雒新峰，馬子懿，武水水，張秀梅，劉 歡

(西安航空學(xué)院 能源與建筑學(xué)院，陜西 西安710077)

太陽能墻體節(jié)能技術(shù)研究

雒新峰，馬子懿，武水水，張秀梅，劉 歡

(西安航空學(xué)院 能源與建筑學(xué)院，陜西 西安710077)

為了降低空調(diào)冷負(fù)荷，按照熱對流原理制作了三個節(jié)能模型進(jìn)行試驗(yàn)，力求將墻體吸收的太陽能通過節(jié)能模型釋放到大氣中，以減少通過墻體傳入室內(nèi)的熱量。通過對節(jié)能模型實(shí)際試驗(yàn)，采集了大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定了模型的節(jié)能效果，探索出一種簡便的太陽能節(jié)能墻體，為降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行成本找到了一種新的方法。

太陽能；墻體；溫度；節(jié)能

隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，人類用于改善生產(chǎn)、科研、生活環(huán)境的能耗在社會總能耗中的占比不斷增加?？照{(diào)使用量的增加是這一占比增加的主要因素。目前，建筑節(jié)能技術(shù)和空調(diào)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)成為全社會關(guān)注的問題。

1 太陽能墻體節(jié)能裝置設(shè)想

建筑外圍結(jié)構(gòu)在受到陽光輻射時，一部分光能被反射到大氣當(dāng)中，另一部分轉(zhuǎn)換成熱能后被墻體吸收[1]。 被墻體吸收的熱能，一部分通過對流散向空中，一部分由墻外表面以導(dǎo)熱的方式傳入室內(nèi)，形成空調(diào)冷負(fù)荷。如果將傳入室內(nèi)的熱能減少，將降低空調(diào)冷負(fù)荷，從而達(dá)到空調(diào)節(jié)能的目的。

設(shè)想在建筑外墻附加一種質(zhì)輕體薄的裝置，既能減少傳入室內(nèi)的熱量，又能及時將外墻得到的太陽能散向空中，避免外墻面長時間聚集太陽能導(dǎo)致溫度過高而引起空調(diào)冷負(fù)荷的增加。

2 墻體太陽能節(jié)能模型的建立

根據(jù)對墻體太陽能節(jié)能裝置的設(shè)想，用聚丙乙烯塑料板和玻璃鋼板分別制做三個節(jié)能裝置模型，貼墻側(cè)為玻璃鋼板，其它三側(cè)為聚丙乙烯塑料板。其尺寸分別為：A型：42×15×900mm；B型：42×15×1200mm；C型：42×15×1500mm，如圖1所示。

模型上下外側(cè)面開格柵風(fēng)口，兩個格柵風(fēng)口均斜向下開，防止使用過程中雨水流入。模型空腔靠墻側(cè)內(nèi)壁刷絕熱涂料，阻止熱量向建筑物內(nèi)部傳遞[2]。將模型垂直緊密地貼附在建筑外墻上。當(dāng)外墻受到陽光輻射時，模型外壁受熱，通過導(dǎo)熱傳向空腔，空腔內(nèi)的空氣被加熱，致使腔內(nèi)空氣溫度高于腔外空氣溫度，形成熱壓。在熱壓的作用下，空氣流從底部風(fēng)口進(jìn)入，由上部風(fēng)口排出[3]，將傳入模型內(nèi)的熱量由空腔內(nèi)的空氣帶出，從而大大減少陽光輻射熱向室內(nèi)傳遞，降低空調(diào)冷負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能的目的。

3 測量時間、測量儀器及測量數(shù)據(jù)

為了能夠定量了解該模型在實(shí)際應(yīng)用中的節(jié)能情況，本文選擇在建筑物夏季冷負(fù)荷較大時進(jìn)行測試。

表1 節(jié)能裝置模型氣流進(jìn)出口溫度(℃)、實(shí)時風(fēng)速(m/s) 測量記錄：武水水 馬子懿

測試月份選在每年最熱的7月份，日期選前2日、后1日無雨的晴天(按天氣預(yù)報)，測試時間選在每日陽光輻射強(qiáng)度最大和室外溫度最高的12：00～15：00[3]。測試地點(diǎn)設(shè)在西安市閻良區(qū)西安航空學(xué)院2號公寓樓南墻。測量溫度用點(diǎn)式溫度計(jì)，測溫范圍(-50℃～200℃)，測量精度為0.1℃；室外風(fēng)速測量用熱球風(fēng)速儀，測量范圍為(0～30)m/s，測量精度為0.1m/s。測試時，將模型提前2小時垂直直曬于建筑物南墻，測量數(shù)據(jù)如表1所示。

