太阳能利用技术-学习情境四.ppt

1、,学习情境四,被动式太阳房的施工、运行与维护,使学生掌握被动式太阳房的分类和特点，掌握被动式太阳房原理、施工和调试的方法，提高被动式太阳房热效率。,学习目标,一、太阳房的原理与类型 （一）原理 当通过屋顶最高处的玻璃板时，空气温度被大幅度抬升，将通气层内的热空气吸过来聚焦到热气通道里，然后通过控制箱送到地板下面贮存起来，并从靠墙的地板风口流出来，太阳下山后，风扇会自动停止转动，控制箱内的风门会自动关闭，避免室外的冷空气流入室内，贮存在地板下的热量也慢慢释放出来，使室温下降速度减慢，使房屋尽可能多的吸收并保存太阳能，从而达到取暖的效果。 （二）类型 主动太阳房、被动太阳房、热泵式太阳能采暖系统

2、1.主动太阳房 组成：主动式太阳房一般由集热器、传热流体、蓄热器、控制系统及适当的辅助能源系统构成。,2.被动式太阳房 被动式太阳房是指靠冬季太阳高度角低的自然特点，以房屋结构本身实现集热、储热和释热功能的采暖建筑，从本质上说，它是强调利用太阳能的节能建筑。 特点：1）不需要安装复杂的太阳能集热器 2）不用循环动力设备 3）简易可行、造价低 缺点：1）人为的主动调节性差 2）遇上连续坏天气时，可能要采用一些辅助能源补助 3）早、中、晚室内温差很大 分类：直接受益式、集热蓄热墙式、附加温室（阳光间）式、利用屋顶进行集热和储热式、自然循环（热虹吸）式,3.热泵式太阳能采暖系统 （1）热泵 A.概念

3、 热泵是一种反向使用的制冷机。它的热能大部分是来自周围环境，只有一部分是由电能转变而成。以花费少量电能作为代价，将低温环境的热能转移到温度较高的环境中，因此称为热泵。,制冷介质通过压缩机而升压和升温。进入冷凝器将热量放出，高压气体凝结成高压液体。然后通过节流阀，成为低压液体进入蒸发器，液体吸收热量迅速蒸发成为低压气体，再进入压缩机形成周而复始的循环。,热泵性能好坏以消耗每单位机械功对高温区所能供给的热量为衡量，它的性能系数可用下式表示： 在理想循环（卡诺循环）中，此性能系数与温度差成反比：,（2）太阳能热泵采暖系统 太阳能热泵采暖系统时利用集热器进行太阳能低温集热（1020），然后通过热泵，将

4、热量传递到温度为3050的采暖热媒中去。 A.直接式太阳能热泵 将太阳集热器作为热泵系统中的蒸发器，换热器作为冷凝器，这样，就可以得到较高温度的采暖热媒，这种采暖系统叫做直接式太阳能热泵。,B.间接式太阳能热泵 太阳能集热器与热泵联合组成，叫做间接式太阳能热泵。,二、被动式太阳房的几种主要形式,（一）直接受益式 右图是直接受益式太阳房的集热、储热和释热过程。 从图中可以看出，太阳 光穿过南向窗直接射入 室内，加热室内空气、 内墙和地面。当夜晚房 间室温开始下降时，储 存在墙体和地面的热量 释放出来，使室内温度 维持在一定的水平，达 到供暖目的。,（二）集热蓄热墙式 集热蓄热墙式太阳房通常是在南

5、向设有带玻璃外罩的集热墙。,（三）附加温室（阳光间）式 这种太阳房是在南墙外再设一个阳光空间。,（四）利用屋顶进行集热和储热式,（五）自然循环（热虹吸）式,三、被动式太阳房的设计 （一）建筑设计的一般原则 1.位置 建造太阳房的场地应选择在冬至日上午9时至下午3时能接收到大部分阳光的地方。在确定建房精确位置时，须结合室外空间布局，并将太阳房建在这块空间的北部。太阳房在南面房屋之间应保持一定间距，以确保冬季不挡光为原则。 2.形状和方位 1）平面形状,2）立面形状 A.对于面积不大，房间不多的太阳房，常采用平面屋顶或坡屋顶。 B.对于面积大、房间多的太阳房，若东西向发展受限制，可从平面组合 和温

6、度分区需要出发，将一些主要房间沿南墙布置，而将附属房间沿北墙布置。 3）方位和朝向 以正南为标准，在南偏东15、南偏西15的范围内都是较好地朝向。 4）尽量增加太阳能集热器 在结构抗震和安全允许的条件下，从增大太阳能集热量考虑，应加大南窗和集热墙的面积；避免南向遮挡阳光；房间进深不宜过深，最好不超过5m；采用含铁量低、透过率高的玻璃。,5）太阳房北侧 A.首先要做好北墙自身的围护保温 B.尽可能降低北侧房间的屋高，把横剖面设计成向北侧地面倾斜的坡面形式。这样不但可使太阳房北侧热损失减少，同时也缩短了冬季房屋投下的阴影。 C.可在庭院北侧修建挡风墙，还可在北墙外侧堆起斜土台。 （二）建筑构件设计

