节能型建筑设计中太阳墙技术的应用研究

潘伟英　卢艳秋　庞静

摘 要：随着经济不断发展，中国能源消耗量成倍增长，尤其是建筑能耗，其在商品能源消耗中所占比例高达30%。建筑能耗主要包括电器使用、空调、热水供应以及采暖等耗能，其中空调采暖在建筑耗能中比例为65%，从而造成我国能源危机进一步加重。我国对建筑节能技术逐渐重视，并给予政策鼓励，推进技术的研究与开发，促使节能技术在建筑中逐渐普及。太阳能作为可再生资源，应用于各种建筑中，可促进建筑节能技术发展，因而太阳墙技术的应用在节能型建筑设计中的应用具有重要意义。

关键词：太阳墙；节能建筑；应用研究

1 太阳墙技术简介

太阳墙技术最典型的应用是空气加热，也被成为太阳墙系统。系统经过运作后，在建筑物内部输入加热的空气，从而提供热能，阳光充足时，太阳墙系统可促使空气温度自15°升高至38°，减少建筑物维持温度所需耗能，可在很大程度上代替空调系统。

1.1 太阳墙技术工作原理

太阳墙板是太阳墙系统的核心部分，其表面踱有热转换效率高达80%的涂层，经过特殊技术处理后，可将太阳能最大限度的转化为热能。太阳墙系统的外壳均由太阳墙板组成，通透型板式类似于通透性薄膜，其表明多为小孔，直径约1mm，能够和外界空气形成流通。此外太阳墙板具备除尘功能，能够降低设备维修费用。太阳墙系统工作的主要原理是将室外新鲜空气加热，然后通过鼓风机泵入室内，从而替换室内污浊空气，最终达到供暖和换气的目的。供风风机通过负压作用将室外空气压入室内，在流经太阳墙板面时被加热，之后通过供风管道传入室内，而供风气流可将热散失部分进行回收，可将太阳墙加热空气的原理充分利用。

1.2 太阳墙技术特点

1.2.1 冬季制热效果好。冬季白天，新鲜空气加热后进入空气空腔，通过负压形成对流，促使热气升至太阳墙板材顶部，通过风机将热气送至指定房间。此外太阳墙系统可持续为建筑提供热能。夜间，天空温度低于地面，能量自高温物体传至低温，受夜间辐射影响，建筑外维护结构与天空进行换热，尤其是屋顶，辐射换热更为有利。

1.2.2 夏季降温。太阳墙系统在冬季为建筑提供暖热，在夏季可为建筑降温。夏季夜晚，通过辐射，建筑物可向外散热，在风机作用下将冷空气传至室内。此外夜间辐射可冷却太阳能管中空气，使温度低于周围。通过空调系统，将降温后的空气输至室内，甚至可取代空调。

1.2.3 节能、且费用低。太阳墙系统具备供暖与供冷双重功效，全年都可起到节能作用，且其可作为遮阳构造，能起到隔热作用。其造价相对于其它材料而言，价格较为低廉。收回投资较快，其寿命约为30年，且不需要维护，可取得经济与环境效益。

1.2.4 改善卫生状况。通过太阳墙系统实现室内与室外空气流通，能够将室内污浊空气排出，改善空气质量。我国建筑采暖与用电主要耗费煤炭资源，同时排出污染空气的二氧化碳等气体，太阳墙系统借助太阳能作用，安全环保，可在很大程度上降低能耗，节约资源。

1.2.5 安装简易。安装太阳墙系统较为简单，一方面可直接安装于建筑的外部结构，另一方面，需要工人数量较少，只需控制太阳墙板材与风机系统即可。安装所耗费的时间，由建筑的规模决定，如建筑物结构较为复杂，耗费时间较长。但需注意的是，安装时需整体把握，合理调节安排进度，可充分发挥现有设备的功能。

2 太阳墙系统形式与其影响因素

2.1 形式

太阳墙形式主要有不通风太阳墙、复合型太阳墙以及保温特朗勃墙等。

不通风太阳墙既古老又简单，其主要优点是结构相对简单，且成本较低。但其不能有效控制热能，再加上热阻小，因而在晚间或阴天散热量较大。为减少夏季热量，还需安装遮阳设施。

复合型太阳墙的优点有热阻较高，冷空气不易渗到室内，夏季阻止热量可通过切断空气通道完成，此外其具有较强的可调节性。但其存在缺点，易发生倒流，进而将室内空气冷却，因而在安装时应根据建筑物的具体结构，设置阻止空气倒流的装置。

保温特朗勃墙能有效缓解室内过热问题，不需安装遮阳设施。但其热效低于复合型太阳墙。其通过空气流通将热量释放至室内，因而对空气层密封性要求较高。

2.2 影响因素

研究表明，影响太阳墙热效率的因素有很多，主要有外覆盖种类、建筑朝向、墙体厚度、内保温层等，其朝向与地点对热效率影响较大。外部环境相同时，保温勃朗特墙热效率最高，复合型太阳墙最低，不通风太阳墙居于中间。此外双层低发射率玻璃较普通的玻璃热效率高。

3 太阳墙系统存在的缺陷

太阳墙主要以深色为主，与建筑墙面融合存在难度，不利于与建筑一体化，美观效果较差。此外其蓄能功能还处于不断完善中。系统存在噪音问题，其主要来源于风机，与配置、特点均存在关系。利用变速驱动器控制风机，可减轻噪音，但对系统性能存在严重影响。系统在运行过程中存在安全隐患问题，如建筑出现火灾，应立即停止系统运作，避免输入新鲜空气加大火势蔓延速度。系统操作相对简单，但存在管理问题，因而操作人员应严格按照说明书操作，防止出现意外。

太阳墙系统集供热与供冷功能于一身，且造价较为低廉，不需要特殊维护，并能有效改善室内空气。此外其应用范围较为广泛，是未来能源发展的方向，具有较高的应用价值，能够充分与节能型建筑融为一体，在节能建筑中发挥重要作用，但存在缺陷，需通过不断努力进行技术革新，促使其不断发展，更好的利用太阳能资源为我国节能建筑的发展提供支持，使用周期较长，能够减少资源消耗，实现节能减排，同时也能实现经济与环保效益。

参考文献

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基金项目：文章为黑龙江省教育厅太阳墙在我国寒冷地区应用范围的研究课题研究成果，项目编号：12541685。