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窗體在建築能量消耗和室內採光方面都扮演著重要角色,人們越來越關注窗體設計與室內光源以及熱舒適的相互關係。現代建築物,例如商業和住宅樓宇,屢採用大面積玻璃作為墻體,這樣既可減輕建築物本身的重量,又兼顧視覺上的美觀。但是,這樣的設計趨勢無可避免地增大太陽輻射穿透室內,從而增加空調系統的耗電量。在溫暖地區的建築物,窗體多數為單層玻璃結構,住宅樓宇一般使用透明玻璃,而商業樓宇多使用吸熱玻璃或反射鍍膜玻璃。此外,雙層通風窗也有一定的效用,空氣可以在雙層玻璃之間的空腔流動,帶走熱力;只是對於溫暖地區來說,這種空氣流動所帶走的太陽熱能就無處直接利用,如果用水流代替空氣流來吸收這部分太陽熱能,就可以直接應用於家用熱水系統。本項研究的主旨就是測試此種液體夾層玻璃窗體與水加熱器的有效使用。液體夾層玻璃窗體的運作原理如圖1所示,雙層玻璃之間的空腔底部設有水流入口,頂部設有水流出口,雙層玻璃上方設有一個換熱器,而玻璃側邊設有連接水管,位於窗體框架中的雙層玻璃,換熱器和側邊水管共構成了一個封閉的循環水路,換熱器將熱量傳遞給熱水器的補給水,太陽能就得以充分利用。

圖1:液體夾層玻璃窗


 

 

 
本項目首先採用實驗方法來測試液體夾層玻璃窗的效用。初期利用一個小型的實驗台,比較不同的窗體結構在相同的太陽輻射條件下的室內得熱和水流得熱情況。再根據實驗中所獲得的經驗,將液體夾層玻璃窗應用於真實建築環境的試驗中,如圖2所示。實驗同時監察室內的光度和熱環境的舒適性。之後,在全建築能耗模擬軟件中加入新建的數學模型,並使用實驗數據對模型進行驗證。這樣,模型就可用來分析液體夾層玻璃窗在不同建築,玻璃類型,朝向,室內活動以及季節等變況下的綜合表現,從而推算這種新穎窗體的最佳使用條件,以及相比其他普通窗體設計的節能潛力及經濟效益。研究結果顯示,在這種新型窗體中使用吸熱玻璃,可以更有效的促進水流得熱;而採用白玻璃與低輻射玻璃的組合,則可以提供更好的室內光線環境。從經濟角度看,這種新型窗體的投資回報年限僅為四年。因此,這項新技術在私人物業如酒店,健身俱樂部,體育中心,游泳館,安老院,住宅,以及其他有熱水需要的樓宇都具有廣闊的應用空間。而較低的投資回報年限,可以省免很多已發展國家政府在推行新能源政策時(例如推廣光伏發電系統)所需要提供高額津貼而帶來的沉重負擔。

圖2:周天泰博士與博士生李春瑩站在液體夾層玻璃窗實驗系統前

周天泰博士
香港城市大學
建築科技學部
bsttchow@cityu.edu.hk

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