建筑节能改造课程设计-建筑新能源利用-节能改造

至2017学年第一学期建筑新能源利用课程设计任务书一、概况某别墅位于兰州近郊，见图纸(104)。利用所学可再生能源知识为其进行节能改造。二、设计要求1）提出可再生能源应用的可行性方案；2）方案技术、经济比较；3）方案设计4）设备选型；5）施工、运行等方面的具体要求。三、图纸要求一张系统工作原理图，3#图纸。四、设计说明书要求要点：按照毕业设计说明书格式书写，中英文摘要、目录、绪论（1页纸内容）、工程概况、可再生能源建筑应用方案、可再生能源建筑系统设计、施工、运行及维护管理。五、设计时间安排1月10日提交说明书和图纸，1月11日答辩。建筑新能源利用—节能改造摘要：太阳能资源在我国分布广泛应用技术日益提高，兰州地处太阳能资源丰富地区。本设计旨在对既有建筑（三层别墅）进行建筑节能改造，提出可再生能源应用的可行性方案并进行设计计算，综合考率确定增设太阳房、太阳墙和太阳能集热器，太阳墙技术既节约了采暖耗能，又解决了冬季保温与通风问题，太阳房可使建筑节约少量采暖能耗还可以提供花草种植场地，绿色环保零排放，太阳能集热器可全年提供热水节约燃气和煤炭消耗量。本设计还在提供方案的基础上进行太阳墙流量、集热量和结构计算；对附加阳光间高度、角度和外形的选择；对集热器进行面积、安装角度、安装倾角和间距计算。关键词：建筑节能改造、太阳墙、附加阳光间、太阳能集热器、集热量、集热面积。Construction

of

new

energy

use—EnergysavingreconstructionAbstract:thesolarenergyresourcesinourcountryhasbecomeincreasinglywidespreadapplicationtechnology.Lanzhouislocatedintheabundantsolarenergyregion.Thisdesignisaimedattheexistingbuildings(threelayers)villabuildingenergyefficiencyrenovation,proposesthefeasibilityoftherenewableenergyapplicationschemeanddesigncalculation,comprehensiveexaminationratetodeterminethesunroom,wallandsolarcollector,solarwalltechnologyisbothsaveheatingenergyconsumption,andsolvedtheproblemsofwinterheatpreservationandventilation,solarhousecanmakethebuildingtosaveasmallamountofheatingenergyconsumptioncanalsoprovideflowersplantingarea,zeroemissionsofgreenenvironmentalprotection,solarcollectortoprovidehotwaterallyearroundtosavegasandcoalconsumption.Thisdesignalsoofferssolutionsinthesunonthebasisofthewallflow,heatandstructurecalculation;Theadditionalheight,Anglebetweenthesunandshapechoice;Thecollectorarea,installationAngleanddistancecalculation,installationAngle.Keywords:buildingenergyefficiencyreformation,solarwall,additionalsunrooms,solarcollector,heat,setshotarea.一、可再生能源应用分析1·1我国太阳能资源的分布据估算，我国陆地每年接受的太阳能辐射量约为5.02×1022J相当于1.7万吨标准煤，数量是非常巨大的。全国各地太阳能年辐射总量达3340~8370MJ/m2,中值为5860MJ/m2。因此，研究和发展太阳能的利用对我国今后能源与电力的发展有着特别重要的意义。我国太阳能资源分布的主要特点是：太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬220~350这一带，青藏高原是高值中心，那里平均海拔在4000m以上，大气透明度好，纬度低，日照时间长。全国以四川省的年辐射总量最小，那里雨多、雾多、晴天较少。西部地区的太阳年辐射量高于东部地区，褚喜藏和新疆两个自治区外基本上是南部低于北部。在北纬300~400地区，我国太阳能分布情况与一般太阳能随纬度变化的情况规律相反，由于南方多数地区云雾雨多，太阳辐射能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的增加而增加。下表综合考虑日照时数和平均气温等因素将我国太阳能分为四个区：资源丰富区、资源较丰富区、资源一般区和资源贫乏区。表1-1全国太阳能利用区划系统及区分特征Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类地区是我国太阳能资源较丰富地区，占全国总面积的2/3以上，都具有利用太阳能的有利条件。1·2太阳能供暖的技术和经济可行性1>太阳能供热采暖的技术可行性我们从能量品位、能量总量、能量储存和辅助热源4个方面来分析太阳能供暖在技术上的可行性。能量品位：建筑供暖用能，对采用散热器形式的系统来说，一般需要60~70℃的低温热能。近些年兴起的地板辐射换热系统，只需要30~40℃的低温热能，这为太阳能供热提供了必要条件。能量总量：一般一个家庭可按100m2左右的建筑面积估算，每平方米建筑面积所需要供暖热能一般是20~30w，我们按30w估算则需要3000w的热能没填24h供应，考虑到冬季较好的日照时间只有6h，要保证全天24h供暖，太阳能集热器要提供的热能应是3000×（24÷6）=12000w在晴朗的天气，太阳的辐射强度约为1000w，一般天气可按700~800w估算，太阳能集热器的热效率按照40%~50%估算，则每平方米太阳能集热器的有效功率为300~400w，1200w供热量需要30~40m2集热器来提供。从上面的简单计算可知，一个普通家庭100m2的建筑面积，有30~40m2的集热器·即可满足其供热需求。这点可用一个简单的比值来描述：集热器面积：房屋采暖面积=1:2.5≈1：3可见只有一层或两层的低房屋建筑，可提供足够的位置安装这30~40m2的集热器能量储存：太阳能的一个主要缺点就是它的间歇性，不仅有白日夜晚之分，还有阴天、雨雪天气无太阳能的情况，可采用以下方法解决设置一个较大的保温水箱，能储存白天收集太阳能的50%以用作夜晚供应。