太陽能墻體的實(shí)驗(yàn)研究

符媛媛

【摘 要】本文首先介紹太陽墻的工作機(jī)理，并以兩個(gè)相同的辦公室作為實(shí)驗(yàn)測試平臺，研究太陽能墻體與傳統(tǒng)保溫墻體的保溫隔熱特性，實(shí)驗(yàn)表明，在冬季設(shè)置太陽墻能更有效地提高室內(nèi)熱舒適性。

【關(guān)鍵詞】太陽墻；鋁幕墻板；外墻外保溫；節(jié)能

0 引言

隨著社會的飛速發(fā)展，社會能耗也大幅增加，目前建筑耗能占中國商品能源消耗的30%，并且仍有上升之勢，而中國現(xiàn)有的大型建筑95%都是高能耗的，其中空調(diào)采暖耗能幾乎占了建筑耗能的70%。因此，節(jié)能技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用是市場的剛性需求，目前節(jié)能技術(shù)在大部分建筑中主要體現(xiàn)在對維護(hù)結(jié)構(gòu)墻體的研究上，傳統(tǒng)的做法是保溫材料與墻體結(jié)合施工，形式有：外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫和夾心保溫的做法，以外墻外保溫的做法最為普遍，然而傳統(tǒng)的墻體節(jié)能做法對冬冷夏熱地區(qū)的房間的熱舒適性改善程度并不顯著。歐美國家率先提出將太陽能這種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、無污染的可再生能源引入到建筑領(lǐng)域，一種稱之為太陽墻的技術(shù)迅速推廣，太陽能和建筑一體化的應(yīng)用技術(shù)已成為建筑節(jié)能技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展趨勢。

1 太陽墻系統(tǒng)工作原理

太陽墻系統(tǒng)的工作原理是利用太陽墻板作為集熱系統(tǒng)將室外新鮮空氣加熱，然后再由鼓風(fēng)機(jī)泵入室內(nèi)，置換室內(nèi)污濁空氣，起到供暖和換氣的雙重功效。太陽墻板作為太陽墻系統(tǒng)的核心組件，通常是由1～2mm厚的鋼板或鋁板構(gòu)成，外側(cè)鍍上一層具有強(qiáng)烈吸收太陽熱、阻礙紫外線，熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)80%的高科技涂層，能最大限度地將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能。太陽墻理想的安裝方位是南向及南偏東西20°以內(nèi)，坡屋頂也是設(shè)置太陽墻的理想位置。

2 實(shí)驗(yàn)方法及原理

太陽墻技術(shù)既可以在冬季為建筑輸送熱風(fēng)，又能在炎熱的夏季為建筑遮擋強(qiáng)烈的陽光，還可以節(jié)約玻璃幕墻的安裝費(fèi)用，可謂一舉多得。本文對兩個(gè)完全一樣的辦公室，一個(gè)按傳統(tǒng)方法做外墻外保溫，一個(gè)采用鋁幕墻板，在朝南方向做太陽墻，測試冬季和夏季時(shí)，兩種墻體節(jié)能做法，哪種更有優(yōu)勢。

按傳統(tǒng)的外墻外保溫做法有很多，本實(shí)驗(yàn)采取外掛式外墻保溫，保溫材料選擇擁有良好物理性能和較低成本的聚苯板，用1：3的水泥砂漿將聚苯板粘貼在外墻表面，然后涂抹抗裂砂漿，并在砂漿中加入玻璃纖維網(wǎng)格布制成的保護(hù)層，最后在保溫層上做層裝飾面。此種保溫節(jié)能原理適用于冬夏季，原理也簡單明了。

這種傳統(tǒng)的外墻外保溫做法優(yōu)點(diǎn)是：可以緩解室內(nèi)溫度因室外溫度變化而變化的情形，提高居住人群的舒適度，施工原理、工藝較簡單，并且對建筑墻體起到了保護(hù)作用，降低外界自然因素對建筑墻體結(jié)構(gòu)的破壞以及變形裂縫的影響，從而提高建筑物的耐久性。但缺點(diǎn)：保溫材料的使用年限較短，對施工質(zhì)量要求較高。

本實(shí)驗(yàn)中的太陽墻，在建筑墻體外表面粘貼保溫層，仍然選擇聚苯板，然后用鋼骨架設(shè)置一道空腔，并在內(nèi)部設(shè)置進(jìn)出水管道，將進(jìn)出水管道沿迂回S形路線布置，目的是為了讓管道中的水在空腔中滯留時(shí)間較長而升溫，最后外側(cè)采用鋁幕墻板作為太陽能建筑外墻，鋁幕墻板上面開有小孔道，空腔與房間內(nèi)部上方的通風(fēng)系統(tǒng)管道相連，管道中設(shè)有風(fēng)機(jī)，用于置換空氣。

