太陽能建筑水加熱成蒸汽的動物取暖新方法

摘要：園林坡形建筑有利于直接使用太陽能，創建低成本的動物園籠舍蒸汽取暖裝置，可說是確切的發明，適用于冬季時間長的較寒冷地區，無需設備投資及能耗資金，設計的蒸氣管道與大型蒸氣設備油爐原理一樣，在動物飼養中有廣泛的應用空間，集籠舍建造和保溫于一體，形成生態園林系統的節能專利設計新方法。

關鍵詞:園林建筑 新節能裝置 汽加熱原理 動物采暖

中國是能源消耗大國，建筑能耗約占總能耗的40%以上。目前，能源危機日漸顯現，如將太陽能源裝置與建筑相結合，利用再生能源亦可達到動物建筑取暖節能的目的，是建筑進一步發展的必然趨勢。太陽能利用與建筑協調統一，既美化了城市景觀，又避免了太陽能熱水器安裝過程中對屋面防水層的破壞。從技術角度解決了太陽能熱水系統在建筑上的應用問題，使太陽能熱水系統納入建筑標準化軌道。

在進行動物建筑采暖設計時，沒有考慮太陽能的因素，將最冷月作為采暖設計依據，忽略了經濟因素。而在太陽能采暖應用中，又缺乏如何降低采暖負荷的研究。鋼管吸熱系數大大超過鋁管，油爐熱量有一半以上被傳遞鐵管吸收，是建筑界未注意和無法解決的問題。我們在利用太陽能時，應首先考慮建筑本身的節能問題，理想的太陽房應該是集熱、貯熱、保溫集于一身的建筑，將建筑本身設計成一個天然的太陽能集熱器，再變成建筑熱氣保溫系統，包括外墻自然保溫系統，墻內及地面小管道保溫系統、蒸氣加熱系統等。

1 太陽能熱水通入“開水箱”燒成蒸汽的取暖裝置原理

籠舍循環管道使籠舍向陽的側面集熱，并能使管道四通八達而導致冷熱互流，使墻內地下永久長期有熱水。成為籠舍地下管道的水循環變熱系統。最主要的是利用了熱水重量輕自然向上的原理，不用電或其它任何設施就完全可以自然將水引導向下。開水箱體內放滿水后可方便沖洗籠舍，冬天水溫可達45度，春寒或秋涼時成為幫助動物取暖的有效設備。

北方的山頂土質硬，建筑小動物房間較難，采取太陽能并降低高度的辦法，控制房屋在２米左右空間上，更有利建坡頂太陽能熱氣取暖。對于多柱子、層高、樣式變化多的動物園矮建筑來說，太陽能蒸汽節省建設費用。仿照家用電水壺燒開水原理，長時間燒成蒸汽，特制的加長“電阻絲”銅管，互聯為燒成蒸汽的簡易裝置，成為可以節省資金的熱氣取暖，而在動物籠舍的粗糙性結構中，利于蒸汽管道的排布，其牢固性及明顯的鋼管坡度要求，成為集熱系統的可靠“產品”。

1.1 加熱成蒸氣的“銅管”裝置是取暖升溫的主體。在太陽能制熱過程中，如果光減弱使集熱器不能獲取足夠熱量時，設計采用圓管內安裝“長電阻絲”的加熱裝置，可代替昂貴的油爐設備給動物取暖，制成的大量熱汽能量使室內溫度可達15度以上。太陽能熱水系統是目前太陽能熱利用的主要方式，它以綠色、節能、環保等特點迅速走俏。在一定程度上，既節約了大量的電能，又綜合利用了太陽能。在我國的圍護結構保溫效果差，鍋爐設備及傳熱管網的效率也較低的形勢下，充分利用太陽能再加熱成蒸汽，解決了我國建筑節能問題，避免熱量流失應引起足夠重視。

1.2 斜屋頂布置管道系統和強反光鋁皮替代防水層。高亮度泛光鋁皮按不漏水規范與坡頂連接成防水體系，鋁板用膠連或直接用釘子釘牢。不會存有水氣且下雨不漏水。這樣，鋁皮反射鏡將陽光聚焦到真空管上形成的制熱過程為：陽光照射在鋁板并聚焦到真空管上時，管內的循環水被加熱進采暖熱水器運行，再用簡易電阻絲裝置燒成蒸氣，通過暖汽片大面積提高室內溫度。

在山地森林地帶，動物籠舍澆筑顯得不方便，高山寒冷地區更方便的建筑，其方法是籠舍兼容、穿插設計成部分太陽能保溫加熱系統，室內最高溫度達20度以上。

2 建筑南向墻內的集熱管道和室內熱量自然傳遞

集熱設施形式一般為直接受益式、附加陽光間式及蓄熱墻式。附加陽光間不僅是一種集熱設施，而且可作為室外進入室內的過渡空間，設計時應注意夏季溫度過高的問題，集熱蓄熱墻的南墻外側上部和下部各開小孔通向房間，內墻全部涂棕色以利吸收太陽熱，冬季白天，打開上下小孔，受熱空氣上升從上孔流入室內，室內的冷空氣從下孔流入集熱蓄熱墻，通過自然循環使房間的溫度升高，其集熱墻尺寸很重要，寒冷地區，當室外平均溫度為零下5℃時，墻厚48厘米。為了充分做好太陽房的保溫，還應利用周圍地形、樹木和其它建筑物擋風，使建筑物少受強風影響，避免與當地主導風向正交；應加強屋頂空間和地下空間保溫；在入口處設擋風參觀道等；次要房間貯藏室等設在北向；建筑圍護結構應選擇合適的保溫材料，加強構造細部的處理，防止冷風滲透，門窗部分可通過加厚窗簾、增設擋風百葉等來保溫。

