低溫空氣也起到阻隔作用。高溫的回風被風機7輸送到導熱管15所在區域，溫度達到相變材料的熔點，材料發生相變(固—液)，吸收潛熱而儲存起來，材料自身的溫度基本不變，因此回風的溫度被降低，通過送風口2吹出到室內。

考慮到相變材料相變潛熱較小，不能在裝置運行期間一直相變，有可能在裝置運行半小時就全部被融化，因此特別設計了相變材料再生機構，是通過風輪的旋轉和液態水19實現的。如圖4所示，第二腔體25內設置有水槽17，水槽17中裝有液態水19，液態水19的水面與轉軸14之間的距離小于葉片24的長度，這是為了使導熱管15旋轉到最下部位置時，均能進入到水面之下，以釋放熱量。

該再生機構工作時，風輪的旋轉帶動導熱管15的轉動，導熱管15轉到液態水19液面以下，相變材料再生，再轉出液面，吸收回風熱量，如此循環。晚上，設備停止運行時，水槽17內的水冷卻。風輪的旋轉主要根據自然壓差的原理，一部分回風被左右兩側的風機7通過風道9吹向風輪，在導流板11的作用下，吹向風輪的上部的葉片24，在葉片24迎風面和背風面形成壓差，從而使風輪旋轉。所述的第二腔體25中，在水槽17和送風口2之間設置有過濾網16。

本發明的一個具體實施案例如下：

以辦公建筑為例，進行節能分析。房間6.0m×4.0m×3.9m，該房間外墻朝向：南；窗位于南外墻上，尺寸：2.5m×2.0m。金屬窗框，80％玻璃；雙層玻璃。

圍護結構熱工參數如下：南外墻傳熱系數：k＝0.54w/(m²·k)；外窗傳熱系數kc＝3.3w/(m²·k)。

夏季室內計算溫度tn＝26℃；室外溫度按逐時冷負荷計算溫度取值。該例以西安地區為例，選取14：00時刻作為計算。故室外計算溫度：tw＝33.6℃；日射得熱因數：dj＝251w/m²。

將該空調區分兩部分：ⅰ區和ⅱ區。ⅱ區為該發明裝置的左表面至外窗之間的區域，如圖7所示。

1.節能率計算

(一)南外墻傳熱形成的冷負荷：

cl1＝kf(tw-tn)

＝0.54×(3.9×4-2.5×2)×(33.6-26)＝43.5w

(二)南外窗瞬變傳熱引起的冷負荷：

cl2＝cwkcfc(tw-tn)

式中：

cw—玻璃窗的傳熱系數修正值；cw＝1.2^[3]；

即：cl2＝1.2×3.3×(2.5×2)×(33.9-26)＝156.42w

(三)南外窗日射得熱形成的冷負荷：

cl3＝cacscifcdjclq

式中：

ca—有效面積系數；雙層鋼窗ca＝0.75；

cs—玻璃窗的遮陽系數；雙層3mm厚普通玻璃cs＝0.86；

ci—窗內遮陽設施的遮陽系數，活動百葉簾4ci＝0.6；

clq—玻璃窗冷負荷系數；

北區有內遮陽南向窗玻璃14：00時刻的冷負荷系數clq＝0.61；

即：cl3＝0.75×0.86×0.6×(2.5×2)×251×0.62＝301.12w

(四)照明設備冷負荷：

cl4＝1000n1n2nclq

式中：

n1—鎮流器消耗的功率系數；明裝取1.2；

n2—燈罩隔熱系數；取1.0；

clq—照明設備散熱冷負荷，取連續開燈6h，clq＝0.95；

即：cl4＝1.2×1.0×200×0.95＝228w

(五)人體顯熱散熱形成的冷負荷：

式中：

n—室內人數；取4人；

—群集系數；取1.0；

qs—人體散熱量；輕度勞動，取60.5；

clq—人體顯熱散熱冷負荷系數；

取進入室內6h，在室內總小時數10h，clq＝0.8；

即：cl5＝4×1.0×60.5×0.8＝193.6w

空調ⅱ區負荷：

qⅱ＝cl2+cl3＝156.42+301.12＝457.54w

空調ⅰ區負荷：

qⅰ＝cl1+cl4+cl5＝43.5+228+193.6＝465.1w

總冷負荷：q總＝922.64w；通過外窗進入室內的熱量(即ⅱ區冷負荷)qⅱ＝457.54w，占總負荷的49.6％。

可見，若使用該裝置后，利用相變材料的相變潛熱原理，將ⅱ區得熱量吸收，考慮吸收不完全，若取效率系數為60％，故消除的冷負荷約為457.54×0.6＝279w，占總負荷28％。因此該裝置節能可達到28％。

2.相變材料及管束計算

下面介紹幾種石蠟相變材料參數：

本實施例中選擇辛烷作為相變材料。假設該房間室內開空調時間10：00～22：00，共12小時。由前面的“節能率計算”中計算知空調ⅱ區全天峰值負荷為457.54w，考慮60％的效率系數，則相變材料所需提供的冷量為279w，每半小時所需相變材料2.1kg。共8根銅管，每根銅管裝0.26kg辛烷相變材料，密度取0.88g/cm3，管長取1.5m，則每根管管徑為7.9mm，考慮到相變前后體積的變化，因此每根管管徑取10mm。

3.水槽17容量校核計算

水槽17尺寸定為：1.8×0.2×0.05m；貯水高度0.015m。初始水溫取20℃，水的熱容：4.2*103j/(kg·k)，則：

當設備運行12小時，水需要吸收熱量為1647kj，水的終溫度：

符合要求。