寒冷地區(qū)保溫哨樓主被動太陽能采暖與室內(nèi)熱環(huán)境

1、寒冷地區(qū)保溫哨樓主被動太陽能采暖與室內(nèi)熱環(huán)境摘要本文在對西北嚴(yán)寒地區(qū)邊防哨樓太陽能采暖設(shè)計中，將主動式、被動式采暖方式結(jié)合起來，設(shè)置與哨樓使用功能相協(xié)調(diào)的陽光間，采用平板型空氣集熱器。計算預(yù)測了冬季五個月的室內(nèi)月平均氣溫。結(jié)果說明，方案設(shè)計可行，能到達(dá)預(yù)期目的。關(guān)鍵詞太陽能采暖陽光間空氣集熱節(jié)能1前言我國西北邊疆、冬季非常寒冷。邊防哨樓地處邊境線上，遠(yuǎn)離城市，水、電供給缺乏，自然環(huán)境惡劣。邊防哨樓主要供邊防戰(zhàn)士觀察、暸望,其構(gòu)造型式獨特。在這樣的特殊條件下，希望通過太陽能有效利用，改善邊防民戰(zhàn)士艱辛的生活、工作條件。本文對新疆北部邊防哨樓太陽能采暖系統(tǒng)設(shè)計特點進(jìn)展了初步的分析討論。2氣候特點及

2、哨樓建筑特點我國西北新疆地區(qū)冬季長，且非常寒冷。以天山為界，北疆為溫帶大陸性干旱半干旱氣候，南疆為暖溫帶大陸性干旱氣候。降雨稀少，上溫差、日溫差極大。一月份平均氣溫按全太陽能采暖氣候區(qū)劃劃分，新疆屬適宜區(qū)；按太陽能采暖節(jié)能氣候區(qū)劃劃分，新疆僅次于青藏高原屬次佳區(qū)。在缺乏條件的寒冷的新疆邊境哨樓上，采用太陽能采暖來改善室內(nèi)熱環(huán)境，同時節(jié)約能源，具有特別重大的意義。哨樓為一高度20米的四層建筑，建筑平面為邊長2米的八邊形構(gòu)造。一、二、三層高5.6米，使用面積為317.442，四樓為觀察室，層高3米，使用面積12.82，該觀察室為戰(zhàn)士站崗工作場所，即我們的采暖房間。3太陽能采暖方案選擇太陽能采暖建筑

3、一般可分為主動式和被動式兩大類被動式太陽房是通過建筑獻(xiàn)身和周圍環(huán)境的合理布置，內(nèi)部矛盾空間和外部形體的巧妙處理，建筑材料和構(gòu)造、構(gòu)造的恰中選擇，使其在冬季能集娶保持、貯存、分布太陽熱能，從而解決建筑物的采暖問題。被動式太陽房是一種讓陽光射進(jìn)房屋、并自然地加以利用的途徑。它不需要或僅使用很少的動力和機(jī)械設(shè)備，幾乎沒有什么運(yùn)行費(fèi)用，幾乎沒有任何風(fēng)險。主動式太陽房是以太陽能集熱器、管道、散熱器、風(fēng)機(jī)或泵、貯熱裝置等組成的強(qiáng)迫循環(huán)的太陽能采暖系統(tǒng)。其控制調(diào)節(jié)方便、靈敏。但一次投資高，維修管理工作量大，技術(shù)較復(fù)雜，且仍要消耗一定量的常規(guī)能源。哨樓所處地區(qū)非常寒冷，僅靠被動式太陽房集熱、蓄熱，難以使室內(nèi)溫

4、度到達(dá)一定的居住要求。增設(shè)主動式太陽能采暖方式，可以最大限度地利用太陽熱能。在主動式采暖系統(tǒng)的設(shè)計上，盡量利用自然循環(huán)壓頭，少用電能。并且，因為主動式采暖系統(tǒng)調(diào)控靈敏、方便，可能實現(xiàn)主、被動局部同時或單獨工作，或機(jī)械循環(huán)或自然循環(huán)工作方式。被動式采暖系統(tǒng)的設(shè)計主要考慮在與哨樓特殊的建筑構(gòu)造和使用功能相適應(yīng)的根底上，進(jìn)步太陽能的利用率。4被動式太陽能建筑二十米高的哨樓建筑，只有四樓觀察室需要供熱，其建筑構(gòu)造型式本向具有較好的集熱條件，應(yīng)充分加以利用。同時，對觀察室建筑材料、平面隔斷重新選擇、設(shè)計，在四樓觀察室采暖房間外墻、頂棚、地面作保溫設(shè)計。保溫層采用100厚巖棉板。在觀察室南側(cè)設(shè)置陽光間，隔

5、斷墻將觀察室與陽光隔開。見圖1。隔斷墻為240厚磚砌成。上部開25008002在孔既作為采光，遼望窗，也是白天熱空氣流入的通道。該孔可做玻璃窗，但日出時必須開窗；墻下部開3002002循環(huán)孔，該孔可與鳳管孔洞結(jié)合起來。圖1四樓觀察室及陽光間平面圖2三樓集熱器及管道平面陽光間三面墻采用雙層玻璃墻，有一人雙層玻璃門，玻璃墻外設(shè)夜間保溫活動裝置，陽光間地面為蓄熱體，其與觀察室地面采用不同構(gòu)造，其在地面樓板上鋪100碎石混凝土，水泥抹面。白天，陽光透過陽光間玻璃層，一局部可直接進(jìn)入采暖房間，一局部被陽光間地面和隔斷墻吸收轉(zhuǎn)換成熱量貯存起來，然后通過熱空氣循環(huán)和墻體的熱傳導(dǎo)進(jìn)入采暖房間。5主動式太陽能采