2.1 墻體中間“熱水管”及內墻吸熱保溫性能。將墻內放入粗鐵水管和鋼筋連接后一起砌筑，構造柱澆筑時因有鐵水管相連而更加牢靠，不會出現斷裂事故。水管中的冷水可自然向上流到屋頂玻璃管中，由太陽光自然加熱，在北方預計水溫達到40度左右，如將屋頂鋪高效反光卷材，防水的同時“不用花錢”，加強了保溫性。亦可實施在一般市民居住的單體居住房中，動物居住則更有取暖的簡易性，以防春寒、秋冷的氣候，形成夏天不熱、冬天不冷的生態建筑，在冰天雪地中不用空調也凍不死動物。

2.2 水泥地內多排放置塑料保溫管。將直徑10厘米的PVC塑料管橫向鋪埋在水泥地內，設計在房間地面以下2厘米處，當４0度熱水不斷循環流動到地面PVC管內時，地面被PVC管內的熱水加熱，微熱適于寒冷天東北虎伏地居住，不另用加熱設備就完全保證南方動物不被凍傷或凍死，這就是不用空調、少用電、不用任何花錢的加熱設備，保證動物長期生存的方法，可說是北方自然熱水保溫的綠色環保動物籠舍，使野生動物更有野性的一種方式方法。

如果水溫不夠，地面以上100度開水流入PVC管道，進一步加熱地下水至60度以上，再燒成蒸氣提供熱氣溫暖籠舍墻壁。這樣，一整套加熱保溫管道保障措施，足以保證南方動物在北方寒冷時不用空調生存，使南方動物在北方可“不花錢”居住。

3 安裝太陽能燒開水（加熱成蒸汽）的小型裝置

在太陽能鋁板反射照耀下，熱水箱熱水上升，在地下或使整個房子的熱水不停的循環，按熱水上升原理引動籠舍整個地下水很快變熱，成為管網保溫系統。

3.1 安裝現有的科學聚光燒開水反光鏡。購買現有的多個橢圓立面反光鏡，可將小水箱太陽能熱水燒成“開水”，20公斤水自然燒開只須半小時，開水多次循環儲存在幾個開水箱中。按此規律春秋天太陽光很強時，不開動電加熱水箱熱水器，也可以循環熱水，毒熱的夏天亦可以將熱水器關閉不循環，其最根本的就是使房上的熱水與地面的冷水自然循環，達到屋頂水體陰涼冬天保溫，屋內冷熱均勻，不受暴風雪天氣突變的影響。每天清掃籠舍的水用一定量的熱水沖洗地坪，動物也可長期飲用溫水，猴類的熱水洗水果食物更加衛生，室內空氣恒溫有利動物身心健康，在北方寒冷地區成為室內溫度不變的保溫系統籠舍。

3.2 制做室內簡易電加熱成蒸汽的“銅管”裝置。仿造電水壺燒開水原理，將直徑20厘米的2米長鋼管內通一2米粗電阻絲并接上電源，將管內開水燒成蒸汽并通入暖氣片，制成的大量熱汽提高了室內溫度，替代油爐且具有取暖設備一樣的效果，冬季采暖溫度一般可達20℃，達到動物冬天防寒的作用。不用取暖設備的綠色環保系統生成了，不需投資且可每年節省耗能資金十幾萬元，并且無突寒造成動物死亡的危險，不用人看顧，猛獸可以自如的在室內取暖，達到動物保護的高度安全系數。

節能、環保，生態是新型建筑材料的發展趨勢，也是保證建筑業持續發展的金科玉律。我國是世界上最大的建筑市場，建筑屋頂及外墻設置的保溫隔熱性能，提高了建筑圍護結構的熱惰性系數，增強了建筑外圍護結構的保溫隔熱能力，最大程度保證了室內環境的舒適度及節能特征。

動物建筑能夠取暖的特點就這樣初步形成了，用簡單反光層覆蓋輕型板屋頂再加太陽能玻璃管。形成熱水循環滿足了室內溫度要求，無須擔心動物建筑的層頂墻體自然吸熱而給動物帶來的危害，可通過增加太陽能水管的方法，滿足春寒秋涼的保暖需要，或將隔熱材料直接平鋪在107水泥砂面上，再鋪反光鋁板防熱并自然加熱成開水，屋頂簡單防熱性強，從而節省了鋪放水泥板的工程，不需水泥板就可以承重。不用找平層而用鋁板防水層減少了施工量。

筆者建議斜屋頂上滿放玻璃管成太陽能集熱系統，控制熱水上下及地面以下的集熱管，因而產生溫熱而提高室內溫度，抵御夜間寒流的襲擊，這樣，我們就形成了動物館舍的多層居住調節系統，在北方寒冷地區形成環保建筑或保溫結構系統建筑。

參考文獻：

[1]李宛華.世界環境：自然——生態建筑的本源.2002.5.

[2]李宛華.世界環境：淺議生態建筑.2002.2.

[3]吳家驊.《環境設計史綱》.重慶大學出版社.

[4]吳良鏞.《廣義建筑學》.清華大學出版社.

[5]夏云.生態與可持續發展建筑[M].北京：中國建筑工業出版社.2001.

[6]清華大學建筑學院.清華大學建筑研究院[M].建筑設計的生態策略.北京中國計劃出版社2002.