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CN111305486A - 一种新型被动式采光通风节能天窗及施工方法 - Google Patents

一种新型被动式采光通风节能天窗及施工方法 Download PDF

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CN111305486A CN202010240395.8A CN202010240395A CN111305486A CN 111305486 A CN111305486 A CN 111305486A CN 202010240395 A CN202010240395 A CN 202010240395A CN 111305486 A CN111305486 A CN 111305486A
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Abstract

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种节能被动式采光通风天窗，及其施工方法。本发明的天窗包括PC采光罩、镀锌钢板底座、PC耐力板防雨棚、铝合金发泡卷帘窗、铝合金百叶、铝合金滤网、方钢管、直角压条、连接钢板和凹槽；PC采光罩与镀锌钢板底座连接，镀锌钢板底座通风口一侧竖向焊接方钢管；铝合金百叶与铝合金滤网横向安装在方钢管上；镀锌钢板底座的一侧有通风口，通风口上部有PC耐力板防雨棚和铝合金发泡卷帘窗；该被动式采光通风节能窗与屋顶通过直角压条与连接钢板相连接。本发明利用“烟囱效应”，设置了合理的通风结构，不需要消耗电能，即可排出室内污浊空气，实现自然通风，且本发明相较于同类型发明造价更低，施工更方便。

Description

一种新型被动式采光通风节能天窗及施工方法
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种新型被动式采光通风节能天窗，还涉及上述的天窗的施工方法。
背景技术
采光天窗一般设置在公共建筑中的大厅或中庭部位屋顶上，以增强采光和通风，改善室内环境。采光天窗一般分为如下两类：
(1)按进光途径的不同可分为顶部进光天窗和侧面进光天窗。前者主要用于气候温暖和阴天较多地区，后者多用于炎热地区；
(2)按建筑造型可分为圆穹形、斜坡形、锥形、拱形等基本形式，结合建筑不同平面空间和结构形式，在基本形式的基础上组合不同造型。随着玻璃工艺和幕墙技术的发展，采光天窗在现代建筑中的应用越来越广泛，组合样式也越来越多。
目前国内对于采光和通风较差的建筑室内，一般采用机械通风系统，大都仅具备单一的通风功能，不具备自然采光功能，且在运行过程中需要消耗大量的电能。即便开设自然通风系统，多数由于气流组织不好，导致通风效果依旧较差。
另一方面，采光多采用电灯照明，也需消耗大量的电能，部分采用自然光，但大都采用透明钢化玻璃，照射进刺眼强光，可能会形成聚光与眩光，而且会在室内形成光圈，影响室内环境与观赏性。
因此，需要针对上述的不足进行改进，发明一种被动式节能采光通风天窗，以满足建筑的诸多需求。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种被动式节能采光通风天窗，可以满足一般建筑的诸多要求；
本发明还提供了上述的天窗的施工方法。
本发明的一种被动式节能采光通风天窗，是通过下述的技术方案来解决以上的技术问题的：
一种被动式节能采光通风天窗，包括PC采光罩、镀锌钢板底座、PC耐力板防雨棚、铝合金发泡卷帘窗、铝合金百叶、铝合金滤网、方钢管、直角压条、连接钢板和凹槽；