比如一组40m2的集热器，用1~2t的水箱即可。不特殊设计大水箱，而是利用房间的本身储热功能储热，对太阳能采暖房间要求较好的保温隔热措施。理论和计算多次试验、示范证明，对一个隔热保温较好的房间，一个晚上的温度只降低1℃左右，对房间舒适度影响极小。地下储热：这是一种现实可行的长期储热方法，可以实现季节性的储存热能，基本途径是利用地下的土壤或者水窖来储存热能，在春夏秋季把水窖中的水加热，水窖中的水又把周围的土加热，这样在水窖周围的土壤形成一个高温区，这里的土壤既是储热材料又是隔热材料，当冬季水窖向房间供热时，水窖内的水温会降低当水窖内的水温低于周围土壤温度时，土壤中的温度就会向水窖传导，返回到水中向房间供热。经过理论分析和实验证明，这是一种现实可行的有效的太阳能利用形式。辅助热源：就是当无太阳时用其他能源补充上，常用的有电辅助加热，燃煤、燃气、燃柴草锅炉，热泵加热等。电加热设备简单，造价低用电热管直接加热即可但耗电量大在甘肃、陕西、河北等地方使用；用燃柴锅炉符合低碳经济甚至零碳经济成本较低，现在的问题是如何充分利用；在天气不太寒冷的地区可用热泵做为辅助热源，其冬季效能一般在2.0以上即消耗1kw的电能至少可得到2kw的热能，比电加热节省一半电能。从以上分析可以看出，用太阳能供热采暖技术在技术上是完全可行的，太阳能的间歇性等问题已有办法解决。2>太阳能供热采暖的经济可行性对于太阳能采暖经济可行性问题，我们从太阳能产品成本的降低、综合系统成本的节约、传统矿石能源价格上涨和环境效益几个方面分析。太阳能产品成本大幅度降低：经过三十多年的发展，我国已经形成一个很大的太阳能产业，大大提高了生产效率降低了生产成本，降低了单件产品价格，以最基本的集热元件玻璃真空管为例20世纪80年代一根真空管大约四五十元，而那时一个普通职工的工资也就四五十元，现在一根真空管不到十元，一个普通民工的月工资也有两千元，其相对成本降低了数倍。太阳能产品成本的大幅度减低为大面积利用太阳能采暖打下经济基础，提供了经济上的可能性。综合系统成本和管理成本得到节约：一家一户的太阳能采暖要求与建筑相匹配相结合、相匹配。如果我们从房屋的建筑设计上就考虑到太阳能集热器的安装那么太阳能呢过采暖系统可采用小水箱或者无水箱设计，以降低系统成本。此外，采用地下季节性长期储热系统的设计，可以大幅度减少集热器的面积，若整个系统设计合理，随着水窖技术的设计完善、成熟也有可能降低系统造价。太阳能采暖一般需要的集热面积都较大，每家每户都是一个太阳能工程，一旦这项技术推开，则每个村几十几百户都可能装有大面积的热水器，每个村镇就有可能设置专门的维护人员，这即可能提高集热器的使用质量，也必将大大降低单位集热面积的维护成本，从而降低单位面积的造价。传统矿石能源价格的上涨：随着社会的发展，人类对能源的消耗将不断增加，这是一个不可逆转的趋势。汽油已从几年前的每升一元多上涨到现在的6元多，生活用煤已从几年前的每顿以一百多元上涨到一千多元，仅从经济上看用太阳能采暖已具有竞争力。环境效益提高和居住环境改善：太阳能供暖对整个社会的环境效益及对低碳经济的贡献是有目共睹的。如果我国大部分的地区都用太阳能采暖，每年就会节省数亿吨的煤炭等矿石能源减少亿吨的碳排放。广大农村乡镇的冬季采暖基本上是三种形式，一种是原始的柴草烧火炕取暖，一种是在房间我是直接燃烧煤炉炭火取暖，另一种是靠土暖气供暖。前两种很不稳定夜晚炉火熄灭温度会很快降下来而且会产生大量烟气污染室内环境，腐蚀墙壁、衣物、家具饰品还可能导致中毒事件，长期生活在这种环境下人们的发病率会增高，冬季发病率和死亡率的升高，供暖条件差是其主要原因，安装土暖气的家庭条件较好些但燃烧状况时好时坏，室内温度很不稳定而且安装在室内也会污染环境。太阳能供暖可以完全避免煤灰烟气对室内的污染，而且自动控制系统会大大提高其供热质量。总之，采用太阳能供暖，在技术、经济、环保等方面都已具备与传统能源的竞争力，必将迅速的发展起来。1·3兰州地理位置及资源状况分析兰州处北纬36.030地处资源较丰富地区，月平均气温≥10℃、日照时数≥6小时天数在200~300天，太阳能保证率为30%~50%（短期蓄热）、40%~60%（长期蓄热），室外平均温度为-2.8℃计算采暖天数为132天，耗热量指标为20.8W/m2,耗煤指标为13.2kg/m2该别墅总面积为157m2共三层。二、节能方案技术比较2·1总体设计原则综述2·1·1合理确定太阳能热利用技术类型应用太阳能热利用系统是建筑节能设计的重要技术手段，太阳能热利用系统与建筑一体化就是其设计工作的关键。规划中要结合建筑单位体或群体的功能特点及对太阳能热利用的需求来确定太阳能热利用系统的技术类型，包括太阳能提供热水、利用太阳能供热采暖、利用太阳能制冷空调以及综合利用等。在总体规划设计师需要充分调研、仔细分析、科学评估、统筹规划。实际工作要综合分析环境气候特点、太阳能资源、常规辅助能源以及供给条件，再与建筑功能需求和投资多少结合起来，做经济技术分析，权衡利弊，找出最佳的可行的应用方式，科学合理地确定太阳能利用技术类型。这是太阳能热利用与建筑一体化规划设计中应考虑的首要问题。2·1·2建筑设计与太阳能热利用系统设计同步进行应用太阳能热利用系统的单体建筑或建筑群体，无论在做规划布局设计还是在做单体布局设计时，均应与太阳能热利用系统设计同步进行，以保证所选的太阳能热利用系统各个部分及其辅助设施与建筑规划布局直至单体建筑设计能够有机结合，成为建筑规划设计中合理的不可分割的部分。2·1·3建筑设计应满足的技术要求应用太阳能热利用系统的建筑或建筑群体，规划设计中，除像一般规划设计要考虑的建筑功能，场地条件，周边环境等制约规划设计的诸多因素外。确定建筑布局、群体组合和空间环境时还特别需要结合场地的地理条件、当地地域的气候条件、日照条件（太阳能资源）等因素来确定和设计建筑的朝向、建筑之间的间距以及建筑形体组合，最大限度的满足太阳能热利用系统设计和安装的技术要求。2·1·4太阳能集热系统选型太阳能集热系统的选型是应用太阳能热利用系统建筑规划设计的重要内容，设计者不仅要创造新颖美观的建筑体形及立面造型，合理设计太阳能集热系统各组成部分的安装安放位置，还要结合建筑功能及其对热水供应方式的需求，综合考虑太阳能资源常规辅助能源类型，可供给的方式与条件，施工条件等因素，比较不同类型太阳能集热系统的性能、优缺点、造价，进行经济技术分析。在充分综合比较后，酌情选择适用的、性能价格比高的太阳能集热系统。2·1·5太阳能集热器的设置太阳能集热器是太阳能集热系统的重要组成部分，也是应用太阳能热利用系统建筑设计中需重点设计的内容，在建筑上合理设计太阳能集热器的安装位置尤为重要。太阳能集热器一般设置在建筑屋面（平、坡屋面)、阳台栏板、建筑外墙面上或设置在建筑的其他部位，如女儿墙、建筑屋顶的披檐上、甚或设置在建筑的遮阳板上、建筑物的屋顶飘板等能充分接受阳光的位置。建筑设计需将所设置的太阳能集热器作为建筑的组成元素，与建筑有机结合，保持建筑统一、和谐的外观，并与周围环境相协调。