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农村建筑的新形态及发展趋势

时间:2015-12-11     作者:华东公司【原创】   阅读

我国现有的住宅建筑中,农村建筑约占全国总建筑的60%,是我国住宅建筑的重要组成部分。随着经济的发展和人民生活水平的不断提高,人们对居住环境舒适性要求越来越高,农村建筑能耗在不断的增大,对我国的能耗将造成巨大的影响。因此,在农村地区大力发展建筑节能技术是非常重要的,为了降低能耗,太阳能集热器被越来越多的采用。但目前在农村地区太阳能集热器利用技术主要局限于太阳能热水,在住宅采暖方面的应用非常少。原因除了利用太阳能集热器采暖技术初期投资较大外,还有其不具有连续性,在夜间和恶劣的气候条件下,不能保证室内恒温,还有太阳能集热器与建筑构件不匹配,影响建筑美观。新型农村绿色建筑——太阳能民居,采用平板太阳能采暖系统供热与被动式阳光间蓄热,利用地下卵石储热仓储热,白天蓄热,晚上放热,实现了持续供暖的目的,保证了室内舒适度。本文以该建筑为例,计算了该采暖系统在农村住宅中使用的经济效益和社会效益,说明该建筑在节能效果上明显、在经济上合理,做到太阳能与建筑相结合,可以大力推广应用。

    1新型农村绿色建筑——太阳能民居介绍

    1.1围护结构

    该低碳建筑建筑层数为1层,层高为3m,建筑面积为136m2,包涵两个区,使用不同墙体材料,以适应不同地区建筑材料应用,建筑Ⅰ区±0.00以上外墙采用水泥钢丝网架聚苯乙烯加芯板(其板厚170mm,保温层100mm),内墙采用水泥钢丝网架聚苯乙烯加芯板(板厚140mm,保温层70mm),建筑Ⅱ区±0.00以上内墙和外墙均为MU5.0的加气混凝土砌块,厚度为200mm,用M5的混合砂浆砌筑,外侧均贴60厚的挤塑聚苯板;建筑外窗均采用塑钢中空玻璃窗(5+9A+5),外窗的传热系数K≤2.9W/m2·k,东南西向遮阳系数Sc≤0.60,玻璃的可见光透射比≥0.4;太阳能民居建筑外形实景(见图1)

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    1.2屋面结构

    建筑Ⅰ区和Ⅱ区的屋脊南坡镶嵌22块“平板式太阳能集热器”,代替屋面结构,有效集热面积为42.9m2;太阳能集热器以构件的形式安装在屋顶,做到了太阳能与建筑相结合,符合房屋建筑标准,实现了房屋建筑新理念,屋脊北坡采用水泥钢丝网架聚苯乙烯加芯板(板厚140,保温层70)。    

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太阳能民居试验房镶嵌平板式太阳能集热器

    1.3地下“储能仓”结构

    地面下为300mm厚的卵石储热层,卵石与基础和地面的接触面处均采用100mm厚的挤塑板隔热,形成地下"储能仓"结构,最大限度减少热量的散失,在卵石层中间为地下盘管蓄热层,储水量达1.2t;卵石与地面瓷砖的连接用发泡混凝土阻热,延长散热时间,起到绿色恒温的作用。

    太阳能民居地下“储能仓”结构与蓄能水箱(见图3和图4)

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    1.4阳光房

    被动式附加阳光间;设置在建筑南侧阳面,中间用水泥钢丝网架聚苯乙烯加芯板(板厚170,保温层100)将主体建筑与阳光间隔开。阳光间下部做50cm高的加气块墙体,上部采用中空玻璃(10+9A+10),用硅酮结构密封胶进行密封。太阳能民居被动式附加阳光间(见图5)

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    阳光间白天尽可能多的吸收并保存太阳能,供给房间太阳热能,加热室内空气,同时又可以作为一个缓冲区,减少房间的热损失,使建筑物与阳光间相邻的部分获得一个温和的环境。白天当阳光间内空气温度大于相邻的房间温度时,开门(或窗或墙上的通风孔)将阳光间的热量通过对流传入相邻的房间。晚上关闭阳光房门窗,避免室外冷空气进入室内,通过白天保存的太阳能,达到保温取暖的作用。夏季可开启阳光间上下通风窗,阳光间上下对流,还可开启阳光间上通风窗和房屋前后窗,让房屋前后自然对流散热。

