專利名稱：曲面捕光型遮陽(yáng)采光板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于遮陽(yáng)器械領(lǐng)域，涉及一種新型的建筑遮陽(yáng)構(gòu)件，尤其是可用于平衡光
熱耦合矛盾。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用于建筑南窗的遮陽(yáng)形式主要為水平遮陽(yáng)，它安裝于窗戶上方，起遮擋直 射陽(yáng)光的作用，但同時(shí)也減少了室內(nèi)光通量，使大進(jìn)深的房間采光不足。為了克服這一問(wèn) 題，當(dāng)前國(guó)外發(fā)展出一種名為light shelf(反光支架)的遮陽(yáng)構(gòu)件，其基本結(jié)構(gòu)是安裝于 窗玻璃中上部的一塊水平板，分為室內(nèi)板和室外板兩部分，根據(jù)使用地緯度差異選用室內(nèi) 板或室外板，在低緯時(shí)可同時(shí)使用。該板體能阻擋近窗口處的直射輻射，同時(shí)又能將室外光 反射向室內(nèi)吊頂，通過(guò)吊頂?shù)亩畏瓷渲潦覂?nèi)較大進(jìn)深處，力求在遮陽(yáng)同時(shí)兼顧采光。但是 當(dāng)室外部分為水平板造型時(shí)，只有高度角較低時(shí)的光線才可能經(jīng)反射通過(guò)板體上部窗玻璃 進(jìn)入室內(nèi)，特別是中低緯度地區(qū)太陽(yáng)高度角全年平均約50° ，光線基本無(wú)法反射進(jìn)入室內(nèi) 補(bǔ)充采光，室內(nèi)仍可能因遮陽(yáng)板的遮擋而采光不足。 另有一 light shelf的改進(jìn)型機(jī)構(gòu)，將原始的板狀結(jié)構(gòu)完全改變，依靠斜面反射 板、二次棱鏡、鏡面玻璃的幾何排布來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多種入射角度光線的反射、透射增強(qiáng)采光效 果，但遮陽(yáng)效果被弱化了。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)繁雜，需預(yù)先加工定型，內(nèi)部結(jié)構(gòu)易發(fā)生移位失效現(xiàn) 象。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的light shelf在捕捉中高太陽(yáng)高度角的日光作為室內(nèi)二次反射采 光方面的不足，以及改進(jìn)型機(jī)構(gòu)在工藝簡(jiǎn)潔性方面的不足，本發(fā)明提供一種曲面捕光型遮 陽(yáng)采光板，該構(gòu)件不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便捷，而且以其獨(dú)特的室外板部分曲面化設(shè)計(jì)，使大 多數(shù)太陽(yáng)高度角入射的日光都可以被捕集反射入室內(nèi)，形成散射采光，真正達(dá)到遮陽(yáng)與采 光并舉的效果。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是一種曲面捕光型遮陽(yáng)采光板，包括室內(nèi)水 平板、室外板水平段、板體上部玻璃、板體下部玻璃和室外板，室內(nèi)水平板與室外板水平段、 室外板曲面段分別安裝于玻璃的兩側(cè)，將玻璃分隔為板體上部玻璃和板體下部玻璃兩部 分；室內(nèi)水平板與玻璃相接安裝于室內(nèi)，室外板水平段與玻璃相接安裝于室外，室外板曲面 段為安裝在室外板水平段板體遠(yuǎn)離玻璃端向上翹起的一段。 進(jìn)一步，所述室外板曲面段可與室外板水平段一體化加工，也可單獨(dú)加工后拼接 至室外板水平板外側(cè)。 所述室內(nèi)水平板、室外板水平段和室外板曲面段安裝高度為2米。
所述室內(nèi)水平板、室外板水平段和室外板曲面段的主體為板體結(jié)構(gòu)。
所述板體材料采用鋁板。
