《建筑構(gòu)造 上冊(cè)》 課件 第9章 太陽(yáng)能采暖技術(shù)與建筑一體化設(shè)計(jì)

第9章太陽(yáng)能采暖技術(shù)與建筑一體化設(shè)計(jì)9.1我國(guó)太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀9.2適用于屋面的被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖技術(shù)9.3適用于屋面的主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖技術(shù)9.4太陽(yáng)墻技術(shù)9.5太陽(yáng)能采暖技術(shù)應(yīng)用案例分析9.1我國(guó)太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)太陽(yáng)能建筑的應(yīng)用研究始于20世紀(jì)70年代末。20世紀(jì)80年代，被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖技術(shù)取得重大發(fā)展，建成數(shù)百座太陽(yáng)能采暖示范建筑。20世紀(jì)90年代，太陽(yáng)能熱水器得到大力推廣和全社會(huì)的普遍認(rèn)可。如今，我國(guó)在太陽(yáng)能技術(shù)綜合應(yīng)用上有了長(zhǎng)足發(fā)展，建成了多座包含太陽(yáng)能光熱、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的建筑。太陽(yáng)能建筑的發(fā)展大體可分為三個(gè)階段：第一階段為被動(dòng)式太陽(yáng)房。通過(guò)建筑朝向和周圍環(huán)境的合理布置，建筑材料和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的恰當(dāng)選擇，使其在冬季能集取、保特、貯存、分布太陽(yáng)熱能，從而解決建筑物的采暖問(wèn)題；同時(shí)在夏季又能遮蔽太陽(yáng)輻射。被動(dòng)式太陽(yáng)房的主要形式是：太陽(yáng)窗式、集熱蓄熱墻式、附加溫室式、屋頂池式和對(duì)流回路式。第二階段為主動(dòng)式太陽(yáng)房。以太陽(yáng)能集熱器、管道、散熱器、風(fēng)機(jī)或泵以及貯熱裝置等組成的強(qiáng)制循環(huán)太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)，或與吸收式制冷機(jī)組成的空調(diào)和太陽(yáng)能結(jié)合的供暖系統(tǒng)。供暖系統(tǒng)主要有：熱風(fēng)集熱式供熱系統(tǒng)、熱水集熱式地板輻射采暖系統(tǒng)、太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)、地下蓄熱式供冷暖系統(tǒng)等。使用外部能源（通常是電）啟動(dòng)水泵或風(fēng)機(jī)。為五種基本形式：液體平板型集熱器式、空氣平板型集熱器式、集聚型集熱器式、熱泵式和太陽(yáng)能熱泵式。第三階段則發(fā)展利用光伏板等光電轉(zhuǎn)換方式為建筑物提供所需的全部能源，完全利用太陽(yáng)能就能滿足建筑供暖、空調(diào)、照明、用電等一系列功能要求的所謂“零能房屋”。9.2適用于屋面的被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖技術(shù)9.2.1直接受益式

陽(yáng)光直接加熱采暖房間，房間本身當(dāng)作一個(gè)包括有太陽(yáng)能集熱器、儲(chǔ)熱器和分配器的集合體。9.2.2

附加陽(yáng)光間式陽(yáng)光間是直接受益式和集熱蓄熱式的組合。注意處理好以下問(wèn)題：①陽(yáng)光間朝向以東南、南、西南向?yàn)橐耍虎陉?yáng)光間的玻璃應(yīng)選擇熱光比大的玻璃，并應(yīng)有較大的面積；③墻面應(yīng)采用對(duì)太陽(yáng)輻射熱吸收系數(shù)大的材料；④陽(yáng)光間上下通風(fēng)口尺寸應(yīng)適當(dāng)；⑤夜晚或無(wú)太陽(yáng)輻射時(shí)，應(yīng)關(guān)閉上下通風(fēng)口，避免室內(nèi)熱量的損失。9.2.3屋頂池式所謂屋頂池式，就是在屋頂上放置有吸熱和儲(chǔ)熱功能的貯水塑料袋或相變材料，其上設(shè)置可開(kāi)閉的蓋板，冬夏兼顧。冬季白天打開(kāi)蓋板，水袋吸熱，夜晚蓋上蓋板，水袋釋放的熱量以輻射和對(duì)流的形式傳到室內(nèi)。夏季工作情況與冬季相反。該形式適合冬季不太寒冷且緯度低的地區(qū)。因?yàn)榫暥雀叩牡貐^(qū)冬季太陽(yáng)高度角太低，水平面上集熱效率也低，而且嚴(yán)寒地區(qū)冬季水易凍結(jié)。另外系統(tǒng)中的蓋板熱阻要大，貯水容器密閉性要好。如果使用相變材料，熱效率可提高一些。9.3適用于屋面的主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖技術(shù)9.3.1空氣集熱式

