太陽能墻體的實驗研究

符媛媛

【摘 要】本文首先介紹太陽墻的工作機理，并以兩個相同的辦公室作為實驗測試平臺，研究太陽能墻體與傳統保溫墻體的保溫隔熱特性，實驗表明，在冬季設置太陽墻能更有效地提高室內熱舒適性。

【關鍵詞】太陽墻；鋁幕墻板；外墻外保溫；節能

0 引言

隨著社會的飛速發展，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，而中國現有的大型建筑95%都是高能耗的，其中空調采暖耗能幾乎占了建筑耗能的70%。因此，節能技術在建筑工程中的應用是市場的剛性需求，目前節能技術在大部分建筑中主要體現在對維護結構墻體的研究上，傳統的做法是保溫材料與墻體結合施工，形式有：外墻外保溫、外墻內保溫和夾心保溫的做法，以外墻外保溫的做法最為普遍，然而傳統的墻體節能做法對冬冷夏熱地區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濟、實用、無污染的可再生能源引入到建筑領域，一種稱之為太陽墻的技術迅速推廣，太陽能和建筑一體化的應用技術已成為建筑節能技術的重點發展趨勢。

1 太陽墻系統工作原理

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

2 實驗方法及原理

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

按傳統的外墻外保溫做法有很多，本實驗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格布制成的保護層，最后在保溫層上做層裝飾面。此種保溫節能原理適用于冬夏季，原理也簡單明了。

這種傳統的外墻外保溫做法優點是：可以緩解室內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作用，降低外界自然因素對建筑墻體結構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：保溫材料的使用年限較短，對施工質量要求較高。

本實驗中的太陽墻，在建筑墻體外表面粘貼保溫層，仍然選擇聚苯板，然后用鋼骨架設置一道空腔，并在內部設置進出水管道，將進出水管道沿迂回S形路線布置，目的是為了讓管道中的水在空腔中滯留時間較長而升溫，最后外側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，空腔與房間內部上方的通風系統管道相連，管道中設有風機，用于置換空氣。

冬季，白天室外空氣通過下方小孔道進入空腔，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，進入建筑物的通風系統，然后由管道分配到房間，并且進水管的冷水通過在板材內循環流動過程中也吸收熱能，轉變成生活熱水。夏季，風扇停止運轉，室外熱空氣可從太陽墻板底部及孔道進入，從上部和周圍孔道流出，熱量不會進入室內，并且水管道中的冷水也可帶走墻板熱量，轉化為可用的生活熱水，起到降低墻面溫度的作用。

3 實驗結論

本文針對武漢地區冬季和夏季，兩種辦公樓的室內外溫度進行了測試對比，從0點開始，每兩小時測試一次溫度，冬季測試結果為：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℃。設置傳統保溫墻的室內溫度分別為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℃。設置太陽墻的室內溫度分別為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，傳統保溫墻的室內平均溫度在4.7℃左右，太陽墻室內平均溫度在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，并且比普通傳統保溫墻制熱效果好。

夏季測試結果為：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。設置傳統保溫墻的室內溫度分別為28℃；28℃；28℃；29℃；30℃；31℃；32℃；32℃；32℃；31℃；30℃；29℃，平均溫度為30℃左右。設置太陽墻的室內溫度分別為：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，傳統保溫墻的室內平均溫度在31.3℃左右，太陽墻室內平均溫度在30.3℃左右，由此可以看出，太陽墻可以在夏季時降低室內溫度，比普通傳統保溫墻效果好，但仍應采用空調制冷，才能達到人體的舒適度。

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，仍應空調制冷。因此，太陽墻建筑非常適合寒冷地區、夏熱冬冷地區的冬季制熱。

4 結語

本實驗中的太陽墻系統與通風、給水供水系統相結合，不但可以通過風機、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節室內溫度，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、供水三個方面的需要，這是太陽墻的獨特之處。該系統采用鋁幕墻板作為集熱系統，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，還能有效減少采暖費用，降低環境污染。

通過實驗研究，太陽墻系統冬季制熱效果好，適宜于“低能耗、高舒適度”的室內環境，可廣泛應用于各類建筑及翻新建筑，是一種極有發展空間和推廣價值的節能技術手段。太陽墻的熱舒適性還與太陽墻板材質、面積、孔道數量、空腔間距、送風口位置等很多因素有關，仍需更進一步的研究。

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[責任編輯：張濤]