裝配式建筑中太陽(yáng)墻復(fù)合墻板的設(shè)計(jì)及熱性能模擬研究

郭清華，夏斐（通訊作者），劉晶/GUO Qinghua, XIA Fei (Corresponding Author), LIU Jing

1 引言

近年來(lái)，裝配式建筑得到了廣泛的關(guān)注與推廣，裝配式建筑中的外掛墻板，因其施工快捷、少污染、節(jié)約施工人力、降低施工成本等優(yōu)點(diǎn)也越來(lái)越多地得到運(yùn)用。無(wú)論鋼結(jié)構(gòu)建筑還是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，對(duì)外墻板的研究與制造越來(lái)越細(xì)致。目前，外掛墻板的材料主要是加氣混凝土類(lèi)板墻、夾纖維類(lèi)水泥砂漿水泥板，石膏類(lèi)板材以及其他復(fù)合夾心板材，經(jīng)計(jì)算與測(cè)試，其保溫、隔音、防水等性能能夠滿(mǎn)足建筑專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的要求。對(duì)于裝配式建筑中外掛墻板的節(jié)能研究，巨斌研究的裝配式外墻板是兩頁(yè)預(yù)制鋼筋混凝土墻板中間加保溫層的做法，模擬出保溫層的厚度對(duì)外墻保溫的影響，得出當(dāng)?shù)刈罱?jīng)濟(jì)合理的保溫層的材料和厚度[1]，孫源澤、蔣勤儉等研究了裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅中采用輕質(zhì)外墻板的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)[2]，袁軍對(duì)裝配式框架結(jié)構(gòu)中的外掛加氣混凝土墻板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算均作了較詳細(xì)的介紹[3]。日本的裝配式住宅中的外墻板通常采用蒸壓加氣混凝土，分戶(hù)墻有時(shí)也采用在輕鋼龍骨兩面貼附防火石膏板的做法[4]。目前，對(duì)裝配式建筑中外掛墻板的節(jié)能研究已較為充分。

另一方面，太陽(yáng)能與建筑一體化設(shè)計(jì)成為建筑領(lǐng)域的一個(gè)新趨勢(shì)。早期的蓄熱墻是集熱器與建筑一體化的典型形式，主要用于冬季為建筑供熱；與被動(dòng)式太陽(yáng)能利用相比，太陽(yáng)墻是一種以空氣為介質(zhì)的滲透型的太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)，由加拿大CONSERVAL公司與美國(guó)能源部共同研發(fā)的太陽(yáng)能采暖通風(fēng)技術(shù)，屬于主動(dòng)式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)[5]。