7、 1.集热形式的选择 A.直接受益式建筑结构简单，热效率较高，适用于要求白天温升较快的房间和白天使用较多的房间，如起居室、教室、办公室等，如果保温隔热做得好，也可用于住宅居室。 B.集热蓄热墙式和附加阳光间式相对温升比较平缓，造价较高，因此常和直接受益式配合使用。,2.南向窗（墙）设计要点 （1）直接受益式 南向受益窗的面积应足够大，应能满足采暖期60%80%的热量要求。试验表明，南向窗墙比的加大有利于降低采暖能耗，这说明南向外窗是净得热构件。在建筑结构允许的条件下应尽量加大。 不同气候条件西安南窗面积的设计可参加下表。,A.南窗玻璃层数 推荐采用双玻璃设计，以降低夜间或无日照时的热量损失。采

8、暖季不同月份不同玻璃层数的平均窗效率见下表。双层玻璃间空气层厚度应控制在1.52cm，窗墙结合部和开启窗周边应采取密封措施，为防止冬季热量散失或夏季过热，应设计保温帘、百叶帘、竹板帘等。,（2）集热蓄热墙式 A.面积：集热蓄热墙面积取决于气候条件、地理纬度和南立面结构。下表给出不同气候条件下集热蓄热墙面积估算表。设计的集热蓄热墙面积应能满足采暖期60%80%的热能需求。,B.厚度 集热蓄热墙体厚度如下表。表中所列数值适于冬季晴朗天气，而且玻璃采用双层。如采用混合型设计，采用砖作为集热墙体，可取一砖长（24cm）作为集热蓄热墙体。 C.集热墙外表面处理 墙体外表面涂料颜色宜采用深色，采用选择性吸

9、收涂层更好。有些地区为加快墙体对流传热速率，还在实体墙外增加一层金属板，有的表面涂黑可增加得热量；有的做成百叶式，一面涂黑漆，一面涂白漆，可在不同季节调节得热量。,D.上下通风口尺寸 设置上下通风口可以增加对流传热，提高系统的性能。如学校和公共建筑，希望白天温度高些，风口面积相应大些，一般上下风口面积可取集热墙面积的3%，住宅可取集热墙面积的1%，为防止夜间逆循环应制作风门，且便于开启和关闭。此外，为增强保温隔热性能，应设计保温板或保温帘。 （3）附加温室式 A.外型构造 附加温室可以突出在建筑外，也可以凹入建筑物内。,B.温室面积 温室进深不宜太大，宽度一般可取0.61.5m。附加温室设计应

10、能满足采暖期60%80%采暖热量需求。夜间也应采取保温措施，夏季应注意遮阳，避免室温过热。下图为附加温室太阳房热量的传递的方式。,（4）夏季遮阳 为了使南向窗在冬季能获得尽量多的太阳辐射，而在夏季避免过多的太阳辐射进入室内，造成夏季室内过热，需要在南向窗上部设置水平遮阳装置。房檐挑出的长度，应使冬季入射光能够射入室内，夏季能够挡住全部直射光，如图所示。注意窗不要开到遮檐的底部，因为窗顶一般是接收不到阳光的，开到遮檐底部的窗，只能增加热损失。所以在窗顶和窗下可留出5的余地。正南向檐长可由下式计算： 偏离正南时：,下图为夏至日正午和冬至日时阳光射入情况。此外，在建筑物的南面种植落叶树、藤蔓植物，夏

11、天遮阳光，冬季叶落不影响窗的采光，可起到自然调节阳光的作用。高寒地区由于只有严寒而无酷暑，设计太阳房时檐口不需遮阳。,3.围护结构设计要点 （1）墙体 我国农村普通建筑的外墙保温性能普遍较差，热阻普遍较低。因此，必须采取适当的保温隔热措施，以加大墙体的热阻。,太阳能建筑墙体可直接做成保温复合墙体。,（2）门和窗 一般建筑物门窗的散热量占到房屋总散热量的40%50%。为降低散热量，设计门的位置时，应尽量避开冬季风的侵袭，并注意门的开启方向应做到背风不迎风。 非南向的窗是净失热构件，因此，设计时在满足必要采光和通风条件下，应尽可能小，并采用双层玻璃。下表给出了主要围护构件的热损失系数。,（3）屋面

