雨水收集凈化加熱屋面系統研究

谷勝利

摘 要：介紹了一種新型的在鋼筋混凝土屋面上利用玻璃和陶瓷材料收集、凈化以及加熱雨水的新型屋面構造。它由玻璃板面層、黑色陶瓷吸光層、普通陶瓷冷卻層構成。其中，玻璃板用來收集雨水，并構成溫室；黑色陶瓷板則用來接受太陽能輻射，并將其背面的雨水加熱；底層陶瓷用來冷凝和收集水蒸氣。南四湖區的應用實驗數據分析表明，該構造具有較高的吸收陽光、雨水收集和凈化能力，應用前景廣闊。

關鍵詞：屋面構造；雨水收集；太陽能；玻璃；陶瓷

中圖分類號 TU245 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）05-121-03

隨著南四湖區經濟的發展，湖區居民對生活質量的要求日益提高。湖區水電等基礎設施建設施工難度大、耗資高，雨水收集凈化加熱屋面系統可以充分利用當地雨熱同期的氣候條件下的充足光熱和雨水資源，滿足當地居民取暖納涼、獲取熱水的需求。

屋頂作為維護房屋結構的重要部分，對建筑的使用空間起著遮蔽雨雪、保溫、隔熱及建筑美學等重要作用。雖然屋面能接受大量的太陽能和雨水，但這些資源沒有得到充分的利用。現在已有一些利用屋面太陽能的集熱裝置[1]，同時也有一些收集雨水的方法[2-3]，但尚未見同時收集太陽能和雨水并綜合加以利用的建筑構造的報道。屋面材料要求具有很好的耐久性，能夠長時間經受陽光照射、雨雪侵襲、冷熱沖擊以及大氣作用而不破壞，同時要求造價相對低廉。無機非金屬材料玻璃和陶瓷都是具有優良耐久性的材料，并且能夠與建筑結構同壽命。普通平板玻璃對以短波輻射為主的太陽光具有良好的透光性能，透射率為78%～82%，但對低溫物體發射的長波輻射具有較強的反射能力，從而形成溫室作用，利用此種溫室作用可將玻璃與陶瓷板間的空氣加熱至較高的溫度。未拋光的黑色陶瓷對陽光有較好的吸收性能，吸收率為92%。因此，玻璃和陶瓷是用于雨水收集凈化加熱屋面系統的理想材料。

1 組件構造

每一組件單元選用5mm建筑平板玻璃作為收集雨水和透光的材料。為了減輕結構重量，提高熱傳導的效率和施工效率，采用廣東蒙娜麗莎瓷磚廠新近研發出的超薄大尺寸瓷質磚作為吸收陽光和儲存雨水的材料。這種瓷磚厚度僅為5mm，單板尺寸可達到600mm×2 000mm，且抗折強度高。平板玻璃和瓷板構成的集水集熱單元剖面圖如圖1所示，平面圖如圖2所示。組件單元為長方體。從上至下由平板玻璃、黑色陶瓷吸光板、熱交換陶瓷板、底層陶瓷板和鋼筋混凝土5層將其分成4個室。從上至下分別是溫室、雨水室、蒸餾水室和空氣間層。其中雨水室和蒸餾水室上部聯通形成蒸汽通道，溫室和空氣間層均為密閉的獨立室。進雨水管從平板玻璃表面開孔，穿過溫室進入雨水室。進雨水管與溫室不聯通。在蒸餾水室左右兩側個有一個出熱水孔用于組件單元間的連接，引出生活用熱水。endprint

摘 要：介紹了一種新型的在鋼筋混凝土屋面上利用玻璃和陶瓷材料收集、凈化以及加熱雨水的新型屋面構造。它由玻璃板面層、黑色陶瓷吸光層、普通陶瓷冷卻層構成。其中，玻璃板用來收集雨水，并構成溫室；黑色陶瓷板則用來接受太陽能輻射，并將其背面的雨水加熱；底層陶瓷用來冷凝和收集水蒸氣。南四湖區的應用實驗數據分析表明，該構造具有較高的吸收陽光、雨水收集和凈化能力，應用前景廣闊。

關鍵詞：屋面構造；雨水收集；太陽能；玻璃；陶瓷

中圖分類號 TU245 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）05-121-03

隨著南四湖區經濟的發展，湖區居民對生活質量的要求日益提高。湖區水電等基礎設施建設施工難度大、耗資高，雨水收集凈化加熱屋面系統可以充分利用當地雨熱同期的氣候條件下的充足光熱和雨水資源，滿足當地居民取暖納涼、獲取熱水的需求。

屋頂作為維護房屋結構的重要部分，對建筑的使用空間起著遮蔽雨雪、保溫、隔熱及建筑美學等重要作用。雖然屋面能接受大量的太陽能和雨水，但這些資源沒有得到充分的利用。現在已有一些利用屋面太陽能的集熱裝置[1]，同時也有一些收集雨水的方法[2-3]，但尚未見同時收集太陽能和雨水并綜合加以利用的建筑構造的報道。屋面材料要求具有很好的耐久性，能夠長時間經受陽光照射、雨雪侵襲、冷熱沖擊以及大氣作用而不破壞，同時要求造價相對低廉。無機非金屬材料玻璃和陶瓷都是具有優良耐久性的材料，并且能夠與建筑結構同壽命。普通平板玻璃對以短波輻射為主的太陽光具有良好的透光性能，透射率為78%～82%，但對低溫物體發射的長波輻射具有較強的反射能力，從而形成溫室作用，利用此種溫室作用可將玻璃與陶瓷板間的空氣加熱至較高的溫度。未拋光的黑色陶瓷對陽光有較好的吸收性能，吸收率為92%。因此，玻璃和陶瓷是用于雨水收集凈化加熱屋面系統的理想材料。

