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新一代绿色建筑---可工厂化生产的太阳能房

太阳能建筑一体化

原创

2022-02-07 17:05

太阳能房是指房屋所需的能源来自于太阳能,或者其吸收利用的太阳能大致等同于其消耗的能量。对标新能源车,太阳能房也可称之为新能源房。

太阳能房采用框架结构加玻璃幕墙的方式组装而成,框架结构可采用木结构、钢结构或钢混结构等,首选钢结构;玻璃幕墙采用新开发的具有贯通腔的中通幕墙,中通幕墙的贯通腔其数量可以根据不同的气候环境或用户需要进行选择,首选两腔,即三玻两腔的中通玻璃幕墙(如图所示);三玻两腔的中通玻璃幕墙其中间玻璃宜采用吸热玻璃、将太阳能转换为热能(短波变长波),外层玻璃宜采用Low-E玻璃、以减少热能的散失,部分外层玻璃(如在楼板处或内隔墙处)还可以采用光伏玻璃、以增加发电量;内侧玻璃在楼板处安装窗式通风器,使室内空气通过贯通腔与室外空气进行交换,满足室内的通风需要。内外两侧的贯通腔在楼板处均可安装水管,用于喷水调温、清洗除尘、形成水幕吸热遮阳和防火防爆以及生产热水等,水管喷出的水最好是净化水或专用清洗水(至少在喷水最后清洗一会)、以防止玻璃内表面结垢;外侧的贯通腔在地板处可安装泡沫发生器,当泡沫充满外侧贯通腔后就成为透光而不透视的窗帘,既能遮阳、又能隔热。中通幕墙贯通腔的上下端有通风口,非采暖季打开,采暖季关闭(可只关闭下通风口、不形成对流即可)。在寒冷和极寒地区,中通幕墙所用的玻璃可以更换为隔热保温性能更好的节能玻璃产品,如:新开发的长寿命铝箔封边的中空玻璃、悬膜中空玻璃和隔膜中空玻璃、单玻膜中空玻璃、真空玻璃等等。中通幕墙的外侧贯通腔内或幕墙内侧可安装遮阳帘,首选新研发的多段开关的遮阳帘,能够大幅度节省开关时间、遮阳效果更好。太阳能房屋面采用的中通屋面与中通幕墙类似,宜采用斜屋面、以方便贯通腔的通风和收集雨水、吸收太阳能,外层玻璃可部分或全部采用光伏玻璃、以产生电能,供房屋自用、多余的可输入电网。太阳能房的楼板可采用中通楼板,里面装有水管,冬季时与中通幕墙贯通腔内的集热管连通、通过水循环为室内升温,夏季时与地下水池连通、为室内降温。太阳能房的顶层可以设计成空中花园或温室大棚,用于养花或种植蔬菜。太阳能房的地下室可设计成地下水池,用于储存收集的雨水,地下水池的水可用于浇灌、清洗、净化空气和通过贯通腔调节室温,还可用于跨季节储能、将夏季储存的热能用于冬季无阳光时的供暖和将冬季储存的冷能用于夏季时的降温,也可以用于峰电、谷电的转换,或者用于水产养殖,结合玻璃地板和灯光、在室内就可以观赏水中的游鱼;太阳能房的前面可以建一个院中水池,收集的雨水和冲洗幕墙的冲洗水可以在院中水池经沉淀、过滤后再进入(渗透)地下水池中。太阳能房的内部空间可以任意分隔,内墙最好采用玻璃制成,不但占用面积少、隔音效果好,而且易于打理和装饰,不用出现墙体裂缝、发霉、墙皮脱落等问题。

以附图为例简述一下太阳能房冬暖夏凉的工作原理,太阳能房采用三玻两腔的中通玻璃幕墙,中间玻璃为吸热玻璃、外侧玻璃为Low-E玻璃,所用玻璃宜采用钢化或半钢化玻璃,以增加玻璃的强度。

