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1、 l， 囊求 。动式太阳能建筑夏季降温实验研究 大连理工大学土木水利学院建筑环境与新能源研究所 陈滨 小林 摘 要大量的应用及研究表明，夏季气温过热是制约被动式太阳能采暖技术应用的关键因素之一。本文通过对大连理工大学校园内的太阳能空气集热 模块实验设施的夏季降温实验，在分析大连地区的夏季自然降温潜力的基础上，重点讨论夜间通风与室内热质结合、集热模块的遮阳与通风方式等对缓解夏季 过热程度的作用。实验结果表明，集热模块的通风与遮阳能有效降低南墙壁面温度，夜间通风与热质结合时能降低室内温度 关键词被动式太阳房夏季过热夜间通风热质 on of he in is of of he of on of in
2、 on of of，he of on of 2C in 刖置 许多研究表明，被动式太阳房的冬季 采暖性能越好，就越容易出现夏季过热现 象，这一直是被动式采暖技术应用过程中 亟待解决的问题。到目前为止，有许多自 然降温技术得到了广泛应用，如：利用屋 顶的涂层反射太阳光，利用绿色植物减少 屋顶和围护结构的太阳得热，改善墙体的 保温性能，对窗户进行遮阳和夜间自然通 风等。其中夜间自然通风是应用最广泛的 夏季降温措施。通过将夜间温度较低的室 外空气引入室内，利用热质蓄冷，达到降 低次日室内温度峰值的目的。有研究表 明，重质建筑中的自然通风能降低白天室 内的峰值温度36，当热质的数量从 887kgm 增
3、加到1 567kgm ，换气次数增 加到10内最高温度可降低 3，室内围护结构的对流换热系数也是 影响通风效果的重要参数。 尽管对建筑自然通风降温的影响研究 较多，但关于含太阳能空气集热器(与建筑 集成安装后成为太阳能空气集热建筑模 块，以下简称模块)的重质太阳能房屋在夏 季采用的降温研究很少。该项研究利用两 问被动式太阳能实验房和1间对比房，对 采用模块并拥有多处室内蓄热体(混凝土 楼板或墙体)的房屋夏季降温方法进行了 实验研究。如何有效地利用这些蓄热体，降 低实验房因热容量增加而产生的过热问题 将是本项研究的重点。 1大连地区夏季降温潜力 不同气候地区夏季室外降温潜力不 同，为分析大连地区
4、的降温潜力，依据公式 (1)，计算了大连地区3个月(6月1日8月 31日)的降温度日数，见图1。 46新闻热线(01 0)6863 5203 63 4 6( 一(1) =1 式中，t 为室外温 天数 图1夏季室外温度和度日数变化 度，t 为夏季室内设计温度(本文取26)， 当t =1；当t 时，8=0。 基于度日数的计算公式，季室外空气的降温潜力， 温潜力越小，反之亦然。 由图1可以看出，大连地区夏季室外 温度波振幅(A)在4外温度最 高值(t)能达到32，但整个夏季室外 日平均温度(t。 )低于夏季室内设计温度 (26)，气温相对较低。7、8月份的 糕术 高于6月份，但都在50说明即 使在最
5、热的7、8月份，室外空气仍有很 大的降温潜力。由于夜间室外温度比室 内设计温度低，因此合理地利用夜间自 然通风与蓄热体的蓄冷技术来降温就显 得更加重要。 2实验方法 21 实验设施及实验工况 本项研究利用在大连理工大学校园内 建造的两间南外墙设置有太阳能空气集热 器的实验房和一间对比房，进行了被动式 太阳房的降温实验。除实验房南墙外，其余 墙体均采用20012墙采用150的钢筋混凝土外贴120屋顶由11 5组成。为了进行太阳房的蓄冷(热)实验， 实验房多处采用了蓄热体结构，见图2。 结合实验房的结构特征，本项实验采 取了6种降温模式，见图3。 2验房和对比房的测点布置见图2， 测点数据采用计算
6、机多点巡回检测系统自 动记录，时间间隔为10m；录室外空气温湿度、水平面和南向垂直 面的总太阳辐射照度、风速和风向。实验时 间为2008年7、8月，实验地点为大连市。 3实验结果分析 31模块的遮阳与通风效果分析 模块在冬季集热性能越好，夏季对太 阳房室内过热现象影响也就越严重。未采 取任何降温措施的实验房与对比房的测试 结果显示，实验房的南外墙壁面温度比对 比房高42。较高的南墙壁面温度一方 面增强了居住者与墙体之间的辐射换热， 降低了舒适性；另一方面也增加了南墙这 部分蓄热体蓄存的热量，这些热量通过对 流换热逐渐释放到房间内，从而使太阳房 室内温度升高。因此，在设计中采用模块太 阳能建筑时