设置在建筑任何部位的太阳能集热器应与建筑锚固牢靠，保证其安全坚固，同时不得影响该建筑部位的承载、防护、保温、防水、排水等相应的建筑功能。2·1·6既有建筑改造增设太阳能热利用系统在既有建筑物上增设或改造应用太阳能热利用系统，必须经建筑结构复核，满足建筑结构及其相应的安全性要求，不得破坏建筑物的结构，影响其建筑物承受荷载的能力，也不得损害建筑的外形及室内外的附属设施，更不得破坏屋面和地面的防水构造。同时，建筑物改造安装太阳能热利用系统，不得降低相邻建筑的日照标准。为确保系统的安全性系统安装后应满足其避雷设计的要求。2·1·7考率太阳能热利用系统的维护应用太阳能热利用系统与建筑一体化设计，其重要组成部分的太阳能集热器使用寿命有限，一般在10年左右，而建筑的寿命通常在50年以上。太阳热利用系统各个部件在使用中不仅需要安全安装维护，如太阳能集热器还需要保养更换。为此，建筑设计不仅要考虑地震、风荷载、雪荷载、冰霉等自然破坏因素，还应为太阳能热利用系统的日常维护尤其是太阳能集热器的安装、维护、日常保养、局部更换提供必要的安全便利条件。2·2太阳能建筑应用技术2·2·1集热蓄热墙体技术集热蓄热墙体就是在直接受益式太阳墙和窗的后面筑起一道重型结构墙，利用重型结构墙的蓄热能力和延迟传输的特性获取太阳的辐射热。这种形式的太阳房在供热机理上与直接受益式不同，属于间接受益太阳能采暖系统。墙体吸收太阳辐射热，一部分通过透明盖层向外损失，另一部分加热夹层内的空气，从而使夹层内的空气与室内空气密度不同，托通过上下通风口形成自然对流由上通风孔将热空气送进室内，第三部分则通过集热蓄热墙体向室内辐射热量。这种集热蓄热墙体式太阳房已成为目前广泛应用的被动式太阳房采暖形式之一，集热蓄热墙式与直接受益式相结合，即可充分利用南墙集热又可域建筑结构相结合，并且室内昼夜温度波动较小，墙体表面涂成深色、墙体与玻璃之间的夹层安装波形钢板和透明热阻材料都可以提高系统集热效率。可通过模拟计算或选择经验数值确定空气间层的厚度及通风口的尺寸，这是影响集热效果的重要数值。集热蓄热墙体的特点是在充分利用南墙面的情况下，能使室内保留一定的南墙面，便于室内家具的布置，可适用不同房间的使用要求，与直接受益窗结合使用，即可充分利用南墙集热又能与砖混结构的构造要求相适应：用砖石等材料构成的集热蓄热墙体，墙体蓄热在夜间向室内辐射，使室内昼夜温差波幅小；在顶部设置夏季向室外的排气口，可降低室内温度。集热墙外表面涂有吸收层，与集热墙体本身相比，吸收率增大，但伴随表面墨度的增大，墙的长波辐射热损失也有所增多，部分的抵消了吸收率提高所产生的增益，总起来说，采用涂层能使蓄热墙效果增强，为了在提高吸收率的同时降低表面黑度，人们开始研究采用选择性涂层，实验表明，采用选择性涂层的效果非常显著。现在选择性涂层已经广泛应用于太阳能热水器集热器的制作。热体在室内设置在阳光直射到的地方是最理想的。地板是最佳位置，但地板面积往往被家具遮挡，所以，需热体配置在东、西、北墙或内墙也是可以的。2·2·2墙体保温隔热技术（1）不管是新房还是旧房，都可采取墙壁的外墙保温法，即在外墙壁上辅挂6~8cm的聚苯乙烯泡沫塑料隔热材料。这种方式隔热性能最好，没有热桥产生，且整个墙壁都能成储热体。（2)屋顶也要采取隔热措施，最好在房顶外层铺覆隔热层。对旧房也可采用吊顶的方法铺覆隔热层。(3)对新房可采用夹芯墙，即把隔热材料放置在内外墙中间。屋顶可根据大阳能集热器的安装的需要来设计。2·2·3附加阳光间被动式太阳房是不用机械动力而在建筑物本身采取一些措施后，直接利用太阳辐射能采暖的房间。附加阳光间式就是在向阳侧设透光玻璃构成阳光间接受日光照射，阳光间与室内空间由墙或窗隔开，蓄热物质一般分布在隔墙内和阳光间地板内。因而从而室内供热来看，其机理完全与集热墙式太阳房相同，是直接受益式和集热蓄热式的组合。随着对建筑造型要求的提高，这种外形轻巧的玻璃立面普遍受到欢迎。阳光间的温度一般不要求控制，可结合南廊、入口门厅、休息厅、封闭阳台等设置，心用来养花或栽培其他植物，所以附加阳光间式太阳房有时也称为附加温室式天阳房。与集热墙式被动房相比，该形式具有男集热面积大、升温快的特点，与相邻内侧房间组织方式多样，中间可设砖石墙、落地门窗或带槛墙的门窗；但由于附加阳光间将增大透明盖层的面积，是散热面积增大，因而降低所收集阳光的有效热量。在阳光间结构上作些改进，也可以收到较好的效果。2·2·4蓄热体在被动式太出房中需设置一定数量的蓄热体。它的主要作用是在有日照时吸收并蓄存过剩的太阳辐射热；而当百天无日照时或在夜间(此时室温呈下降趋势)向室内放出热量，以提高室内温度，从而大大地减小室温的波动。同时由于降低了室内平均温度，所以也减少了向室外的散热。蓄热体的构造和布置将直接影响集热效率和室内温度的稳定性。对集热体的要求是：蓄热成本低，单位容积的蓄热量大；对储存器无腐蚀和或腐蚀作用小；资源丰富，当地取材；容易吸热和防热；耐久性高。蓄热材料分为显热和潜热两天类：(1）显热类蓄热材料：显热是指物质在温度上升或下降时吸收或放出热量，在此过程中物质本身不发生任何其他变化。显热类蓄热材料有水、热媒等液体及卵石、砂、土、混凝土、砖等固体。它们的蓄热量取决于材料的容积比热值（V·C)。（2)潜热类蓄热材料：潜热蓄热又称相变蓄热或溶解热蓄热，是利用某些化学物质发生相变时吸收或放出大量热量的性质来实现蓄热的。相变材斜具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。一般有两种：1、固体―液体：物质由固态溶解成液态时吸收热量；其相反，物质由液态凝结成固态时放出热量。2、液体—气体：物质出液态蒸发成气态时吸收热量；其相反，物质由气态冷凝成固态时放出热量。2·2·5集热屋面把生热器放在玻屋面、用混凝土地板作为蓄热体的系统，冬季，室外空气被屋面下的通气槽引人，积蓄在屋檐下，被安装在屋顶上的玻璃集热板加热，上升到屋顶最高处，通过通气管和空气处理器进入垂直风道转入地下室，加热室内厚水泥地板，同时热空气从地板通风口流入室内。该系统也可在加热室外新鲜空气的同时加热室内冷空气，但是需要在室内上空设风机和风口，把空气吸入并送到屋面集热板下。夏季夜晚系统运行与冬季白天相同，但送人室内的是凉空气，起到降温作用。2·2·6太阳墙采暖新风技术太阳墙系统由集热和气流输送两部分系统组成，房间是储热器。集热系统包括垂直墙板、遮雨板和支撑框架。气流输送系统包括风机和管道。太阳墙板材覆于建筑外墙的外侧，上面开有小孔，与墙体的间距由计算决定，一般在200mm左右，形成的空腔与建筑内部通风系统的管道相连，管道中设置风机，用于抽取空腔内的空气。冲压成型的太阳墙板在太阳辐射作用下升到较高温度，同时太阳墙与墙体之间的空气间层在风机作用下形成负压，室外冷空气在负压作用下通过太阳墙板上的孔洞进入空气间层，同时被加热，在上升过程中再不断被太阳墙板加热，到达太阳墙顶部的热空气被风机通过管道系统送至房间。