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1、第十章： 太陽能利用 水 墻 水的比熱是4.18X103J/(kgK)，其他一般建筑材料如磚，混凝土，土坯，木材等比熱都在水的比熱的1/5左右，故用同質(zhì)量的水貯熱比其他材料貯存的熱量多，反過來要貯存一定的熱量，所用水比其他材料重量輕，這就是引起人們研究，發(fā)展水墻的主要原因。發(fā)展水墻的原因何在？ 水墻太陽能房示意圖如圖是早在20世紀(jì)70年代美國steve bear住房試驗的水墻太陽能房。水盛于鋼桶內(nèi)，外表有黑色吸熱層，放在向陽單層玻璃窗后。玻璃窗外設(shè)有隔熱蓋板，冬季白天放平可作為反射板，將太陽輻射能反射到鋼桶水墻上去，增加吸收熱，冬夜則關(guān)上，減少熱損失。夏季則相反，白天關(guān)上以減少進(jìn)熱，晚上打開，
2、以便向外輻射降溫。關(guān)于水墻的尺寸，顏色及材料的選擇： 1.尺寸：一般水墻的容積可按太陽房的窗的玻璃面積乘以30cm左右來進(jìn)行估算。 2.顏色：水墻容器表面的顏色以黑色最好，藍(lán)色和紅色容器的吸熱能力比黑色容器分別少5%-9%。 3.材料一般可用金屬和玻璃鋼制成。容器表面常做成螺紋的圓柱體，以增加剛度。 水幕太陽能墻:擺脫對空調(diào)的依賴 畫面左側(cè)為設(shè)置了循環(huán)流水系統(tǒng)的玻璃外墻，右側(cè)為太陽能外墻，墻上鋪滿鮮花和綠植 世博園阿爾薩斯案例館的水幕玻璃 位于浦西世博園“城市最佳實踐區(qū)”一角的阿爾薩斯案例館，被青枝綠葉覆蓋著，但這棟建筑最新奇的不是綠墻，而是“水幕太陽能墻”?！皦w”包括三個層面，外層為太陽能
3、電板和第一層玻璃，中間層為密閉艙，第三層為水幕玻璃。水幕太陽能墻向世人展示了一種建筑 本身具有的氣候調(diào)節(jié)機(jī)制，尤其適用于冬冷夏熱的地區(qū)。阿爾薩斯案例的原型是法國阿爾薩斯布克斯韋爾中學(xué)的太陽墻，在當(dāng)?shù)刂饕獞?yīng)用于冬季供暖。但考慮到上海夏季高溫潮濕的氣候特點，這一走進(jìn)“城市最佳實踐區(qū)”的案例又增添了夏季功能。太陽能水幕墻夏天運行時，密閉艙會打開。密閉艙中的空氣和沿著立面往下流的水幕相連，加上太陽能墻產(chǎn)生的陰影，起到給建筑降溫的效果。利用太陽能水幕墻的原理，可以在夏季有效降低室內(nèi)溫度，在冬季補充室內(nèi)溫度，極大地降低對空調(diào)的依賴。常規(guī)空調(diào)是不是不夠綠色環(huán)保？能否讓建筑具有自動調(diào)溫功能？在2010年上海世
4、博會上，來自法國阿爾薩斯的案例給出了一個肯定的答案。 充 水 墻 前面講的水墻是用鋼桶或鋼管或塑料管盛水作為儲熱物質(zhì)，與現(xiàn)砌特朗伯墻比，其優(yōu)點是，第一次投資減少，體積一定時儲熱容量較多，同時，采用較大的體積可能提高太陽能對年需熱量供應(yīng)的百分比。缺點是維修費較高，向墻內(nèi)側(cè)傳熱的延遲性較小，這是由于水有對流的緣故，致使室內(nèi)溫度較實心墻體時波動更大。 為了獲取實心墻與沖水墻兩者的優(yōu)點，研究人員進(jìn)行了大量試驗。最終確定采用總尺寸為1200mm2400mm250mm的混凝土水箱，箱壁厚為50mm，水盛在箱內(nèi)密封塑料袋內(nèi)，這種水墻稱為特朗伯墻。有的設(shè)計者認(rèn)為，將來這種墻應(yīng)再厚些增大儲熱量，以便在長時陰云天
5、氣時保持墻體溫度。 能適合這種設(shè)想的一種做法是，采用預(yù)制混凝土空心板作為載水墻，水就盛在裝于板空腔內(nèi)的薄塑料管里。有一種空腔直徑250mm，厚300mm的板，差不多占墻體積的一般都是水，與實心混凝土墻比，儲熱容量增加了約50%，比用混凝土墻空腔造價要少，又由于斷面50%是混凝土，故比金屬管沖水墻傳熱過墻的時間延遲較長，墻內(nèi)側(cè)溫度波動較小。由于儲熱容量增大，就能從太陽能獲取更多需要的熱量。 這種設(shè)想還需從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面進(jìn)一步研究，混凝土技術(shù)方面可能存在的問題是，外側(cè)表面與其相鄰的混凝土水內(nèi)表面之間會產(chǎn)生較陡的溫度梯度，最大溫度可能達(dá)到33度?？傊@種設(shè)想很值得進(jìn)一步研究。 附 加 陽 光 間