夏季(或非采暖季)玻璃之间的贯通腔打开、与外界能够进行气体交换;白天太阳照射时、大部分红外线和紫外线被吸热玻璃吸收转变成热量,吸热玻璃升温后、形成烟囱效应加快内外空气的对流,将热量输送到外部环境中,防止将热量传向室内,同时流动的空气还会带走内侧玻璃上的热量,从而降低室内的温度;夜间,外部空气温度下降,内侧玻璃的温度相对较高,烟囱效应继续带走内侧玻璃上的热量使室温进一步降低。因此,室温基本上与外部环境中空气的温度相当(室内可吸进阴凉地方的空气),一般情况下白天在25-30℃、夜间在20-26℃。炎热地区或在闷热时节,风冷达不到降温效果时,可在玻璃之间的贯通腔中喷水降温,采用水冷的方式。自来水或地表水不足以降温时,可利用地下水池中的冷水降温,降温的过程中地下水池的水温逐渐升高、从而将热能储存在地下水池中,到了秋季、利用太阳能继续加热地下水池的水,储存热能供冬季使用。

冬季(或采暖季)玻璃之间的贯通腔关闭(可以只关闭下进风口)、防止与外界空气形成对流;白天太阳照射时、大部分红外线和紫外线被吸热玻璃吸收转变成热量,吸热玻璃升温后、形成温室效应,外侧玻璃为Low-E玻璃阻止热量向外部环境散热,大部分热量通过内侧玻璃传向室内,也可以通过窗式通风器将贯通腔中的热空气吸入室内、或利用水循环用贯通腔水管内的热水加热楼板,热效率更高、采暖效果更好;此时的太阳能房与现有的阳光房相当,一般情况下白天在阳光的照射下室内温度可达25-30℃;夜间,通过窗帘保温、楼板蓄热,室内可维持在20-25℃。寒冷地区或在长期阴冷时节,可直接利用储存在地下水池中的温热水来保持室温,地下水池的水达不到保温效果时,可利用水源热泵抽取地下水池中的热能,并将冷能储存在地下水池中供夏季使用。

太阳能房由钢结构和玻璃幕墙组成,不仅结构简单、造价低、占地面积小和建造时间短,而且仅靠太阳能就能满足和超过建筑物的能量需求、并使建筑达到冬暖夏凉的效果;太阳能房没有窗户、却有更好的采光和通风效果,不仅建造所用材料、能耗和人工成本都大大降低,而且居住费用显著减少。

太阳能房的幕墙厚度很小,所以得房率极高(可达90%以上),使用面积率大大提高,每套房子可以多出一个房间;自身重量的大大降低,使房屋基础、基坑的投资大大减小;不需要安装空调设备、暖气装置、外窗、纱窗、防盗窗等附属设施,不需要外墙保温,不需要墙体的内外装饰,可采用模块化、批量化制造和组装,因而建造成本大大降低、工期大为缩短。太阳能房各项性能显著提高、整体造价却明显降低,所以具有极高的性价比。

太阳能房的贯通腔内可以通入多种换热和传热介质,如空气、水、泡沫等,来调整中通玻璃幕墙的传热系数,使传热系数由静态不可调变成动态可调,改变现有节能建筑材料只是一味增加墙体厚度、减小传热系数的做法,避免了材料、土地和阳光等资源的浪费,也减少了后期的维护,从而达到节能、节地、节材、节水和环保等目的;所用的建筑材料钢材、玻璃等都可以回收利用,所以太阳能房是真正意义上的绿色建筑。

太阳能房的贯通腔内可安装喷淋水管,不但用于调节贯通腔内的温度,而且火灾发生时自动喷水降温,其防火性能将大大优于现有房屋。

太阳能房的外墙为全封闭,不仅隔热保温性能好,而且具有更好的隔音降噪、防尘和防飞虫以及防火、防盗功能,还使整个建筑的外观更加一致、比现有的玻璃幕墙建筑更美观。

太阳能房解决了现有玻璃幕墙建筑隔热性能不好、能耗大、居住舒适性差等问题,不仅能够省去空调设备和空调运行费用,而且还能增加窗外飞瀑、阳光雨等的景观,大大提高用户的舒适度。

太阳能房的构件少、结构简单,易于标准化,所有部件均适合于工厂化生产,所以特别适用于国家大力提倡的装配式建筑、钢结构建筑等,其性能和性价比优于现有的超低能耗建筑、近零能耗建筑等。

太阳能房的能源和水自给自足,顶层可种粮、种菜、养花,底层可养鸡、养鱼、养虾,中层居住冬暖夏凉、宽大敞亮,所以可应用于有阳光的所有地方。




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