与传统意义上的集热益热墙等方式不同的是，太阳墙对空气的加热主要是在空通过墙板表面的孔缝的时候，面不是空气在间层上升的阶段。太阳墙板外表面为深色(吸收太阳辐射热)，内表面为浅色(减少热损失)。在冬季天气晴朗时，太阳墙可以把空气温度提高30℃左右。夜晚，墙体向外散失的热量被空腔内的空气吸收，在风扇运转的情况下被重新带回室内。这样既保持了新风量，又补充了热量，使墙体起到了热交换器的作用。夏季，风扇停止运转，室外热空气可从太阳墙版底部及孔洞进入，从上部和周围的孔洞流出。热量不会进人室内，因此不需要特别设置排气设置。太阳墙板材是由1-2mm厚的镀锌钢板或铝板构成，外侧涂层具有强烈吸收太阳热、阻挡紫外线的良好功能，一般是黑色或深棕色，为了建筑美观或色彩协调，其他颜色也可以使用，主要的集热板用深色，装饰遮板或顶递的饰业用社充色。为空气流动及加热需要，板材上打有孔洞，孔洞的大小、间距和数量应根据建筑物的使用功能与特点、所在地区纬度、太阳能资源、辐射热量进行计算和实验确定，能平衡通过孔口流人的空气量和被送人距离最近的风扇的空气量，以保证气流持续稳定均匀，以及空气通过孔洞获得最多的热量。不希望有空气渗透的地方，例如接近顶部处，可使用无孔的同种板材及密封条。板材由钢框架支撑，用自攻螺栓固定在建筑外墙上。2·3最终方案确定兰州处北纬36.030地处资源较丰富地区，月平均气温≥10℃、日照时数≥6小时天数在200~300天，太阳能保证率为30%~50%（短期蓄热）、40%~60%（长期蓄热），该别墅总面积为157m2共三层。方案如下：在东墙附加太阳墙提供客厅、卧室以及娱乐场所供暖；在屋顶安装太阳能集热器提供热水，墙体采用保温隔热材料以达到能量储存，不需要设置储热设备，辅助热源为电加热；二楼阳台增设阳光间。三、方案设计计算及经济效益分析3·1太阳墙设计计算太阳墙的计算是基础，因此在进行太阳墙的热压作用、传热换热性能分析计算，太阳墙内的速度场、温度场，维护结构的温度场数值模拟之前，首先对太阳墙经行简单的计算。它包括太阳墙参数及性能的指定，太阳墙的集热量、送风量及结构尺寸的计算等3·1·1太阳墙参数及性能住宅条件兰州地区某3层的居民别墅，三个需供暖房间住宅楼尺寸长m宽m高层高房间数层数11.514.2521333面积157m2（每层）3·1·2太阳墙板设计美国能源部国家可再生能源实验室（NERL）对太阳墙的定义：是一种深色的带孔的金属薄板，以他为材料的墙体吸收太阳辐射，在建筑风机的抽吸作用下加热进入自身的小孔的外界新鲜空气。3·1·3太阳墙材料结构太阳墙的主要材料是一种深色的褶皱的多孔的镀锌钢薄板或铝制薄板，它被竖直的平行的安装在距建筑外墙15cm—20cm处，褶皱的目的是为了增加板材的强度，其形状可以不同，空洞的形状和数目应根据建筑的使用功能、太阳能资源进行计算和实验确定。典型的有0.8mm厚的铝板，上有直径1.6mm圆孔的板材。3·1·4太阳墙性能经加拿大美国相关部门的跟踪测试，太阳墙的运行效率在75%[1]以上，依据不同的流量，空气温升为16℃—40℃,它除了吸收直射辐射外，还吸收漫射辐射。太阳墙选用0.8mm厚的铝板，上有直径1.6mm圆孔的板材，取太阳墙的运行效率为75%。3·1·5太阳墙的集热量、送风量及结构尺寸1、根据单位面积热指标法估算住宅楼的热负荷Q=q·F×10－3Q建筑物的供暖设计热负荷，KW；q建筑物供暖面积热指标，W/m2F建筑物的建筑面积，m2本设计取建筑物供暖面积热指标q为60W/m2，三层的住宅楼的建筑面积F为471m2。由此可得建筑的供暖设计热负荷Q为28.26KW；2、太阳墙的集热面积、集热量表3-2冬季太阳总辐射照度（W/m2）一月北纬36.03大气透明度五级时刻810121416太阳总辐射照度115432557432115假设建筑物南立面全部布置太阳墙系统，太阳墙的集热面积F=117.6m2，考虑到太阳墙的集热效率为75%由公式W=F·I·η×10－3W太阳墙集热量，KW;I冬季太阳辐射照度W/m2η太阳墙的集热效率；因此可得在不同时刻的集热量如下表：时刻810121416太阳墙集热量10.1438.149.1338.110.14可知太阳墙平均集热量为29.12kw>28.26kw，即该墙体的集热量满足别墅的热负荷要求。3、冬季太阳墙送风量西宁冬、夏空调室内外设计参数表3-4舒适型空气调节室内计算参数参数冬季夏季温度1826风速0.20.3相对湿度5050表3-5室外计算参数地名年平均温度冬季空调室外相对湿度室外计算干球温度（℃）夏季空气调节室外计算湿球温度（℃）冬季夏季采暖空气调节最低日平均通风通风空气调节空气调节日平均计算日较差兰州11.437-7.5-9.8-7-83033.629.18.826.3送风量可利用余热量中的显热部分和送风温差来计算。即G=QX1.01(to-tn)G送风量kg/s;QX显热量kw;近似取为热负荷值tn室内温度℃室内设计温度18℃；t0送风温度℃送风温度取为28℃；由此可得：G=2.7kg/s经换算G=2.3m3/s；选择轴流式风机，三个送风管800×1800流速4.67m/s太阳墙内温升：由冬季空调室外设计温度（-9.8℃）、送风温度之差可确定太阳墙内的温升为37.8℃。4、冬季太阳墙结构尺寸计算已知太阳墙在不同时刻的集热量，由W=1.01·ṁ·△t可得太阳墙内的质量流量ṁW太阳墙集热量，KW;Ṁ太阳墙内的质量流量kg/s;△t太阳墙内的温升℃;表3-6冬季太阳墙在不同时刻时太阳墙内的流量时刻810121416太阳墙内的流量0.27kg/s（0.21m3/s）0.99kg/s（0.77m3/s）1.29kg/s（1m3/s）0.99kg/s（0.77m3/s）1.9kg/s（0.21m3/s）根据上表的数据，由连续性方程可得太阳墙在各个流量下不同截面尺寸(长×宽)（m2）下的流速（m/s）表3-7冬季太阳墙在不同时刻不同流量不同截面尺寸时，太阳墙内的流速（m/s）时刻810121416太阳墙内的流量0.27kg/s（0.21m3/s）0.99kg/s（0.77m3/s）1.29kg/s（1m3/s）0.99kg/s（0.77m3/s）1.9kg/s（0.21m3/s）截面尺寸(40×0.10)（m2）0.0520.1920.2500.1920.052截面尺寸(40×0.15)（m2）0.0350.1280.1670.1280.035截面尺寸(40×0.20)（m2）0.0330.0960.1250.0960.033下表1–2层是太阳墙，3-8层是围护结构层，在太阳墙与维护结构层之间是空气层2材料名称厚度（mm）导热系数W/m·℃密度kg/m3比热KJ/kg·K1铝0.820327000.922空气2000.0261.1351.013花岗岩石板材253.4928000.924水泥沙浆200.9318001.055聚苯乙烯泡沫塑料600.042301.386纯石膏板100.3310501.057纯石膏板2001.7425000.928水泥砂浆200.9318001.053·2附加阳光间3·2·1太阳房的建设地点、朝向和房间距的确定正确确定太阳房的建设地点、朝向和房间距，是能否充分利用太阳能，达到冬暖夏凉的关键，建房前一定要在当地规划部门允许的情况下，合理地选择建设地点、朝向和房间距。