PC采光罩与镀锌钢板底座连接，镀锌钢板底座的一侧有通风口，通风口上部有PC耐力板防雨棚和铝合金发泡卷帘窗；通风口一侧竖向焊接方钢管；
铝合金百叶与铝合金滤网横向安装在方钢管上；该被动式采光通风节能窗与屋顶通过直角压条与连接钢板相连接；镀锌钢板底座两侧有凹槽。
优选的，PC采光罩为PC聚碳酸酯板，厚度为3.5mm，透光率大于或等于85％；
PC采光罩的形状为穹状；
优选的，PC采光罩通过自攻螺丝与镀锌钢板底座连接；
PC采光罩与镀锌钢板底座的连接处填充有防水材料。
镀锌钢板底座由镀锌钢板焊接成型，厚度为1.5mm；
优选的，镀锌钢板底座俯视为长方形，两侧高度之比为16：5。
被动式采光通风节能窗与屋顶通过直角压条与连接钢板通过螺纹相连接。
镀锌钢板底座一侧有至少两个通风口；
优选的，通风口长与高之比为：24：9；
通风口上部设有铝合金发泡卷帘窗以实现通风口关闭；
通风口的底边与屋顶表面的距离与通风口的高度之比为：5：9。
在通风口一侧竖向安装有三个方钢管。
方钢管的中间钢管两侧伸出，伸出长度50mm。
铝合金滤网的规格为6mm×12mm，铝合金百叶及铝合金滤网的两端采用单边螺栓与方钢管连接；
优选的，铝合金百叶采用下沉折弯叶片，相邻百叶之间的间距为80mm，与水平面呈45°，厚度为0.8mm。
PC耐力板防雨棚安装在通风口上部及两侧，厚度为1.5mm，上部向外水平延伸500mm，侧面为三角形，高度为600mm，PC耐力板防雨棚采用螺栓与镀锌钢板底座连接。
直角压条尺寸为40mm×40mm×3mm，连接钢板厚度为3mm。
上述的一种被动式节能采光通风天窗，施工方法如下：
(1)确认天窗的数量及位置；根据厂房面积、工人数量、机器数量等计算进风口以及排风口面积，确定所需通风天窗个数；
(2)选择最佳朝向；
(3)预制各构件；
(4)安装方钢管与镀锌钢板底座，采用直角压条与连接钢板将方钢管与镀锌钢板底座栓接于屋面檩条上；
(5)进行屋面施工，将压型钢板搭接于屋面檩条上；
(6)防水处理：屋顶采用PVC防水卷材，直接上铺包裹住镀锌钢板底座，高度为250mm；
(7)采用直角压条压住屋面PVC防水卷材，加强通风窗与屋面连接。
(8)安装铝合金百叶及铝合金滤网，采用螺栓将铝合金百叶及铝合金滤网固定在方钢管上；
(9)安装PC耐力板防雨棚与铝合金发泡卷帘窗；
(10)安装PC采光罩，采用自攻螺丝进行安装，并于连接处填充防渗水材料，进行防水处理。
本发明利用“烟囱效应”，所设计的天窗，设置了合理的通风结构，不需要消耗电能，即可排出室内污浊空气，实现自然通风；将PC采光罩采用穹状，以及利用了PC扩散板的漫反射原理，使得PC采光罩抗撞击能力强，并且可实现自洁功能；并且还实现了自然采光且光线均匀柔和，避免强光直射和眩光；设置滤网，防止落叶等较大污物堵塞通风口，影响通风效果；设置防水台，可防止恶劣天气导致的污物倒灌；设有铝合金发泡卷帘窗，可实现通风口关闭，以便控制通风量；该发明相较于同类型发明造价更低，施工更方便。
附图说明
图1是本发明的正立面图；
图2是本发明的左立面图；
图3是本发明的平面图；
图4是本发明的1-1剖面图；
图5是本发明的2-2剖面图；
图6是本发明的3-3剖面图；
图7是本发明的凹槽剖面图；
图8是本发明的百叶尺寸详图；
图9是本发明连接处详图。
图中，1-PC采光罩，2-镀锌钢板底座，3-PC耐力板防雨棚，4-铝合金发泡卷帘窗，5-铝合金百叶，6-铝合金滤网，7-方钢管，8-直角压条，9-连接钢板，10-凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式来对本发明作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本发明，但并不以此限制本发明。
