一种带相变储热的阳光房及优化控制方法与流程

1.本发明涉及房屋设计领域，尤其涉及一种带相变储热的阳光房及优化控制方法。


背景技术：

2.在我国川西地区，海拔多在1000-4500m，气候以严寒和寒冷型为主，是典型的高寒地区，该类地区同时也是太阳能资源最为富集、日照时间长的地方。综合上述因素，经过实地调研当地建筑也应运产生了一类搭砌在自家屋面上的阳光房。阳光房自身特点是围护结构的组成中多数为透明玻璃材料，玻璃能让太阳短波辐射通过，且可以阻挡室内长波辐射，从而为居民在寒冷的冬季营造一个便于日常活动的温室，同时有效阻挡了室内空气通过屋顶向室外传递热量。阳光房实为一种人类对于太阳能的被动式利用，对节能减排有着重要意义，但现有阳光房也存在一些问题，因阳光房在寒冷的冬季主要是利用太阳能以满足居民生活的需求，在夜间时，则由于天空冷辐射以及围护结构传热从而导致室内温度较低，需要借助炉子等额外加热措施以进行在阳光房内的保温，除此以外，还存在有在夏季里阳光房内的温度则极高，难以待在阳光房内，热舒适性极差等问题。


技术实现要素：

3.本发明为了解决上述房屋冬季供暖和夏季降温的问题，提出了一种带相变储热的阳光房及优化控制方法，可以有效地维持冬季阳光房内的热量，达到保温的作用，同时还可以防止阳光房在夏季过热。
4.本发明通过下述技术方案实现：
5.一种带相变储热的阳光房，包括蓄热墙体、透光墙体和透光屋顶，所述蓄热墙体内表面设有相变材料层，所述蓄热墙体还包括保温材料层；所述透光墙体上设有透光外窗；所述透光屋顶包括拼装的玻璃顶板和位于该玻璃顶板两侧的屋顶侧板；
6.所述蓄热墙体上的相变材料层可以吸收并储存热量，该阳光屋的使用地大多位于北半球区域，因此该面墙的体优选位置位于阳光房的北方，以最大程度并均匀地接收来自南向太阳光的照射；
7.所述透光墙体上安装有大面积的透光外窗，使得在低角度的阳光也可以通过所述透光外窗直接照射在阳光房内对所述蓄热墙体进行加热；
8.所述透光屋顶包括玻璃顶板和屋顶侧板，玻璃顶板分别与所述透光墙体和蓄热墙体连接，而在所述玻璃顶板的两侧间隙则通过屋顶侧板连接，该屋顶侧板与所述玻璃顶板材质一致；
9.所述阳光房中涉及的所有玻璃均为双层玻璃结构，其材质为白玻，能够减少太阳光透过玻璃时的衰减，内部含有隔热用的空腔，内部充满空气，考虑到当地环境，可以充注氩气。
10.优选的，所述阳光房主采光面墙上端还设有遮阳构件，可以在夏季温度过高时阻挡高度角的太阳辐射。
11.优选的，所述相变材料层内表面涂膜有吸收率大的建筑材料。
12.优选的，所述蓄热墙体内侧的相变材料应与相邻结构层衔接牢固，并考虑相变材料热胀冷缩现象，可通过网架、器具封装再固定等方式以保证所述蓄热墙体和相变材料层的稳定性；相变材料层与墙体之间应设保温材料。
13.优选的，所述相变材料层与保温材料层之间还增设有热反射膜。
14.进一步的，所述透光屋顶底部与墙体连接的位置设有多个平行于所述蓄热墙体的横杆和固定凹槽，所述横杆两侧通过固定凹槽与墙体连接，所述横杆上端设有可滑动的遮光布；
15.其中，所述遮光布具备调节室内太阳辐射得热部分热交换的作用，有效减少过度太阳辐射，同时也具备调节夜晚的天空冷辐射。
16.进一步的，所述蓄热墙体和与所述蓄热墙体相对设置的透光墙体上都设有成对的弹性卡箍构件，所述弹性卡箍构件包括固定座和朝向墙内设置的弹性扣，具体的，所述弹性卡箍构件包括固定座和朝向墙内设置的弹性扣，所述成对的弹性卡箍构件位于墙体两侧，所述弹性卡箍构件之间设有滑动杆件，所述滑动杆件的尺寸与所述弹性扣适配。
17.其中，所述弹性扣为两个半圆形扣，当将所述遮光布放置在所述弹性卡箍构件和所述滑动杆件之间时，可以将所述滑动杆件从弹性扣外侧向内按压以实现对所述遮光布的固定。