1.被动式太阳房的建设地点被动式太阳房的建设地点最好选在背风向阳的地方；周围没有高大建筑物或树木遮挡：附近没有粉尘污染严重的工厂，如水泥厂等。建造太阳房的地区，应该是太阳能资源丰富或可利用的地区，在同一个地区还应该注意建造太阳房的小区环境，要注意闯围环境对太阳房的不利影响。同时，注意太阳房的室外绿化，构成所谓“生物气候”，这也是一种太阳的利用。本设计在别墅二楼阳台增设阳光间，采光面积良好，面积充足。2.被动式太阳房的朝向被动式太阳房应朝向正南方，在偏东、偏西15”范围内效果也较好。因为从太阳房设计的需要来看，在北半球正南朝向的房屋是有利于太阳能采暖的主要条件之一，是能否有效地利用太阳能的关键问题，它直接影响太阳房性能的好坏。设计合理的太阳房，在采暖季节里它的南向房间可以受到最多的直射阳光，而在夏季时照入室内的直射阳光又最少。不同纬度的房间南立面接收的太阳辐射能不同。不同方位接收太阳辐射能是不同的，比如在同样月份，建筑物由于偏南角度不同，接收太阳辐射能的情况也是不同的。偏南角度00100150200300400500600700800900辐射情况10098979388797059494134虽然被动式太阳房建设的朝向是在南偏东、偏西15°范围内效果最好，但也要符合建筑物总体规划的要求。根据多年的观测，白天要求升温快的房间或只是白天使用的房间，如教室、办公室等。向偏东为好，最好的朝向是南偏东5°~10”之间；晚上要求温度高的房间，如住宅的卧室。朝向偏西为好，最好的朝向是南偏西5°~10°之间。3.被动式太阳房与前栋房屋之间的间距由于被动式太阳房要求在冬至日从上午9时至下午3时有6个小时的光照条件。由下式可以计算出两栋房屋之间的日照间距：Do=H·cosγ/tanh=ȠH式中：Do——两栋房屋之间的日照间距，当前栋建筑物有挑檐时，计算后的Do应加挑檐长度：H——前栋建筑物的遮挡高度；γ——冬至日9时太阳光线方向与房屋南墙面法线之间的夹角；h.——冬至日9时太阳高度角，是太阳光线与水平面之间的夹角：Ƞ——冬至日9时日照间距系数，部分城市经纬度及冬至日上午9时正南朝向房屋日照间距系数可查表本设计为别墅不考虑遮挡情况，朝向是在南偏东15°4.太阳房的外部形状与内部房间的布置太阳房的外部形状对集热、保温、隔热都有影响，因为南墙是被动式太阳房的主要集热部件，南墙面积越大，所获得的太阳能越多，因此，被动式太阳房的最佳平面形式是沿东西方向伸展的矩形平面形式。虽然矩形平面形式对集取太阳能有利，但是矩形平面形式的阴面面积也同样增大，散热面积增多，散热量加大，因此，为了充分利用室内收集的有限的太阳能资源，对太阳房的维护结构要进行保温处理。另外，考虑到太阳能房屋立面造型的美观、灵活，平面形式可进行适当凸凹变化，但变化不宜太大、太多，否则影响采光窗采光。根据建筑抗震要求，太阳房的平面形状也不宜变化太大，否则影响建筑物的抗震能力。太阳房的内部房间布置应根据房间的用途来确定，应将主要房间如住宅的卧室、起居室和学校的教室、办公室等放在阳面，将辅助房间如住宅的厨房、厕所、杂物间和学校的走廊、楼梯等放在阴面。5.太阳房的高度要求在太阳房面积确定的情况下，房屋越高，散热面积越大，耗热量越多。因此，在确保太阳房使用功能的情况下，应尽量减小房屋高度，这样对太阳能供暖是有利的。以住宅为例，一般太阳能供暖住宅层高不宜超过2.8m，层数不宜超过5层，6层以上因风速增加，抵消了热量，不宜采用太阳能采暖技术。本设计太阳房高度位2.8米，形状为矩形。3·2·2太阳房墙体的设计墙体是建筑物的最主要部分。墙体除了具有承重功能外，还具有维护和分隔房间的作用太阳房的墙体除了具有一般墙体的功能外，还具有集热、蓄热和保温的作用。墙体是太阳房的重要集热部件，同时也是较大的散热部件，其热损失占整个房屋热损失的30%左右。一般民用住宅在确定外墙的保温设计时，是以内墙皮不结露为原则，因而外维护结构的热阻值普遍偏低。我国北方地区通用的一砖半墙(370mm)及二砖墙(490mm)，其热阻值仅分别为0.86~1.15m2·K/W。所以，实体砖墙必须进行改革或改革墙体构造，满足外维护结构的热工性能，这主要是靠选用导热系数小的维护结构材料、增加墙体的热阻值来达到的。膨胀珍珠岩、矿棉、聚苯乙烯泡沫板等(在气候干燥的地区，也可以利用经过防腐处理的高梁壳、棉秸秆、牛马干粪等)。该做法称为“夹芯复合保温墙”。保温层的厚度由热工计算给出。材料热阻R的计算公式为：R=δ/λ式中：δ——材料厚度，mm；λ——材料导热系数，W/(m·K)。复合墙体总热阻等于各层材料热阻之和，查表可知常用复合墙体的热阻值。表3-2各纬度地区墙体保温层厚度参考值纬度450以北430~440400~420370~390360以南保温层厚度（mm）>120100~12080~10060~80<60本设计为兰州地区北纬36.030故取60mm，材料选择珍珠岩，保护墙以120mm砖墙计算得热阻值为1.79。被动式太阳房的墙体一般采用两种复合保温墙体，一种是夹心复合保温墙体，一种是外墙保温复合保温墙体。1.夹芯复合保温墙体夹芯复合保温墙体的结构如大图所示。通常做成里外两层墙体中间放保温材料。一般做法是里侧砌240mm厚的承重墙，中间放置60~120mm厚的保温材料，外侧砌60mm或120mm厚的保护墙，里外两墙体用拉结筋拉在一起，形成一个整体。将承重墙放在内部有两方面的好处：一是承重墙墙体厚，储存的热量多，有利于保持室内温度；二是有利于建筑结构，承重墙置于保层内部，使承重墙没有冻融循环，因为砖受冻融循环15次，其抗压强度降低25%左右，影响墙体的承载力。2.外墙保温复合保温墙体这种方法是在墙体建成后，再在外侧贴聚苯乙烯泡沫板，然后挂钢丝网抹水泥沙整保护层。外墙保温的特点是隔热性能好，没有“冷桥”产生，整个墙体都可成为储热体，增大房屋的储热功能，使房间温度波动性减小。其缺点是外墙壁施工难度较大，其耐久性差。墙体材料可采用实体砖，也可采用空心构件和轻混凝土制品，如空心砖、加气混凝土砌块、陶粒混凝土板材等。本设计选择外墙保温复合保温墙体四、相关设备选择4·1太阳能集热器的选型4·1·1集热器面积的确定1、供暖保证率根据用热量来确定集热器的面积，这似乎是个简单的问题，但是由于太阳能有其间歇性不稳定性、能量密度较低等特点，往往单靠太阳能不能独立完成任务，常常要设置辅助热源，所以就提出保证率问题，即太阳能所提供的热量占所需总热量的百分比。到底太阳能的保证率应是多少合适?不同的地区、不同的条件、不同的节能理念有很大的不同。建设部编写的“太阳能供热采暖工程技术规范”中提出的采暖保证率如表所示。资源区分短期蓄热系统太阳能保证率季节蓄热系统太阳能保证率Ⅰ≥50%≥60%Ⅱ30%~50%40%~60%Ⅲ10%~30%20%~40%Ⅳ5%~10%10%~20%我国大部分地区属于Ⅱ、I类资源较丰富和资源尚可的一般地区。