太阳房的组成和基本原理.docx
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1、太阳房的组成和基本原理太阳房的组成和基本原理 第二章 太阳房的组成和基本原理 21 太阳房的定义和分类 一、定义 a实用? 太阳房一词,最早使用于美国,有一次芝加哥报纸把一家装有玻璃太?阳能的房子称为“太阳房”,作为报导,这便是“太阳房”一词的由来。这样?看来,过去欧美似乎并未有意识地考虑让阳光照到房里来。从历史上看欧洲传?统住房都是石造的,后来又是砖砌的,窗户多是纵向长,横向短,不利于利用?太阳能,这是因为西欧的住房是封闭式的,它是为了避开大自然的威胁。而中?国和日本的住房是开放式的,它与自然密切相连,因此自古以来日本的传统是?以木造房屋,木房屋都可以叫做太阳房。日本民宅的特点就是“走廊里充
2、满着?阳光”。说明人民在建房时,自然而然地意识到太阳能的必要性。我国有句民?谣“我家有坐屋,向南开门户”。 因此说太阳房是太阳能热利用中一种型式,也就是说太阳能通过集热设施?及房屋的围护结构传入室内,减少房间采暖对常规能源需要量的房屋可称为太?阳房。在国内目前还没有统一的说法,有人把利用太阳能节能在50%以上的房屋?才称太阳房,低于此数的只能称为节能房。这是人们对太阳房的一些理解。 作者认为太阳房的定义应该是:太阳房是利用建筑,结构上的合理布局,?巧妙安排,精心设计,使房屋增加少量投资,而取得较好的太阳能热效果,达?到冬暖夏凉的房屋,也可以说:太阳房是指有目的的采取一定措施,利用太阳?辐射能,
3、替代部分常规能源,使环境温度达到一定的使用要求的建筑物。如冬?季利用太阳能采暖的称为“太阳暖房”。夏季利用太阳能降温和制冷的称做“?太阳冷房”。通常,把利用太阳能采暖或空调的建筑物统称为太阳房。 二、太阳房的分类 太阳房型式有多种多样,分类方法也有不同,目前通用的有四种分类法: (一) 按传热过程可分为三种: 1.直接受益式:阳光通过南窗玻璃直接进入被采暖的房间,被室内地板、?墙壁、家俱等吸收后,转变为热,给房间供暖。称为直接受益式太阳房。 2.间接受益式:阳光不直接进入被采暖的房间,而是通过墙体热传导和热?空气循环对流将太阳热能送入被采暖的房间。 3.隔断式采暖:太阳热只通过传热介质的热循环
4、进入被采暖?的房间。 (二) 按集热蓄热系统的不同分为下列五种: 1.蓄热墙式:蓄热墙放在玻璃窗后面,蓄热墙的材料可用砼,水墙或相变?材料。 2.集热蓄热墙:又称特朗勃墙,在南墙上除窗以外的墙面?上,复盖玻璃,墙表面涂成黑色,在墙的上、下留有通风口,以使热风自然对?流循环,把热换到室内。南墙表面的温度在阳光照射时可达60-70。一部分热?量通过热传导把热量传送到墙的内表面,然后以辐射和对流的形式向室内供热?。另一部分热量把玻璃罩与墙体间夹层内的空气加热,热空气由于密度变小而?上升,由墙体上部分的风口向室内供热。室内冷空气由墙体下风口进入墙外的?夹层,再由太阳加热进入室内,为此反复循环,向室内供
5、热。 3.附加阳光间式:这种形式也是集热蓄热墙形式的发展,即将玻璃与墙之?间的夹层放宽,形成一个可以使用的空间称为附加阳光间或称附加温室。附?加阳光间与房间之间的关系比较灵活,即可用砖石墙间隔,也可用落地窗分开?。阳光间白天可向室内供热。晚间可作房间保温层。 4.屋顶浅池式:这种形式是在屋顶修浅水池,利用水池集热蓄热,而后通?过屋顶板向室内传热。这种型式仅适用单层房屋。 5.自然循环式:集热器与采暖房间分开,与特朗勃墙有些相?似,这种方式对南山坡上的房屋比较适用。 (三) 根据太阳房的功能而分为“太阳暖房”、“太阳冷房”和“太阳能空?调房”。 (四) 按其所需要机械动力的有无,可分为机械的和自