對(duì)于太陽(yáng)墻的研究和應(yīng)用，國(guó)外的研究和應(yīng)用較多，國(guó)內(nèi)較少。對(duì)于這類(lèi)墻板的研究，國(guó)外學(xué)者從最初的太陽(yáng)能板的孔間距、大小、形狀、板的厚度、吸熱性，到板的色彩、放置方式等都做了試驗(yàn)。如庫(kù)徹爾（C. F. Kutscher）實(shí)驗(yàn)了孔間距、孔徑和孔的排列方式的影響[6]。范德克（G. W. E. Van Decker）研究得出太陽(yáng)墻板的效率與流經(jīng)孔洞的空氣速度成反比、與板厚成正比的結(jié)論[7]。克魯托魯（C. V. Croitoru）研究出墻板孔內(nèi)的空氣流動(dòng)的路線(xiàn)越復(fù)雜，墻板的傳熱速度越快，孔洞結(jié)構(gòu)如葉片狀時(shí)熱效率比傳統(tǒng)的圓孔提高約40%[8]。國(guó)外學(xué)者也在不斷地研究其構(gòu)造做法，使太陽(yáng)墻的節(jié)能效果不斷增強(qiáng)，如把太陽(yáng)墻做成模塊化的太陽(yáng)能管系統(tǒng)，集熱效率提高約80%；在太陽(yáng)墻板外附加部分光電板的做法，應(yīng)用測(cè)試冬季晴天可使空氣溫度提升約20℃，產(chǎn)生的電力效果也很好[9]。國(guó)內(nèi)對(duì)于太陽(yáng)墻的應(yīng)用和研究，始于2004年在山東建筑大學(xué)學(xué)生公寓[10]；在北京奧運(yùn)村的運(yùn)動(dòng)員公寓中也有應(yīng)用，測(cè)出冬季白天室內(nèi)空氣溫升達(dá)16℃；秦昆、許道金等對(duì)太陽(yáng)墻的經(jīng)濟(jì)性能通過(guò)模擬和實(shí)物測(cè)試兩種途徑進(jìn)行了比較，兩種結(jié)果近乎相同[11]，在一些建筑中的應(yīng)用效果較好。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)應(yīng)用太陽(yáng)墻建筑的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)一些應(yīng)用中節(jié)能效果與預(yù)期的理論計(jì)算存在差異。其中一個(gè)比較重要的原因是裸露在外的太陽(yáng)墻板熱量散失嚴(yán)重；另外，太陽(yáng)墻如何與裝配式建筑中的外掛輕質(zhì)保溫墻板結(jié)合設(shè)計(jì)，進(jìn)行模塊化的生產(chǎn)和應(yīng)用，也是備受關(guān)注的問(wèn)題。下文將針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行研究。研究所針對(duì)的新型墻板以?xún)煞N保溫材料的墻板為基礎(chǔ)，即加氣混凝土板和聚苯板，與改造后的太陽(yáng)墻板一體化設(shè)計(jì)，形成新型的復(fù)合墻板。該復(fù)合墻板的研究重點(diǎn)是對(duì)太陽(yáng)墻的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)以及與輕質(zhì)保溫墻板的一體化設(shè)計(jì)；難點(diǎn)問(wèn)題是新型外墻板的剛度，特別是作為結(jié)構(gòu)層的加氣混凝土層的強(qiáng)度和剛度，其厚度在滿(mǎn)足當(dāng)?shù)刈罾湓伦畹蜏囟鹊淖钚嶙枰蟮臈l件下，如何提高加氣混凝土的強(qiáng)度及板材的剛度，使之達(dá)到墻板的安裝使用要求是其中的重中之重。

2 新型太陽(yáng)墻復(fù)合外掛墻板的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

2.1 太陽(yáng)墻集熱板的改進(jìn)

太陽(yáng)墻采暖系統(tǒng)由集熱系統(tǒng)和氣流輸送系統(tǒng)兩部分組成。太陽(yáng)能加熱板由2mm～3mm厚的鋁板制成，表面覆蓋熱轉(zhuǎn)化率達(dá)80%的涂層。墻板上有許多直徑為1cm的孔。由風(fēng)扇將熱空氣輸送到指定的房間。太陽(yáng)墻系統(tǒng)的啟動(dòng)和關(guān)閉操作由安裝在室內(nèi)的溫度控制器控制，當(dāng)室內(nèi)空氣溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，風(fēng)扇自動(dòng)關(guān)閉[12]。

為了有效提高太陽(yáng)能墻板的利用率，在普通的太陽(yáng)墻板的基礎(chǔ)上對(duì)其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了改進(jìn)（圖1）。將太陽(yáng)墻板的構(gòu)造分為兩部分：下面1/3部分裸露在外，上部2/3部分稍微向外傾斜，外面用玻璃封住，其構(gòu)造層次由外向內(nèi)是：3mm厚的玻璃板；太陽(yáng)墻集熱板；60mm厚熱空氣輸送管道；30mm厚的聚苯板保溫層；100mm厚的加氣混凝土板。每一塊太陽(yáng)墻單元由兩部分組成：下部高度0.5m左右裸露在外，上部1m高的部分被玻璃封住。室外冷空氣經(jīng)下部的太陽(yáng)墻加熱，進(jìn)入上部的空腔進(jìn)行二次加熱，同時(shí)上部分的太陽(yáng)墻板也一樣吸收太陽(yáng)輻射熱。在多層或高層建筑中，可將上面的單元以此向上組合。每個(gè)單元塊由管道將熱空氣送到建筑物的頂部與上面的單元合并，頂部水平風(fēng)管將各個(gè)豎管中的熱空氣集中收集，再由風(fēng)機(jī)送入各個(gè)房間，太陽(yáng)墻出風(fēng)口設(shè)置在屋頂部位。冬季，新鮮的熱風(fēng)由風(fēng)機(jī)直接送入室內(nèi)；夏季，將熱風(fēng)送入屋頂水箱內(nèi)的盤(pán)管中，與水箱內(nèi)的水進(jìn)行充分的熱交換。