計(jì)算模型內(nèi)腔熱氣流流量用公式(1)，計(jì)算熱氣流帶走的熱量用公式(2)。

(1)[5]

Q=Cpm(T-t)

(2)[6]

4 數(shù)據(jù)分析

在陽光的直射下，節(jié)能模型代替墻面吸收了輻射熱，傳入模型的熱量加熱了模型扁腔內(nèi)的空氣，如表1數(shù)據(jù)所示。這時，模型內(nèi)外的空氣產(chǎn)生溫差形成熱壓，在熱壓的作用下，形成熱對流，將導(dǎo)入模型的輻射熱量通過對流帶出模型，從而有效減小了建筑物外墻的傳熱溫差。隨著室外溫度的增加，節(jié)能模型出口的空氣溫度上升，即，室外溫度增加時，節(jié)能模型內(nèi)外熱壓增加，導(dǎo)致空氣流速、流量增加。

表2 折合垂直單位墻面平均散熱量

當(dāng)節(jié)能模型內(nèi)的空氣流量增加時，流動的空氣帶出節(jié)能模型的熱量隨之增加，即，節(jié)能模型帶離墻體的熱量隨室外溫度的增加而增加，節(jié)能模型排氣溫度的上升與室外溫度的上升不成正比，說明在整個熱量傳遞過程中，影響因素比較多，影響量也在不斷變化[7]。相同條件下，隨著節(jié)能模型高度的增加，單位墻面的散熱量成非比例增加，如表2數(shù)據(jù)所示。說明室外環(huán)境對散熱量的影響有一個滯后[8]，滯后的時間與建材有關(guān)。

5 結(jié)語

在建筑物東、西、南三面垂直外墻增設(shè)節(jié)能裝置，能有效減小建筑物外墻內(nèi)外表面的溫差，降低空調(diào)冷負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能的目的。

節(jié)能模型排出的熱量隨室外溫度的增加而增加，即，室外溫度高時節(jié)能效果明顯。

節(jié)能模型的工作完全靠自然對流，裝置簡單，工作可靠，無需再消耗能源。根據(jù)模型結(jié)構(gòu)選取輕質(zhì)材料制作節(jié)能裝置，由于裝置是空腔的，給建筑物增加的重力荷載極小。節(jié)能裝置尺寸小，可隨建筑外墻具體情況設(shè)置，靈活方便。

[1] 王厚華.傳熱學(xué)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2006:217.

[2] 金圣才.傳熱學(xué)知識精要與真題詳解[M].北京:中國水利水電出版社,2011:4.

[3] 曹叔維.通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008:8,40.

[4] 章熙民.傳熱學(xué)[M].6版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2014:3.

[5] 龍?zhí)煊?蔡增基.流體力學(xué)[M].2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2014:76.

[6] 雒新峰.商用空調(diào)過濾器清洗時間的確定[J].西安航空學(xué)院學(xué)報,2009,27(1):22-23,31.

[7] 李曉燕.制冷空調(diào)節(jié)能技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009:89.

[責(zé)任編輯、校對：李 琳]

Study on Energy Saving Wall Technology

LUOXin-feng,MAZi-yi,WUShui-shui,ZHANGXiu-mei,LIUHuan

(School of Energy & Architecture,Xi'an Aeronautical University,Xi'an 710077,China)

In order to reduce the cooling load of air conditioning,three energy-saving model experiments were done according to the heat convection principle.In the experiments,solar energy absorbed by the wall was released into the atmosphere through the designed model so as to reduce the indoor heat coming via the wall.Data were collected and analyzed to help evaluate energy saving effect of the model,explore a simpler and more effective solar energy saving wall, and find a new way to reduce the operation cost of air conditioning system.

solar energy;wall;temperature;energy saving

2016-11-30

2015年國家級大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目(201511736731)

雒新峰(1960-)，男，陜西西安人，副教授，主要從事供熱、空調(diào)、制冷技術(shù)與流體力學(xué)的教學(xué)與研究。

TU18

A

1008-9233(2017)01-0061-03