生態墻體結構設計研究

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1.引言

綠色建筑在我國高速發展，新型節能墻體的研發是綠色建筑的重要支撐。磚墻、玻璃幕墻、復合材料墻體等傳統的墻體，主要集中在采用保溫性能和防火性能等方面。太陽能光伏一體化建筑，只是考慮了將太陽能電池板做為建筑材料，成為維護結構的一部分，并具有發電功能。而這些裝置又不能實現在夏季有效降低太陽輻射峰值對室內的影響，在冬季防止室內熱量散失兩種功能。

2.生態墻體結構設計

通過多層復合生態墻體結構設計，使之能適應季節變化，采用蓄熱技術減少或轉移輻射對室內負荷的影響，雙層空氣隔熱減少室內熱量損失，同時具有太陽能發電功能，對降低建筑能耗具有重要的實際價值。2.1生態墻體優勢。（1）采用多層復合結構：具有太陽能發電、雙層隔熱、動態蓄熱轉移功能，能適應不同季節對墻體結構性能的要求。（2）單元化生產：該墻體結構可工廠化生產，標準化裝配，可實現墻體材料的回收利用。（3）根據季節變化，多層復合生態墻體結構功能切換方法設計。2.2墻體結構設計。多層復合生態墻體結構有多個功能層，功能層之間的相互關聯與優化，實現的其基本技術方案。首先建立相應的Pro-E模型草圖如圖1所示。其次，進行結構尺寸設計，設計包括：多層復合生態墻體結構的結構尺寸、層間結構和介質選擇等設計計算。最后，性能評估分析，多層復合生態墻體結構的物理性能測試與評估。2.3墻體結構設計分析。墻體結構設計如圖2所示，從左到右三層依次為：第一層：水幕墻體層：水幕墻體層的實物預計在墻體底部水槽中安裝小功率水泵，水由水泵通過墻體內鑲嵌的透明PU管抽到墻體頂部，再由勢能差返回水槽，周而復始以此形成水幕循環系統。第二層：通風層：在雙重工況呼吸式幕墻起到呼吸作用;分冬夏兩季不同工況。冬季：封閉式內循環體系呼吸式幕墻，外層幕墻原則上是完全封閉的。通風層與吊頂部位設置的暖通系統排風管相連形成自下而上的強制性空氣循環。室內空氣通過內層玻璃下部的通風口進入通風層．在冬季將溫室效應蓄積的熱量通過管道回路系統傳到室內。以此在墻體中形成一層中空層來溫暖建筑。夏季：敞開式外循環體系呼吸式幕墻內外兩層幕墻形成的通風層的兩端裝有進風和排風裝置。夏季打開換氣層的進排風口，在陽光的照射下利用煙囪效應帶走通風層內的熱量，降低內層表面的溫度節省空調能耗。第三層：可調節式太陽能板：采用光伏并網發電技術類型來實現。通過中間軸可實現太陽能板角度的調節，通過中心軸旋轉依據當天太陽直射角的變化實時調節太陽能板的角度。

3.結果分析

為了驗證多層復合生態墻保溫效果，進行如下設計：測試地點：有多層復合生態墻生綜121室和普通玻璃的生綜123室。玻璃尺寸：高134cm長143cm墻體設計時需要預留傾斜角度20度高134/sin70°=142.6cm雙層呼吸幕墻厚度0.5m，復合墻體厚度為12mm，鋼化玻璃的厚度12mm。測試時間：為夏季6月15日至9月15日。每天下午14：00.通過數據比較在夏季是用復合墻體要比使用普通的鋼化玻璃平均溫度低3.17℃。實驗結論：在相同的條件下，排除人為因素的干擾，同等位置安裝多層復合生態墻比普通鋼化玻璃，更為節能。

作者:李樺楠 杜曉闖 楊一雄 朱俊達 李春旺 楊志成 單位:北京聯合大學生物化學工程學院