18.进一步的，所述阳光房还包括通行墙体，所述通行墙体上设有玻璃房门，此处通行墙体一般位于所述蓄热墙体两侧。
19.进一步的，所述玻璃顶板的两侧都设有固定扣件，所述固定扣件上设有适配所述玻璃顶板的凹槽，所述玻璃顶板和所述固定扣件通过子母螺丝连接；
20.其中，所述固定扣件为长条状，与墙体上端固定连接，其凹槽的形状和厚度与所述玻璃顶板适配，且在所述玻璃顶板和固定扣件之间还设有子母螺丝进行加固，此结构连接稳定，所述玻璃顶板和固定扣件的密封性墙，可以有效地防止雨水渗透，减小硬性构件挤压等作用。
21.进一步的，靠近所述蓄热墙体一侧的玻璃顶板上还设有天窗，以便于从房屋上端进行气体交换，实现透气的效果。
22.进一步的，所述第一透光墙体底部还设有侧窗，所述侧窗的上端与墙体连接，所述侧窗的材质可为全木材、全金属及全合成塑钢材料等，安装形式为上悬窗，打开方式优选为朝室外打开，该侧窗可以辅助阳光房快速换气，保证阳光房内部空气的通透性。
23.一种带相变储热的阳光房的优化控制方法，用于对所述相变储热阳光房在冬季的保温，所述优化控制方法包括以下操作：
24.当阳光照射开始时，关闭透光外窗、侧窗和天窗，并打开窗帘，取下遮光布，阳光进入该阳光房内，使得相变材料层开始吸热升温；
25.当太阳辐射强度减弱，室外环境温度降低时，将遮光布搭放于横杆上，并将遮光布的两端通过弹性卡箍构件和滑动杆件进行固定，同时关闭窗帘，防止室内环境向室外环境的天空辐射换热。
26.一种带相变储热的阳光房的优化控制方法，用于所述相变储热阳光房在夏季的降温，所述优化控制方法包括以下操作：
27.在太阳辐射强度不高时，可以取下遮光布，打开窗帘，便于阳光房的采光；
28.在太阳辐射强度开始变强，将遮光布搭放于横杆上，加上所述遮阳构件的遮挡作用，可以有效阻挡夏季太阳高度角大的太阳辐射进入该阳光房内，保证所述阳关间透光的同时，降低室内温度；
29.当太阳辐射较强，蓄热墙体的温度明显升高时，室内温度过高，打开侧窗和天窗，移动遮光布使得天窗与蓄热墙体周围空气连通，空气在蓄热墙体表面受热，与所述侧窗出进入的外部气流形成下进上出的气流形式，携带阳光间室内的热量，借助空气热压作用通过天窗流出。
30.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
31.1.通过在现存阳光房的结构中引入相变材料，在增加阳光房一侧墙体热阻的同时，实现太阳能的跨时利用，阳光房在白天蓄热，在夜间散热以达到提高室内热舒适性的效果。
32.2.阳光房内设有遮光布、横杆和弹性卡箍构件，遮光布可以与周围结构形成空气间层实现保温，进一步增加阳光房整体气密性，减少冷风渗透所带来的热量损耗；利用遮光布对太阳辐射的反射作用，可实现阳光房夏季隔热，本发明在无需增加过厚保温材料的前提下，同时满足建筑冬季保温、夏季隔热、用户视野、美观等多个需求。
33.3.在采光面、屋顶特殊位置分别设计了侧窗、天窗结构，可有效实现夏季自然通风降温的需求；同时采光面两侧透光外窗结构也可以考虑局部开启，实现平时通风换气需求。
附图说明
34.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
35.图1为本发明侧面整体剖面图；
36.图2为本发明正面整体剖面图；
37.图3为本发明中弹性卡箍构件的详细结构示意图；
38.图4为本发明中固定扣件的详细结构示意图；
39.图5为本发明中侧窗的详细结构示意图；
40.图6为本发明中滑动杆件固定凹槽的详细结构示意图；
41.图7为本发明的整体功能分解说明图；
42.附图中标记及对应的零部件名称：