根據(jù)不同地區(qū)全年太陽(yáng)高度角的南向分量，采用以下公式確定構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸
水平室內(nèi)板板寬為
dl = AX tan (90° -a ) 其中dl為水平室內(nèi)板板寬，A為板體上部玻璃高度，a為當(dāng)?shù)叵募咎?yáng)高度角南 向分量最小值 室外板水平段板寬為
d2 = dl 其中d2為室外板水平段板寬； 計(jì)算室外板曲面段時(shí)，篩選當(dāng)?shù)厝晏?yáng)高度角南向分量最低值13 ，并篩選出夏 季70%全遮陽(yáng)時(shí)的太陽(yáng)高度角南向分量e，
室外板曲面段圓心角即為|3 ，
室外板曲面段半徑為 R = (B X tan (90 ° - 9 ) _d2) X tan (90 ° - 9 /2) 其中R為室外板曲面段半徑，B為板體下部玻璃高度，9為夏季70%全遮陽(yáng)時(shí)的
太陽(yáng)高度角南向分量； 室外板曲面段板寬為 d3 = Ji /180 其中d3為室外板曲面段板寬，13為室外板曲面段圓心角。 對(duì)于緯度為31.4度的地區(qū)，其夏季最低太陽(yáng)高度角南向分量為53.2。，夏季70%
全遮陽(yáng)時(shí)的太陽(yáng)高度角南向分量66.6。，臨界太陽(yáng)高度角為35.2。，則室內(nèi)板寬度為； dl = AXtan Z 36. 8° = 0. 75A 其中dl為水平室內(nèi)板板寬，A為板體上部玻璃高度； 室外板水平段寬度為 d2 = dl = AXtan Z 36. 8° = 0. 75A 其中d2為室外板水平段板寬； 根據(jù)幾何關(guān)系，則室外板曲面段的曲面弧半徑為R= (BX tan/23. 4° -AX tan Z 36. 8° )XtanZ56.7。 = (0. 43B-0. 75A) X 1. 52
其中R為室外板曲面段半徑，B為板體下部玻璃高度；
室外板曲面段寬度為 d3 = Ji /180 = 1. 52X Ji X (0. 43B-0. 75A) P /180
其中d3為室外板曲面段板寬，13為室外板曲面段圓心角。 板體分為室內(nèi)和室外兩部分，其中室外板又由水平段和前端曲面段組成，室內(nèi)板 固定于室內(nèi)窗框或內(nèi)墻處，室外板水平段安裝于室外側(cè)與室內(nèi)板等高位置，而室外板的曲 面段自水平段向外延伸，并呈圓弧形上翹，因此曲面段可與水平段一體化加工也可單獨(dú)加 工后拼接至水平板外側(cè)。室內(nèi)板沿用水平板造型，主要用于遮擋夏季通過(guò)板體上方窗體射 入的直射日光，同時(shí)將這部分直射光反射至室內(nèi)吊頂，經(jīng)吊頂二次反射后成為進(jìn)深處的散 射采光，板寬根據(jù)當(dāng)?shù)叵募咎?yáng)高度角變化范圍計(jì)算確定。室外板又分為后部水平段和前 部曲面段，設(shè)計(jì)水平段使全年以任一高度角投射至該區(qū)段的日光都可被反射通過(guò)板體上部 窗體進(jìn)入室內(nèi)，該水平段寬度外的光線無(wú)論在何種夏季太陽(yáng)高度角時(shí)都不能反射至室內(nèi)。 室外板體前端則用上翹的曲面造型取代light shelf的水平造型，該曲面段的結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括曲率半徑、曲面弧長(zhǎng)、板前端翹起高度)均通過(guò)篩選某一地區(qū)全年逐時(shí)太陽(yáng)高度角中需遮陽(yáng)或可利用采光的部分進(jìn)行計(jì)算反推。國(guó)內(nèi)其他地區(qū)應(yīng)用時(shí)只需根據(jù)當(dāng)?shù)靥?yáng)高度角對(duì)構(gòu)型參數(shù)作一定修正計(jì)算即可，具有很好的適用性。 本發(fā)明的工作原理為在滿足要求的同時(shí)，捕捉不同角度入射的日光反射入室內(nèi)，
使之成為室內(nèi)散射采光源，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的外部控制參數(shù)為當(dāng)?shù)厝晏?yáng)高度角及其