根据表2-5提出的太阳能供热采暖的保证率，Ⅱ类资源较富区达到30%就达标了，Ⅰ、Ⅱ类资源一般区达到10%就达标了。这显然是一个比较低的达标标准，可能是考虑到全国各地各种不同的条件都能使用。北京地区在奥运会前后几年也搞了不少太阳能采暖工程，例如何梓年等主编的《太阳能供热采暖应用技术手册》中收录了北京市几家太阳能采暖工程，太阳能的采暖保证率都在30%~40%之间。2、采热负荷计算下面我们用计算的方法来分析太阳能采暖的保证率和集热器面积。该别墅可按157m2（除去车库为方便近似为100m2）的建筑采暖面积计算，其中包括2~3间卧室，另有中厅和厨房等(人口多的可适当增加面积）为保证太阳能采暖的建筑有较好的采暖效果，要对房屋进行隔热保温处理，一般方法是在房屋外墙粘铺一层5~8cm厚的聚苯乙烯泡沫板隔热层，以降低其散热量。对这类房屋的采暖供热量，根据国家标准(参看附录兰州市)，大都在每平方米约26W。不过这些标准都是依据城市的楼房制定的，楼房的散热面平均到每个南北跨度的大房间，一般只有南墙和北墙两个较小的散热面，左右和上下四面楼板和墙壁大都是与其他房间共有的，理论上不存在散热问题。但对平房而言，除南墙北墙外，至少还有一个屋顶面散热问题，在同样对外墙进行隔热保温的情况下，其热损失肯定要大些。因此，我们把平房的能耗按25~30W/m2来估算。按30W/m2计算，则100m2采暖面积每天的总用热量为：30W/m'×100m2×(3600s×24h)-259200000J~62200kca若按25W/m’计算，则100m’采暖面积每天的总用热量为：25W/m2×100m2×(3600s×24h)-216000000J=51600kca3、太阳能集热器面积在晴朗的天气里，在地球表面，垂直于太阳光辐射平面上的太阳辐射能大约是1000W/mm2，考虑到大气中常有灰尘、云雾等影响其透明度，我们可按700~800W/m2计算。由于是在冬季采暖，我们取每天的日照时间为6h来计算，即取当地真太阳时上午9点至下午3点。(实际日照时间要长些，9点前和下午3点后也有日照，正可补充接近3点和9点时阳光斜射造成的不足。）太阳能集热器的集热效率可按40%计算，则太阳能集热器的有效功率为：700~800W/m2x40%=280~320W/m2为计算方便，我们取太阳能集热器的有效功率为300W/m2。现在该别墅的建筑面积为100m，冬季采暖需要30W/m2的供热量，则其所需要的集热器面积为：259200000J+(300W/m2×3600s×6h)=40m若按25W/mm2的采暖供热量计算，则其则所需要的集热器面积为：216000000J+(300W/m2×3600s×6h)=33m2集热器面积与采暖面积之比约为：40:100=122.5和33:100≈1:3.0即每1m2集热器可向2.5~3.0m2的房间供暖。在太阳能资源不同的地区，各地阴云天气占一定比例有很大差异，上述比值可根据当地实际情况进行修正，在日照较好的地区可取1:2.5~1：3，在日照较差的地区可取1：2~1：2.5。由于各地的日照情况差别比较大，太阳辐射的有效功率会有较大的差异，故上述计算结会有一定的不确定性，但至少从计算中可以看出，由太阳能承担主要的供暖功能是完全可能的。综上:本设计集热器面积约为52.3m2而房屋顶面积约为61.58m2故能够满足集热器布置。4·1·2集热器类型的确定不同的太阳能集热器有其不同的性能特点和优势，不同地区不同的气候条件和不同的采暖需求，决定了如何选择不同性能的集热器。（1）在高寒地区，比如在冬季气温下降到-20℃以下的地区，在夜晚或连阴天气，有可能会把用水做工质的太阳能集热系统冻坏，因此在这些地区可以采用空气集热器。空气集热器系统内流动的工质是空气，其抗冻性能最好。（2)在偏远的山区、小村庄，若当地没有维修力量，或距维修店很远，不宜采用以水工质的集热器。若采用以水为工质的集热器，一旦出现小的运行故障，比如真空玻璃管漏水，若不能及时维修，整个系统的水就可能会漏光，从而造成大的故障。而由外地人员去维修，则会产生太大的维修成本，综合费用更高。在这类地区宜采用空气集热器，因为空气集热器不宜产生故障，即使出现漏气等小故障，一般也不影响整个系统的正常运行。（3）一般采暖地区采暖应采用真空管集热器，其隔热性能好，尤其在低温条件下，一般比平板型集热器集热效率高。另一方面，真空管集热器在冬季抗冻能力强，经成千上万户的真空管热水器用户多年的使用证明，在我国北纬40°线以南大部分地区，真空管热水器大都能越冬使用。(4）对于室内是普通散热器的用户，应采用聚光型真空管集热器。由于与地板辐射散热相比，普通散热器的散热面积较小，故要求供热温度高。普通真空管集热器在冬季较难达到较高的集热温度，即使达到较高的集热温度，其集热效率也会下降；而聚光式真空管集热器很容易实现较高的集热温度。（5）要想提高太阳能供暖的保证率，增大集热器的面积，同时又不想在夏季产生大量的难以消化掉的热能，可以采用固定式聚光集热器(参看下章聚光器)，因为固定式聚光集热器在夏季将失去聚光功能，其集热面积只有冬季的1/3，故夏季的产热能力会大大下降。(6）对于某些采暖或供热工程，由于工程面积大等因素，系统循环的压力较大，普通播式真空管集热器的耐压力小，可采用U形管式真空管集热器或热管式真空管集热器。这些集热器的连接处都是金属连接件，耐压力大。(7）在某些不太寒冷的采暖区，也可采用平板型集热器，在这类地区，平板型集热器的集热效率也较高。但仍要注意防冻问题，预防可能出现的突然降温天气。综上：本设计为兰州地区别墅故选择采用聚光型真空管集热器。4·2安装角度我们已搞清楚了太阳的视运动规律，关于太阳能集热器的安装角度问题满好解决了。最理想的情况是太阳能收集器的接收平面总是与太阳光线的方向相垂直，这样收集的效果最好。但由于太阳光线时时在变化着，这就需要太阳能收集器时时刻刻跟踪太阳，即一套太阳能自动跟踪装置。由于自动跟踪装置价格较昂贵，且长期运行的可靠性也是不易解决的问题，因此目前市场上销售的太阳能收集器一般都没有自动跟踪装置。由于我国位于北半球，一般情况下太阳总是在南方，而在一天中太阳的东西运动轨道是对称的，因此我国的太阳能集热器都是面向南方东西放置的。但是，一天中不仅太阳的高度角时时在变化，而且由于赤纬角的变化，一年中每天同一时刻的太阳高度角也不同，也是天天在变化中。集热器安装不仅要面向南方而且要与地面有一个倾角，那么多大的倾角合适呢?为此我们根据太阳视运动中的阳高度角变化规律，尤其是正中午太阳高度角的变化情况。由正中午太阳高度角h的计算公式为：Sinh=sin(90°―ø＋δ)即h=90°―ø＋δ这里ø办是当地地理纬度，δ是当日赤纬角在两分日(春分和秋分)，赤纬角δ=0°，则有：h=90°―ø可见，在两分日正中午，若要使集热器与入射的太阳光相垂直，则集热器与地面的交集应等于地理纬度。在夏至日正中午，太阳的高度角为：h=90°―ø＋23.5在冬至日正中午，太阳的高度角为：h=90°―ø―23.5在其他日期里，则在夏至日太阳高度角和冬至日太阳高度角之间变化。