空氣作為媒介，是被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖技術(shù)的基本思路，增加了需要?jiǎng)恿Φ娘L(fēng)機(jī)和引導(dǎo)氣流的風(fēng)管，有的還包括了儲(chǔ)熱部分，所以將其歸為主動(dòng)式設(shè)計(jì)手法。9.3.2液體集熱式一般用水做介質(zhì)，也可以使用高沸點(diǎn)油或防凍劑。9.4太陽(yáng)墻技術(shù)太陽(yáng)墻系統(tǒng)（又稱太陽(yáng)能全新風(fēng)供暖系統(tǒng)）屬于主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)。太陽(yáng)能全新風(fēng)供暖系統(tǒng)就是加熱室外新鮮空氣后由風(fēng)機(jī)輸入室內(nèi)，置換室內(nèi)污濁的空氣，起到供暖和換氣的雙重功效。它分為兩種類型：墻面型太陽(yáng)能全新風(fēng)供暖系統(tǒng)和屋頂型太陽(yáng)能全新風(fēng)供暖系統(tǒng)。圖9-6使用太陽(yáng)墻的住宅9.4.1太陽(yáng)墻系統(tǒng)的特點(diǎn)特點(diǎn)：

熱效率高；良好的新風(fēng)系統(tǒng)；不受房間朝向與時(shí)間的約束；經(jīng)濟(jì)效益好；應(yīng)用范圍廣。突出優(yōu)點(diǎn)：