    2采暖系统运行方式

    该采暖系统的运行是通过智能控制系统来实现,在平板太阳能集热器和地下盘管中分别设置温感探测仪,并与智能控制系统的中央处理器相连,早晨,当平板太阳能集热器的温度高于地下盘管中水的温度时,温感探测仪将信号发给中央处理器,中央控制器即刻发出指令,系统强制循环泵开始运转,循环系统启动,平板太阳能集热器开始对循环系统的热传媒介质--水进行加热,水向地下储能仓蓄能,在夜晚及恶劣天气情况下,平板太阳能集热器的温度低于地下盘管中水的温度时,中央处理器发出指令,强制循环泵停止运行,循环系统停止,此时,太阳能集热器里的水回流到室内回流水箱中,防止热量通过太阳能集热器散失,同时达到防冻的作用。太阳能提供热量少于采暖总耗能量的部分能量由电辅助能源补充。

    3系统太阳能保证计算

    3.1建筑采暖能耗需求量计算

    应用建筑能耗模拟软件Dest—H对该建筑的能耗进行全年动态模拟计算,得出该建筑采暖能源需求量。模拟地点设定为宁夏银川,其室内参数设定如下:

    冬季室内设计温度:18℃,相对湿度逸30%;

    夏季室内设计温度:26℃,相对湿度臆80%;

    冬季通风模式:0.3次/h;

    夏季通风模式:白天0.5次/h,晚上10次/h。

    其模拟计算结果如表1所示:

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    该建筑年采暖耗能量为12625kW·h,相当于45450MJ。

    3.2太阳能采暖保证率的计算

    太阳能保证率(solarfraction)是建筑中由太阳能部分提供的热量占建筑总负荷的百分率。

    宁夏回族自治区冬季太阳平均辐照量为10.5MJ/(m2·d),该建筑平板太阳能集热器的有效集热面积为42.9m2,太阳集热系统的年平均集热效率取55%,管路和水箱的热损失率取20%。

    太阳能集热器集热量的的计算:宁夏的采暖季是从当年的11月1日,到次年的3月31日,共150个采暖日,则该建筑在一个采暖季的总集热量为277.2×150=41580(MJ),由此可以计算出该建筑利用太阳能采暖的太阳能保证率为41580/45450=91.5%;根据《综合能耗计算通则》(GB/T2589-2008),热力的折标煤系数取0.04368kgce/MJ(等价值),则年节约标煤量为1816kg。

    3.3卵石储热仓蓄热量计算

    3.3.1卵石蓄热系数

    3.3.2按总蓄热量来计算

    卵石铺设面积共96m2,铺设深度为0.3m,则体积为28.8m3。则卵石温度从18℃上升到40℃所吸收的热量为:

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    根据以上计算数据得知,卵石层的储热时间为10h,有足够的蓄热能力。

    4经济效益分析

    4.1建造成本

    该建筑的初期投资主要由太阳能集热器、智能控制系统、循环泵、被动式阳光间,卵石储热仓、新型保温墙体材料等组成,按照宁夏2008定额计算,结合当地的市场行情,综合造价为1656.9元/m2。

    4.2效益分析

    由前面的计算可得绿色建筑中太阳能集热系统及阳光房蓄热系统年可提供热量为41580MJ,冬季可保证室内平均温度为18℃,一个采暖季节约能量折合煤炭量为:1861kg;减排二氧化碳量为:1861×2.493=4639.5kg;建筑节能率大于70%;符合节能建筑标准。太阳能采暖系统达到采暖要求,初期投资合理,节能减排效益高,运行稳定、安全、可靠。

    5结论

    在环境不断恶化,雾霾天气频繁出现,全国范围大力提倡建筑节能的今天,我们在注重城市高层建筑节能的同时,也很有必要重视农村地区的建筑节能,加强农村住宅建筑节能技术的研究。(新型农村绿色建筑———太阳能民居)为新型绿色建筑,它实现了太阳能光热利用与建筑结合,充分拓展了太阳能集热器在建筑节能中的应用,节能效益显著,初期投资合理,可在宁夏、甘肃、西藏、新疆、内蒙古、青海、陕西等太阳能资源丰富地区大力推广应用,以解决农村住宅建筑采暖难题,同时推动绿色建筑的发展,希望政府相关机构给予大力支持,提高补助力度、加快推广应用进程,为祖国蓝天工程做出更多的贡献。

文章来源:保温砂浆http://www.hdbwsj.com   转载请注明出处

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