专利名称：用于外墙面的选择性太阳能隧道的制作方法
用于外墙面的选择^:阳能, 駄领域本发明涉及^ 會^页域，尤其是涉及一种用于外墙面的选择^:阳兽,。
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随着人類居住环境要求的不断提高，纖貌也呈不断增长的趋势。腿国家统计资料 显示，，會嫩可占国家总會继的四分之一SH分之一，因此^1 能mi:了各国ii5^和学者 的议事日程。西方aii国家大^^开展皿节能已,了三十多年，如今高^t^、低旨^ft宅已相对 普遍，欧洲已^j世界上居住品质最高、最科学的地区。同时西方m国家的皿节能内容一直 在不断魏最初强调^mU能，后来又强调在離中鹏能源、M^,损失，上t^己90制戈 重点为提!^t中的舱源荆用率。駄21魅己后^1 能的主要内容是離能源的可擀卖性。 我国的经济aM—皿取以资源高消费和牺牲环境为代价的禾MM增长模式，^TM魏域与西 方腿国家相比有很媳巨。随^^来我国能源供应短缺问题日益凸显、能源^W断提高， ^CU能问题的解决B^杯黎1。禾,太阳能斷氐離倉嫩的思路早已有之，但駄阳能热禾佣方面仍械一些困难(1) 太阳集 ^皿一体化的问题不易解决，集卖繊的布置如何与自的夕卜观良 ^合、 集MI如何实5I^M靴等一對U问题目前仍需要大量的理论研究和实践探索；(2) 駄偏高，目前太阳集^^不但3竝于^^J件緲卜制作，而腿要消耗大M^S，由此带来的高淋限制了太阳能热利用的规模；(3) 太阳集^&对太阳的吸收没有选择性，被动sUc阳集热系^a季会的过热的问题不易解决，緲卜增加了離f嫩。主动式系郷摊以避絲统鋭带来的^*进一步提高；发明内容财问题:本发明的目的^JIf共一种便于实现与離一体化的，在无ttf5J环^^污染的剝牛下，大幅度斷氐離會激，节约能源，具有特点的用于外墙面的选择駄阳能麟。财方案本发明用于外墙面的选择駄阳會鹏道，由聚集有保温气体的聚光体，设在聚光 体底部的吸嫩和将聚光体密封的透明顶盖构成。臓的聚光体上下内表面为接收體^SIt纖,物面，左右两侧面为垂直平面，聚光体 与透明，的结合面和与吸M的结合面为方形;戶皿的聚光体内^li物面敷有一MS^，的 铝膜反^t才料；^M聚光体的方形端口边长为20 50nrn; ^ ^&吸皿由 ^和附着在 _1:的吸热层构成；皿吸热层的丰才料为黑镍、或黑铬、或阳^gft化铝。本发明的有 ^:依据太阳高度角的不同产4^择性础，由于^^太阳高度角低，阳光 入射角小于吸收半角，鹏被鄉MM入太阳麟内部，難射能被转化为热能春、夏、t 季，特别是夏季，太阳高度角高，阳^AIt角远大于吸收半角，麟被铺础出鹏，不吸收热量；鹏内封装的气体可以懒U縦内辦n外部的传热，这1性在#^可以提高选择駄阳f,的太阳集热效率，夏季可以减小外界对内部的传热，形成"冬暖夏凉"的效果。以正午 12时的最大太阳高度角作为吸收半角设i"H^择駄阳能鹏(Selective Solar Tunnel简称 为SST)，贝唭间太阳光的Mt角恒小于吸收半角，因此可保ffi^段时间内的太阳鹏都倉超哒 选择駄阳麟的吸繊，力口之其内部封装流体的保温作用，从而超呔阳會採暖的目的。而在 非^Sm除早tt阳冈折，'^T时的高度角外(一般时间,，M阳辐射值也较小)太阳 高度角糊每大^t择M阳M的吸收半角，太阳，会mS^面Mlt出选择^阳M， Kit了體至i姑吸繊，糊赃夏季，太阳高度角会很肚升至U—1^:的值，这样太阳鹏4MS 入到选择駄阳麟内，力口之其内部封装流体的阻热作用，可以显著地防ih^i^温。选择駄阳會^t^构小巧，开口尺寸通常小于50nm，形成的1 ^构可以抑制内部气体的自然对流， ^>对流传热量。因llt^鹏热的作用。这"^点在^^可以提高选择l^阳倉^t的太阳倉讓热效率，夏季可以^>^;得热。选择l4i:阳,内部结构简单，无ftM运动部件，^:f赚。 将多^ 駄阳 ￡阵列^^^^龙央、保温砖、夕卜墙板勢卜表面，可以方便、勢鹏制成 各种选择性^E^件，劍S^构件誠的^[物可以在^S駄阳能，斷氏甚至完絲，碟 麟负荷；夏季可以懒u^:接数阳辐射，而且保温隔热，从而[^f氐空调热负荷。劍选择性太阳^ts^便于实现与離一体化，在无ftfs^凝污染的斜牛下，大巾破斷氐離倉嫩，节约 倉繊。
