梁 盼，劉圣勇，孫兵兵，鄒會(huì)發(fā)，華 磊，劉 亮

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，河南鄭州450002;2.山西潞安集團(tuán)，山西 長治046100;3.中國人民解放軍96401部隊(duì)，陜西 寶雞721100)

在能源危機(jī)以及環(huán)境污染的雙重壓力下，太陽能作為一種取之不盡用之不竭的新型可再生能源，已成為能源開發(fā)利用的熱點(diǎn).在建筑物的能耗結(jié)構(gòu)中，有2/3的能源用于建筑采暖降溫和熱水供應(yīng)［1］.利用太陽能來進(jìn)行采暖、供熱水、降溫，使其與建筑節(jié)能相結(jié)合，可以降低能源在建筑方面的消耗，減少環(huán)境污染，是建筑節(jié)能的一個(gè)重要途徑［2］.目前對于太陽房的研究主要是用于供暖和供熱水，用于夏季降溫則比較少，對于冬季供暖、夏季降溫聯(lián)合應(yīng)用的研究更少.本文主要研究了在主動(dòng)式太陽房中冬季利用太陽能供暖，減緩采暖能耗在建筑能耗中所占的比例，夏季利用地下冷水降溫，縮減夏季空調(diào)的使用周期，把這些技術(shù)相結(jié)合來達(dá)到節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境的目的.

1 主動(dòng)式太陽房的采暖供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 主動(dòng)式太陽房的結(jié)構(gòu)

主動(dòng)式太陽房需要裝設(shè)1套相應(yīng)配套設(shè)備，利用外加動(dòng)力進(jìn)行利用太陽能的熱循環(huán)供暖和降溫.由集熱器、集熱槽、水位調(diào)整箱、蓄熱槽、風(fēng)機(jī)等及適當(dāng)?shù)妮o助能源系統(tǒng)構(gòu)成.設(shè)計(jì)上要采用集熱器來完成利用太陽能的光熱轉(zhuǎn)換，其結(jié)構(gòu)簡圖見圖1.

圖1 主動(dòng)式太陽房的結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 The structure diagram of active solar house

1.2 采暖供熱系統(tǒng)的工作原理

1.2.1 集熱回路系統(tǒng) 集熱回路系統(tǒng)主要包括集熱器、水位調(diào)整箱、蓄熱槽和集熱槽等部件.如圖1所示，在集熱回路運(yùn)行中，閥門3，4，5關(guān)閉，閥門1，2，6打開.太陽能集熱器吸收太陽光能并將其轉(zhuǎn)化為熱量［3～5］，由傳熱介質(zhì)(水)通過集熱槽由管道運(yùn)輸至蓄熱箱，在此形成一個(gè)熱源，與外界空氣進(jìn)行對流傳熱，傳熱介質(zhì)經(jīng)過換熱后，返還到水位調(diào)整箱，循環(huán)利用.冷空氣經(jīng)傳熱介質(zhì)加熱后由送風(fēng)設(shè)備，輸送到室內(nèi)，供室內(nèi)采暖使用［6］.

1.2.2 采暖回路系統(tǒng) 采暖回路系統(tǒng)主要包括蓄熱槽、室內(nèi)空間、風(fēng)機(jī)等部件.采暖回路如圖1所示，在蓄熱箱內(nèi)，傳熱介質(zhì)與空氣進(jìn)行對流換熱，風(fēng)機(jī)將加熱后的空氣輸送到室內(nèi)空間，使室內(nèi)氣流形成上下溫差，底部熱空氣將上部冷空氣頂出室內(nèi)，使室內(nèi)空間充滿熱空氣達(dá)到循環(huán)供熱效果.冷空氣再次被排進(jìn)蓄熱箱，與傳熱介質(zhì)進(jìn)行換熱［7～9］.

2 主動(dòng)式太陽房的制冷循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1所示，主動(dòng)式太陽房降溫循環(huán)系統(tǒng)中主要包括水泵、蓄熱箱、室內(nèi)空間、風(fēng)機(jī)及排水等設(shè)備.當(dāng)降溫循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，閥門2與6關(guān)閉，閥門1，3，4，5打開.集熱器中被加熱的水主要供應(yīng)于洗澡及生活用水，多余的水通過閥門4返回到水位調(diào)整箱.

在夏季降溫時(shí)，可以利用地下水與蓄冷(熱)箱內(nèi)空氣對流換熱，由風(fēng)機(jī)將冷空氣輸送到室內(nèi)空間，達(dá)到降溫的效果.而冷水換熱后，變成溫水，用于生活用水或者從排水管排出.