本夏至日，中午太阳高度角最高，h=90°―ø＋23.5，之后逐渐降低，到秋分日，降为h=90°―ø。然后继续降低，到冬至日，降到最低，中午太阳高度角变为h=90°―ø―23.5然后又逐渐升高，到春分日变为h=90°―ø，春分过后继续升高，到夏至日又升到方=90―ø＋23.5°然后又如此周而复始，循环变化。根据太阳的以上变化规律，我们可以确定太阳能集热器的安装倾角。由于设计理念的不同、应用的情况不同，集热器安装的倾角也不同，下面分几种情况分析。（1）全年使用的太阳能集热器的安装倾角。很显然，全年使用的太阳能集热器必须兼顾冬季和夏季的使用，所以应按全年中午太阳高度角的平均值来安装，这个平均值即两分日中午的太阳辐射的角。太阳能集热器的收集平面应与两分日中午的太阳光相垂直，因此，太阳能集热器与地面的夹角ψ应等于当地地理纬度ø。（2)偏向冬季或偏向夏季使用的太阳能集热器的安装倾角。对于偏向冬季使用的太阳能集热器，其安装角度可在地理纬度上再加10°，即ψ=ø+10°而偏向偏向夏季使用的太阳能集热器，其安装角度可在地理纬度上再减去100，即ψ=ø＋100(3)冬季采暖用平板型和竖排真空管型太阳能集热器的安装角度，对于冬季采暖，太阳能集热器的安装角度应保证最需要太阳辐射的时刻有最佳的集热效我们知道，在冬至日前后几天太阳赤纬角在一23.50附近，太阳高度角最低。而冬至日龙三九天的开始，即开始了一年中最冷的季节，这些日子是一年中太阳辐射最低，又是最需要太阳辐射的日子。所以太阳能集热器的安装角度应使这些日子有最好的收集效果。赤纬角从-200~-23.50占了冬至前后各一个月共约两个月的时间，约占采暖期的1/2，且是最冷的一个时期，所以太阳能集热器的安装角ψ应是：ψ=ø+200甚至可以采用：ψ=ø+230这样就保证了在最需要太阳辐射能的近1/2的采暖期，有是好的收集效果。实际上，采用这样的大的倾角还有另一方面的好处，即在夏季不太需要太阳能时降低了集热器的集热能力，若取ψ=ø+23°，夏季中午集热器与太阳光的交角为230×2=460则夏季集热器的有效集热面积AC与冬季集热面积AB之比为cos460≈0.7，大大缓解了夏季热量过剩的问题(4)冬季采暖用横排真空管集热器的安装角度。横排管集热器中真空玻璃管间有间隙，当太阳高度角在一定范围内变化时，不影响其集热面积。所以其安装倾角可以取当地地理伟度。（5）聚光型真空管集热器的安装倾角。对全年使用的聚光型真空管集热器，各聚光器要季节性的调整倾角，故对整个集热器框架的安装倾角应等于当地地理纬度。对主要在冬季采暖使用的固定式聚光型真空管集热器，其安装角度要受聚光器的主要设计参数收集角、收集时间的制约，一般安装角等于地理纬度加15°~180。由于兰州地理纬度位36.030而且设计选用的是真空管型太阳能集热器，所以本设计采用ψ=36.030＋230=59.0304.3太阳能集热器方位角的确定对方位角的确定一般不存在困难，朝南向即可。但是在有些村庄，房屋的方位并不朝向正南，尤其是一些山区村庄，其房屋走向或沿河流，或沿山脉，或沿道路。在这类地区，太阳能热器的安装朝向可以稍微偏离正南向，但一般不要超过左右15°。cos150=0.966，即当偏离150时，其集热面积约等于正南向安装时集热面积的96.6%。偏离越大影响越大，当偏离30°时，Cos30°=0.866，这时，其集热面积约等于正南向安装时集热面积的86.6%。故本设计方位角可取为为1504.4太阳能集热器安装的前后间距大面积太阳能集热器系统都采用阵列联接方式，为使集热器前后排不出现遮阳块象，两排集热器要有一定的距离，两排集热器间的最小间距可由下式计算：D=H{tanø―sinδ}sina·cosø式中：D—两排集热器不遮阳的最小距离，m；H一集热器顶高，mmø—太阳高度角δ—太阳赤纬角，我国冬至时太阳高度角最低，只要冬至日不遮阳，全年就不会出现遮阳现象，所以排列集热器时，只考虑冬至不遮阳即可，太阳能采暖是在冬季进行，所以要特别注意这点。下表列出了冬至上午9时到下午5时一些地理纬度不遮阳的D/H值。表4-1我国部分地理纬度不遮阳的D/H值地理纬度D/H值2501.523001.853502.314003.004504.19对本设计可根据真空管长度具体确定H（取0.5m），则有间距D=1.1m五、施工及后期维护要求5·1供暖系统运行可靠性措施太阳能集热系统按照自然循环管路的安装规则安装，保证了当强制循环因故不能进行时，系统仍能进行正常的自然循环，避免了系统因不能循环而可能发生的更严重的事故，提高系统运行可靠性。在每个循环泵的侧旁都设计了由单向阀构成的并联支路，既保证了循环泵发生故障时可以方便调换或维修，也保证了系统的正常循环运行。3、太阳能集热系统和供暖系统两个系统既相互独立、不相互干扰，又相互联系、互相补充。两个循环泵可以分别为各自分系统提供动力，但是当一个泵发生故障时，另一个泵又可为整个太阳能集热供暖系统提供动力，不影响整个系统的正常运行。5·2其他几种防护措施管路排气在太阳能集热器阵列中，管路内不积聚气体，不形成气塞，是保证系统能正常循环的重要条件，更是保证系统能自然循环的必要条件，为此可从以下几方面加以注意。（1）在串联管路中会出现“山峰”形拐点，为了保证在这种拐点处能随时放出产生的气体，在这里要设置排气结构，必要时可设置双排气结构。（2）强制循环动力较大，可以带走部分管路中的气体，系统要以强制循环为主。（3）正压循环系统有利于气体的排除，而负压循环循环却容易使气体进入管道内，所以对循环水泵的安装位置和方向一定要认真考虑，水泵流出的方向是正压，水泵背后水流入处是负压状态。要尽量保证太阳能集热器阵列内和地暖盘管内一直处于正压状态，尤其是太阳集热器阵列，一定要处于正压状态，否则，自然循环就可能无法进行。要尽量缩小处于负压状态的管路长度。图11-5中，除水箱到阀1段管路处于负压状态外，其他管路都是处于正压状态。当由于某种原因某段管路暂时处于负压状态时，要尽快排除故障，恢复正压状态。防冻室外管路的防冻是必须要考虑的问题，可注意从以下几方面加以解决。（1）对永不见阳光且容易受冻的部位，如从楼顶沿房后侧进入室内的一段室外管路部分，不仅容易受冻，而且受冻后，很难维护，对这些部位应在保温层内贴近管道缠绕电伴热带，可随时对其加热防冻（2）适当提高水箱高度，使其晚上能自然形成倒循环，用水箱中的热水防止冷水下集管道被冻坏。（3）不管有无太阳，即使是连续阴天，每天也要启动循环泵对太阳能集热器阵列进行几次循环，用室内辅助热源的热能对集热器管路加热防冻。.除尘除尘是提高集热器效率的重要措施，尤其是聚光型集热器的反射面，更需要定期除尘。（1）在每年采暖期开始时，要对太阳能集热器进行一次除尘，整个采暖期最好进行2~3次除尘。(2)除尘时最好用水冲洗，或用鸡毛掉子轻轻扫，以免损伤玻璃管和反射面。(3)若有高压喷水设备，最好用高压水定期清洗。抗风对于采暖用的太阳能集热系统，抗风措施尤其显得重要。