1 組件構造

每一組件單元選用5mm建筑平板玻璃作為收集雨水和透光的材料。為了減輕結構重量，提高熱傳導的效率和施工效率，采用廣東蒙娜麗莎瓷磚廠新近研發出的超薄大尺寸瓷質磚作為吸收陽光和儲存雨水的材料。這種瓷磚厚度僅為5mm，單板尺寸可達到600mm×2 000mm，且抗折強度高。平板玻璃和瓷板構成的集水集熱單元剖面圖如圖1所示，平面圖如圖2所示。組件單元為長方體。從上至下由平板玻璃、黑色陶瓷吸光板、熱交換陶瓷板、底層陶瓷板和鋼筋混凝土5層將其分成4個室。從上至下分別是溫室、雨水室、蒸餾水室和空氣間層。其中雨水室和蒸餾水室上部聯通形成蒸汽通道，溫室和空氣間層均為密閉的獨立室。進雨水管從平板玻璃表面開孔，穿過溫室進入雨水室。進雨水管與溫室不聯通。在蒸餾水室左右兩側個有一個出熱水孔用于組件單元間的連接，引出生活用熱水。endprint

摘 要：介紹了一種新型的在鋼筋混凝土屋面上利用玻璃和陶瓷材料收集、凈化以及加熱雨水的新型屋面構造。它由玻璃板面層、黑色陶瓷吸光層、普通陶瓷冷卻層構成。其中，玻璃板用來收集雨水，并構成溫室；黑色陶瓷板則用來接受太陽能輻射，并將其背面的雨水加熱；底層陶瓷用來冷凝和收集水蒸氣。南四湖區的應用實驗數據分析表明，該構造具有較高的吸收陽光、雨水收集和凈化能力，應用前景廣闊。

關鍵詞：屋面構造；雨水收集；太陽能；玻璃；陶瓷

中圖分類號 TU245 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）05-121-03

隨著南四湖區經濟的發展，湖區居民對生活質量的要求日益提高。湖區水電等基礎設施建設施工難度大、耗資高，雨水收集凈化加熱屋面系統可以充分利用當地雨熱同期的氣候條件下的充足光熱和雨水資源，滿足當地居民取暖納涼、獲取熱水的需求。

屋頂作為維護房屋結構的重要部分，對建筑的使用空間起著遮蔽雨雪、保溫、隔熱及建筑美學等重要作用。雖然屋面能接受大量的太陽能和雨水，但這些資源沒有得到充分的利用。現在已有一些利用屋面太陽能的集熱裝置[1]，同時也有一些收集雨水的方法[2-3]，但尚未見同時收集太陽能和雨水并綜合加以利用的建筑構造的報道。屋面材料要求具有很好的耐久性，能夠長時間經受陽光照射、雨雪侵襲、冷熱沖擊以及大氣作用而不破壞，同時要求造價相對低廉。無機非金屬材料玻璃和陶瓷都是具有優良耐久性的材料，并且能夠與建筑結構同壽命。普通平板玻璃對以短波輻射為主的太陽光具有良好的透光性能，透射率為78%～82%，但對低溫物體發射的長波輻射具有較強的反射能力，從而形成溫室作用，利用此種溫室作用可將玻璃與陶瓷板間的空氣加熱至較高的溫度。未拋光的黑色陶瓷對陽光有較好的吸收性能，吸收率為92%。因此，玻璃和陶瓷是用于雨水收集凈化加熱屋面系統的理想材料。

1 組件構造

每一組件單元選用5mm建筑平板玻璃作為收集雨水和透光的材料。為了減輕結構重量，提高熱傳導的效率和施工效率，采用廣東蒙娜麗莎瓷磚廠新近研發出的超薄大尺寸瓷質磚作為吸收陽光和儲存雨水的材料。這種瓷磚厚度僅為5mm，單板尺寸可達到600mm×2 000mm，且抗折強度高。平板玻璃和瓷板構成的集水集熱單元剖面圖如圖1所示，平面圖如圖2所示。組件單元為長方體。從上至下由平板玻璃、黑色陶瓷吸光板、熱交換陶瓷板、底層陶瓷板和鋼筋混凝土5層將其分成4個室。從上至下分別是溫室、雨水室、蒸餾水室和空氣間層。其中雨水室和蒸餾水室上部聯通形成蒸汽通道，溫室和空氣間層均為密閉的獨立室。進雨水管從平板玻璃表面開孔，穿過溫室進入雨水室。進雨水管與溫室不聯通。在蒸餾水室左右兩側個有一個出熱水孔用于組件單元間的連接，引出生活用熱水。endprint