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)選在青島市。為保證冬季圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面不低于室內(nèi)的露點(diǎn)溫度，建筑外墻需滿(mǎn)足青島本地的最小熱阻R0.min。在此，忽略太陽(yáng)墻部分的熱阻，僅計(jì)算復(fù)合保溫墻板的最小熱阻R0.min。計(jì)算公式[13]是：

式中 R0.min——圍護(hù)結(jié)構(gòu)最小傳熱阻（m2·K/W）；ti——冬季室內(nèi)計(jì)算溫度（℃），一般建筑取18℃；高級(jí)居住建筑，醫(yī)療、托幼建筑等取20℃； te——圍護(hù)結(jié)構(gòu)冬季室外計(jì)算溫度（℃）；n——溫差修正系數(shù)，應(yīng)按民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范中表4.1.1，n=1；Ri——圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面換熱阻（m2·K/W）；[Δt]——室內(nèi)空氣與圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面之間的允許溫差（℃）。

依據(jù)民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50176-93），該輕質(zhì)復(fù)合墻體最小熱阻附加值取40%。青島冬季最冷室外計(jì)算溫度-11℃，室內(nèi)溫度18℃，n=1，[Δt]=6℃，則

該輕質(zhì)復(fù)合墻體最小熱阻附加值取40%，則最小熱阻是0.532×1.4=0.745m2·K/W。

計(jì)算該墻體的熱阻，驗(yàn)證是否符合本地最小熱阻所需要的熱阻。

總熱阻：R0=Re+R1+R2+Ri。各層材料熱阻按R=d/λ計(jì)算，d為各層材料的厚度，λ為對(duì)應(yīng)材料的熱阻。由民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50176-93），查得：聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)0.042W/m·K，加氣混凝土0.19W/m·K。墻體總熱阻R0=0.04+0.03/0.042+0.1/0.19+0.11=1.39m·K/W，大于最小修正熱阻0.745m·K/W，符合要求。另外，在其墻板外側(cè)又附加了60mm厚的空氣管道、太陽(yáng)墻板、玻璃，其實(shí)際熱阻比計(jì)算結(jié)果還要大許多。

2.2 復(fù)合墻板在裝配式建筑中的應(yīng)用

在裝配式建筑中應(yīng)用這種復(fù)合墻板，在中低層建筑中，將墻板與結(jié)構(gòu)柱和結(jié)構(gòu)梁連接，可以在建筑南立面中單獨(dú)應(yīng)用，也可以與其他類(lèi)型的窗子相連接應(yīng)用；在高層建筑，這種新設(shè)計(jì)的復(fù)合墻板可以和玻璃幕墻結(jié)合應(yīng)用。將新型墻體做成單元式模塊，其大小和形狀依據(jù)計(jì)算所需提供的供熱面積和立面的造型需要確定。如圖2所示，假設(shè)的部分建筑外墻南立面，該建筑立面示意圖中包含了復(fù)合墻板與其他外墻材料及門(mén)窗構(gòu)件的組合應(yīng)用，立面中采用該墻板，結(jié)合整體的立面設(shè)計(jì)調(diào)整墻板的大小。復(fù)合墻板的安裝方式采用構(gòu)件安裝法。

復(fù)合墻板與其他墻板的連接做法，如圖2中的大樣①。利用連接角碼將鋁合金橫梁與鋁合金立柱連接，再將復(fù)合墻板與橫梁用自攻螺釘或螺栓連接，同時(shí)復(fù)合墻板最頂端內(nèi)預(yù)埋鐵件與橫梁焊接，接縫處采用結(jié)構(gòu)密封膠密封，外側(cè)采用耐候密封膠后襯泡沫棒的做法。在樓板的外側(cè)，樓層交界處，用巖棉阻火材料進(jìn)行隔斷，其外墻面部分可以采用金屬板、大理石板等進(jìn)行外立面裝修，與整體墻面外裝修的材料、質(zhì)感、色彩效果相協(xié)調(diào)。

