《一种能充分利用太阳热能调节室温的真空玻璃幕墙》－第五届

《一种能充分利用太阳热能调节室温的真空玻璃幕墙》

来源：发布时间：2007-12-29 浏览次数：826

铜奖

作品名称：《一种能充分利用太阳热能调节室温的真空玻璃幕墙》
上海孙诗旖

作品说明

 原理结构
   初中物理课上就学过，热传递有三种方式：热传导、对流和辐射。本项目正是通过对这三种方式的热传递进行利用和防止而发明的。
   由于双层玻璃中间是真空的，所以能十分有效的防治热传导。阳光照射到贴膜上，热能传递有三个途径，一个是被膜反射掉的，还有穿过膜的，另外的热量是被膜吸收的，前两种途径无法改变，而被膜吸收的热量是可以利用和防止的。
   夏天，彩色膜贴在室外，被膜吸收的热量会随着室外的空气对流而散发到室外，起到制冷作用。冬天，膜贴在室内，被膜吸收的热量会随着市内的空气对流而散发到室内，起到保暖作用。
方案一、可在中心旋转的窗框
一种有色墙幕玻璃已广泛应用于大厦，采用单面彩色真空玻璃，通过旋转，能使膜贴在室内或室外。
方案二、一种可兼调节采光量的真空玻璃
为了能根据需要调节室内光照量，可采用深色滤光玻璃片在真空玻璃附近进行抽动，用本方法可任意使真空玻璃面朝室内或朝室外。
方案三、填充彩色水的玻璃幕墙
填充彩色水，通过改变颜色的深浅，也可以调节光通量。
方案四、外面套泡沫塑料的幕墙
    泡沫塑料是热的不良导体，同时也不透光，所以能起到很好的隔热效果。
功能
本项目的主要功能就是能够达到冬暖夏凉的效果。
                                        优点
1．使用简便
   方案一，一年只需将玻璃幕墙进行180?大转换两次。方案二，轻轻抽动深色滤光玻璃片就可使真空玻璃面朝室内或室外。方案三，充彩色水改变光通量简单易行。方案四同样易操作。
2．合并优点，排除缺点。
   合并的优点：⑴真空双层玻璃有利于阻碍热传导 ⑵贴膜的彩色玻璃有利于阻碍辐射
排除的缺点：⑴真空双层玻璃难以阻碍辐射 ⑵贴膜的彩色玻璃难以阻碍热传导
3．节能效果显著
   通过实验对比发现，将膜贴在真空双层玻璃的内外实验结果大不一样，温差非常大。
4．创意新颖可行
    别人没有想到膜贴在内外会有不同的效果，而本项目就是主要利用这一特点发明的。
                                  检测数据及效果分析
1．实验箱式：
   用真空夹层玻璃与彩色半透明做成两块玻璃窗，一个贴膜朝内，另一个贴膜朝外，装在二个同样材料与大小的箱上，并且将它们放在一个大箱内，用同样的浴霸（模拟太阳）照射，并测量小箱内温度。
                实验数据
贴膜   灯泡      时间          温度（℃）
颜色　 数量     （min)    贴膜在内  贴膜在外
紫	　	10	  70	  58
	4	15	  90	  70
	　	20	  98	  76
　	　	2	  28	  22
　	　	4	  30	  26
　	　	6	  32	  28
黄	2	10	  34	  30
　	　	12	  36	  34
　	　	15	  37	  36
　	4	20	  49	  47
　	　	25	  55	  52
　	　	3	  35	  25
　	4	8	  48	  36
红+紫	　	12	  68	  52
　	　	15	  70	  54
　	2	　	  56	  40
结果：
   隔热小箱1的温度明显高于隔热小箱2的温度，说明膜贴在室内比贴在室外的温度高很多，而且颜色越深，效果越明显。
2、实验房式：
   用两块同样大小的真空夹层玻璃分别装在两间面积、造型、朝向完全一样的小房间的朝南窗上，一块贴膜在外，一块贴膜在内，分别先冬日与夏日晴天测二间房内的温度。

发明小故事

 进化吧~~~玻璃幕墙
                        ——"一种能充分利用太阳热能调节室温的真空玻璃幕墙"的发明小故事
                                    向明中学 孙诗旖 李启晨
   这个作品的诞生其实最初只是缘于一念之间："冬夏的空调使用消耗了很多的电能，有没有办法从利用太阳能入手，减少这方面能源的消耗呢？"
   一开始，这不过只是瞬间划过的一个念头，然而，当我又一次在报纸上看到关于住宅节能问题的讨论，又一次在夏天读到有关控制用电的政策......这个念头就此难以再抹去。
   参加发明协会的活动时，我就这个想法与黄老师及其他同学进行了讨论，最后决定由我和李启晨同学一起在黄老师的指导下来完成这个发明。
   起初，我们想到冬夏的隔热问题，于是决定尝试用真空玻璃，因为这是目前隔热效果较好的产品。这样冬天室内热空气不易外散，但到了夏天，虽然室外热空气进不来，由于阳光直射，室内必定热得像蒸笼。就这样，我们又想到了遮阳问题，于是决定在真空玻璃的一面加上彩色膜。新的问题又来了，如何达到冬暖夏凉的效果呢？
   在黄老师的指导下，一个巧妙的想法逐渐清晰起来。我们在网上查到目前市场上的贴膜品种很多，有一种贴膜一面隔热，而另一面却能吸热。由于它是靠改变膜的材质达到隔热与吸热的效果，因此颜色也很浅，不会影响室内的采光。这样，夏天，反射面朝外，冬天，吸热面朝外，即可起到冬暖夏凉的效果。然而一时身为学生的我们找不到如此完美的贴膜，为了尽早实验以确认我们的想法是否正确，我们只能先用深色的贴膜代替。
   我们找了两个泡沫塑料盒，上面装两块真空玻璃，一块正面朝外，一块则反面朝外，（这样就相当于膜不同面朝外），且各装一个温度计（不必打开即可察看的那种）。黄老师又给我们找来一个大箱子，和从浴霸上拆下来的灯泡，模拟太阳与窗的关系。实验的结果让我们非常兴奋，在同样的光下照射同等长度的时间，两个盒子的内部温度测出来居然相差20-30度。后来的几次实验，也同样获得了成功。
   这时，一个新的问题又摆在了我们的面前，冬夏交替时如何给窗翻身呢？
   在窗框限制了窗的范围的情况下，如何给窗翻身确实是一个棘手的问题。我们对此讨论了好久也没有讨论出一个结果，上网一查，发现现有的窗户开启方式都无法达到翻身的效果，但一种从左右都可开启的冰箱给了我们灵感，为什么不可以让窗玻璃与窗框暂时分离沿中轴转动呢？就此，这个棘手的问题得到了基本解决。我们在黄老师的帮助下做成了一个需要时可松开以中心线为轴转动，完成翻身后再次加以固定的窗框。
   至此，我们的真空玻璃幕墙成型了。