南向分量。同時(shí)該發(fā)明是基于某一地區(qū)建筑設(shè)計(jì)研發(fā)，設(shè)計(jì)計(jì)算式中角度均篩選自該地區(qū)
全年高度角，在其他地區(qū)應(yīng)用時(shí)，需以當(dāng)?shù)靥?yáng)高度角條件作替代修正。 在具備了現(xiàn)有l(wèi)ight shelf的所有功能性效果外，本發(fā)明還具有以下有益效果 1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便捷。 2.其獨(dú)特的室外板部分曲面化設(shè)計(jì)，使大多數(shù)太陽(yáng)高度角入射的日光都可以被捕集反射入室內(nèi)，形成散射采光，可以達(dá)到遮陽(yáng)與采光并舉的效果。 3.在夏季，保持遮陽(yáng)效果的同時(shí)，弧面反射可以多捕捉近30%的夏季日光作為室內(nèi)反射、散射采光源，從而提升了室內(nèi)自然采光水平；在冬季，翹起的板前端不對(duì)較低角度入射日光形成遮擋，充分利用自然采光。切實(shí)減小照明能耗，同時(shí)消除了這部分照明燈具的散熱，進(jìn)一步減小了空調(diào)能耗，使建筑更為舒適和節(jié)能。


圖1是本發(fā)明曲面捕光型遮陽(yáng)采光板實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1所示實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖的正視圖。
圖3是本發(fā)明的工作原理圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。 如圖l-2所示，為本發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包括室內(nèi)板l，室外板水平段2，室外板曲面段3，板體上部玻璃4和板體下部玻璃5。室內(nèi)板1與室外板水平段2、室外板曲面段3分別安裝于窗戶玻璃的兩側(cè)，將窗戶玻璃分隔為板體上部玻璃4和板體下部玻璃5兩部分；室內(nèi)板1與玻璃相接沿水平方向安裝于室內(nèi)，室外板水平段2與玻璃相接沿水平方向安裝于室外，室外板曲面段3為室外板水平段2板體遠(yuǎn)離玻璃端向上翹起的一段。
室內(nèi)板1、室外板水平段2和室外板曲面段3的主體為板體結(jié)構(gòu)，板體采用鋁板作為主體材料，厚度為2mm-5mm。曲面段可與水平段一體化加工也可單獨(dú)加工后拼接至水平板外側(cè)。三部分板體的底邊安裝于距地面相同高度，為保證使用效果，并兼顧視覺(jué)美感，安裝高度最好取為2米。 如圖3所示，在曲面捕光型遮陽(yáng)采光板工作原理圖中，通過(guò)板體上部玻璃4直射至室內(nèi)的夏季較大角度入射日光可以被室內(nèi)板1遮擋并形成反射采光，室外板水平段2和室外板曲面段3可為板體下部玻璃5遮擋陽(yáng)光，同時(shí)都可將這部分日光反射至室內(nèi)吊頂增加采光，若室外板曲面段置為水平，則無(wú)法將這部分光線通過(guò)板體上部玻璃4進(jìn)入室內(nèi)，不能達(dá)到增加采光的效果。 進(jìn)一步，可以確定室內(nèi)板1、室外板水平段2和室外板曲面段3的主要尺寸參數(shù)，其中，板長(zhǎng)為每部分板沿與窗平行方向上的板的長(zhǎng)度，板寬為每部分板沿與窗垂直方向上的
6板的長(zhǎng)度 室內(nèi)板1，室外板水平段2和室外板曲面段3的長(zhǎng)度相等，其板長(zhǎng)隨窗寬確定，制作時(shí)同時(shí)兼顧固定預(yù)留長(zhǎng)度，可沿窗寬兩側(cè)各預(yù)留約10cm折邊，并用角鋼與墻壁固定。
室內(nèi)板1主要做遮陽(yáng)用，目標(biāo)保證夏季最低太陽(yáng)高度角時(shí)，經(jīng)板體上部窗戶玻璃入射的管線應(yīng)被曲面捕光型遮陽(yáng)采光板全遮陽(yáng)，根據(jù)計(jì)算所得的當(dāng)?shù)厝晏?yáng)高度角的南向分量，則室內(nèi)板板寬為
