5.2 采 暖

5.2.1 五种太阳能系统的集热形式、特点和适用范围见表5。




5.2.2 这几种基本集热方式具有各自的特点和适用性,对起居室(堂屋)等主要在白天使用的房间,为保证白天的用热环境,宜选用直接受益窗或附加阳光间。对于以夜间使用为主的房间(卧室等),宜选用具有较大蓄热能力的集热蓄热墙。常用的蓄热材料分为建筑类材料和相变类化学材料。建筑类蓄热材料包括土、石、砖及混凝土砌块,室内家具(木、纤维板等)也可作为蓄热材料,其性能见表1。水的比热容大,且无毒、价廉,是最佳的显热蓄热材料,但需有容器。鹅卵石、混凝土、砖等蓄热材料的比热容比水小得多,因此在蓄热量相同的条件下,所需体积就要大得多,但这些材料可以作为建筑构件,不需额外容器。在建筑设计中选用太阳能集热方式时,还应根据建筑的使用功能、技术及经济的可行性来确定。

5.2.3 为了获得更多的太阳辐射,南向集热窗的面积应尽可能大,但同时需要避免产生过热现象及减少外窗的传热损失,要确定合理的窗口面积,同时做好夜间保温。
      能耗软件动态模拟结果表明,随着窗墙比的增大,采暖能耗逐渐降低。当南向集热窗的窗墙面积比大于50%后,单位建筑面积采暖能耗量的减少将趋于稳定,但随着窗户面积的增大,通过窗户散失的热量也会增大,因此,规定南向集热窗的窗墙面积比取50%较为合适。

5.2.4 集热蓄热墙是在玻璃与它所供暖的房间之间设置蓄热体。与直接受益窗比较,由于其良好的蓄热能力,室内的温度波动较小,热舒适性较好。但是集热蓄热墙系统构造较复杂,系统效率取决于集热蓄热墙的蓄热能力、是否设置通风口以及外表面的玻璃性能。经过分析计算,在总辐射强度大于300W/m2时,有通风孔的实体墙式效率最高,其效率较无通风孔的实体墙式高出一倍以上。集热效率的大小随风口面积与空气间层截面面积的比值的增大略有增加,适宜比值为0.80左右。集热蓄热墙表面的玻璃应具有良好的透光性和保温性。

5.2.5 附加阳光间增加了地面部分为蓄热体,同时减少了温度波动和眩光。当共用墙上的开孔率大于15%时,附加阳光间内的可利用热量可通过空气自然循环进入采暖房间。采用附加阳光间集热时,应根据设定的太阳能节能率确定集热负荷系数,选取合理的玻璃层数和夜间保温装置。阳光间进深加大,将会减少进入室内的热量,热损失增加。

5.2.6 蓄热屋顶兼有冬季采暖和夏季降温两种功能,适合冬季不甚寒冷,而夏季较热的地区。用装满水的密封塑料袋作为蓄热体,置于屋顶顶棚之上,其上设置可水平推拉开闭的保温板。冬季白天晴天时,将保温板敞开,水袋充分吸收太阳辐射热,其所蓄热量通过辐射和对流传至下面房间。夜间则关闭保温板,阻止向外的热损失。夏季保温板启闭情况则与冬季相反。白天关闭保温板,隔绝阳光及室外热空气,同时水袋吸收房间内的热量,降低室内温度,夜晚则打开保温板,使水袋冷却。保温板还可根据房间温度、水袋内水温和太阳辐照度,实现自动调节启闭。

5.2.7 对流环路板的传热系数宜小于2;蓄热材料多为石块,石块的最佳尺寸取决于石床的深度,蓄热体接受集热器空气流的横断面面积宜为集热器面积的50%~75%;在集热器中设置防止空气反向流动的逆止风门或者集热器安装位置低于蓄热体的位置都能有效防止空气反向气流。

5.2.8 在利用太阳能采暖的房间中,为了营造良好的室内热环境,可采用砖、石、密实混凝土、水体或相变蓄热材料作为建筑蓄热体。蓄热体可按以下原则设置:
      1)设置足够的蓄热体,防止室内温度波动过大。
      2)蓄热体应尽量布置在能受阳光直接照射的地方。参考国外的经验,单位集热蓄热墙面积,宜设置(3~5)倍面积的蓄热体。如采用直接受益窗系统时,包括地面在内,最好蓄热体的表面积在室内总面积的50%以上。