窗体在建筑能量消耗和室内采光方面都扮演着重要角色,人们越来越关注窗体设计与室内光源以及热舒适的相互关系。现代建筑物,例如商业和住宅楼宇,屡采用大面积玻璃作为墙体,这样既可减轻建筑物本身的重量,又兼顾视觉上的美观。但是,这样的设计趋势无可避免地增大太阳辐射穿透室内,从而增加空调系统的耗电量。在温暖地区的建筑物,窗体多数为单层玻璃结构,住宅楼宇一般使用透明玻璃,而商业楼宇多使用吸热玻璃或反射镀膜玻璃。此外,双层通风窗也有一定的效用,空气可以在双层玻璃之间的空腔流动,带走热力;只是对于温暖地区来说,这种空气流动所带走的太阳热能就无处直接利用,如果用水流代替空气流来吸收这部分太阳热能,就可以直接应用于家用热水系统。本项研究的主旨就是测试此种液体夹层玻璃窗体与水加热器的有效使用。液体夹层玻璃窗体的运作原理如图1所示,双层玻璃之间的空腔底部设有水流入口,顶部设有水流出口,双层玻璃上方设有一个换热器,而玻璃侧边设有连接水管,位于窗体框架中的双层玻璃,换热器和侧边水管共构成了一个封闭的循环水路,换热器将热量传递给热水器的补给水,太阳能就得以充分利用。
图1:液体夹层玻璃窗
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本项目首先采用实验方法来测试液体夹层玻璃窗的效用。初期利用一个小型的实验台,比较不同的窗体结构在相同的太阳辐射条件下的室内得热和水流得热情况。再根据实验中所获得的经验,将液体夹层玻璃窗应用于真实建筑环境的试验中,如图2所示。实验同时监察室内的光度和热环境的舒适性。之后,在全建筑能耗模拟软件中加入新建的数学模型,并使用实验数据对模型进行验证。这样,模型就可用来分析液体夹层玻璃窗在不同建筑,玻璃类型,朝向,室内活动以及季节等变况下的综合表现,从而推算这种新颖窗体的最佳使用条件,以及相比其他普通窗体设计的节能潜力及经济效益。研究结果显示,在这种新型窗体中使用吸热玻璃,可以更有效的促进水流得热;而采用白玻璃与低辐射玻璃的组合,则可以提供更好的室内光线环境。从经济角度看,这种新型窗体的投资回报年限仅为四年。因此,这项新技术在私人物业如酒店,健身俱乐部,体育中心,游泳馆,安老院,住宅,以及其他有热水需要的楼宇都具有广阔的应用空间。而较低的投资回报年限,可以省免很多已发展国家政府在推行新能源政策时(例如推广光伏发电系统)所需要提供高额津贴而带来的沉重负担。
图2:周天泰博士与博士生李春莹站在液体夹层玻璃窗实验系统前
周天泰博士
香港城市大学
建筑科技学部
bsttchow@cityu.edu.hk
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