太阳能收集器以及蓄热设备制造技术

提供了一种用于安放在建筑物的外部架构开口中的太阳能收集器和蓄热设备，具有绝热腔，所述绝热腔包括位于该设备外侧的第一光学玻璃和从其向内隔开的第二光学玻璃，所述绝热腔限定所述绝热腔的深度，并且所述绝热腔基本上以绝热气体填充。提供的蓄热腔包括第二光学玻璃和从所述第二光学玻璃向内隔开的第三光学玻璃，所述蓄热腔限定了所述蓄热腔的深度，所述蓄热腔的深度至少与绝热腔的深度相同尺寸，并且所述蓄热腔基本上以蓄热介质填充，所述蓄热介质是粘附于所述第二光学玻璃和所述第三光学玻璃的水凝胶并且具有凝聚特性以使其自支撑并在所述蓄热腔中保持其形状。低辐射涂层设置在所述第二光学玻璃的绝热腔一侧，阻止向外的热辐射传递。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
所公开的实施例涉及被动式太阳能加热单元领域，该被动式太阳能加热单元可以代替传统的窗户安装在建筑物中。
技术介绍
被动式太阳能建筑的目的是在太阳每日和每年循环中保持内部热感舒适，同时减少对主动加热和冷却系统的需求。被动式太阳能建筑设计是绿色建筑设计的一部分，并且不包括主动系统，诸如机械通风或光伏系统。被动式太阳能建筑设计的科学基础已经通过各种研究发展起来，这些研究包括气候学和热力学(特别是太阳辐射能输入和热传输损耗)。热量输入的主要来源是辐射能，并且首要来源是太阳。鉴于太阳的高度路径，这是地球旋转轴相对于其轨道倾斜而产生的结果，正午较低的太阳在冬天容易在的面向赤道的结构的方向输入光和热，而该面向赤道的结构在北半球包括面向南的墙壁。当定位在结构的南墙上时，窗户可以是方便的并且可预测的用于传输太阳辐射的位置。窗户，特别是低辐射(low-e)型窗户，可以提供绝热值，这降低了建筑的导热性，允许该建筑与外界相对分开地被加热或被冷却。图1示出了典型的绝热玻璃单元(IGU) 10。这种单元用两块或更多块玻璃板制成， 也称为“光学玻璃(Iites) ”，它包括由密封空间或腔16分开的面向外和面向内的光学玻璃 12、14。图1是双层玻璃窗类型，指的是它具有包围一个通常绝热的腔16的两块光学玻璃 12、14。包含三块光学玻璃和两个绝热腔的三层玻璃窗也是熟知的。在一般使用时，术语 “玻璃窗(glazing) ”表示墙壁的透明部分，因此可以表示各种类型的窗户单元，诸如具有一块、两块或三块光学玻璃的单元，即单层、双层或三层玻璃窗。在图1中，光学玻璃12、14具有采用常用方式依次标识的表面，从位于外光学玻璃 12的外(环境)侧上的#1表面开始，#2表面位于外光学玻璃12的内侧上，#3表面位于内光学玻璃14的内侧上且面对#2表面，而#4表面位于内光学玻璃14的内(生活空间)侧上。隔件18设置在绝热单元的周边周围，其分隔两块光学玻璃12、14。这种隔件可以用称为干燥剂的吸湿性材料填充。为了减少通过隔件18的热传输并且提高总体热性能，隔件18可以用泡沫塑料、纤维玻璃构成，或者使用金属和塑料的混合设计。整个单元的周边利用密封剂20密封。制造商已经引入了使用氩气、氪气和氙气填充腔16，在热性能方面具有重要的改善，诸如显著提高绝热值。氩气是廉价、无毒、不反应、透明和无味的。相对的光学玻璃之间的距离是惰性气体浅热循环的函数。用于氩气填充单元的优化间隔与用于空气的间隔相同，大约为半英寸(ll-13mm)。氪气是无毒、不反应、透明和无味的，并且具有更好的热性能，但是生产较为昂贵。 在光学玻璃之间的空间必须比通常希望地更薄时，例如四分之一英寸(6mm)时，氪气特别有用。用于氪气的优化间隙宽度是3/8英寸(9mm)。氪气和氩气的混合物也用作热性能和成本之间的折衷方案。从二十世纪80年代中期开始，用于玻璃的低辐射涂层被开发出来并投放市场。现在，较薄、通常以金属制成的大多数透明的涂层应用在玻璃表面，这种涂层利用暴露金属表面的长波辐射反射率来阻碍绝热腔中的辐射热流。这样提高了绝热腔的绝热能力。它们也与惰性气体填充物协同工作，以进一步提高腔的绝热能力。低辐射涂层也吸收一定百分比的进来的太阳辐射，将其转化为热量。