实施例1
一种被动式节能采光通风天窗，包括PC采光罩1、镀锌钢板底座2、PC耐力板防雨棚3、铝合金发泡卷帘窗4、铝合金百叶5、铝合金滤网6、方钢管7、直角压条8、连接钢板9和凹槽10；
PC采光罩1通过自攻螺丝与镀锌钢板底座2连接；
镀锌钢板底座2的一侧有通风口，通风口上部有PC耐力板防雨棚3和铝合金发泡卷帘窗4；通风口一侧竖向焊接方钢管7；
铝合金百叶5与铝合金滤网6横向安装在方钢管7上；被动式采光通风节能窗与屋顶通过直角压条8与连接钢板9通过螺纹相连接；镀锌钢板底座2两侧有凹槽10。
PC采光罩1为PC聚碳酸酯板，厚度为3.5mm，透光率大于或等于85％；PC采光罩1的形状为穹状，在保证良好采光效果同时，还可使光线均匀分布，防止光线集中，产生眩光；
PC采光罩1与镀锌钢板底座2的连接处填充有防水材料。
镀锌钢板底座2由镀锌钢板焊接成型，厚度为1.5mm；
镀锌钢板底座2俯视为长方形，两侧高度分别为800mm、250mm。
镀锌钢板底座2一侧有两个通风口；通风口长为1200mm，高为450mm，底边距屋顶表面250mm。
通风口的底边与屋顶表面的距离与通风口的高度之比为：5：9。
在通风口一侧竖向安装有三个方钢管7，其尺寸为40mm×40mm×3mm，其中方钢管7的中间钢管两侧伸出，伸出长度50mm。
铝合金滤网6的规格为6mm×12mm，铝合金百叶5及铝合金滤网6的两端采用单边螺栓与方钢管连接；
铝合金百叶5采用下沉折弯叶片，相邻百叶之间的间距为80mm，与水平面呈45°，厚度为0.8mm。
PC耐力板防雨棚3安装在通风口上部及两侧以实现通风口关闭；厚度为1.5mm，上部向外水平延伸500mm，侧面为三角形，高度为600mm，PC耐力板防雨棚3采用螺栓与镀锌钢板底座2连接。
直角压条8尺寸为40mm×40mm×3mm，连接钢板9厚度为3mm。
通风口底部至屋顶表面高度为250mm，两者之间所设置的钢板可作为防水台，可防止恶劣天气导致的污物倒灌；
本发明的结构利用了热压和风压作用下的厂房自然通风原理，即室内外温差越大，排气压力越大，越容易实现厂房内的被动通风；当厂房底部进气口面积大于天窗有效排气口面积时，风压越大，越容易实现厂房内的自然通风。
实施例2
实施例1中被动式节能采光通风天窗，具体施工步骤如下：
确认天窗的数量及位置。根据厂房面积、工人数量、机器数量等计算进风口以及排风口面积，确定所需通风天窗个数；选择最佳朝向，保证不影响夏季主导风吹向建筑，并考虑冬季主导风尽量少的影响建筑；保证日照间距以获得连续日照。
在工厂进行各构件的预制。
方钢管与镀锌钢板底座安装。采用直角压条与连接钢板将方钢管与镀锌钢板底座栓接于屋面檩条上。
进行屋面施工。将压型钢板搭接于屋面檩条上。
防水处理。屋顶采用PVC防水卷材，直接上铺包裹住镀锌钢板底座，高度为250mm。
采用直角压条压住屋面PVC防水卷材，加强通风窗与屋面连接。
安装铝合金百叶及铝合金滤网。采用螺栓将铝合金百叶及铝合金滤网固定在方钢管上。
安装PC耐力板防雨棚与铝合金发泡卷帘窗。
安装PC采光罩。采用自攻螺丝进行安装，并于连接处填充防渗水材料，进行防水处理。
由于风压的不稳定性，实际工程设计时仅考虑热压作用，自然通风的通风量应按下列公式计算：
当厂房高度小于15m，室内散热量比较均匀，且不大于116W/m3时，按下式计算：
Figure BDA0002432331900000082
tp＝tn+ΔtH(H-2)
式中：G——自然通风的通风量(kg/h)；
Q——散至室内的全部显热量(W)；
α——单位换算系数，对于法定计量单位，取0.28；
cp——空气的定压比热容，取1[kJ/(kg·℃)]；