图1是本发明的选择駄阳能(13t^构主视图；图2是本发明的选^fe^日能^I^构左视图； 图3是本发明的选#^阳肯^31光学原理示意图； 图4是本发明的选^ltt阳能Piit光学系统i谱图； 图5是本发明实施例示意图。图中1—透明顶盖，2—聚光体，3—吸 ， 4—保温气体，5—空A赠，6"M单元。具体实駄式 下面结合附图对本发明的实施例作进"^描逸图l所示，选择性太阳會,(SST)由透明顶盖l，聚光体2和吸热板3构成，透明顶盖l密封在聚光体2的顶部，吸皿3固定在聚光体2的底部，形成密闭空间的聚光体2内聚集有保 温气体4。透明顶盖l的作用是狄阳繊舰，ffljh吸收表面的MHll!f和M^对流损失，从 而保ffi^择駄阳鹏的聚光体2具^ 的绝热性能。聚光体2的上下内表面^li物面，左右 M直平面，其内表面涂(镀)有镀铝薄膜反射才料，其作用是将小于吸收半角e的鹏汇雜 吸繊3上，而将大于吸收半角的微湖出选择駄阳^t聚光体2外；聚光体2与透明顶盖 1的结合面和与吸 3的结合面为方形，图2 B^为聚光体2与透明m 1的结合面的左视图， 其方形端口边长为20 50imi。吸热板3由基板和涂(镀)在^i:的太阳離及热层构成，繊 可以^kM的，也可以是非鍋的，吸实娠材料为黑镍、或黑铬、或阳tStt化铝、赫是多层磁 控M选^t才料如Al"C-N-Al，作用是将所吸,啲太阳能转换成热能，^G热能传避合室内空 气。保温气体4封装f透明盖板l、聚光体2、吸 3之间的空间内，冬季利用流体的保温性 能，M^室内向夕卜别专递热量，夏季利用流体的隔热性能，P甜卜界热KtA室内。图3际，对^^择肽阳麟，以最^A射半角PAIf的所有體，都必乡服吸舰3的边 缘出射。也縦说，AM舰中的影刚麟也应是吸繊的影Ki麟。A^周知，解行于 入射半角e方向上，焦点在户的抛t^就能实i!S个要求。i!3lA射孔径《和最^A射半角"就 可以完全确定了复合抛物面的皿。根据以上原理，就可以设计出选Stti:阳,的光学系统。剖面线部分为选择ltt阳,的 纵截面，设《^A射麟的进口口径，^是吸M口径，,是CPC的长度，e为接收半角，抛 物线a为选择駄阳麟的一支，F为焦点。以抛繊的5(^r舶为/轴，以抛tl^顶点o'为原点，M^飾坐标系;c'oy，贝iJ^i足的方禾ia^坐标系x'oy中标为x' = —/2/4/ 式中^=/为焦距。设G点在o:c'y'坐标系中的坐标为fe, ^),贝UY; = of2 sin(90。 — 6>) = cf2 cos 6>x; =乂2/4/ "22 cos2 0/4/ 由几何絲，选择駄阳,的焦距为/ = (d2 / 2)2 cos2 e / / +d 2sin 0 = c/2 / 2(1 + sin 6>) 选择肽阳麟的微/ = l/2(《+d2)"g6> 选择酞阳鹏截面型线(抛物线)方程/ = jc'2 /4/ = x'2 /[2d2(1 + sin6>)]利用，li^法，很易了解选择l4i:阳^(寸，的选择性。当太阳:tif平行于抛物线的 主轴时(入射角0,=0，《为入射，与选择t^阳nm^r舶之间的夹角)，光^l^^匚，其焦点F,如附图4 (a);当入射角《小于e，则由附图4 (b)可知，入射^#直 到 SI^HM后到3i3iMfe^阳,的吸皿；当入射角《大于0，如附图4 (c)，入射 ^ 一^^f后将到达焦点F的上方，最终将返回选择l^阳,的开口而不肯倒达吸mh。由此可见，如果抛物线是理想的，娜S^择駄阳麟开口上的士0之间的赠翻纷皮汇穀贩繊3上，而^^一角度范围之外的所有細每最终^sij"回夕卜部空间中，也m^说，就学系舰具有一定Alt角的麟具有选择性吸收鹏。综j^腿，选择駄阳M中接收半角0是一个^i的,，它的大小直,定了对，的 接收范围。太阳高度角是太阳光线同水平面(地平面)的夹角。当选捧M阳能M ( SST)正南水 平腿，太阳高度角即为太阳3ti4Am择駄阳P縦的入射角。 1中，太阳高度角是在不断变 化的。