節(jié)能環(huán)保電動開閉式玻璃天窗

1節(jié)能環(huán)保電動開閉式玻璃天窗設(shè)計與運(yùn)用研究

貴州大學(xué)指導(dǎo)教師丁圣果教授貴州大學(xué)趙志強(qiáng)建筑工程2

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的加快，結(jié)合綠化屋蓋的開發(fā)應(yīng)用，采用電動天窗是營造人居密集小區(qū)綠色生態(tài)環(huán)境、提高民居室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的有效措施之一。國外在天窗設(shè)計與研發(fā)中做了較豐富工作的是威盧克斯天窗設(shè)計，但威盧克斯主要開發(fā)傾斜式固定天窗，且大多用于坡屋面建筑，開啟面積大。國內(nèi)，天窗多用于工業(yè)廠房，多為老虎窗或屋脊通風(fēng)窗，形式陳舊。城鎮(zhèn)的民用建筑多為平屋頂，適用于平屋頂?shù)碾妱悠介_天窗是一種較新穎的天窗形式。一、研究背景3美國威盧克斯天窗

velux斜＋立式組合窗velux斜式溫室窗4

國內(nèi)常用天窗形式車間內(nèi)屋脊通風(fēng)窗一般天窗的結(jié)構(gòu)形式5二、設(shè)計創(chuàng)意及研究的問題

設(shè)計創(chuàng)意借助汽車天窗的理念：新型天窗的設(shè)計

制安

工藝技術(shù)

主要性能指標(biāo)

經(jīng)濟(jì)成本分析。6

屋頂電動平開天窗與屋頂花園的開發(fā)應(yīng)用相結(jié)合，可充分利用屋頂花園自然氧巴，使人不出戶就能與大自然“親密”接觸，顯著改善室內(nèi)通風(fēng)、采光效果，同時有效改善人居密集區(qū)室內(nèi)生態(tài)環(huán)境。三、項目研究的意義和價值7創(chuàng)新點(diǎn)及研究內(nèi)容四.2市場調(diào)研四.3工程技術(shù)難點(diǎn)四.1項目新穎點(diǎn)四、創(chuàng)新點(diǎn)及研究的內(nèi)容8五、通過研究已初步解決的問題傳動部分機(jī)械設(shè)計傳動部分減振降噪防水問題強(qiáng)度問題建筑物理環(huán)保分析成本分析9六.主要存在問題及有待進(jìn)一步改進(jìn)之處在歸納研發(fā)經(jīng)驗、教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出以下方面的工作對進(jìn)一步的研究是重要的：電控系統(tǒng)的電子化改進(jìn)市電線路

電子集成線路無線遙控。傳動機(jī)構(gòu)改進(jìn)萬向節(jié)-蝸桿傳動體系

軟軸驅(qū)動，將能顯著改進(jìn)動行平穩(wěn)性和降低噪音。10市場化開發(fā)，產(chǎn)品定型化購買標(biāo)準(zhǔn)件定型化生產(chǎn)，各構(gòu)件之間的各種技術(shù)參數(shù)能達(dá)到最佳匹配顯著提升產(chǎn)品性能、有效降低生產(chǎn)成本，開拓產(chǎn)品市場。節(jié)能改進(jìn)電能太陽能電池，將能使能耗降為零，為智能化住宅開發(fā)作出一份貢獻(xiàn)。11ThanksForYourAttention

TheEnd歡迎各位專家、同學(xué)批評指正感謝貴州大學(xué)董燦璨、張振超、趙璦琿同學(xué)參與項目研究12

本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用，有所創(chuàng)新，便于推廣的設(shè)計理念，研究工作主要突出以下新穎點(diǎn)：創(chuàng)意新穎：將汽車天窗的設(shè)計理念用于民用建筑，采用電動操縱，與一般上懸、中懸手動窗相比，便于居者在室內(nèi)操控。形式新穎：結(jié)合國內(nèi)既有民居建筑平屋頂特點(diǎn)，主要研究平開天窗，結(jié)構(gòu)形式上完全不同于國內(nèi)外已開發(fā)的斜-立式、固定式天窗及工業(yè)廠房中普遍采用的鋼天窗。四.1項目新穎點(diǎn)下一頁13采（光）通（風(fēng)）效果顯著：結(jié)合我國大部分地域分布在北緯20°-北緯50°的特點(diǎn)，采用中小開啟面積，有別于國外已開發(fā)的大面積溫室天窗，形成室內(nèi)豎向氣流及陽光直射效應(yīng)。對營造室內(nèi)保溫、隔熱、采暖、通風(fēng)的綜合效果良好。結(jié)合國情：選材因地制宜，嚴(yán)格控制制安成本，施工條件常規(guī)易行。返回項目新穎點(diǎn)14

研究工作涉及機(jī)械、建筑、結(jié)構(gòu)、環(huán)保、工業(yè)設(shè)計等多學(xué)科的相互滲透?？紤]到我們所學(xué)專業(yè)的局限性，項目的關(guān)鍵技術(shù)及難題主要有：返回傳動部分機(jī)械設(shè)計體系減振和降噪防水排水問題通風(fēng)采光分析室內(nèi)濕度分析四.3關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn)15防水問題

排水防漏是成功的技術(shù)關(guān)鍵，尤其是在排水坡度很小平屋頂天窗上。且土建工程具有“粗獷”特點(diǎn)，制安工藝及密封度要求不可能像汽車天窗那樣高。