低能耗高舒適度；有除塵功能；無(wú)需維護(hù)（面材由鋼板或鋁板制成，使用壽命在30年以上）；熱效率高（可將50%～80%的太陽(yáng)輻射能量轉(zhuǎn)化為可用的熱能）；適合各種建筑。9.4.2太陽(yáng)墻系統(tǒng)的性能、材料、構(gòu)造和工作原理屋頂型太陽(yáng)能全新風(fēng)供暖系統(tǒng)示意圖9.4.3系統(tǒng)運(yùn)行與控制在太陽(yáng)墻頂部和典型房間各裝一個(gè)溫度傳感器。冬季工況以太陽(yáng)墻頂部傳感器的設(shè)定溫度為風(fēng)機(jī)啟動(dòng)溫度﹙即送風(fēng)溫度﹚，房間設(shè)定溫度為風(fēng)機(jī)關(guān)閉溫度。當(dāng)太陽(yáng)墻內(nèi)空氣溫度達(dá)到設(shè)定送風(fēng)溫度且室內(nèi)溫度低于設(shè)定室溫時(shí)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)向室內(nèi)送風(fēng)；當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定室溫或太陽(yáng)墻內(nèi)空氣溫度低于設(shè)定送風(fēng)溫度時(shí)，風(fēng)機(jī)關(guān)閉停止送風(fēng)。夏季工況，當(dāng)太陽(yáng)墻中的空氣溫度低于傳感器設(shè)定溫度且室溫高于設(shè)定室溫時(shí)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)向室內(nèi)送風(fēng)；當(dāng)室溫低于設(shè)定室溫或室外溫度高于設(shè)定送風(fēng)溫度時(shí)，風(fēng)機(jī)停止工作。當(dāng)太陽(yáng)墻系統(tǒng)與其他采暖系統(tǒng)結(jié)合同時(shí)為房間供熱時(shí)，除在太陽(yáng)墻頂部和典型房間中安裝溫度傳感器外，在其他采暖系統(tǒng)（如熱水散熱器上）安裝溫控閥。太陽(yáng)墻提供熱量不夠的部分由其他采暖系統(tǒng)補(bǔ)足。常規(guī)能源系統(tǒng)在溫控閥的控制下根據(jù)室內(nèi)溫度變換供熱量的大小，達(dá)到節(jié)能效果。9.4.4屋頂型太陽(yáng)能全新風(fēng)供暖系統(tǒng)和建筑一體化設(shè)計(jì)安裝在屋頂上，并與屋頂坡面一體化設(shè)計(jì)。應(yīng)用于舊建筑的改造。AIA綠色建筑獎(jiǎng)的美國(guó)某住宅研究中心9.4.5太陽(yáng)墻的設(shè)計(jì)應(yīng)用1.設(shè)計(jì)思路2.太陽(yáng)墻板的安裝位置3.太陽(yáng)墻面積的確定4.模擬計(jì)算軟件1.設(shè)計(jì)思路（1）區(qū)域劃分（2）南向房間與太陽(yáng)墻的連接（3）北向房間與太陽(yáng)墻的連接（4）大面積房間與太陽(yáng)墻的連接（5）走廊、衛(wèi)生間等小面積空間的采暖2.太陽(yáng)墻板的安裝位置當(dāng)太陽(yáng)墻板面向南向20度方向時(shí)可以獲得最多的太陽(yáng)輻射熱。安裝在屋頂上的坡度應(yīng)在20度以上；經(jīng)常下雪的地區(qū)，安裝坡度應(yīng)不小于45度以便于積雪滑落。3.太陽(yáng)墻面積的確定具體步驟如下：（1）確定需要加熱的空氣量。就是所需供暖建筑物的空間體積。一般為1～2小時(shí)換一次空氣。按每2小時(shí)換一次空氣：面積×高/2。例如：使用面積100m2、凈高3m的建筑，它需要加工的空氣量為：100m2×3m/2h=150m3/h（2）選擇單位面積太陽(yáng)墻板通過(guò)的空氣量，確定溫度升高的范圍，一般取30～50m3/h·m2。（3）根據(jù)以上數(shù)據(jù)確定太陽(yáng)墻板的使用面積。需要加工的空氣量/單位面積太陽(yáng)墻板通過(guò)的空氣量=所需太陽(yáng)墻板使用面積。如上例：需要加工的空氣量為150m3/h，單位面積太陽(yáng)墻板通過(guò)的空氣量30～50m3/h.m2，由此得出：150/30=5(m2),150/50=3(m2)，即：太陽(yáng)墻板的選擇范圍在3～5m2之間。4.模擬計(jì)算軟件可以利用SWIFT99和RETScreen兩個(gè)節(jié)能模擬軟件對(duì)太陽(yáng)墻空氣集熱系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析。SWIFT99是太陽(yáng)墻國(guó)際應(yīng)用分析工具，主要用來(lái)模擬使用太陽(yáng)墻系統(tǒng)后的節(jié)能量，使用當(dāng)?shù)刂饡r(shí)或逐月的氣象參數(shù)進(jìn)行模擬。RETScreen是使用Excel宏工具開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)墻相關(guān)特性分析軟件，需要使用月平均氣象參數(shù)。9.5太陽(yáng)能采暖技術(shù)應(yīng)用案例分析9.5.1太陽(yáng)墻在綠色學(xué)生公寓中的應(yīng)用1.有利于利用太陽(yáng)能的建筑設(shè)計(jì)2.利用太陽(yáng)墻系統(tǒng)采暖圖9-16梅園一號(hào)生態(tài)公寓實(shí)景圖9-17梅園1號(hào)生態(tài)公寓區(qū)位圖圖9-18太陽(yáng)墻板9.5.2太陽(yáng)墻在某辦公樓節(jié)能改造中的應(yīng)用太陽(yáng)墻的優(yōu)化及聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)圖9-30改造前外觀圖9-31改造后外觀太陽(yáng)墻板在屋面上的布置太陽(yáng)墻施工詳圖9.5.3裝配式建筑中太陽(yáng)墻復(fù)合墻板的設(shè)計(jì)應(yīng)用圖9-44改進(jìn)的新型太陽(yáng)墻新型墻板應(yīng)用立面圖及剖面大樣圖①鋁合金立柱（豎向龍骨）；②鋁合金橫梁（橫向龍骨）；③自攻螺釘1；④自攻螺釘2；⑤連接角碼；⑥結(jié)構(gòu)密封膠；⑦雙面貼；⑧自攻螺釘3；⑨鋼化中空玻璃；⑩耐候密封膠后襯泡沫棒；?耐候密封膠；?夾心巖棉板（或貼面大理石板或鋁合金）；?窗框；?窗扇；?巖棉防火阻隔材料本章小結(jié)1.太陽(yáng)能建筑的發(fā)展大體可分為三個(gè)階段：被動(dòng)式太陽(yáng)能、主動(dòng)式太陽(yáng)能、零能耗建筑。2.適用于屋面的被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖技術(shù)的形式：直接受益式；附加陽(yáng)光間式；屋頂池式。3.適用于屋面的主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖技術(shù)的幾種基本形式：空氣集熱式；液體集熱式。4.太陽(yáng)墻的優(yōu)點(diǎn)：低能