日出日落的时候，太阳SE^在地平线上。这时，太阳高度角就是零度。等到正午(地方时 12点)的时候，太阳升到最高。这时，太阳高度角超'J^S大值，被称为正午太阳高度角。 4中，每天同一时刻的太阳高度角也是在不断变化的，夏天的太阳高度角明显大于同一时刻冬天的太阳高度角。Max天的太阳高度角有雜一彿征，在日出后糊艮短时间内可以很决超u 駄的太阳高度角。由此，若以本地的集中tW^ (以徐州为例12月初 次年2月底)，正午12时的最大太阳 高度角作为接受半角e设i"H^駄阳麟，贝唭间太阳光的入射角《恒小于接受半角^因此 可保^^段时间内的太阳 都倉廷1^^择 阳,的吸 ，加之其内部封装流体的保温作 用，从而超呔阳倉^H爰的目的。而在非采日翻，除早tt阳冈折魅P^T时的高度角外d 时间g^豆，且太阳^f值也较小)太阳高度角翻每大^^择駄阳,的接收半角e，太阳繊 会被Slt面湖出选择舦阳麟，fflji:了媳到达吸繊，特别在夏季，太阳高度角会很feh 升到一^^:的值，这样太阳體船t3tA到选择駄阳隧道内，加之其内部封装流体的阻热作 用，可以显著地防止^[^温。图5麻，为辦駄阳離具体的实施例，在妒空'll嚇的过程中，将选择駄阳I^I^贼 集繊附ij，即将多^M^駄阳^t单元6直^K在空A被5辦才料中，图5 (a)戶麻，形鹏 有选择性的太阳倉^ft撫专图5 (b)戶标。集挪专堆砌^*形成了一面选择駄阳軎^ ，超IJ 了太阳能与皿一体化的目的。与建筑物一体4t^合的时候，空'M专5并不Jt^择t^阳隧直的唯 一鹏载体，选择舦阳M^可以駄多种,卜墙板形赂种太阳肯繊據繊織才。选择駄阳鹏的光学结构简单，形页ttf50!M调节，就可以^^择性功能，因iW^也樹驢。劍阵列^U;阳集热的结构使得个别繊駄阳麟的破t^t鄉系统的影响很小。由前^#駄阳倉,的光学原理可知，春、夏、IfcH^mfeS^出选择駄阳^t^ 并不是朝同一方向，，而,生多方向的散射，这样可以^^S免光污染的产生。也正是由于 选择性的特点魏物外J^iffl选^l^阳M^職会产生她的鄉，在^^A^酞 阳離的墙條上去,深，複季鹏变浅。
权利要求
1.一种用于外墙面的选择性太阳能隧道，其特征在于它由聚集保温气体(4)的聚光体(2)，设在聚光体(2)底部的吸热板(3)和将聚光体(2)密封的透明顶盖(1)构成。
2. 根据权利要求i臓的用于外墙面的选择肽阳能鹏，^mi在于舰的聚光体(2)上下内表面为接收^^S^f纖的抛物面，左右两侧面为垂直平面，聚光体(2)与透明顶盖(1) 的结合面和与吸 (3)的结合面为方形。
3. 職权利要求i或2戶腐的用于外墙面的选择駄阳會,，辦征在于戶;M聚光体(2) ,物面上敷有一层娜體的铝膜反光材料。
4. 根据权利要求i或2戶腐的用于外墙面的选择駄阳能鹏，欺寺征在于戶; M聚光体(2) e^形端口边长为20 50nrn。
5. 根据权利要求1戶腿的用于外墙面的选^M阳能麟，赚征在于戶腐的吸繊(3) 由繊和附着在MJ:的吸热层构成。
6. 根据权利要求5臓的用于外墙面的选择瞎日能麟，辦征在于臓的吸热层材 料为黑镍、或黑铬、或阳麟化铝。
全文摘要
一种用于外墙面的选择性太阳能隧道，由可吸收保温气体的聚光体，设在聚光体底部的吸热板和将聚光体密封的透明顶盖构成。依据太阳高度角的不同产生选择性反射，冬季太阳高度角低，光线被全部反射入太阳隧道内部，其辐射能被转化为热能；春、夏、秋三季，特别是夏季，太阳高度角高，光线被全部反射出隧道，不吸收热量。其结构简单，无运动部件，成本低廉。将多个选择性太阳隧道成阵列嵌入建筑砌块、保温砖、外墙板等外表面，可以方便、美观地制成各种选择性建筑构件，运用这些构件建成的建筑物可以在冬季吸收太阳能，降低甚至完全承担采暖热负荷；夏季可以抑制建筑接受太阳辐射，而且保温隔热，从而降低空调热负荷，大幅度降低建筑能耗，节约能源。
文档编号F24J2/00GK101307623SQ20081012338
公开日2008年11月19日 申请日期2008年5月26日 优先权日2008年5月26日
发明者东 肖, 宁 陈 申请人:中国矿业大学