dl = AXtan(90。
- a )(其中dl為室內(nèi)板板寬，A為板體上部玻璃高度，a為當(dāng)?shù)叵募咎?yáng)高度角南向分量最小值) 室外板又分為后部水平段2和前部曲面段3，水平段2兼有遮陽(yáng)和采光作用，該板段極 室外板又分為后部水平段2和前部曲面段3，水平段2兼有遮陽(yáng)和采光作用，該板段極限寬度之外的光線無(wú)論在何種夏季太陽(yáng)高度角時(shí)都不能被反射至室內(nèi)，而必須利用曲面反射才能得以透射入板體上部窗戶玻璃。則室外板水平段寬度為
d2 = dl(其中d2為室外板水平段板寬)室外板曲面段是提升日光捕捉性能的核心區(qū)段，保證冬季太陽(yáng)高度角最低時(shí)，太陽(yáng)入射光線恰好可以通過(guò)曲面翹起端并不為其遮擋，光線可直射入室內(nèi)或經(jīng)曲面捕光型遮陽(yáng)采光板反射入室內(nèi)。計(jì)算室外板曲面段時(shí)，篩選當(dāng)?shù)厝?br> 年太陽(yáng)高度角南向分量最低值e，并篩選出夏季70X全遮陽(yáng)時(shí)的太陽(yáng)高度角南向分量e，
室外板曲面段圓心角即為P，
則室外板曲面段半徑為 R = (B X tan (90 ° - 9 ) _d2) X tan (90 ° - 9 /2) (R為室外板曲面段半徑，B為板體下部玻璃高度，e為夏季70%全遮陽(yáng)時(shí)的太陽(yáng)
高度角南向分量) 室外板曲面段板寬為 d3 = Ji RP /180(其中d3為室外板曲面段板寬，13為室外板曲面段圓心角) 在北緯31. 4°某一地區(qū)的應(yīng)用實(shí)例中，通過(guò)計(jì)算該地區(qū)夏季最低太陽(yáng)高度角南向
分量為53.2° ，則室內(nèi)板l寬度為 dl = AXtan Z 36. 8° = 0. 75A(其中dl為室內(nèi)板板寬，A為板體上部玻璃高度，) 室外板水平段寬度為 d2 = dl = AXtan Z 36. 8° = 0. 75A(其中d2為室外板水平段板寬) 計(jì)算室外板曲面段時(shí)，篩選該地區(qū)全年太陽(yáng)高度角南向分量最低值13 ，并篩選出夏季70%全遮陽(yáng)時(shí)的太陽(yáng)高度角南向分量66.6° ，室外板曲面段圓心角即為P，此地臨界太陽(yáng)高度角為35.2。，則曲面弧的圓心角為35.2。。同時(shí)根據(jù)幾何關(guān)系，則室外板曲面段的曲面弧半徑為 R = (BXtan Z 23.4 ° -AXtan Z 36. 8° )Xtan Z 56. 7 ° =(0. 43B-0. 75A) X 1. 52 室外板曲面段寬度為 d3 = Ji /180 = 1. 52X Ji X (0. 43B-0. 75A) P /180(其中d3為室外板曲面段板寬，R為室外板曲面段半徑，B為板體下部玻璃高度，P為室外板曲面段圓心角) 上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種曲面捕光型遮陽(yáng)采光板，包括室內(nèi)水平板、室外板水平段、板體上部玻璃和板體下部玻璃，其特征在于還包括室外板，室內(nèi)水平板與室外板水平段、室外板曲面段分別安裝于玻璃的兩側(cè)，將玻璃分隔為板體上部玻璃和板體下部玻璃兩部分；室內(nèi)水平板與玻璃相接安裝于室內(nèi)，室外板水平段與玻璃相接安裝于室外，室外板曲面段為安裝在室外板水平段板體遠(yuǎn)離玻璃端向上翹起的一段。
2. 如權(quán)利要求1所述的曲面捕光型遮陽(yáng)采光板，其特征在于所述室外板曲面段與室外板水平段一體化加工，或者單獨(dú)加工后拼接至室外板水平板外側(cè)。
3. 如權(quán)利要求1所述的曲面捕光型遮陽(yáng)采光板，其特征在于所述室內(nèi)水平板、室外板水平段和室外板曲面段安裝高度為2米。
4. 如權(quán)利要求1所述的曲面捕光型遮陽(yáng)采光板，其特征在于所述室內(nèi)水平板、室外板水平段和室外板曲面段的主體為板體結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求4所述的曲面捕光型遮陽(yáng)采光板，其特征在于所述板體材料采用鋁板。
