雨水收集净化加热屋面系统研究

摘 要：介绍了一种新型的在钢筋混凝土屋面上利用玻璃和陶瓷材料收集、净化以及加热雨水的新型屋面构造。它由玻璃板面层、黑色陶瓷吸光层、普通陶瓷冷却层构成。其中，玻璃板用来收集雨水，并构成温室；黑色陶瓷板则用来接受太阳能辐射，并将其背面的雨水加热；底层陶瓷用来冷凝和收集水蒸气。南四湖区的应用实验数据分析表明，该构造具有较高的吸收阳光、雨水收集和净化能力，应用前景广阔。

关键词：屋面构造；雨水收集；太阳能；玻璃；陶瓷

中图分类号 TU245 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）05-121-03

随着南四湖区经济的发展，湖区居民对生活质量的要求日益提高。湖区水电等基础设施建设施工难度大、耗资高，雨水收集净化加热屋面系统可以充分利用当地雨热同期的气候条件下的充足光热和雨水资源，满足当地居民取暖纳凉、获取热水的需求。

屋顶作为维护房屋结构的重要部分，对建筑的使用空间起着遮蔽雨雪、保温、隔热及建筑美学等重要作用。虽然屋面能接受大量的太阳能和雨水，但这些资源没有得到充分的利用。现在已有一些利用屋面太阳能的集热装置[1]，同时也有一些收集雨水的方法[2-3]，但尚未见同时收集太阳能和雨水并综合加以利用的建筑构造的报道。屋面材料要求具有很好的耐久性，能够长时间经受阳光照射、雨雪侵袭、冷热冲击以及大气作用而不破坏，同时要求造价相对低廉。无机非金属材料玻璃和陶瓷都是具有优良耐久性的材料，并且能够与建筑结构同寿命。普通平板玻璃对以短波辐射为主的太阳光具有良好的透光性能，透射率为78%～82%，但对低温物体发射的长波辐射具有较强的反射能力，从而形成温室作用，利用此种温室作用可将玻璃与陶瓷板间的空气加热至较高的温度。未抛光的黑色陶瓷对阳光有较好的吸收性能，吸收率为92%。因此，玻璃和陶瓷是用于雨水收集净化加热屋面系统的理想材料。

1 组件构造

每一组件单元选用5mm建筑平板玻璃作为收集雨水和透光的材料。为了减轻结构重量，提高热传导的效率和施工效率，采用广东蒙娜丽莎瓷砖厂新近研发出的超薄大尺寸瓷质砖作为吸收阳光和储存雨水的材料。这种瓷砖厚度仅为5mm，单板尺寸可达到600mm×2 000mm，且抗折强度高。平板玻璃和瓷板构成的集水集热单元剖面图如图1所示，平面图如图2所示。组件单元为长方体。从上至下由平板玻璃、黑色陶瓷吸光板、热交换陶瓷板、底层陶瓷板和钢筋混凝土5层将其分成4个室。从上至下分别是温室、雨水室、蒸馏水室和空气间层。其中雨水室和蒸馏水室上部联通形成蒸汽通道，温室和空气间层均为密闭的独立室。进雨水管从平板玻璃表面开孔，穿过温室进入雨水室。进雨水管与温室不联通。在蒸馏水室左右两侧个有一个出热水孔用于组件单元间的连接，引出生活用热水。