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1、1TRIZTRI在特朗勃集热墙设计中的应用理论在特朗勃集热墙设计中的应用陈卓辰陈卓辰 （1.西安建筑科技大学，西安 710000）摘要：目的摘要：目的 针对传统特朗勃集热墙在经济性差，能源利用率低的问题，基于 TRIZ 原理，对特朗勃墙体进行改进设计。方法方法 分析特朗勃墙体存在的问题与理想解，通过归纳出主要矛盾再参照标准工程参数形成标准化的矛盾矩阵，运用空间维数变化原理、物理或化学参数改变原理、机械系统替代原理、分割原理对集热墙的构造进行改进设计。结果结果 TRIZ 创新理论能为特朗勃的构造改进设计提供切实可行的操作方法， 从标准化的分析问题到解决问题的有着良好的内在逻辑性，最后得出的改进设
2、计能有效提升其功能单一、冬季蓄热效果越好，夏季越容易出现过热反应、外观不协调的问题，从而达到提高特朗勃墙体太阳能利用率和经济性的目的。关键词：关键词：TRI；特朗勃墙；理想解；发明原理The Application of TRIZ Theory in the Design of Trombe Wall Chen Zhuo-chen （Xian University Of Architecture And Technology,Xian,710000,China Abstract: Objective In view of the traditional Trombe collector wal
3、l in the economy, the problem of low energy utilization rate, based on the TRIZ, improved the design of the Trombe wall. According to TRIZ innovation theory，it analyzes the existing problems in Trombewall and ideal final re-sult，it summarizes the main contradiction and forms a standardized referring
4、 to standard engineering parameters，finally using the four principle of TRIZ， namely moving to a new dimension，theory of physical or chemical parameters,mechanical system substitution principleand and division to improved design of the structure of heat collecting wall. Can provide a feasible method
5、 for the construction of Trombe design and improvement of TRIZ innovation theory, analysis the problem from the standard to solve the problem with the inner logic of the good, the improved design can effectively improve the function of a single, winter heat effect is better, more prone to overheatin
6、g, summer appearance coordination problems in order to improve the efficiency and economy, the purpose of the use of solar energy Trombe wall. Key word: TRIZ theory;Trombe wall;ideal final result;Theory of invention引言引言：目前国内城市化进程仍在快速增长，建筑能耗占全社会总能耗的 33%，可以折 算成 11 亿吨标准煤，如此大的比重，使建筑能耗成为我国经济发展的软肋，所以对建筑部
7、品进行节能改造设计是有必要的。建筑外墙的热工性能一直是建筑性能的重要组成部分， 外墙约占到建筑总传热量的 40%左右1。节能墙体中具有代表性的特朗勃集热墙是一种依 靠墙体的独特构造设计，无机械动力、无传统能源消耗、仅仅依靠被动式收集太阳能为建 筑供暖的集热墙体。传统的集热墙改进设计是通过提高材料的保温隔热性能和改善墙体的 构造来实现，这很大程度的依赖了材料科学的进步发展，前苏联发明家、教育家根里 奇阿奇舒勒和他的研究团队，通过分析大量专利和创新案例总结出来的 TRI提出了 完整的创新方法，它可以帮助人们有效的打破固定思维，这对特朗勃集热墙的改进设计具 有重要的启示作用。21 1 TRIZTRI
8、及特朗勃墙体概述理论及特朗勃墙体概述1.11.1 TRIZTRI概述理论概述 TRI直译是“发明问题解决理论”，国内也形象的翻译为“萃智”或者“萃思”， 是一套以人为导向的知识系统的系统化创新问题解决方法，对待造成设计问题的冲突，它 不是采取传统折衷或妥协的做法，而是希望移除冲突，获得最终的理想解2。TRI 应用范围越来越广，由原来擅长的工程技术领域分别向自然科学、社会科学、管理科学等 领域发展。 TRIZ 认为在发明过程中遇到了矛盾冲突应首先使用标准化的语言进行技术系统分析， 再通过基于人类创新经验和大量专利的基础之上提炼出 39 个工程参数、40 条创新原理解 决矛盾冲突，以此来达到优化产
