太阳能墙体的实验研究

符媛媛

【摘 要】本文首先介绍太阳墙的工作机理，并以两个相同的办公室作为实验测试平台，研究太阳能墙体与传统保温墙体的保温隔热特性，实验表明，在冬季设置太阳墙能更有效地提高室内热舒适性。

【关键词】太阳墙；铝幕墙板；外墙外保温；节能

0 引言

随着社会的飞速发展，社会能耗也大幅增加，目前建筑耗能占中国商品能源消耗的30%，并且仍有上升之势，而中国现有的大型建筑95%都是高能耗的，其中空调采暖耗能几乎占了建筑耗能的70%。因此，节能技术在建筑工程中的应用是市场的刚性需求，目前节能技术在大部分建筑中主要体现在对维护结构墙体的研究上，传统的做法是保温材料与墙体结合施工，形式有：外墙外保温、外墙内保温和夹心保温的做法，以外墙外保温的做法最为普遍，然而传统的墙体节能做法对冬冷夏热地区的房间的热舒适性改善程度并不显著。欧美国家率先提出将太阳能这种经济、实用、无污染的可再生能源引入到建筑领域，一种称之为太阳墙的技术迅速推广，太阳能和建筑一体化的应用技术已成为建筑节能技术的重点发展趋势。

1 太阳墙系统工作原理

太阳墙系统的工作原理是利用太阳墙板作为集热系统将室外新鲜空气加热，然后再由鼓风机泵入室内，置换室内污浊空气，起到供暖和换气的双重功效。太阳墙板作为太阳墙系统的核心组件，通常是由1～2mm厚的钢板或铝板构成，外侧镀上一层具有强烈吸收太阳热、阻碍紫外线，热转换效率达80%的高科技涂层，能最大限度地将太阳能转换成热能。太阳墙理想的安装方位是南向及南偏东西20°以内，坡屋顶也是设置太阳墙的理想位置。

2 实验方法及原理

太阳墙技术既可以在冬季为建筑输送热风，又能在炎热的夏季为建筑遮挡强烈的阳光，还可以节约玻璃幕墙的安装费用，可谓一举多得。本文对两个完全一样的办公室，一个按传统方法做外墙外保温，一个采用铝幕墙板，在朝南方向做太阳墙，测试冬季和夏季时，两种墙体节能做法，哪种更有优势。

按传统的外墙外保温做法有很多，本实验采取外挂式外墙保温，保温材料选择拥有良好物理性能和较低成本的聚苯板，用1：3的水泥砂浆将聚苯板粘贴在外墙表面，然后涂抹抗裂砂浆，并在砂浆中加入玻璃纤维网格布制成的保护层，最后在保温层上做层装饰面。此种保温节能原理适用于冬夏季，原理也简单明了。

这种传统的外墙外保温做法优点是：可以缓解室内温度因室外温度变化而变化的情形，提高居住人群的舒适度，施工原理、工艺较简单，并且对建筑墙体起到了保护作用，降低外界自然因素对建筑墙体结构的破坏以及变形裂缝的影响，从而提高建筑物的耐久性。但缺点：保温材料的使用年限较短，对施工质量要求较高。

本实验中的太阳墙，在建筑墙体外表面粘贴保温层，仍然选择聚苯板，然后用钢骨架设置一道空腔，并在内部设置进出水管道，将进出水管道沿迂回S形路线布置，目的是为了让管道中的水在空腔中滞留时间较长而升温，最后外侧采用铝幕墙板作为太阳能建筑外墙，铝幕墙板上面开有小孔道，空腔与房间内部上方的通风系统管道相连，管道中设有风机，用于置换空气。

冬季，白天室外空气通过下方小孔道进入空腔，在流动过程中获得板材吸收的太阳辐射热，受热压作用上升，进入建筑物的通风系统，然后由管道分配到房间，并且进水管的冷水通过在板材内循环流动过程中也吸收热能，转变成生活热水。夏季，风扇停止运转，室外热空气可从太阳墙板底部及孔道进入，从上部和周围孔道流出，热量不会进入室内，并且水管道中的冷水也可带走墙板热量，转化为可用的生活热水，起到降低墙面温度的作用。

3 实验结论

本文针对武汉地区冬季和夏季，两种办公楼的室内外温度进行了测试对比，从0点开始，每两小时测试一次温度，冬季测试结果为：室外温度分别为-3℃；-3℃；-3℃；-2℃；-1℃；1℃；3℃；4℃；4℃；2℃；1℃；-2℃，平均温度为0℃左右，最高温度4℃，最低温度-3℃。设置传统保温墙的室内温度分别为2℃；1℃；2℃；2℃；3℃；4℃；6℃；6℃；5℃；4℃；3℃；2℃，平均温度为3.3℃左右，最高温度6℃，最低温度1℃。设置太阳墙的室内温度分别为5℃；3℃；4℃；5℃；7℃；10℃；15℃；20℃；16℃；10℃；7℃；6℃，平均温度为9℃左右，最高温度20℃，最低温度3℃。从8：00-18：00的高峰使用期来看，室外平均温度在2℃左右，传统保温墙的室内平均温度在4.7℃左右，太阳墙室内平均温度在13℃左右，由此可以看出，太阳墙可以有效地将室外平均温度提高，并且比普通传统保温墙制热效果好。

夏季测试结果为：室外温度分别为26℃；25℃；26℃；26℃；28℃；32℃；37℃；38℃；34℃；31℃；28℃；27℃，平均温度为29.8℃左右。设置传统保温墙的室内温度分别为28℃；28℃；28℃；29℃；30℃；31℃；32℃；32℃；32℃；31℃；30℃；29℃，平均温度为30℃左右。设置太阳墙的室内温度分别为：25℃；25℃；25℃；26℃；27℃；29℃；31℃；33℃；32℃；30℃；27℃；26℃，平均温度为28℃左右。从8：00-18：00的高峰使用期来看，室外平均温度在33.3℃左右，传统保温墙的室内平均温度在31.3℃左右，太阳墙室内平均温度在30.3℃左右，由此可以看出，太阳墙可以在夏季时降低室内温度，比普通传统保温墙效果好，但仍应采用空调制冷，才能达到人体的舒适度。

通过比较，太阳墙办公室在冬季的集热效果是非常好的。而在夏季也能有效隔热，但如果要求满足房间舒适性，仍应空调制冷。因此，太阳墙建筑非常适合寒冷地区、夏热冬冷地区的冬季制热。

4 结语

本实验中的太阳墙系统与通风、给水供水系统相结合，不但可以通过风机、气阀、管道将室外新鲜空气来置换房间中的污浊空气以及调节室内温度，还可以利用管道把加热的自来水输送到房间，这样房间满足了保温、隔热、供水三个方面的需要，这是太阳墙的独特之处。该系统采用铝幕墙板作为集热系统，与建筑外墙装饰部分合二为一，不仅降低了装饰面层的造价，还能有效减少采暖费用，降低环境污染。

通过实验研究，太阳墙系统冬季制热效果好，适宜于“低能耗、高舒适度”的室内环境，可广泛应用于各类建筑及翻新建筑，是一种极有发展空间和推广价值的节能技术手段。太阳墙的热舒适性还与太阳墙板材质、面积、孔道数量、空腔间距、送风口位置等很多因素有关，仍需更进一步的研究。

【参考文献】

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[2]顾洁，黄俊，王晓博.多孔太阳墙结构热特性及应用分析[J].可再生能源.2012-8，30（8）：20-23.

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[责任编辑：张涛]