與玻璃幕墻的連接見(jiàn)圖3中的大樣②圖，采用連接角碼、連接立柱和橫梁，再將復(fù)合墻板利用自攻螺釘連接在橫梁上。接縫處采用結(jié)構(gòu)密封膠、外側(cè)采用耐候密封膠內(nèi)襯襯泡沫棒的做法。與窗子的連接也是如此，如圖3中的大樣圖③。

另外，對(duì)于新型復(fù)合墻板的難點(diǎn)問(wèn)題，即材料的強(qiáng)度和墻板的剛度，有待實(shí)驗(yàn)探究。如在加氣混凝土層中加入韌度較強(qiáng)的竹子或其他植物纖維，因這些植物的傳熱系數(shù)一般低于加氣混凝土材料，增加后整體墻板的保溫性能將會(huì)提高，也會(huì)使加氣混凝土層的強(qiáng)度增加；再者，也可以改變加氣混凝土層的斷面形狀，如將矩形板材斷面改變?yōu)槊芾邤嗝妫栽黾影宀牡膭偠龋瑪嗝娴拇笮⒏鶕?jù)板材的需要確定；另外，改變加氣混凝土材料的配比，通過(guò)對(duì)材料的性能模擬，選擇合適的配合比來(lái)提高其強(qiáng)度。同時(shí)對(duì)新型復(fù)合墻板的層間變形能力、氣密性、水密性、抗風(fēng)壓性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

3 新型太陽(yáng)墻板的熱性能模擬分析

未改造前的每平方米太陽(yáng)墻板在冬季日照正常情況下可向建筑物內(nèi)提供新鮮的熱空氣40m3/h,單位面積太陽(yáng)墻板通過(guò)的空氣量是30～50 m3/h。以青島地區(qū)為例：每平方米的太陽(yáng)板在冬季日照正常情況下每天可向室內(nèi)提供17.6MJ熱量，如100m2的辦公樓需要5m2左右的太陽(yáng)墻提供室內(nèi)的熱空氣[14]。為了驗(yàn)證新型太陽(yáng)墻的熱性能，本實(shí)驗(yàn)設(shè)定1.5m×3m的新型太陽(yáng)墻為90m2的辦公樓提供熱空氣。實(shí)驗(yàn)中需要的青島地區(qū)的冬季晴天、冬季多云天及夏季晴天的太陽(yáng)輻照量是歷經(jīng)半年多的時(shí)間實(shí)測(cè)得到的，室外溫度由中國(guó)氣象局提供（表1-3）。

1 改進(jìn)的新型太陽(yáng)墻大樣（繪制：郭清華）

本實(shí)驗(yàn)采用FLUENT軟件模擬該新型太陽(yáng)墻的熱性能。模擬步驟如下：建模—打開(kāi)能量方程—設(shè)置邊界條件—求解設(shè)置—得出結(jié)果。對(duì)冬季晴天、冬季多云天、夏季晴天均采用該步驟模擬。模擬中設(shè)置的邊界條件：送風(fēng)量為50m3/h計(jì)算進(jìn)口風(fēng)速；集熱板按太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化率為0.8計(jì)算。最后得出模擬結(jié)果：太陽(yáng)墻出風(fēng)口的空氣溫度（圖4、5）。

3.1 各種參數(shù)對(duì)新型太陽(yáng)墻板的影響

參數(shù)條件對(duì)集熱墻板有一定的影響，比如集熱板的孔徑、孔距、孔內(nèi)的空氣流速、室外的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、室內(nèi)外溫差等。王崇杰、管振忠等模擬了這種太陽(yáng)墻與墻板單位面積通過(guò)的送風(fēng)量、太陽(yáng)輻照量的關(guān)系，太陽(yáng)墻出風(fēng)口的溫度隨送風(fēng)量的增大而減小，特別在40m3/h～90m3/h時(shí)下降最大，出風(fēng)口的溫度隨著太陽(yáng)輻射量的增大而增大[15]。依據(jù)后面改造前和改造后的比較效果，在此選擇有差異的孔徑、孔距等因素對(duì)新型太陽(yáng)墻板進(jìn)行了模擬。