tp——排风温度(℃)；
twf——夏季通风室外计算温度(℃)，采用历年最热月14时平均温度的平均值；
tn——室内工作地点温度(℃)，按《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50019-2015》表4.1.4确定；
ΔtH——温度梯度(℃/m)，按《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50019-2015》表H.0.2采用；
H——排风口中心距地面的高度(m)。
当厂房高度大于15m时，室内散热量大于116W/m3时，按下式计算：
Figure BDA0002432331900000081
m＝m1m2m3
式中：m——散热量有效系数；
m1——根据热源占地面积和地面面积的比值，按《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50019-2015》图H.0.3确定的系数；
m2——根据热源的高度，按《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50019-2015》表H.0.3-1确定的系数；
m3——根据热源的辐射散热量和总散热量的比值，按《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50019-2015》表H.0.3-2确定的系数。
进风口和排风口的面积设定按下列公式计算：
Figure BDA0002432331900000091
Figure BDA0002432331900000092
式中：Fj、Fp——分别为进风口和排风口面积(m2)；
Gj、Gp——分别为进风量和排风量(kg/h)；
hj、hp——分别为进风口和排风口中心与中和界的高差(m)；
ρwf——夏季通风室外计算温度下的空气密度(kg/m3)；
ρp——排风温度下的空气密度(kg/m3)；
ρnp——室内空气的平均密度(kg/m3)，按作业地带和排风口处空气密度的平均值采用；
ξj、ξp——分别为进风口和排风口的局部阻力系数；
g——重力加速度(取9.81m/s2)。
单个被动式采光通风节能天窗的有效通风面积为：
F＝L(A+B+N*C)
式中：F——单个天窗的有效通风面积(m2)；
L——单个天窗的通风口总长度(m)；
A——首片百叶到顶的距离(m)；
B——末片百叶到底的距离(m)；
N——相邻百叶间距的个数；
C——相邻百叶间最小距离(m)；
本发明所涉及的被动式采光通风节能天窗为排风窗，因此排风窗的个数按如下的公式计算来设定：
Figure BDA0002432331900000101
关于本发明的天窗，应按以上的公式进行计算，计算自然通风量，在不同的季节和时间段里，通风量有所不同。以测得的厂房通风量为例，厂房高度为12米，室内散热量比较均匀的状态下，测得不同时段的通风量，如下：
第1组，温度29～31℃，时间早上7：00～8：00；
第2组，温度35～37℃，时间中午14：00～15：00；
第3组，温度32～33℃，时间晚上18：00～19：00；
第4组，温度-1～2℃，时间早上7：00～8：00；
第5组，温度5～6℃，时间中午14：00～15：00；
第6组，温度-1～1℃，时间晚上18：00～19：00；
kg/h kg/h
第1组 2028 第4组 2220
第2组 1950 第5组 2136
第3组 2045 第6组 2198
从以上表格中的数据可以看出，本发明测了夏季和冬季两个季节中的不同时间段的温度，结果表明厂房中的通风量均在1950kg/h以上，这说明采用本发明所提供的天窗，通风效果良好。