6、暖系統(tǒng)太陽能集熱器有平板型庥熱器和聚光型集熱器兩種。對于僅僅以供熱為目的的采暖系統(tǒng)來說，采用平板型低溫集熱，可簡化系統(tǒng)，減少散熱、節(jié)省投資。安裝、運(yùn)行、管理均比擬方便。同時平板型集熱器由于新材料新技術(shù)的開展，可使集熱效率和集熱溫度大大進(jìn)步，將來也可用于太陽能制冷。一般，采用水式集熱的應(yīng)用較多，方法、設(shè)備也較成熟。我們詳細(xì)比擬了水式集熱和空氣式集熱的優(yōu)缺點。一般說來，空氣式集熱器要廉價些，而且不存在凍結(jié)、腐蝕等問題。在嚴(yán)寒地區(qū)，凍結(jié)問題是非常突出的問題。所以無凍結(jié)這一優(yōu)點就顯得特別有意義。但由于空氣的密度、比熱均比水小很多，對搜集同樣的熱量，空氣式所需要的循環(huán)動力、風(fēng)道、蓄熱體均比水工大許多，相

7、應(yīng)地增加了造價。水式系統(tǒng)一般采取一些防凍措施來防止凍裂發(fā)生。對于西北邊疆嚴(yán)寒地區(qū)，室外氣溫連續(xù)長時間處于冰點以下。防凍問題異常嚴(yán)峻。假設(shè)采用乙二醇鹽水溶液，要使冰點下降到-30，乙二醇重量百分比將達(dá)50%左右。從系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、可靠性、集熱效率多方面綜合分析比擬，最后我們設(shè)計選用平板式空氣集熱系統(tǒng)，從根本上解除冰凍的危害。而在系統(tǒng)設(shè)計上，注意盡量防止或減少空氣集熱系統(tǒng)的不利影響。集熱器安裝在三樓南立面墻外的陽臺上，集熱器上部風(fēng)口接風(fēng)管，下部風(fēng)口接回風(fēng)管。風(fēng)管在陽光間地板面穿孔通過樓層，采用卵石床蓄熱，蓄熱器斷面為500750，高度為1500，安裝在觀察室內(nèi)東南角處。見圖2。6室內(nèi)熱環(huán)境預(yù)測在太陽房

8、無其它輔助熱源情況下，通過面積為4.642的陽光間和4塊11.52平板型空氣集熱器集熱供熱共同作用，我們對室內(nèi)可到達(dá)的空氣溫度進(jìn)展了預(yù)測。式中：Ta：月平均室外氣溫，；S1：被動局部月有效得熱量，KJ；S2：主動局部月有效得熱量，KJ；：每月天數(shù)，d；Qb：通過其它圍護(hù)構(gòu)造得熱量，由圍護(hù)構(gòu)造熱工計算得出，KJ/d；Qin：由室內(nèi)照明，人等產(chǎn)生的熱量，室內(nèi)按一人常住活動，Qin=10368KJ/d；L：房間凈負(fù)荷系數(shù)，由熱工計算得出。其NL=4815KJ/d.預(yù)測計算結(jié)果列于表1。表1室內(nèi)溫度預(yù)測計算表序號工程符號單位11月12月1月2月3月1被動局部月有效得熱量S1103KJ172416311

9、909202119602主動局部月有效得熱量S2103KJ5332294477829353其它圍護(hù)構(gòu)造得熱量QbKJ/d315022813212561883874每月天數(shù)D30313128315月平均室外氣溫Ta-5.2-14.1-17.0-15.1-6.16平均溫度升高值T18.415.018.624.123.27室內(nèi)平均氣溫Tr13.20.91.69.017.1由預(yù)測結(jié)果可知，在太陽輻照最不利的12月份，可使室內(nèi)氣溫比室外氣溫進(jìn)步15，在輻照最好的2月份，可進(jìn)步24.1。依靠太陽熱能采暖，極大地改善了室內(nèi)熱環(huán)境。但由于室外氣溫太低，例如最冷的一月份平均室外氣溫為-17，致使12月、1月份室

10、內(nèi)氣溫僅能到達(dá)0.9，1.6，仍較低。這說明在極嚴(yán)寒的地區(qū)，僅靠太陽能采暖而無其它輔助熱源措施，是很難到達(dá)民用建筑采暖室內(nèi)溫度要求的。假如要進(jìn)一步改善生活工作條件，到達(dá)采暖設(shè)計目的，必須增設(shè)其它輔助熱源。7結(jié)論71針對邊防哨樓地處嚴(yán)寒地區(qū)的特點，創(chuàng)造性地提出了被動式和主動式相結(jié)合的采暖方法，極大限度地利用太陽熱能。72采用空氣式吸熱系統(tǒng)，徹底防止了凍裂的危害，為嚴(yán)寒地區(qū)太陽能采暖設(shè)計開拓了新思路。73在哨樓八邊形平面構(gòu)造建筑中，巧妙地設(shè)計了陽光間，到達(dá)與建筑的和諧統(tǒng)一。74經(jīng)過預(yù)測計算，通過主、被動式太陽能采暖系統(tǒng)供暖，可使室內(nèi)氣溫比室外氣溫進(jìn)步15-25，居住條件大為改善。75因室外氣溫太低，在最冷月時室內(nèi)氣溫只能到達(dá)1左右，在極嚴(yán)寒地區(qū)，僅靠太陽能采暖很難到達(dá)民用建筑