6、附加陽光間屬一種多功能的房間，除了可作為一種集熱設(shè)施外，還可以用來作為休息、娛樂、養(yǎng)花、養(yǎng)魚等的空間，是寒冬季節(jié)讓人們有如置身于大自然中的一種室內(nèi)環(huán)境，也是為其毗連的房間供熱的一種有效設(shè)施。 利用附加陽光間獲得太陽能 附加陽光間除最好能在墻面全部設(shè)置玻璃外，還應(yīng)在毗連主房坡頂部分加設(shè)傾斜的玻璃。這樣做可以大大增加集熱量，但傾斜部分的玻璃擦洗比較困難。另外，當(dāng)夏季時，如無適當(dāng)?shù)母魺岽胧?，陽光間內(nèi)的氣溫往往將變得過高。當(dāng)冬季時，由于玻璃墻的保溫能力非常差，如無適當(dāng)?shù)母郊颖卦O(shè)施，則日落后的室內(nèi)氣溫將會大幅度地下降。以上這些問題，必須在設(shè)計之前充分考慮，并應(yīng)提出解決這些問題的具體措施。附加陽光間有以
7、下優(yōu)點： 有附加陽光間的年度熱損失只相當(dāng)于無該陽光間的年度熱損失的一半； 附加陽光間的管理比特朗伯墻簡單； 可以種花卉、果樹，成為毗連種植溫室，同時還可曬衣物； 開闊視野，舒暢心情； 夏季可開創(chuàng)通風(fēng)，并設(shè)窗簾等遮陽物，防止直射熱。 我們針對北方農(nóng)村民居使用火炕采暖的傳統(tǒng)生活習(xí)慣，設(shè)計了一種新型太陽炕系統(tǒng)。利用太陽能低溫地板輻射采暖技術(shù)改造傳統(tǒng)火炕。在保持傳統(tǒng)火炕風(fēng)貌的同時，進(jìn)一步提高了采暖舒適度，消除了傳統(tǒng)火炕固有的一些缺陷，賦予了其新的內(nèi)涵，形成了一套太陽能采暖、熱水雙聯(lián)供系統(tǒng)。是一次利用新技術(shù)對傳統(tǒng)做法進(jìn)行承揚的新探索。 太陽炕系統(tǒng) 人居，生態(tài)，旅游獲得技術(shù)專項獎。對傳統(tǒng)火坑進(jìn)行了創(chuàng)新的改
8、造，創(chuàng)造了太陽坑這種農(nóng)村新型采暖方式，受到了專家的一致好評。人居，生態(tài)，旅游 傳統(tǒng)火炕一般將火炕與灶臺相連，以植物秸稈，茅草及少量的煤為燃料，通過與炕相連的灶炊事產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖龑?dǎo)到煙道中來加熱炕體，使炕表面溫度升高，以整個炕面作為散熱面均勻地向室內(nèi)輻射熱量而達(dá)到取暖效果。隨后，煙氣從設(shè)于炕體另一端的煙囪口排出。傳統(tǒng)火炕構(gòu)造簡單，施工方便，采暖效果好，深受人們的歡迎，是一種非常符合養(yǎng)生學(xué)的生態(tài)建筑做法。 太陽炕透視圖結(jié)合現(xiàn)代的地板輻射采暖技術(shù)對傳統(tǒng)火炕形式進(jìn)行再創(chuàng)新。 太陽能低溫地板輻射采暖是一種以可再生能源-太陽能作為熱源，通過敷設(shè)于地板中的盤管加熱地板，利用輻射和對流對房間進(jìn)行供暖的新型太
9、陽能采暖系統(tǒng)。因此，傳統(tǒng)的火炕建造理念與太陽能低溫地板輻射采暖技術(shù)結(jié)合，由太陽能作為主要能源，輔以沼氣等其他輔助能源，在保留傳統(tǒng)火炕采暖舒適性好等優(yōu)點的同時徹底克服了其存在的缺點，并增加了生活熱水供應(yīng)等新的功能，形成了一種新型的采暖系統(tǒng)-太陽炕系統(tǒng)。 太陽炕構(gòu)造示意圖 太陽炕是太陽炕系統(tǒng)的核心部件，由于太陽炕與低溫地板輻射采暖的設(shè)計原理相似，因此我們在低溫地板輻射采暖構(gòu)造的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)火炕的特點，進(jìn)行太陽炕的構(gòu)造設(shè)計。太陽炕下部架空，可避免傳統(tǒng)火炕因下部落地引起大量熱量向地面的散失以及地面寒氣的上升，同時可以作為儲藏空間使用。結(jié)構(gòu)層由傳統(tǒng)火炕的土坯改成混凝土預(yù)制板，一方面增加了結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度及耐久性，另一方面也大大減少了施工量節(jié)約了時間。在混凝土預(yù)制板上部，設(shè)有聚苯乙烯保溫層和錫箔反射層，主要作用是加強(qiáng)太陽炕的保溫性能，使熱量盡量向炕面方向輻射。太陽炕的發(fā)熱構(gòu)件熱水盤管敷設(shè)在結(jié)構(gòu)層中。結(jié)構(gòu)層采用泡沫水泥植物纖維復(fù)合板，該板是一種 新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫材料，在農(nóng)村就地取材即可預(yù)制，也可現(xiàn)場發(fā)泡。因此，安裝時可采用現(xiàn)場發(fā)泡的方式將太陽能熱水管固定結(jié)構(gòu)層中，施工速度快，保溫蓄熱效果好。
太陽能利用(被動式太陽能建筑
