直接受益式太阳房最简单的形式是在房间设置朝南的窗户。这种形式通常被扩展到阳光间和中庭的集成设计中,如图12.9所示。
与直接受益式太阳房相关的问题包括:
1)房间及其居住者受到大面积的直接日晒;
2)由于辐射温度不对称引起的热不舒适性;
3)眩光问题;
4)紫外线对纤维和成品的破坏;
5)隐私保护;
6)居住者使用网眼窗帘可能降低有效性;
7)夏季在某些情况下会出现过热。
直接受益式太阳房简单地实现了实际功能,并且几乎没有额外增加成本。单层和多层玻璃盖板设施的热性能已获得充分研究(Elmahdy和Frank,1993;Wright和Sullivan,1995;Curcija和Goss,1994)。采用各种技术,可以制造出动态着色或智能窗户,以改变其自身的太阳因子和对太阳特定光谱的透射率(Carmody等,2004;Baetens等,2010)。可采用以下4种可切换效应的方法:
1)电致变色;(www.xing528.com)
2)气致变色;
3)光致变色;
4)热致变色。
图12.9 直接受益式太阳房特征
电致变色和气致变色使得对透射率的控制与保温层或周围环境的温度无关,因此两者都特别适合用作建筑物中窗户的构件。
单独地或组合地使用多个窗格、长波低发射涂层、窗格填充惰性气体、气凝胶或真空夹层(Muneer等,2000;Arasteh等,2006),可以降低透过窗户形成的热损失。真空玻璃盖板由两块连续密封的玻璃板组成,如图12.10所示。真空间隙两侧的一块或两块玻璃表面上覆有低发射率膜层,微小的支撑柱阵列保证玻璃在大气压下不会相互接触。第一个成功制造的真空玻璃盖板是使用熔点为450℃的焊接玻璃来密封真空间隙的周边(Robinson和Collins,1989)。在这种高温下不能使用钢化玻璃,并且由于涂层材料在该温度下会发生热降解,也限制了柔性低发射率涂层的使用范围。可以使用低温边缘密封工艺和熔点低于200℃的铟基边缘密封来消除这些限制(Griffiths等,1998;Hyde等,2000)。
图12.10 真空玻璃盖板
模拟真空玻璃盖板系统热性能的二维模型必须能够准确地计算出界定真空区域的两个玻璃内表面之间的传热系数。在分析模型中,包含柱阵列在内的真空区域通常表示为一种具有有效导热系数的材料,它包括通过柱阵列的热传导和在真空间隙内两个玻璃内表面之间的辐射传热。在模拟真空玻璃盖板热性能的三维有限容积模型中,支撑柱阵列可以被纳入并直接进行模拟(Fang和Eames,2006)。通过真空玻璃盖板的热流为支撑柱和边缘密封的导热热流、两个玻璃板之间的辐射热流以及真空空间内残余气体的对流和导热热流的综合函数。由于真空玻璃中的真空压力小于0.1Pa,因此任何残余气体的影响都可以忽略不计(Collins和Simko,1998)。
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