Claims (10)

1.一种被动式节能采光通风天窗，其特征在于，所述天窗包括PC采光罩(1)、镀锌钢板底座(2)、PC耐力板防雨棚(3)、铝合金发泡卷帘窗(4)、铝合金百叶(5)、铝合金滤网(6)、方钢管(7)、直角压条(8)、连接钢板(9)和凹槽(10)；
PC采光罩(1)与镀锌钢板底座(2)连接；
镀锌钢板底座(2)的一侧有通风口，通风口上部有PC耐力板防雨棚(3)和铝合金发泡卷帘窗(4)；通风口一侧竖向焊接方钢管(7)；
铝合金百叶(5)与铝合金滤网(6)横向安装在方钢管(7)上；该被动式采光通风节能窗与屋顶通过直角压条(8)与连接钢板(9)相连接；镀锌钢板底座(2)两侧有凹槽(10)。
2.如权利要求1所述的一种被动式节能采光通风天窗，其特征在于，PC采光罩(1)为PC聚碳酸酯板，厚度为3.5mm，透光率大于或等于85％；
PC采光罩(1)的形状为穹状；
优选的，PC采光罩(1)通过自攻螺丝与镀锌钢板底座(2)连接；
PC采光罩(1)与镀锌钢板底座(2)的连接处填充有防水材料。
3.如权利要求1所述的一种被动式节能采光通风天窗，其特征在于，镀锌钢板底座(2)由镀锌钢板焊接成型，厚度为1.5mm；
优选的，镀锌钢板底座(2)俯视为长方形，两侧高度之比为16：5。
4.如权利要求1所述的一种被动式节能采光通风天窗，其特征在于，被动式采光通风节能窗与屋顶通过直角压条(8)与连接钢板(9)通过自攻螺丝相连接。
5.如权利要求1所述的一种被动式节能采光通风天窗，其特征在于，镀锌钢板底座(2)一侧有至少两个通风口；
优选的，通风口长与高之比为：24：9；
通风口上部设有铝合金发泡卷帘窗(4)以实现通风口关闭；
通风口的底边与屋顶表面的距离与通风口的高度之比为：5：9。
6.如权利要求1所述的一种被动式节能采光通风天窗，其特征在于，在通风口一侧竖向安装有三个方钢管(7)；
方钢管(7)的中间钢管两侧伸出，伸出长度50mm。
7.如权利要求6所述的一种被动式节能采光通风天窗，其特征在于，铝合金滤网(6)的规格为6mm×12mm，铝合金百叶(5)及铝合金滤网(6)的两端采用单边螺栓与方钢管连接；
优选的，铝合金百叶(5)采用下沉折弯叶片，相邻百叶之间的间距为80mm，与水平面呈45°，厚度为0.8mm。
8.如权利要求7所述的一种被动式节能采光通风天窗，其特征在于，所述PC耐力板防雨棚(3)安装在通风口上部及两侧，厚度为1.5mm，上部向外水平延伸500mm，侧面为三角形，高度为600mm，PC耐力板防雨棚(3)采用螺栓与镀锌钢板底座(2)连接。
9.如权利要求8所述的一种被动式节能采光通风天窗，其特征在于，直角压条(8)尺寸为40mm×40mm×3mm，连接钢板(9)厚度为3mm。
10.如权利要求1所述的一种被动式节能采光通风天窗，施工方法如下：
(1)确认天窗的数量及位置；根据厂房面积、工人数量、机器数量等计算进风口以及排风口面积，确定所需通风天窗个数；
(2)选择最佳朝向；
(3)预制各构件；
(4)安装方钢管与镀锌钢板底座，采用直角压条与连接钢板将方钢管与镀锌钢板底座栓接于屋面檩条上；
(5)进行屋面施工，将压型钢板搭接于屋面檩条上；
(6)防水处理：屋顶采用PVC防水卷材，直接上铺包裹住镀锌钢板底座，高度为250mm；
(7)采用直角压条压住屋面PVC防水卷材，加强通风窗与屋面连接。
(8)安装铝合金百叶及铝合金滤网，采用螺栓将铝合金百叶及铝合金滤网固定在方钢管上；
(9)安装PC耐力板防雨棚与铝合金发泡卷帘窗；
(10)安装PC采光罩，采用自攻螺丝进行安装，并于连接处填充防渗水材料，进行防水处理。
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