返回16最終優(yōu)選的傳動形式1.液壓驅(qū)動？2.鋼絲繩牽引？3.升降架牽引？4.蝸桿驅(qū)動？5.軟軸驅(qū)動？返回17減振及降噪共振：引起體系共振的主要因素是蝸桿的橫向剛度及縱向跨度，有可能形成其固有頻率與迫振頻率與天窗玻璃平面振動頻率接近，激發(fā)共振。機(jī)械摩擦：滑塊→蝸桿→軸承運(yùn)動產(chǎn)生摩擦。機(jī)械噪聲：噪聲來源于電機(jī)。接觸應(yīng)力：在天窗系統(tǒng)中蝸桿與窗框連接部位產(chǎn)生接觸應(yīng)力。返回18普通窗通風(fēng)氣流示意圖

可開閉式天窗通風(fēng)氣流示意圖通風(fēng)采光分析形成室內(nèi)豎向氣流及直射光照，對貴州地區(qū)冬季冬雨、日照量小、晝夜溫差及季節(jié)溫差大這種天侯作用？返回19參照文獻(xiàn)【1】研究中所得室內(nèi)濕度曲線，通風(fēng)0.1次/h要比無通風(fēng)情況下相對濕度改變5%～8%。如何適合貴州地區(qū)干燥氣候特點(diǎn)。

通風(fēng)次數(shù)與室內(nèi)濕度相對關(guān)系室內(nèi)濕度分析返回20四.2市場調(diào)研對貴陽地區(qū)的14家建設(shè)單位和開發(fā)商進(jìn)行的市場調(diào)研及可行性統(tǒng)計分析返回21采用萬向節(jié)—蝸桿傳動機(jī)構(gòu)，解決了體系由轉(zhuǎn)動向平動的轉(zhuǎn)換，運(yùn)行“平和”。電控采用交流觸變器實(shí)現(xiàn)室內(nèi)操作方便。傳動部分機(jī)械設(shè)計22機(jī)械部分實(shí)景拍攝返回23

解決共振：優(yōu)選后蝸桿直徑Φ25mm,長度1650mm.解決摩擦力：天窗系統(tǒng)中施加潤滑劑減少噪聲，如潤滑軸承和蝸桿。解決接觸應(yīng)力：采用彈簧隔振裝置。

隔音：采用夾膠玻璃，隔聲效果良好。

通過以上方式基本解決了傳動機(jī)構(gòu)減振降噪的問題，克服了蝸桿、波片的共振。運(yùn)行狀態(tài)時室內(nèi)噪音基本能控制在42～48分貝，滿足《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》要求。傳動部分減振降噪問題返回24防水及排水問題須結(jié)合屋面混凝土工程進(jìn)行，經(jīng)反復(fù)研究及試驗后采用方案如圖所示，基本達(dá)到排防預(yù)期目標(biāo)。防水問題25總裝之后，經(jīng)多次試驗，最終設(shè)計方案達(dá)到≤100mm

暴雨工況的排水防漏要求。返回26現(xiàn)場試驗，采用16mm夾膠玻璃，不僅防碎散，而且抗沖量可達(dá)100N.S，玻璃強(qiáng)度可達(dá)7KPa，滿足設(shè)計要求。返回強(qiáng)度分析試驗27天窗位置宜略高于屋面標(biāo)高200～500mm,利用室外氣流形成室內(nèi)負(fù)壓環(huán)境，在不對開側(cè)窗的情況下，也能形成豎向穿堂風(fēng)。圖8-3風(fēng)壓分布示意圖（讓窗略高出屋面以形成負(fù)壓）

1---風(fēng)壓

2---建筑物

h---建筑高度1.通風(fēng)28采光等級側(cè)面采光頂部采光側(cè)窗矩形天窗鋸齒形天窗平天窗民用建筑工業(yè)建筑民用建筑工業(yè)建筑民用建筑工業(yè)建筑民用建筑工業(yè)建筑Ⅰ1/2.51/2.51/31/31/41/41/61/6Ⅱ1/3.51/31/41/3.51/61/51/8.51/8Ⅲ1/51/41/61/4.51/81/71/111/10Ⅳ1/71/61/101/81/121/101/181/13Ⅴ1/121/101/141/111/191/151/271/23優(yōu)選開啟尺寸之一為1250mm×1800mm。與側(cè)窗相比，電動平開天窗接納的自然光比垂直窗高約2～3倍。室內(nèi)光照尤為適宜西部高寒地區(qū)天候特征。不同形式窗地面積比Ac/Ad2.采光返回29通過電動天窗的調(diào)節(jié)，并與綠色屋頂花園開發(fā)應(yīng)用相結(jié)合，營造室內(nèi)綠色生態(tài)環(huán)境。有利于室內(nèi)溫度、濕度等主要指標(biāo)達(dá)到《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》控制項或一般項要求。電動天窗對濕度的調(diào)節(jié)環(huán)保分析返回30

1.節(jié)省空調(diào)能耗，據(jù)初步計算，天窗運(yùn)行電耗僅為大三匹空調(diào)0.12%。成本分析空調(diào)使用情況20小時的使用量總耗能貴州地區(qū)使用3小時天窗，可節(jié)能夏季按45天計算，可節(jié)能冬季按50天計算，可節(jié)能一年節(jié)能總量節(jié)電總額全省1000用戶使用開閉式天窗可節(jié)約20-30平米的客廳使用3匹的空調(diào)，全天22度左右3X750（瓦/匹）X20小時X0.7（實(shí)際運(yùn)行率）+150瓦（吹風(fēng)功率）X20=18750（瓦）=18.75（度），18.75X3/20=2.8125（度）2.8125X45=126.5625（度）