关于多孔太阳墙的热性能研究论文
摘要：太阳能作为可再生资源，具有清洁、分布广泛等优点。利用太阳墙系统将空热加入后输入室内，实现室内、室外空气对流，同时与建筑一体化进行结合，为太阳能热利用提供途径。多孔太阳墙系统属于太阳能建筑技术，由集热与气流输送组成，主要覆在建筑外侧，并与墙体保持间距从而实现空气流动。外侧一般为深色，可强烈吸收可见光，且空气流动性较好。
关键词：太阳墙；热性能研究
1.太阳墙系统简介
1.1工作原理
太阳墙系统由集热与气流输送组成，主要以空气为介质，达到采暖通风效果。其原理是在太阳辐射作用下，太阳墙板温度迅速上升，并通过风机作用，室外空气流经太阳墙表面时得到加热，之后到达空腔顶部，由风机输送至室内。夜晚，空腔内的空气吸收墙体向外散失的热量，通过风机重新输送至室内，保持风量同时补充热量，充分发挥热交换作用，冬季晴朗时，空气温度可高达30°C，夜晚可与采暖系统配合保持室内温度。
太阳墙系统除具备供暖通風作用，在夏季可吸收太阳辐射，阻断受热空气进入室内降低建筑物的.冷负荷。太阳墙系统的送风风机进口处安装有温度传感器，可控制风机的起停。当空腔内温度超过室内温度时风机启动将空气输送至室内，低于室内温度时，则关闭风机。
1.2太阳墙系统
以金属薄板材料为墙体，通过吸收太阳辐射，将加热后的空气输送至室内。太阳墙板材多由多孔踱锌钢板组成，厚度约为1-2mm，其外侧的选择性涂层能够有效吸收太阳辐射，涂层颜色以深棕色或黑色为主。根据建筑物的功能，计算出板材上空洞大小、数量等，并结合地区所在维度、太阳能资源等具体情况。其具有以下优点，运行效率高达75%，能够将新鲜空气输送至指定房间，并能控制流量与温度，保证室内的舒适性。太阳墙能够转换光热，又可维护建筑物，几乎不需要维护，能够与建筑有效结合。太阳能全年均可利用，具有供暖与隔热的双重功效，且使用期限较长，可节约能源，降低费用。
2.多孔太阳墙的热性能分析
2.1分析冬季集热特性
由图1可知，冬季太阳墙系统上下风口温差为29°，天气晴朗的白天，空腔内空气质量流量可达到每秒0.011kg，而循环对流热量高达435W。由图2可知，在8点与17点时，循环对流热量极低，降至为负值。表明太阳墙不能集热反而出现散热，因而在实际操作中应根据具体避开这两个时间点，或者是清晨、傍晚时候。
2.2分析夏季隔热特性夏季太阳墙可采用太阳能烟囱模式，将涂有白漆的板材转至外侧，封闭室内上风口与下风口，在室外开启外循环模式。由图3可知，在模拟结果中，内、外层玻璃的太阳吸收率分别为0.131、0.072，太阳能在双层玻璃的透过率为0.543。烟囱模式下，室内、室外平均温度为27.8°C，太阳辐射为459W/m2。外循环模式下同烟囱模式结果基本一致。烟囱模式下，通道内温度为321.23K，排出热量为472.56W，空气流量为每秒0.01926kg。外循环模式下外侧涂有白漆和选择性涂层，其温度差异较大。选择性涂层可通过诱导产生空气流量，但涂有白漆的板材隔热效果好，其表面温度较选择性涂层低约1°。
2.3分析预热特性
选取冬季12点室外气象参数进行模拟，且上风口与下风口相对压力为OPa，其余参数详见图4。由速度场可知，通道内空气流动较为复杂，由于热压作用下风口的空气被均匀吸入，与聚苯板撞击后沿通道向上运动，可形成局部漩涡区。上部空间对对流发展具有阻碍作用，因而在通道顶部易出现漩涡区，即常见的“热垫层”区域。在通道下方，聚苯板界面温度较低，而室内侧墙体温度相对较高，因而室内热量传向夹层。在通道上部，室内侧墙体温度低于聚苯板界面温度，夹层中热量传向室内。模拟研究结果显示，太阳墙预热后，室内空气流量为每秒0.02014m3，出口处温度约为29℃，温度差值约为30℃，能够最大限度满足冬季取暖需求。
3.影响多孔太阳墙热性能的因素
在闷晒和吸风情况下，太阳墙系统集热板内部与外部存在温差，且随着风量增加温差逐渐减少。在闷晒时空腔中温度也存在较大差异，底部空气在上升过程中受热压影响温度逐渐升高。风量处于低档时，自底部至顶部温度呈上升趋势；而高档时，顶部低于中部温度，下午时底部温度最高。
多孔太阳墙具有供暖与隔热双重功能，在冬季板材为选择性表面，可有效吸收太阳辐射，防止热量散失。夏季板材表面涂有白漆，隔热效果好，在过渡的季节，可充分利用太阳墙系统的通风换气作用。但太阳墙系统具有很多影响因素，例如室外气象参数、太阳墙结构、太阳辐射强度、风量等，因而在使用过程中应根据实际情况进行调整，将多孔太阳墙系统的优势充分发挥出来，更好的实现其经济与节能价值。
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