3 復(fù)合墻板連接節(jié)點(diǎn)圖（2.3繪制：夏斐）1-鋁合金立柱（豎向龍骨）9-鋼化中空玻璃2-鋁合金橫梁（橫向龍骨）10-耐候密封膠后襯泡沫棒3-自攻螺釘111-耐候密封膠4-自攻螺釘212-夾心巖棉板（或貼面大理石板或鋁合金）5-連接角碼13-窗框6-結(jié)構(gòu)密封膠14-窗扇7-雙面貼15-巖棉防火阻隔材料8-自攻螺釘3

兩個(gè)模擬中采用的相同的參數(shù)是：室外溫度t0=5Co，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度I=650W/m2，送風(fēng)量取50m3/h。保持孔距L=25mm不變，改變孔徑的大小進(jìn)行模擬，結(jié)果如圖6：出風(fēng)口的平均溫差變化不大，當(dāng)孔徑D=2.5mm時(shí)，溫度平均升高20.8Co;孔徑增大到6.5mm時(shí)，溫度平均升高20Co。同樣，保持孔徑D=25mm不變，模擬孔距的變化對(duì)溫升的影響，結(jié)果見(jiàn)圖7：當(dāng)孔距L=20mm時(shí)，出風(fēng)口的平均溫升是20.4Co，當(dāng)孔距增大到50mm時(shí)，出風(fēng)口的平均溫升是19.5Co。由圖6、圖7可以看出，保持孔隙率不變，墻板上孔徑和孔距越小，其效果較好。改造后的新型太陽(yáng)墻板，被封閉的部分其輻射熱能會(huì)增加，穿過(guò)密而小的流動(dòng)換熱也加強(qiáng)。

3.2 冬季和夏季太陽(yáng)墻板的熱性能模擬

在冬季晴天、冬季多云天和夏季晴天的多次模擬中，設(shè)置相同的參數(shù)：孔的大小設(shè)定為20mm×5mm、孔距50mm、板厚2mm、設(shè)定單位面積太陽(yáng)墻送風(fēng)量為50m3/h、上部外罩的玻璃板對(duì)太陽(yáng)輻射量的反射率按15%計(jì)算、太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化率為80%。

3.2.1 新型太陽(yáng)墻冬季晴天的熱性能模擬及改造前后的對(duì)比分析

太陽(yáng)輻射量和即時(shí)的室外溫度是2020年1月青島地區(qū)一個(gè)晴天得到的。多次模擬的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1：冬季晴天白天能將室外溫度平均提高21.2℃，在太陽(yáng)輻射的高峰期，從12:00到13:00，室外溫度7℃，太陽(yáng)墻能將室外空氣的溫度提高約27℃，出風(fēng)口的最高溫度為34℃。上午9:00室外溫度是4℃，出口溫度可達(dá)到26℃。16:00后隨著太陽(yáng)輻射量的減少，送風(fēng)溫度下降較快，但也能使室外溫度提升12℃，16:00出風(fēng)口溫度下降至21℃。