43.1-通行墙体；11-玻璃房门；2-蓄热墙体；21-相变材料层；22-保温材料层；3-透光墙体；31-第一透光墙体；32-第二透光墙体；33-透光外窗；34-侧窗；4-横杆；41-遮光布；42-固定凹槽；5-弹性卡箍构件；51-固定座；52-弹性扣；53-滑动杆件；6-透光屋顶；61-玻璃顶板；62-屋顶侧板；63-固定扣件；64-天窗；65-子母螺丝；7-地板；8-遮阳构件。
具体实施方式
44.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
45.在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
46.在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
47.在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
48.实施例
49.一种带相变储热的阳光房，包括蓄热墙体2、透光墙体3和透光屋顶6，所述蓄热墙体2内表面设有相变材料层21，所述蓄热墙体2还包括保温材料层22；所述透光墙体3上设有透光外窗33；所述透光屋顶6包括拼装的玻璃顶板61和位于该玻璃顶板61两侧的屋顶侧板62。
50.其中，所述阳光房为包括四面墙体、地板7和所述透光屋顶6；所述蓄热墙体2在大部分实施例中都位于阳光房的北面，该蓄热墙体2内表面设置有相变材料层21，当阳光照射在相变材料层21后可以使其升温并储存热量，经过一整天的阳光照射和加热后，所述蓄热墙体2可以不断为室内提供热量，起到提高阳光房内部温度的效果，同时所述保温材料层22可以有效防止所述相变材料层21的热量流失。
51.所述透光墙体3上设有可打开的透光外窗33，该透光外窗33的一侧设有竖向的固定凹槽42，另一活动连接所述透光墙体3上，该透光外窗33内侧还设有窗帘。
52.所述通行墙体1上的玻璃房门11可以使得阳光从房门照射入室内，辅助所述蓄热墙体2的加热和阳光房内的升温；
53.同时，为了保证在夏季或需要透气时打开窗户仍然有遮阳效果，在部分实施例中南面的墙体顶部外侧加设有遮阳构件8，以阻挡午间高角度大的太阳辐射。
54.所述透光屋顶6整体包括多个玻璃顶板61，使得阳光可以通过所述透光屋顶6照射进阳光房内部，玻璃顶板61与墙体之间的空隙以屋顶侧板62进行填充，其材质与玻璃顶板61的材质一致，均为双层白玻璃板，白玻的透光性较好，可以减少阳光穿过玻璃时的热量损失，且双层玻璃内部含有隔热用的空腔，空腔内充满空气，考虑到当地环境，也可以充注氩气。
55.在多个实施例中，该阳光房还包括设于所述蓄热墙体2对面的第一透光墙体31和设于所述蓄热墙体2侧面的第二透光墙体32，所述第一透光墙体31与所述蓄热墙体2相对设置，是主要的透光结构，其透光外窗33可以相对大一些，所述第二透光墙体32位于所述蓄热墙体2的侧面，可以增加阳光照射的角度和范围。
56.在多个实施例中，为了保证在夜间时室内的温度不从屋顶部分流失，所述透光屋顶6底部与墙体连接的位置设有多个平行于所述蓄热墙体2的横杆4和固定凹槽42，所述横杆4两侧通过固定凹槽42与墙体连接，所述横杆4上端设有遮光布41，该遮光布41可以挡住整个透光屋顶6，起到隔绝外界环境的作用，遮光布41可以与周围结构形成空气间层实现保温，增加阳光房整体气密性，减少冷风渗透所带来的热量损耗。
57.在多个实施例中，所述蓄热墙体2和与所述蓄热墙体2相对设置的透光墙体3上都设有成对的弹性卡箍构件5，具体的，所述弹性卡箍构件5包括固定座51和朝向墙内设置的弹性扣52，所述成对的弹性卡箍构件5位于墙体两侧，所述弹性卡箍构件5之间设有滑动杆件53，所述滑动杆件53的尺寸与所述弹性扣52适配。