12、和地面 屋面是太阳能建筑失热面积最大的部位，因此，在设计是应根据地区气候特点，是其热阻值大于围护结构的外墙。 太阳能建筑的地面时集热蓄热的重要部件，可设计成保温地面，保温地面除按常规做好防水、防潮外，应特别注意房屋外墙基础两侧地下450600mm深度范围内的防潮、隔热处理。,综上所述，被动式太阳房的建筑设计要想获得成功，必须满足一下四项基本原则： A.太阳房应具有一个良好的绝热外壳； B.太阳房的南向设有足够大的玻璃窗，以吸收较多的太阳辐射能； C.室内应布置尽可能多的蓄热体，把收集到的热量储存、积蓄起来； D.主要采暖房间应紧靠南墙，次要的非采暖房间布置在北侧和东西两侧。 注意：当收集、储存

13、的热量不足以抵御寒冷时，还要有辅助热源加以补充，从而实现冬季采暖的目的。,四、太阳房构件的制作 （一）外墙外保温复合墙体的制作,1.外墙外保温墙体的主要优点 （1）外保温材料对主体结构有保护作用，室外气候条件引起墙体内部较大的温度变化，发生在外保温层内，避免内部的主体结构产生大的温度变化，使热应力减少，寿命延长。 （2）有利于消除或减弱热桥的影响。 （3）主体结构有很高的经济效益。虽然外保温每平方米造价比内保温要高一些，但由于比内保温墙体增加了使用面积1.8%2%，实际上是降低了单位使用面积的造价，加上节约能源及改善热环境等好处，总的效益是十分显著的。,2.外保温墙体的制作 （1）施工环境温度

14、应不低于5，雨天禁止施工。 （2）墙体基层应平整、坚实、清洁、不得有油污或空鼓现象。墙体平整度应5mm。 （3）保温层施工中，保温隔热板的粘接应符合材料使用要求。采用复合硅酸盐硬质保温板是，宜从墙面顶部或底部开始，用粘接砂浆直接依次粘贴，并设置好变形缝。上下板材料之间相互靠紧，错缝粘贴。砂浆应搅拌均匀，涂抹在保温隔热板底面上，粘贴时必须保证牢固、无空鼓、表面平整，保温板材可根据现场需求任意切割、打孔，较大缝隙处可用复合硅酸盐材料填充。,（4）制作保温层要在保温隔热板表面抹抗裂砂浆，厚度23mm，随即敷压网格布，再用12mm抗裂砂浆抹压在网格布上。网格布之间应相互搭接，搭接宽度为5060mm，网

15、格布应粘贴平顺、无皱折、脱层及漏贴等，门窗洞口处网格布应向内包边，宽度应60mm，保护层表面应用木砂板搓实。保护层施工完毕应养护3天后，用膨胀保温钉加固，先用电钻打孔，然后埋设膨胀螺栓，埋设间距可根据实际要求确定。 （二）保温门窗 1.保温门 为了加强保温，应在门内部填以轻质高效 保温材料。如聚苯板、岩棉板等做成的保 温门。,2.门斗设置 防寒门斗的设置，首先要考虑门的朝向。我国北方不少建筑为了充分利用南向房间，把外门朝向北开。因此，在加设门斗时，应将门斗的入口转折90朝东，以避开冬天的北向和西北向风，减少寒风吹袭。其次，还要考虑门斗的尺寸大小。门斗后面应至少有1.21.8m的空间，以便出入；

16、对于出门后有转折的门斗，其尺寸还应考虑大件家具出入的需要；此外，门斗应该密封良好，以便起到避风防寒作用。,（3）门底与窗边密封 门底和窗边往往是保温的薄弱环节。做好门底密封与窗边密封很有必要，更何况太阳房获得的能量有限。 （4）双层玻璃窗 双层玻璃窗的保温性能比单层窗要好得多，其原因主要是因为在两层玻璃之间形成了一个密封的空气间层，这个空气间层具有较大的热阻，因而使得窗户具有较好的保温性能。从保温的角度看，20mm厚的空气间层的热阻相当于单层玻璃热阻的40多倍，由此可见，具有一定厚度、密闭良好的空气间层，是双层玻璃窗保温性能好的关键。,（5）保温窗板 为了减少集热窗（墙）在夜晚或无日照时向外散热，可以特制保温窗墙板。冬季白天将隔热保温板放下，太阳光直射窗墙吸收太阳辐射，夜晚无日照时，将保温板立起来与墙体扣紧减少向外的散热。保温板四周可用木条作框，两面用胶合板封盖，中间夹2030mm厚膨胀聚苯乙烯板，周边镶上密封条，为防雨水侵袭，应刷漆处理。此板较轻，便于立起放下。也可做成折叠式贴附于外墙侧，用时拉开，不用时折叠。,保温窗墙板还可以制成反射板，起反射阳光的作用，使集热（墙）获得更多的太阳辐射能。,（6）保温窗帘 右图为一种可减少被动式太阳房集热墙热损失的保温窗帘。 外表材料为聚酯真