6、然的两种,也就是主?动式和被动式两大类。 1.主动式太阳房:即在太阳能系统中安装常规能源常用的推动的机械系统?,如控制系统供调节用的水泵或风机及辅助热源等设备,它可以根据需要调节?室温达到舒适的环境条件,这对人来说有主动权故称主动式太阳房。如图2-1 主动式太阳房工作原量,就是首先依靠机械动力的驱动,才能把太阳能加?热的工质送入蓄热器,再从蓄热器通过管道与散热设备输送到室?内,进行采暖,工质流动的动力,由泵或风机提供。这是一种控制的方式,通?过集热器、蓄热器、风机或泵等设备来收集、贮存及输配的太阳能系统。与常?规供热系统所不同的只是用太阳能集热器代替了锅炉系统,如图:21所示。?在这种系统中,
7、人通过设备比较主动,室温要求多高,就可以控制多高。主动?式太阳房系统的组成有三部分: (1) 集热:就是通过集热器收集太阳能,地面上每平方米的面积每小时最多?只能接收1000千卡左右的太阳热能。所以接受太阳能?的集热器面积要大一些,当供暖保证率在60%时,平板集热器面积应占地板面积?的50%以上,同时平板热器的效率随集热温度而变,一般控制在30-60之间。 (2) 蓄热:太阳能是一种随时变化的能源,辐射到地面上的太阳能常受气?象条件和时间的影响,因季节、昼夜、阴晴而不同,就是在一天之内早、午、?晚也不相同,因此要解决连续采暖问题,在中心处必须设有贮热设备,建筑上?的贮热多用河卵石和水作蓄热材料
8、。水是中低温太阳能系统最常用的显热贮能?介质,价廉而丰富,并且具有沸点以下时不需要加压等优良贮热性能。 (3) 供热:考虑到太阳能的不稳定性和经济因素,一般的太阳能供热量仅?占房屋总的热负荷的60-80%左右,。因此在主?式太阳能采暖系统中,除太阳能供暖设备外,还应有辅助能源。因此我建议在?城市采暖标准要求较高的情况下,太阳房与集中供暖系统相结合,即可解决采?暖期前后两段时间的室温舒适性又可在采暖期减少烧锅炉的时间,节约常规能?源。 这种太阳能供暖系统,大致由集热器、蓄热槽、散热器、循环泵、辅助?锅炉以及连接这些设备的管道和自动控制设备构成。根据要求不同,又可分为?有辅助热源和无辅助热源两种不
9、同的工作方式。供暖系统只在冬季使用,为了?提高设备利用率,加速固定投资的回收,原则上应该供暖,供热水以及供冷系?统有机结合起来,共用一套集热器。 主动式太阳房热系统的结构方式很多,现将可能采用的几种原则系统列于?表2-1供参考选用。既是原则系统,自然可见根据具体情况,结合实际需要,作?某种修改。 一般来说,主动式太阳房能够较好地满足用户的生活要求,可以保证室内?采暖和供热水,甚至致冷空调。但设备复杂,投资昂贵,需要耗费辅助能源和?电功率,而且所有的热水集热系统,还需要设有防冻措施,这些缺点是主动式?太阳房目前在我国难于推广应用的原因。 2.被动式太阳房 被动式太阳房是与主动式太阳房相对而言的。
10、太阳能向室内传递,不用任?何机械动力,不需要专门的蓄热器、热交换器、水泵等设备,而是?完全由自然的方式进行。为了与主动式太阳房?相区别,人们称之为“被动式太阳房”。简称为“被动房”。 简单的说,被动式太阳能供暖系统就是根据当地的气象条件,生活习惯,?基本上不添置附加设备的条件下,经过精心设计,认真施工,通过建筑构造,?并利用材料的性能,使房屋达到一定的供暖效果的一种方式。 被动太阳房在大多数情况下,集热部件与建筑结构融为一体,使房屋构件?一物多用,如南窗既是房屋的采光部件又是太阳能系统的集热部件;墙体既是?房屋的围护部件,又是太阳能系统的集热蓄热部件;这样既达到利用太阳能的?目的,又是房屋结构
11、的一部分,还可节约费用。当然经过专门设计的太阳房比?普通房屋,太阳能供热率要高的多。 被动式与主动式相比较其特点是:构造简单,造价便宜,管理方便等优点?,因而用户乐于接受。其构造为图22所示。 从太阳能的热利用的角度,被动太阳能供暖系统又可分为五种类型: (1) 直接受益式利用南墙直接照射的太阳房。 (2) 集热蓄热墙式利用南墙进行集热蓄热。 (3) 综合式即温室和前两种相结合的方式。 (4) 屋顶集热蓄热式利用屋顶进行集热蓄热。? (5) 热虹吸式又称对流环路式利用热虹吸作用?进行加热循环。 b 22 太阳房的基本组成 房屋是人类为了蔽风雨和防备野兽侵袭的需要而产生的,最初人们利用树?枝、石