58.其中，所述固定座51镶嵌于所述蓄热墙体2上部以及所述透光墙体3的下部，所述弹性扣52为两个圆形扣，位于所述固定座51内，当将所述遮光布41放置在所述弹性卡箍构件5和所述滑动杆件53之间时，可以将所述滑动杆件53从弹性扣52外侧向内按压以实现对所述遮光布41的固定，固定后的遮光布41既可以增加遮挡阳光的效果，还可以提升阳光房的气密性。
59.在多个实施例中，所述阳光房还包括通行墙体1，所述通行墙体1上设有玻璃房门11，此处通行墙体一般位于所述蓄热墙体两侧，为保证阳光房的透光效果，该通行墙体可以整体设置为白玻材质的墙体结构，特别是在少部分需要将该通行墙体1设置在北面的实施例中，为保证蓄热墙体2最大程度地接受太阳辐射，整面通行墙体都优选设置为透明白玻材质墙体。
60.在多个实施例中，为了保证两个玻璃顶板61的稳定性，发明人在所述玻璃顶板61的两侧都设有固定扣件63，所述固定扣件63上设有适配所述玻璃顶板61的凹槽，所述玻璃顶板61和所述固定扣件63通过子母螺丝65连接。
61.其中，所述固定扣件63为长条状，与墙体上端固定连接，其凹槽的形状和厚度与所述玻璃顶板61适配，且在所述玻璃顶板61和固定扣件63之间还设有子母螺丝65进行加固，在安装时可以直接将所述玻璃顶板61放入所述固定扣件63内，扭动所述子母螺丝65即可完成安装，当所述玻璃顶板61出现磨损或破坏后，可以很快进行拆卸和更换。
62.在多个实施例中，夏季的白昼，太阳辐射较强，阳光房内部的温度也会受影响而升高，此时所述蓄热墙体2储存的热量对于阳光房内的降温有负面作用，因此为了保证气体流通需求的同时，消耗所述蓄热墙体2储存的热量，在靠近所述蓄热墙体2一侧的玻璃顶板61上还设有天窗64，在所述第一透光墙体31底部还设有侧窗34，所述侧窗34为向外开的上悬式窗口，即不占用室内空间，也可以增强阳光房的透气效果；
63.在夏季，仅靠各类遮阳措施无法满足室内热舒适需求时，可打开所述透光屋顶6上的天窗64，由于空气在蓄热材料层21表面受热膨胀，空气压力变小，使得热空气从上方天窗64排出，带走阳光房室内的部分热量，此时为了保证气体流动的稳定性，将所述侧窗34设于所述第一透光墙体31底部，在靠近所述蓄热材料层21的空气从上方流出天窗64时，外界空气可以从所述侧窗34流入，形成空气流，将所述蓄热材料层21储存的温度带走，达到降温的效果。
64.一种带相变储热的阳光房的优化控制方法，用于对所述相变储热阳光房在冬季的保温，所述优化控制方法包括以下操作：
65.当阳光照射开始时，关闭透光外窗33、侧窗34和天窗64，并打开窗帘，取下遮光布41，阳光进入该阳光房内，使得相变材料层21开始吸热升温；
66.当太阳辐射强度减弱，室外环境温度降低时，将遮光布41搭放于横杆4上，并将遮光布41的两端通过弹性卡箍构件5和滑动杆件53进行固定，使得屋顶利用遮光布形成一个空气层、减少室内通过屋顶的散热损失，同时关闭窗帘，防止室内环境向室外环境的天空辐射换热。
67.在冬天使用时，应取下阳光间墙体和屋顶之间的遮光布41，并打开透光外窗33内侧的窗帘，关闭透光外窗33、侧窗34和天窗64；阳光透过不同立面上的透光外窗33射入阳光房内部，一部分的阳光直接照射在所述蓄热墙体2内侧的相变材料层21上，随着所述相变材料层21不停地吸收阳光间一天内的太阳辐射得热，所述相变材料层21的温度逐渐升高，将太阳辐射的热量有效储存起来。