在普通热水工程中，为了提高太阳能阵列的抗风能力，往往把集热器的安装倾角设计得很小，这样虽然提高了抗风能力，但却影响了集热性能。对于采暖用的集热器，因为总是在太阳高度最低的冬季使用，为提高集热器冬季的热性能，集热器与水平面的倾角必须要大很多，我国须采暖的北方地区一定要达到50°~60”，这么高的倾角一定要注意抗风措施。（1）要和屋顶面连接牢靠。对平顶屋顶面，可以用混凝土或石板预制较重的底托板，用以固定集热器支架。（2）对干到层顶，若坡度不大，也可以用混凝土或石板预制较重的底托板，用以固定集热圾寺加、并城度大，要用角钢、方管等钢材固定好，必要时可在最北侧的集热器处安装防风板。（3）设计集热器阵列时要注意留有通风道，以减轻风压。稳定可靠的零部件采用的零部件要质量可靠，且与设计的系统性能相匹配。(1)集热器的热水上集管要耐100℃以上的温度，尤其在夏季，上集管的水温可能接近100℃，故需要用能耐高温的铁管等金属管道。同样，其隔热材料也要能耐100℃的高温，要用聚氨酯或岩棉等耐热隔热材料，而不能用聚苯乙烯泡沫塑料。（2)循环泵、电子温控仪、地暖管、真空玻璃集热管等主要零部件都要用质量可靠的正规产品，以免频频损坏。5·3系统施工安装与工程验收5·3·1太阳能热利用系统与建筑一体化的施工安装（1）大阳能热利用系统与建筑一体化的施工安装宜与建筑整体施工同步进行。（2）用千大阳能热利用系统安装的产品、配件须质量合格，并有质量保证书。（3）大阳能热利用系统安装，特别是太阳能集热器施工安装时，不得破坏相应部位的建筑结构和建筑功能（如防水层)，不得损害建筑的外形及附属设施。（4）大阳能热利用系统中，如水箱、管线、太阳能集热器与建筑一体化施工安装时，常采用预埋件(支架、套管等)连接，预埋件需做防水处理，预留洞、槽也均应做防水处理。（5）伸出屋面的管道及其节点部位应采取多道设防，柔性密封，机械固定的防水措施，以提高薄弱环节处防水的可靠性。（6）贮水箱的材质、规格及安装位置应符合设计要求，与底座固定牢靠。安装在室外时，水箱的防冻、防腐、防老化等需严格按设计要求施工。（7）太阳能热利用系统的一系列管路，安装前需与采暖、通风、电气等专业人员密切配合，施工时应依据设计要求，有序地安排在管道井中，并且需要便于检查维修。（8）系统中室内外热水管道均应进行保温防腐处理（9）太阳能热利用系统安装后应能满足避雷等设计要求，确保系统的安全性5·3·2太阳能热利用系统与建筑一体化的工程验收按照相关标准，工程验收的要求和程序如下：(1)太阳能热利用系统建筑一体化设计工程验收，应按建筑安装工程的程序与建筑施工同步进行工程验收。（2)太阳能热利用系统建筑一体化工程验收有分项验收及竣工验收之分。（3）分项工程验收宣根据工程施工特点分期进行，对于影响工程安全和系统性能的工序，必须在该工序验收合格后才能进入下一道工序的施工。这些工序包括以下部分：1)在屋面太阳能集热系统工程施工前，进行屋面防水工程的验收；2)贮水箱就位前，进行贮水箱检漏的验收：在贮水箱进行保温前，进行贮水箱检漏的验收。3）在太阳能集热器支架就位前，进行支架承重和固定基座的验收；4）在建筑管道井封口前，进行预留管路的验收：5）在系统管路保温前，进行管路水压试验；6）隐蔽工程中隐蔽项目等应在未隐蔽之前进行现场施工质量验收；7）太阳能热利用系统电气、强弱电预留线路的验收；8）设计图纸注明需要验收合格后才能进入下一道施工工序时，必须进行该工序验收。（4）系统竣工验收在分项验收合格后、工程移交用户前进行，竣工验收的检验及水质热性能等均应符合国家标准规范的规定。（5）太阳能集热系统中太阳能集热器的安装验收应符合设计及其规范要求：贮水箱安装验收应检查位置正确与否，并与底座固定牢靠，水箱内外壁应按设计要求做防腐处理内壁防腐涂料需无毒、卫生，当贮存的热水温度达至最高时，仍能符合饮用水的标准。太阳能热利用系统工程所使用的材料、配件、设备均须有质量合格证明文件，管道及其附件的敷设布置安装应符合设计及国家标准的相关规定。（6)其他辅助能源加热设备的选用及安装均应满足设计要求，工程质量检验与验收应符合现行国家有关规范规程和标准的规定。5·4相关墙体施工方法夹芯复合保温墙体施工方法复合保温墙体施工经常采用以下3种方法。单面砌给法法Ⅰ：先砌筑240mm厚的内侧承重墙，砌至一定高度(一般为8~10皮砖，高度为500~600mm)时停下，安放保温材料，然后再砌筑120mm外侧的保护墙，承重刷与保护墙之间必须用钢筋拉结使它们形成一个整体，并按设计设置拉结钢筋，设计无要求时采用ø=6mm的拉结钢筋，水平间距两砖到两砖半(500~750mm)，垂直间距为8~10皮砖（500~600mm)，拉结钢筋上下两层要交错布置，形成梅花点状布置。单面砌筑法Ⅱ：先砌筑240mm厚的内侧承重墙，砌至平口高度(也就是圈梁或过梁的下皮)，在每砌筑到8~10皮砖(高度为500~600mm)后安放一层动=6mm拉结钢筋，一端驾钩，一端不带弯钩，将带弯钩的一端压在240mm内，不带弯钩的一端伸出墙外，拉结钢筋的水平间距为两砖到两砖半(500~750mm)，垂直间距为8~10皮砖(500~600mm)拉结锅筋上下两层要交错布置，形成梅花点状布置。当承重墙施工完毕后，将保温材料安放好，然后砌筑保护墙，每砌筑至拉结钢筋位置时，将钢筋弯钩后压在保护墙内。双面砌筑法：同时砌筑内外两侧墙体，砌至8~10皮砖(高度为500~600mm）时，将保温材料和拉结筋依次放好。这种方法容易在墙体中出现“冷桥”(也有的称之为“热桥”)的部位，如圈梁、门窗过梁及墙体丁字接头和转角处的构造柱等，保温性能比主体部分差，热量容易从这些地方传递出去。为了避免“冷桥”部位出现结露现象，可做局部保温处理，圈梁、过梁等截面可做成L形，外侧作保温处理，也可以做成里外两道梁，中间夹保温材料。构造柱的保湛可在转角砌筑时安放保温板或在转角外侧抹保温砂浆等。防冻措施有下面几种。①夜间或阴天，把系统内的循环水放走储存起来，使用时再抽回系统内。②增设辅助热源和储热装置，在夜间或阴天定期强制循环，提高循环管道的温度。③管道加强隔热保温并增设电伴热带，需要时可对管道加热防冻。参考文献【1】刘瑞澄等，太阳能热利用与建筑一体化，北京:中国建筑工业出版社,2014，p27~30；p54；p102；p205~216。【2】贾英洲主编，太阳能供暖系统设计与安装，北京：人民邮电出版社

2011，P4~9；p25~29；p52~56；p127~132；p156；p187~193；p202~203；p253~257；p260~263；p264~266；p301。【3】王崇杰、蔡洪彬、薛一冰等编著，可再生能源利用技术，北京：中国建材工业出版社，2014，p47~51；p54~62。【4】黄槐荣、李炎锋、李俊梅、王维发表学术论文，太阳墙技术及其建筑一体化应用，北京工业大学建筑工程学院。【5】郑品迪、董华、周恩泽、万清发表学术论文，太阳墙计算及内部气流状态数值模拟，青岛理工大学。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站HYPERLINK