在表1的最后一欄就是實(shí)測(cè)的山建大綠色學(xué)生公寓的太陽(yáng)墻出風(fēng)口的空氣溫度。與改造前全部暴露在外的太陽(yáng)墻相比，新型太陽(yáng)墻的出風(fēng)口的溫度平均升高大約4.5℃。未改造前，在綠色學(xué)生公寓的應(yīng)用中實(shí)測(cè)出的數(shù)據(jù)，2005年1月經(jīng)過(guò)30天的逐時(shí)檢測(cè)，日出前夜間太陽(yáng)墻內(nèi)空氣溫度比室外環(huán)境高6℃左右。在11:00至15:00的太陽(yáng)輻射高峰期，太陽(yáng)墻可使室外氣溫升高約15℃～30℃[16]。公寓中采用的太陽(yáng)墻的參數(shù)是：孔的大小是5mm×1mm，孔距上下20mm、左右13mm、20mm間隔布置（平均孔距L=18mm），板厚2mm，送風(fēng)量為40m3/h，集熱墻板的太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化率為80%。模擬中選擇的青島2020年1月內(nèi)某天的室外溫度、太陽(yáng)輻照量與公寓所在地濟(jì)南冬季1月某一天很接近，太陽(yáng)墻板的厚度一樣，轉(zhuǎn)化率一樣，但綠色學(xué)生公寓中采用的孔徑、孔距和送風(fēng)量都比本實(shí)驗(yàn)?zāi)M中采用的數(shù)據(jù)小。本模擬中采用的參數(shù)與學(xué)生公寓中不同的是：孔的大小是20mm×5mmm、孔距L=50mm、送風(fēng)量為50m3/h。從上面對(duì)孔徑和孔距的模擬中和王崇杰[15]等對(duì)送風(fēng)量的模擬結(jié)果中可以看到，如果在本次模擬中也采用相同的孔徑、孔距、送風(fēng)量，模擬出的出風(fēng)口的空氣溫度將會(huì)比現(xiàn)在的參數(shù)條件下模擬的還要高，改造效果更明顯。

3.2.2 新型太陽(yáng)墻冬季多云天的熱性能模擬

2020年1月的一個(gè)全云天，模擬結(jié)果見(jiàn)表2：工作時(shí)間段（9:00-17:00），新型太陽(yáng)墻能將室外空氣溫度平均提高20.3℃；在13:00太陽(yáng)輻射高峰時(shí)，能使室外氣溫升提升24℃，室外溫度4℃，最高出風(fēng)口的溫度可達(dá)31℃；在9:00室外溫度1℃時(shí)出風(fēng)口的溫度可達(dá)22℃。16:00以后氣溫下降較快，16:00時(shí)室外溫度3℃，出風(fēng)口溫度下降到13℃，溫升10℃。可見(jiàn)，改進(jìn)后的太陽(yáng)墻多云天的效果也很明顯。

3.2.3 新型太陽(yáng)墻夏季晴天的熱性能模擬及熱量轉(zhuǎn)化計(jì)算

2019年的7月的一個(gè)晴天，各數(shù)據(jù)和模擬的結(jié)果見(jiàn)表3：新型太陽(yáng)墻能使室外空氣的溫度平均提高32.6℃，14:00時(shí)，太陽(yáng)墻出風(fēng)口的溫度最高至67.5℃。為防止被加熱的空氣進(jìn)入室內(nèi)，熱空氣由管道引入屋頂水箱中的盤(pán)管內(nèi)，與水進(jìn)行充分的熱交換[17]。

在本實(shí)驗(yàn)中，空氣與水交換的熱量取表3中的夏季晴天9個(gè)小時(shí)太陽(yáng)輻射量的平均值777W/m2，太陽(yáng)墻的吸熱能力為80%，即熱量Q=777W/m2×4.5m2×3600×9h/1000×80%=90629kJ；假設(shè)水箱中的水的質(zhì)量m取500L，水的比熱容c=4.2kJ/（kg·℃），忽略太陽(yáng)墻熱量的損失，則依據(jù)傳熱計(jì)算公式得出：Δt=Q/cm=90629÷4.2÷500=43.2℃[18]。可 見(jiàn)，面 積4.5m2的太陽(yáng)墻產(chǎn)生的熱空氣能使500升的水升溫43.2℃。

4 新型復(fù)合墻板與國(guó)內(nèi)外的對(duì)比

4 模擬中新型太陽(yáng)墻的模型

5 能量、湍流模型

6 太陽(yáng)墻出風(fēng)口的平均溫升隨孔徑的變化

7 出風(fēng)口的溫升隨孔距的變化（4-7繪制：郭清華）

表1 冬季晴天測(cè)出和模擬出的數(shù)據(jù)

表2 冬季全云天測(cè)出和模擬出的數(shù)據(jù)