7、，必须考虑到模块夏季降温措 施，本项实验对模块分别采取了如表1所 示的通风与遮阳的措施，实验结果，见图 4。未采取降温措施的模块所对应的南墙 外壁面温度最高值能达到55；当分别采 用遮阳和通风措施后，南墙外壁面温度最 高值都降到了4O以下，两种措施同时采 用时，南墙外壁面温度峰值仅为32，略 高于室外温度。 对比房 图2实验房结构和测点布置 一- 控制风门 8 循环风机 _霸蓄热体 (钢筋混凝土) 暖 聚苯板保温层 勰霸目豳 心砖墙 (a)模块通风 (b)模块外遮阳 (c)模块通风(增加通风 ) 旧日旧 (d)夜间降温 (e)楼板蓄冷 (f)夜问降温(增加通风最) 图3实验工况 表1模块降温措
8、施 模块编号 降温措施 1号 无遮阳，无通风 2号 外遮阳 3号 通风 4号 遮阳+通风 时间 图4模块遮阳与通风对南墙外壁面 温度的影响 32白天热压通风对室内舒适性影响 晴朗的白天，模块的垂直空气问层能 够起到太阳能烟囱作用，被加热的间层空 气不断地通过模块玻璃盖板上的风口流 向室外，室内空气从南墙下风口进入空气 问层，如此循环，实现太阳房白天热压通 风。大连地区7、8月份白天室外温度较 高，热压通风并不能够起到降低室内温度 作用，但热压通风可以调节室内相对湿 度。本项实验测量了太阳房在有无热压通 风的情况下室内相对湿度变化，其结果见 图5。在热压通风作用下，室内相对湿度在 11：0019
9、：00这个时间范围内有明显降 低，波动范围保持在4552之间，可 以满足人体舒适性要求。因此大连地区被 动式太阳能建筑在白天也可以考虑采用自 然通风。 图5热压通风对室内相对湿度的影响 订阅本刊请拨(010)88681843转8027 47 j 蔫 攮米3夜间通风与楼板蓄热体结合对室内 温度的影响 影响夏季夜间通风降温效果的因素主 要有室外气候条件、室内通风率、热质的数 量和室内得热量。通过日降温小时数的计 算可以看出，大连地区夜间室外空气有很 大的降温潜力，因此本项实验对比分析了 实验房夜间通风与楼板蓄热体结合对室内 温度的调节作用。 为了充分利用楼板蓄热体的作用，实验 房屋顶设置了1间 来
10、自室外的冷空气先流经空气间层，向蓄热 体传递冷量，蓄热体吸收的冷量一部分通 过对流换热传到室内，降低室内空气温度， 另一部分贮存在蓄热体内，在次日的白天逐 渐释放到室内，以达到降低白天室内空气 峰值的目的。楼板的蓄冷量计算公式为： Q= (一 (t,- ) (2) 式中， 、，分别为空气问层与楼板、 楼板与室内的对流换热系数，t 分别为 楼板内、外表面温度，t 为空气间层温度、t 为室内温度。 当实验中选用不同的夜间送风工况时 图3(d)、图3(e)，楼板蓄热体的蓄冷量变 化如图6所示。蓄冷工况时楼板夜间蓄冷量 比降温工况增加了31，楼板蓄存的热量 在次日清晨6点之后逐渐释放到室内，这 说明屋
11、顶的空气问层加蓄热体的结构确实 有利于夜间蓄冷量增加；但数据显示，楼板 蓄冷量较小，分析原因，一方面因为通风量 小，楼板供冷量低，另一方面因为风机动力 不足，空气在楼板空气问层内的能量损失 较大，因此当改进这两方面因素之后，楼板 蓄冷量会进一步增加。 一Q _一Q 佥 糖 图6 夜间降温和楼板蓄冷工况的蓄冷量比较 (代表降温工况) 。 ， _， 1 ，I 、 1 、 ， t 一 ， 、 、 、 、- 时间 、I ： ：一 i 8：00 12：00 16：00 20：00 0：00 4：00 8：00 时间 7夜间自然通风与蓄热体结合对室内温度影响 在夜间室外气候条件相同情况下对比 了无通风情况
12、和夜间楼板通风蓄冷工况室 内温度变化(图7)。夜间通风情况下，实验房 室内温度由31。C，而未通风 情况下，实验房夜间室内温度始终在28 以上，清晨5点时，实验房室内温度比未通 风情况下降低了1 3，可见夜间通风对降 低太阳房室内温度起到了很好的作用。但 在6点之后，实验房室内温度有所回升，分 析原因可能是因为夜间供冷量较小，蓄热 体蓄存热量不足以在次日白天时降低实验 房室内温度。 为了进一步分析夜间通风效果，在模 块玻璃盖板风口安装了风机，以增加夜间 通风量，图8为增加了通风量之后实验结 果。夜间因增加风机，送风量增加72m3h， 计算可得，夜晚冷量增加为3 79W(m。S)。 实验结果显示增加通风量实验房室内温度 比未增加通风量实验房低05。可见，当 继续增加夜间通风量时，可以更进一步降 低室内温度。 48新闻热线-()686