6. 如權(quán)利要求1所述的曲面捕光型遮陽(yáng)采光板，其特征在于根據(jù)不同地區(qū)全年太陽(yáng)高度角的南向分量，采用以下公式確定構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸水平室內(nèi)板板寬為<formula>formula see original document page 2</formula>其中dl為水平室內(nèi)板板寬，A為板體上部玻璃高度，a為當(dāng)?shù)叵募咎?yáng)高度角南向分量最小值；室外板水平段板寬為<formula>formula see original document page 2</formula>其中d2為室外板水平段板寬；計(jì)算室外板曲面段時(shí)，篩選當(dāng)?shù)厝晏?yáng)高度角南向分量最低值P，并篩選出夏季70%全遮陽(yáng)時(shí)的太陽(yáng)高度角南向分量e ，室外板曲面段圓心角即為e，室外板曲面段半徑為<formula>formula see original document page 2</formula>其中R為室外板曲面段半徑，B為板體下部玻璃高度，e為夏季70%全遮陽(yáng)時(shí)的太陽(yáng)高度角南向分量；室外板曲面段板寬為d3 = Ji RP /180其中d3為室外板曲面段板寬，13為室外板曲面段圓心角。
7. 如權(quán)利要求6所述的曲面捕光型遮陽(yáng)采光板，其特征在于對(duì)于緯度為31.4度的地區(qū)，其夏季最低太陽(yáng)高度角南向分量為53.2。，夏季70%全遮陽(yáng)時(shí)的太陽(yáng)高度角南向分量66.6。，臨界太陽(yáng)高度角為35.2。，則室內(nèi)板寬度為dl = AXtan Z 36. 8° = 0. 75A其中dl為水平室內(nèi)板板寬，A為板體上部玻璃高度；室外板水平段寬度為d2 = dl = AXtan Z 36. 8° = 0. 75A其中d2為室外板水平段板寬；根據(jù)幾何關(guān)系，則室外板曲面段的曲面弧半徑為R = (BXtan Z 23. 4° -AXtanZ36.8。
)XtanZ56.7。 = (0. 43B-0. 75A) X 1. 52其中R為室外板曲面段半徑，B為板體下部玻璃高度；室外板曲面段寬度為<formula>formula see original document page 3</formula>其中d3為室外板曲面段板寬，13為室外板曲面段圓心角。
全文摘要
一種曲面捕光型遮陽(yáng)采光板，包括室內(nèi)水平板、室外板水平段、板體上部玻璃、板體下部玻璃和室外板，室內(nèi)水平板與室外板水平段、室外板曲面段分別安裝于玻璃的兩側(cè)，將玻璃分隔為板體上部玻璃和板體下部玻璃兩部分；室內(nèi)水平板與玻璃相接安裝于室內(nèi)，室外板水平段與玻璃相接安裝于室外，室外板曲面段為安裝在室外板水平段板體遠(yuǎn)離玻璃端向上翹起的一段。本發(fā)明提供了一套關(guān)于該類構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算公式，對(duì)于不同地區(qū)只要代入當(dāng)?shù)貐?shù)即可應(yīng)用。由于采用了上述方案，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便捷，以其獨(dú)特的室外板部分曲面化設(shè)計(jì)，可以多捕捉近30％的夏季日光作為室內(nèi)反射、散射采光源，使建筑更加舒適、節(jié)能。
文檔編號(hào)E04F10/00GK101736866SQ200910223000
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者史潔, 李崢嶸, 李浩翥, 李鵬, 郁盛 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)