冬季，白天室外空氣通過下方小孔道進(jìn)入空腔，在流動過程中獲得板材吸收的太陽輻射熱，受熱壓作用上升，進(jìn)入建筑物的通風(fēng)系統(tǒng)，然后由管道分配到房間，并且進(jìn)水管的冷水通過在板材內(nèi)循環(huán)流動過程中也吸收熱能，轉(zhuǎn)變成生活熱水。夏季，風(fēng)扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)，室外熱空氣可從太陽墻板底部及孔道進(jìn)入，從上部和周圍孔道流出，熱量不會進(jìn)入室內(nèi)，并且水管道中的冷水也可帶走墻板熱量，轉(zhuǎn)化為可用的生活熱水，起到降低墻面溫度的作用。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本文針對武漢地區(qū)冬季和夏季，兩種辦公樓的室內(nèi)外溫度進(jìn)行了測試對比，從0點(diǎn)開始，每兩小時(shí)測試一次溫度，冬季測試結(jié)果為：室外溫度分別為-3℃；-3℃；-3℃；-2℃；-1℃；1℃；3℃；4℃；4℃；2℃；1℃；-2℃，平均溫度為0℃左右，最高溫度4℃，最低溫度-3℃。設(shè)置傳統(tǒng)保溫墻的室內(nèi)溫度分別為2℃；1℃；2℃；2℃；3℃；4℃；6℃；6℃；5℃；4℃；3℃；2℃，平均溫度為3.3℃左右，最高溫度6℃，最低溫度1℃。設(shè)置太陽墻的室內(nèi)溫度分別為5℃；3℃；4℃；5℃；7℃；10℃；15℃；20℃；16℃；10℃；7℃；6℃，平均溫度為9℃左右，最高溫度20℃，最低溫度3℃。從8：00-18：00的高峰使用期來看，室外平均溫度在2℃左右，傳統(tǒng)保溫墻的室內(nèi)平均溫度在4.7℃左右，太陽墻室內(nèi)平均溫度在13℃左右，由此可以看出，太陽墻可以有效地將室外平均溫度提高，并且比普通傳統(tǒng)保溫墻制熱效果好。

夏季測試結(jié)果為：室外溫度分別為26℃；25℃；26℃；26℃；28℃；32℃；37℃；38℃；34℃；31℃；28℃；27℃，平均溫度為29.8℃左右。設(shè)置傳統(tǒng)保溫墻的室內(nèi)溫度分別為28℃；28℃；28℃；29℃；30℃；31℃；32℃；32℃；32℃；31℃；30℃；29℃，平均溫度為30℃左右。設(shè)置太陽墻的室內(nèi)溫度分別為：25℃；25℃；25℃；26℃；27℃；29℃；31℃；33℃；32℃；30℃；27℃；26℃，平均溫度為28℃左右。從8：00-18：00的高峰使用期來看，室外平均溫度在33.3℃左右，傳統(tǒng)保溫墻的室內(nèi)平均溫度在31.3℃左右，太陽墻室內(nèi)平均溫度在30.3℃左右，由此可以看出，太陽墻可以在夏季時(shí)降低室內(nèi)溫度，比普通傳統(tǒng)保溫墻效果好，但仍應(yīng)采用空調(diào)制冷，才能達(dá)到人體的舒適度。

通過比較，太陽墻辦公室在冬季的集熱效果是非常好的。而在夏季也能有效隔熱，但如果要求滿足房間舒適性，仍應(yīng)空調(diào)制冷。因此，太陽墻建筑非常適合寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)的冬季制熱。

4 結(jié)語

本實(shí)驗(yàn)中的太陽墻系統(tǒng)與通風(fēng)、給水供水系統(tǒng)相結(jié)合，不但可以通過風(fēng)機(jī)、氣閥、管道將室外新鮮空氣來置換房間中的污濁空氣以及調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，還可以利用管道把加熱的自來水輸送到房間，這樣房間滿足了保溫、隔熱、供水三個(gè)方面的需要，這是太陽墻的獨(dú)特之處。該系統(tǒng)采用鋁幕墻板作為集熱系統(tǒng)，與建筑外墻裝飾部分合二為一，不僅降低了裝飾面層的造價(jià)，還能有效減少采暖費(fèi)用，降低環(huán)境污染。

通過實(shí)驗(yàn)研究，太陽墻系統(tǒng)冬季制熱效果好，適宜于“低能耗、高舒適度”的室內(nèi)環(huán)境，可廣泛應(yīng)用于各類建筑及翻新建筑，是一種極有發(fā)展空間和推廣價(jià)值的節(jié)能技術(shù)手段。太陽墻的熱舒適性還與太陽墻板材質(zhì)、面積、孔道數(shù)量、空腔間距、送風(fēng)口位置等很多因素有關(guān)，仍需更進(jìn)一步的研究。

【參考文獻(xiàn)】

[1]戚豹，康文梅.太陽墻技術(shù)在節(jié)能型建筑中的應(yīng)用[J].建筑節(jié)能.2008，36（5）：60-67.

[2]顧潔，黃俊，王曉博.多孔太陽墻結(jié)構(gòu)熱特性及應(yīng)用分析[J].可再生能源.2012-8，30（8）：20-23.

[3]楊晚生，崔俊杰.鋁幕墻板太陽能集熱器的性能研究[J].可再生能源.2016-2，34（2）：178-183.

[責(zé)任編輯：張濤]