太陽能利用(被動式太陽能建筑)

1、第十章第十章： 太陽能利用太陽能利用水墻水墻 水的比熱是水的比熱是4.18X103J/(kgK)，其他一般建筑材料，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，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，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。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？發(fā)展水墻的原因何在？水墻太陽能房示意圖水墻太陽能房示意圖如圖是早在如圖是早在20世

2、紀(jì)世紀(jì)70年代美國年代美國steve bear住房試驗的水墻太陽能房。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，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，以便向外輻射降溫。白天關(guān)上以減少進(jìn)熱，晚上打開，以便向外輻射降溫。關(guān)于水墻的尺寸，顏色及材料的選擇：關(guān)于水墻的尺

3、寸，顏色及材料的選擇： 1.尺寸：一般水墻的容積可按太尺寸：一般水墻的容積可按太陽房的窗的玻璃面積乘以陽房的窗的玻璃面積乘以30cm左右來左右來進(jìn)行估算。進(jìn)行估算。 2.顏色：水墻容器表面的顏色以顏色：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，成。容器表面常做成螺紋的圓柱體，以增加剛度。以增加剛度。水幕太陽能墻水幕太陽能墻:擺脫對空調(diào)的依賴擺脫對空調(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

4、上鋪滿鮮花和綠植畫面左側(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世博園阿爾薩斯案例館的水幕玻璃 位于浦西世博園位于浦西世博園“城市最佳實踐區(qū)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，而是筑最新奇的不是綠墻，而是“水幕太陽能墻水幕太陽能墻”?！皦w墻體”包括三個層面，外層為太陽能電板和包括三個層面，外層為太陽能電板和第一層玻璃，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

5、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(diǎn)，這一走進(jìn)的氣候特點(diǎn)，這一走進(jìn)“城市最佳實踐區(qū)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(yùn)的案例又增添了夏季功能。太陽能水幕墻夏天運(yùn)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)生行時，密閉艙會打開。密閉艙中的空

6、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(bǔ)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？能度，在冬季補(bǔ)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？在否讓建筑具有自動調(diào)溫功能？在2010年上海世博會上，來自法國阿爾薩斯的案例給出了一年上海世博會上，來自法國阿爾薩斯的案例給出了一個肯定的答案。個肯定的答案。充水墻充水墻 前面講的水墻是用鋼桶或鋼管或塑料管盛水作為儲

7、熱物質(zhì)，與現(xiàn)砌特朗伯墻比，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(diǎn)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其優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是維修費(fèi)較高，向墻內(nèi)側(cè)傳熱的延遲性較提高太陽能對年需熱量供應(yīng)的百分比。缺點(diǎn)是維修費(fèi)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。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(diǎn)，研究人員進(jìn)行了大量試驗。最終確定采用為了獲取實心

8、墻與沖水墻兩者的優(yōu)點(diǎn)，研究人員進(jìn)行了大量試驗。最終確定采用總尺寸為總尺寸為1200mm2400mm250mm的混凝土水箱，箱壁厚為的混凝土水箱，箱壁厚為50mm，水盛在箱內(nèi)密，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，以便在長時陰云天氣時保持墻體溫度。熱量，以便在長時陰云天氣時保持墻體溫度。 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。有一種空腔直徑于板

9、空腔內(nèi)的薄塑料管里。有一種空腔直徑250mm，厚，厚300mm的板，差不多占墻體積的板，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，比用混凝土墻空腔造價要少，又由于斷面要少，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)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。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這

10、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)到可能達(dá)到33度?？傊@種設(shè)想很值得進(jìn)一步研究。度。總之這種設(shè)想很值得進(jìn)一步研究。附加陽光間附加陽光間 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

11、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。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，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

12、無適當(dāng)?shù)母郊颖卦O(shè)施，則日落后的室內(nèi)氣溫將會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。的具體措施。附加陽光間有以下優(yōu)點(diǎn)：附加陽光間有以下優(yōu)點(diǎn)： 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；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；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；可以種花卉、果樹，成為毗連

13、種植溫室，同時還可曬衣物； 開闊視野，舒暢心情；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。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)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，形成統(tǒng)火炕固有的一些缺陷，賦予了其新的內(nèi)涵，形

14、成了一套太陽能采暖、熱水雙聯(lián)供系統(tǒng)。是一次利用了一套太陽能采暖、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(yáng)的新探索新技術(shù)對傳統(tǒng)做法進(jìn)行承揚(yáng)的新探索。 太陽炕系統(tǒng)太陽炕系統(tǒng)人居，生態(tài)，旅游人居，生態(tài)，旅游獲得技術(shù)獲得技術(shù)專項獎。專項獎。對傳統(tǒng)火坑進(jìn)行了創(chuàng)新的改造，對傳統(tǒng)火坑進(jìn)行了創(chuàng)新的改造，創(chuàng)造了創(chuàng)造了太陽坑太陽坑這種農(nóng)村新型采暖這種農(nóng)村新型采暖方式，受到了專家的一致好評。方式，受到了專家的一致好評。人居，生態(tài)，旅游人居，生態(tài)，旅游傳統(tǒng)火炕一般將火炕與灶臺相連，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)燃料，通過與炕

15、相連的灶炊事產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖龑?dǎo)到煙道中來加生的高溫?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，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)生們的歡迎，是一種非常符合養(yǎng)生學(xué)的生態(tài)建筑做法。學(xué)的生態(tài)建筑做法。太陽炕透視圖太陽炕透視圖結(jié)合現(xiàn)代的地板結(jié)合現(xiàn)代的地板輻射采暖技術(shù)對輻射采暖技術(shù)對傳統(tǒng)火炕形式進(jìn)傳統(tǒng)火炕

16、形式進(jìn)行再創(chuàng)新。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，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)行供暖的新型太陽能采暖系利用輻射和對流對房間進(jìn)行供暖的新型太陽能采暖系統(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等其他輔助能源，在保留傳統(tǒng)火炕采暖舒適性好等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)的同時徹底克服了其存在的缺

17、點(diǎn)，并增加了生活熱點(diǎn)的同時徹底克服了其存在的缺點(diǎn)，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)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)太陽炕系統(tǒng)。太陽炕構(gòu)造示意圖太陽炕構(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(diǎn)，進(jìn)行輻射采暖構(gòu)造的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)火炕的特點(diǎn)，進(jìn)行太陽炕的構(gòu)造設(shè)計。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。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，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，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