9、品功能的目的3。实践证明，运用 TRI，可大大加 快研发者创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。 1.21.2 特朗勃墙体的原理特朗勃墙体的原理 特朗伯墙由法国太阳能实验室主任 FelixTrombe 教授及其合作者首先提出并实验成功 的，故通称为 Trombewall（特朗伯墙）。特朗伯墙在冬、夏两季以及白天、夜晚的工作运 行原理及要求均有所差别。在均有太阳的条件下，夏季日间，玻璃窗的顶部和底部的通风 孔均开启，玻璃与绝热层之间的空气受太阳辐射加热上升，由顶部通风孔流出，冷空气则 由底部通风孔进来，在此空气间层保持空气流动，避免温室效应造成的热空气在间层处聚 积；冬季白天，将外窗关闭，在
10、集热墙与外层玻璃之间出现温室效应，薄片间层的空气被 加热，通过集热墙顶部与底部的通风孔可以向室内对流供暖。；图 1 为特朗伯墙在冬、夏 季节白天的工作原理。通过对辽宁省大连农村地区采用集热蓄热墙的被动式太阳房进行实 测，表明太阳房室内温度在夏季比对比房低 5，冬季高 94。图 1 特朗勃墙的工作原理Fig.3 Working principle of Trombe wall32 2 特朗勃墙的特朗勃墙的理想解分析理想解分析2.12.1 理想解理想解最终理想解（IRF，Ideal Final Result）在解决问题的前期，首先抛开各种客观限制 条件，通过理想化来定义问题，以明确理想解所在的方向
11、和位置，保证解决问题的过程中 是沿着正确的方向前进并得到最终理想解，因而规避了传统的创新发明问题中缺失明确目 标的弊处，提升了创新设计的效率5。理想解具有 4 个特点：（1）消除了原系统的不足 之处；（2）保持原系统的优点；（3）没有使系统变得更复杂（使用空闲资源或可用资源） ；（4）没有引入新的缺陷6。在研发的过程中，将理想解规范的描述出来可以帮助设计 者从传统思维定势的局限中跳出来，并且定好理想解所在的位置与方向，从而提高创新设 计的效率。2.22.2 特朗勃墙体的理想解特朗勃墙体的理想解特朗勃墙体理想解的分析应遵循以下 5 个步骤：（1）设计的最终目的是什么？改善特 朗勃墙体功能单一、外
12、观形式千篇一律与环境不协调、热效率低下的问题；（2）理想解是 什么？功能配置合理、形式有魅力与整体环境协调、热效率提高的特朗勃墙体；（3）实现 理想解的障碍是什么？墙体需保证其维护功能，不容易改造、外窗形式传统、墙体厚重与 轻薄要视建筑所在地区而定等；（4）出现这种障碍的结果是什么？特朗勃墙体经济性差， 不容易融入到这个环境，冬季采暖效果越好，夏季越容易出现过热现象、与直接受益窗相 比，相同的集热面积，它对房间的得热量只有直接受益式的五分之一；（5）不出现这种障 碍的结果是什么？7特朗勃墙体各部分功能协调、可以做到即使冬季蓄热效果好，夏季室 温也能相对凉爽、热效率提高、形式美观，适应场地环境。
13、 从上述分析可以看出，对于公告栏理想解的描述已经可以明确创新需解决的主要问题 和设计需达到的目标，但仅限于与技术无关的语言描述，具体的解决方法还需进一步通过 TRI确定所面临的矛盾，才能为概念方案设计提供创新思路。3 3 运用运用 TRIZTRIZ 原理的特朗勃墙设计原理的特朗勃墙设计3 3.1.1 TRIZTRIZ 问题求解过程问题求解过程 任何问题的解决过程都包括问题分析和问题解决两部分，TRIZ 创新理论为问题的分析 和解决提供了明确的操作步骤：（1）描述和定义设计要解决的特定问题；（2）根据 TRI提供的 39 个参数，将需要解决的特殊问题转化为类似的一般问题；（3）应用 40 条发
14、明原理求得一般问题的解决方法；（4）依据类似的一般解决方法解决具体创新中的特定问题，见图 2.TRIZ 这种将问题从特殊到一般的方法，充分反映出求解过程的严谨性和科学性。43 3.2.2 特朗勃墙的矛盾矩阵特朗勃墙的矛盾矩阵 为了科学地运用发明原理，TRI将 39 个工程参数与 40 条发明原理相对应形成了 矛盾矩阵8。矩阵由 40 行和 40 列组成，除第 1 行和第 1 列的序号外，其余 39 行与 39 列 分别表示恶化地工程参数和改善地工程参数，矩阵空格中地序号则是 40 条发明原理中被推 荐解决该矛盾地发明原理。依据理想解的分析，特朗勃墙体的设计主要有 3 个方面的矛盾，参照矩阵列表
15、可以将 其转换成 3 组标准化的矛盾参数：（1）冬天墙体集热性能好与夏天室内温度高的矛盾对应 改善温度参数 No.21 和恶化能量损参数 No.22；（2）功能单一与墙体构造复杂的矛盾对应 改善适应性与多用性参数 No.35 和装置的复杂性 No.36；（3）特朗勃墙体与周边环境协调 的矛盾对应改善形状参数 No.12 和恶化静止物体的重量参数 No.2；图 3 特朗勃墙的矛盾矩阵Fig.3 The confict matrix of Trombe wall3 3.3.3 特朗勃墙的设计求解特朗勃墙的设计求解 通过对图 3 特朗勃墙体矛盾矩阵的分析得知， 上述 1-3 组矛盾主要是在建筑中的集
16、热 墙创新应着力解决的问题， 从矩阵中对应选取适用的发明原理就能促进集热墙的改进设计。 （1）改善温度参数 No.21 和恶化能量损参数 No.22 选取 No.17 空间维数变化原理和 No.35 物理或化学参数改变原理；（2）改善适应性与多用性参数 No.35 和装置的复杂性 No.36 对 应的创新原理中选取 No.28 机械系统替代原理；（3） 改善形状参数 No.12 和恶化装置的 复杂性 No.36 对应的创新原理中选取 No.1 分割原理；No.1 空间维数变化原理要求利用给 定表面的反面，其应用在特朗勃墙的改进设计是将原本的外窗更改成百叶窗形式，通过让 其逆转，达到反面也可以被利用的目的，No.35 物理或化学参数改变原理的应用是将百叶 帘一面附着高吸收涂层，另一面附着高反射涂层。经上述改进措施，在夏天日间将高反射 涂层的一面向阳，在冬季日间将高吸收涂层的一面向阳，实现冬季采暖效果更好，夏