表3 夏季晴天測(cè)出和模擬出的數(shù)據(jù)

表4 幾種節(jié)能復(fù)合墻板及改造的太陽(yáng)墻節(jié)能效果比較

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于裝配式外墻板的研究及做法主要集中在節(jié)能保溫的復(fù)合墻板方面。如黃婷等的研究，得出結(jié)論是比原來(lái)的墻板保溫、隔音、抗風(fēng)沙效果良好[19]；陳兵研究的兩層結(jié)構(gòu)層中間夾心保溫層的復(fù)合墻板的做法，其強(qiáng)度和保溫性均達(dá)到要求[20]。這些對(duì)于外掛墻板的節(jié)能研究是在墻體的構(gòu)造和材料上開(kāi)展，與太陽(yáng)能的應(yīng)用沒(méi)有關(guān)系。對(duì)于太陽(yáng)墻的研究，如董建鍇等的研究是將玻璃罩住的吸熱板設(shè)計(jì)成一個(gè)模塊掛在建筑南外墻上，賈斌廣[22]也對(duì)太陽(yáng)墻自身的構(gòu)造進(jìn)行了改造[21]；王臣臣研究了百葉型的集熱墻[23]，他們的研究結(jié)果見(jiàn)表4。Yong-Hwan Kim等研究了在太陽(yáng)墻外面附加光電板的做法，研究結(jié)果太陽(yáng)能熱電聯(lián)產(chǎn)面板上的PV溫度降低了9℃，電子輸出提高了2W（約3W）[24]。

但是，目前國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用一般是將太陽(yáng)墻板通過(guò)二次設(shè)計(jì)與安裝附加在建筑外墻上或屋頂上。無(wú)論是研究外掛墻體的保溫還是太陽(yáng)墻板的改進(jìn)，往往是獨(dú)立進(jìn)行，沒(méi)有進(jìn)行墻板保溫和太陽(yáng)能利用同時(shí)進(jìn)行的研究。將太陽(yáng)能墻板應(yīng)用于裝配式建筑中，與外掛墻板一體化設(shè)計(jì)，成為外墻模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究，目前沒(méi)有查到相關(guān)的研究和做法資料。在推行裝配式建筑的進(jìn)程中，能夠?qū)⑻?yáng)能的應(yīng)用與外掛輕質(zhì)墻板進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成集熱保溫為一體的復(fù)合墻板，也是一個(gè)比較好的做法。

5 結(jié)語(yǔ)

在裝配式建筑中采用該太陽(yáng)墻復(fù)合墻，設(shè)計(jì)成單元模塊，安裝方便，縮短了工期，節(jié)約了能源，冬季為室內(nèi)提供綠色健康的新鮮熱空氣；夏季太陽(yáng)墻產(chǎn)生的熱空氣加熱水箱中的水，為室內(nèi)提供淋浴之用，同時(shí)成為外墻的遮陽(yáng)裝置。

該復(fù)合墻體質(zhì)量輕，采用加氣混凝土和聚苯板兩種復(fù)合保溫材料，滿(mǎn)足青島最冷地區(qū)最冷時(shí)的最小熱阻要求，并與改進(jìn)的太陽(yáng)墻板一體化設(shè)計(jì)。該墻板可以當(dāng)做鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等的外掛墻板。

改進(jìn)后的太陽(yáng)墻板，在辦公樓的工作時(shí)間期間，冬季晴天能將室外溫度平均升高21.2℃，與未改造前相比溫度平均提高4.5℃；冬季多云天也可以提升室外溫度20.3℃；夏季晴天能將室外溫度提升32.6℃，4.5m2的墻板產(chǎn)生的熱空氣能將500L的水升溫43.2℃，同時(shí)夏季成為遮陽(yáng)設(shè)施，與普通的房間比溫度將會(huì)降低。

下一步將通過(guò)實(shí)物制作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)試復(fù)合墻板的熱性能及復(fù)合墻板的層間變形能力、氣密性、水密性、抗風(fēng)壓性能等，根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使其盡快應(yīng)用到裝配式建筑的實(shí)踐之中。□