12、块这样一些易得的天然材料,粗略加工盖起了半穴居、石屋等原始房屋?。随着社会生产力的发展,人们对房屋的要求日益多样和复杂化,出现许多不同?的建筑类型,它们在使用功能,所用材料,建筑技术和建筑艺术等方面,都得?到很大的发展。 建筑按其使用性质,可分为生产性建筑与非生?产性建筑。 民用建筑又可分为居住性建筑和公共建筑两大类。 居住建筑就是供人们生活起居的房屋,如住宅、公寓、宿舍等。 公共建筑就是供人们政治文化活动,行政办公及其他商业,生活服务等公?共事业所需要的房屋,如学校、图书馆、商场、电影院、车站、公园等等。 太阳房,是人们在建筑业的发展中而提出的一种利用太阳热能给建筑物供?热的新奇大胆的构思,
13、这也是在前人实践的基础上提出来的。人们在设计房屋?时,如何充分利用太阳发出的热量方面显示出了相当的独创性。房屋的基本功?能之一,是防御自然界各种气候因素的作用,为人们的生产和生活提供良好的?室内环境,太阳房也正是为了此目的,为使房屋达到冬暖夏凉而提出的。 太阳房既然是房屋建筑发展的继续,因此太阳房的组成也和普通房屋一样?,有屋盖、围护结构,地面,采光部件,保温系统等部件组成,只?是在太阳房中防热御寒所用的能源来自太阳。房屋的各种部件具有双重功能,?如窗户在普通房屋中是采光部件,在太阳房中兼有集热作用,墙体是围护部件?,在太阳房中兼有蓄热保温调节室内温度波动的作用。屋顶既有防寒保温作用?同时也兼
14、有吸热集热作用。地面同时兼有蓄热作用。 由于被动太阳房是集热、蓄热、耗热的综合体,所以它的基本组成系统,?还应具备“收集”太阳能部件,然后把收集到的热量“储存”“积蓄”起来,?以备使用;再把这些热量进行“分配”使用。当储存的热量不够用时,还要增?加“辅助”热量来补充。这些最基本的部分,灵活运用于不同的建筑设计中,?这些基本组成部分如下: 1.太阳能集热器。 集热器的作用就是收集太阳的热量。主要有两种:(1) 是利用建筑物本身?作集热器,如南向窗户,加玻璃罩的集热墙,玻璃温室等。(2) 集热器位于南?墙上,它是附加于建筑物上,并独立于建筑物的构件。 为什么太阳房的集热件都采用玻璃罩呢?这是因为玻
15、璃有一种特性,它能?通过短波而不能透过长波,一?旦太阳的辐射热透过玻璃并被此空间的材料吸收,由这些材料再次辐射而产生?的热能就不会通过玻璃返回到外面,这种获取热量的过程叫做“温室效应”。在阳光充足的白天,南向大窗可透过阳光,使阳光照射到地?板、墙壁上,它们由此吸收了热量,玻璃窗就形成了“温室效应”。 2.蓄热体。 蓄热也是太阳能热利用的关键问题,加强建筑物的蓄热性能是改善被动太?阳房热工性能的重要措施之一,当有日照时,如果房间蓄热性能好, 则吸热体可以多吸收和贮存一部分多余的太阳热,在无日照时,它又能?逐渐地向室内放出热量,因而大大减小室温的波动,同时由于降低了室内平均?温度,所以也减少了向室
16、外的散热。 根据日本曾在较寒冷的札幌地区一所住宅模型进行电子计算?机模拟计算结果表明,由于混凝土蓄热性优于木材,所以采用砼地板时,室内?的温度波动比采用木地板时要小得多,同时由于前者的平均室温低,所以需要的?辅助热能亦减少。 蓄热体可分为两类: (1) 是利用热容量随着温度变化而变化的显热材料。如水、石子、混凝土?等。 (2) 是利用其熔解热,以及其熔点前后显热的潜热类材料如芒?硝或冰等。 蓄热体应用于太阳能采暖中,应具有下列特性: a.蓄热成本低; b.单位容积的蓄热量大; c.化学性能稳定、无毒、无操作危险,废弃时不会造成公害; d.对贮存容器无腐蚀作用; e.资源丰富,可就地取材; f.
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