68.当太阳辐射强度减弱，室外环境温度也会降低，此时关上所述透光外窗33的窗帘，将所述遮光布41顺次搭在屋顶下的多个横杆4上，遮光布41的两端贴住所述蓄热墙体2和第一透光墙体31的壁面，并顺着壁面穿过所述弹性卡箍构件5和滑动杆件53之间的间隙，此时挤压所述滑动杆件53，将其压入所述弹性卡箍构件5内部。所述遮光布41下垂的两边将被滑动杆件53固定在壁面上，有效防止阳光房内温度流失，提高阳光房上部的气密性，是重要的降低散热的措施。
69.在夜间，储存在相变材料层21中的热量将以热辐射、对流换热形式向阳光房内部传导热，以提高室内温度，所述遮光布41可以有效阻挡阳光间室内的热量通过屋顶、透光外窗33等流失，借助本发明设置的所述弹性卡箍构件5和滑动杆件53对所述遮光布41的固定，所述遮光布41与所述蓄热墙体2、透光外窗33之间形成了空气夹层，增加室内空气与室外空气之间的热阻，所述遮光布41与透光屋顶6之间形成一空气层，同样可减少室内的热量通过屋顶流失到室外。所述相变材料层21与蓄热墙体2之间设置的保温层，使得整个蓄热墙体2的保温性能提高，减少相变材料层21通过所述蓄热墙体2向外散热，也减少了室外环境与室内环境在所述蓄热墙体2间的传热。若阳光间在使用中有换气要求，可短时间开启靠近蓄热墙体2的透光外窗33进行短时间通风。
70.一种带相变储热的阳光房的优化控制方法，用于所述相变储热阳光房在夏季的降温，所述优化控制方法包括以下操作：
71.在太阳辐射强度不高时，可以取下遮光布41，打开窗帘，便于阳光房的采光；
72.在太阳辐射强度开始变强，将遮光布41搭放于横杆4上，加上所述遮阳构件8的遮挡作用，可以有效阻挡夏季太阳高度角大的太阳辐射进入该阳光房内，保证所述阳关间透光的同时，降低室内温度；
73.当太阳辐射较强，蓄热墙体2的温度明显升高时，室内温度过高，打开侧窗34和天窗64，移动遮光布41使得天窗64与蓄热墙体2周围空气连通，空气在蓄热墙体2表面受热，与所述侧窗34出进入的外部气流形成气流，携带阳光间室内的热量，借助空气热压作用通过天窗64流出。
74.当阳光间在夏天使用时，太阳辐射强度不高时，使用者可选择取下所述遮光布41，拉开室内的所有窗帘，以保证透光效果；
75.随着太阳辐射强度变强，将所述遮光布41放置在所述透光屋顶6下的所述横杆4
上，阳光间南侧的遮阳构件8用于遮挡夏季太阳高度角大的太阳辐射，同时还避免了阻挡冬季高度角小的阳光进入，同样将减少夏季进入阳光间的高角度太阳辐射，既保证使用者对阳光间透光要求，又可以防止阳光房内温度升高过快，考虑阳光间在高寒地区使用，该类地区夏季太阳辐射强度较强，阳光射入阳光间对室内温度影响较大，所述相变材料层21如果长时间暴露在阳光下，会过度储存热量，使得室内温度快速升高，此时仅靠各类遮阳措施无法满足室内热舒适需求，可打开透光外窗33，将所述遮光布41绕过距蓄热墙体2最远的横杆4，使得所述遮光布41通过自身重量的挤压放置于所述横杆4上，增强气密性兼增强屋顶附近的保温性，打开透光屋顶6上的所述天窗64，此时由于所述相变材料层21附近的空气温度升高，与室内其他部分的气体形成温度差，使得此部分的空气压力相对变小，周围的冷空气会迅速向所述相变材料层21周围靠近，并吸收阳光间室内空气热量，在空气热压作用通过所述天窗64流出，以迅速带走阳光房内的热量，而从所述天窗64流出的空气会从所述侧窗34得到补充，以形成空气对流，防止温度快速升高，保持阳光间的热舒适性。
76.本阳光房通过上述的结构和优化控制方法，参考图7的功能分解说明图，具有气密性、透光性、蓄热性、保温性和通风性五种优化功能效果，并且在高温高光照情况下时还具有遮阳降温系统，比起现有的阳光房，是一种热舒适度优化控制全面的控制方法。
77.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。