3 性能試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)工況及方法

試驗(yàn)點(diǎn)為1座5層樓的節(jié)能建筑中頂層的2個(gè)房間，每個(gè)房間面積為24.32 m2，1個(gè)為試驗(yàn)房，1個(gè)為對比房.試驗(yàn)房系統(tǒng)中集熱器為超導(dǎo)熱管熱水集熱器(型號:SD-IV型)，水循環(huán)泵(型號:ISG65-125)，新風(fēng)機(jī)組(型號:GKD05-6)，外層保溫材料采用聚氨酯保溫材料.對比房在面積、結(jié)構(gòu)、組成材料和建筑布局方面與試驗(yàn)房基本相同，對其參數(shù)也進(jìn)行監(jiān)測.于2009-11-01—2009-11-15進(jìn)行供暖試驗(yàn)，于2009-06-01—2009-06-15進(jìn)行制冷試驗(yàn).室內(nèi)溫度測試方法按GB/T 15405—2006《被動(dòng)式太陽房熱工技術(shù)條件和測試方法》中對溫度的要求測試，室外溫度測試方法按GB/T 11605—2005《溫度測量方法》中的要求進(jìn)行測試.

3.2 冬季供暖試驗(yàn)

圖2 冬季供暖室內(nèi)溫度對比結(jié)果Fig.2 The comparison results of heating room temperature in winter

由圖2可以看出，試驗(yàn)房室溫比對比房室溫高.在太陽能集熱器加熱水與室內(nèi)空氣對流換熱的條件下，試驗(yàn)房室溫比對比房平均室溫高7.28℃，最高溫差達(dá)10℃，最低溫差為5.60℃.由此表明，試驗(yàn)房供暖效果穩(wěn)定且良好.

3.3 夏季降溫試驗(yàn)

由圖3可以看出，利用地下恒溫水來降溫的效果還是比較明顯，試驗(yàn)房室溫比對比房平均室溫低4.83 ℃，最高溫差達(dá)7.80 ℃，最低溫差為1.50 ℃.

圖3 夏季降溫室內(nèi)溫度對比結(jié)果Fig.3 The comparison results of refrigeration room temperature in summer

4 結(jié)論

通過對主動(dòng)式太陽房的合理設(shè)計(jì)以及對太陽能、地表水的合理利用，可以不斷有效地改善室內(nèi)微環(huán)境，并且可以節(jié)約常規(guī)能源，減少環(huán)境污染，達(dá)到能源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的目的.本研究設(shè)計(jì)了降溫、供暖兩用主動(dòng)式太陽房，并進(jìn)行了試驗(yàn)，使其在冬季可以利用太陽能采暖，在夏季主要利用地下恒溫水降溫.試驗(yàn)結(jié)果表明，冬季試驗(yàn)房室溫要比一般的房間室溫平均高出7.28℃，最高溫差達(dá)10℃，最低溫差為5.60℃，采暖效果良好.(2)夏季試驗(yàn)房室溫比一般普通房間室溫平均低出4.83 ℃，最高低7.80 ℃，最低低1.50 ℃，降溫效果達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).

［1］ 王舉成，譚興霞.太陽能在建筑中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2009，35(2):239-240.

［2］ 趙廷林，黃玉橋，樊峰鳴.新能源工程［M］.北京:東方出版社，1999.

［3］ RAEISSI S，TAHERI M.Energy saving by proper tree plantation ［J］.Building and Environment.1999，34:565-570.

［4］ 王漢洲，劉長海，劉鳳文.淺談太陽能房設(shè)計(jì)要點(diǎn)［J］.低溫建筑技術(shù)，1996，62(2):45-46.

［5］ WARRINGTON R O，AMEEL T A.Experimentai syudies natural convection in partitioned enclosures with a Trombe wall geometry［J］.Solar Energy Trans ASME，1995，117:16-21.

［6］ 彥啟森，趙慶珠.建筑熱過程［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1986.

［7］ 邊 浪，茅靳豐，劉建飛.關(guān)于熱舒適性幾個(gè)問題的探討［J］.建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2006，25(1):75-80.

［8］ 霍小平，葛翠玉.建筑室內(nèi)熱環(huán)境測試與分析［J］.建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，22(2):75-85.

［9］ 朱 唯，狄育慧，王萬江，等.室內(nèi)環(huán)境與自然通風(fēng)［J］.建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，23(1):90-95.