在双层压光的IGU中，低辐射涂层可以根据应用场景，置于#2表面或#3表面上。 涂层的表面位置的变化并不影响IGU的绝热性质，仅仅影响太阳热量增益的百分比。具体来说，当构建低太阳增益、密封的玻璃单元时，低辐射涂层定位在#2表面上。被表面#2上的低辐射涂层吸收的热量被低辐射涂层的辐射能力阻止通过腔16并达到#3表面，并且被抛弃到外部。今天生产的90%以上的IGU单元以这种方式制成，并且阻止太阳热量增益以及热损耗两者。相反，低辐射涂层可以定位在#3表面上，用于产生高太阳热量增益(SHG)、低辐射双层玻璃窗单元，该单元是用于被动式加热系统中的玻璃窗单元类型。这种玻璃窗设计用于减少热损耗并且获取太阳能增益。被低辐射涂层吸收的热量现在利用低辐射涂层的辐射能力加热内光学玻璃，而非被抛弃到外侧环境中。较之低增益IGU，高增益IGU的特征在于相对较大的太阳能热量增益系数(SHGC)。如果图1看做是高增益低辐射IGU玻璃窗，则#3 表面可以设置有低辐射表面涂层，以便提供优化的SHGC。SHGC是通过玻璃窗单元获取的太阳辐射的一部分，这里的太阳辐射包括直接透射并吸收以及随后向内释放的辐射。玻璃窗的SHGC越高，则它透射的太阳能热量越多。偶尔，玻璃窗的“U值”，即也称为总体热传输系数，是其热阻或者R值的倒数，并且作为通过它的非太阳能热量损耗或者增益的速率的度量。U值越高，则玻璃窗对热流的阻力越低。当R 值的单位为sf*F*h/BTU时，U值的单位是BTU/(h*F*sf)，其中sf =平方英尺，F是华氏度温度，而h是时间(例如，小时)。理解了上述概念，专利技术人意识到使用高增益低辐射玻璃窗的各种限制。在高增益低辐射玻璃窗中，被#3表面上的涂层吸收的热量大致传输到内光学玻璃14的内(生活空间)侧。但是，该过程也加热了内光学玻璃，在寒冷的冬日里，内光学玻璃可能达到120到 150华氏度。玻璃的温度越高，则向外侧的热梯度就越大。这种提高的热梯度导致玻璃窗的辐射、传导和对流作用力也向外侧提高，减小了净SHGC。如果可以保持#3表面较冷，则可以降低损耗，并且向内侧的净增益可以提高。此外，高增益玻璃窗，虽然优选用于被动式加热，但是也会在它们包围的居住空间中产生宽范围的温度振荡，特别是如果它们覆盖较大百分比的面向南的墙壁的话。作为粗略平均，在马赛诸塞州的波士顿以及这个国家的许多其他部分，晴朗的冬季白天里，进来的太阳能辐射可以在3-5小时的期间内，通过面朝南的玻璃窗产生每小时每平方英尺 250-300BTU。这种太阳能辐射能与前述低辐射涂覆的内光学玻璃的升高的温度相结合，产生了向生活空间的热输入的巨量暴涨。尺寸适当且暴露于这种热增益中的房间，在马赛诸塞州的波士顿的寒冷冬季白天，可以达到130度。相反，在太阳能输入暴涨之间的夜晚或多云的白天的长期时间内，即使低辐射涂覆的内光学玻璃具有热传导性，它也将变得比内部空间更寒冷。如果如前所述，大百分比的面向南的墙壁安装玻璃窗，则将趋向于在晚上令人不舒服地冷却所述空间。该房间可能不舒服，如果不是无法居住的话。为了缓解温度振荡带来的不舒适，被动加热系统通常利用材料来蓄热。蓄热能力由材料的热质量来决定，材料的热质量基本上就是提供的材料质量乘以材料的特定热容量。在被动加热环境下，热质量针对温度波动提供“惯性“，有时也称为热飞轮效应。例如， 当外界温度在白天过程中波动时，房屋的被绝热部分内的巨大热质量可以用来“拉平”每天的温度波动。这是因为，当处于太阳辐射的直接路径中时，或者当周围环境比该质量更热时，热质量将会吸收热量，并且当周围环境更凉时，将热量发出。在被动加热系统中，热质量在白天被直接太阳能辐射所暖热。蓄热在该质量中的热量随后在夜晚释放回内部生活空间中。一些因其热质量能力为人所知的材料是混凝土、粘土砖和其他形式的砖石。“拉平”温度波动的老的方案是将结构或房间建造成带有砖石壁炉的结构，或者在房间中建造石头或瓷砖地板。这种构造用于双重功能，即用作防本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：温德尔·B·科尔森，丹尼尔·M·福格蒂，
申请(专利权)人：亨特道格拉斯有限公司，
类型：发明
国别省市：