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彩色沥青瓦在太阳能建筑中的应用

发布日期:2017-09-27 来源: 中国太阳能热水器网 查看次数: 611 作者:[db:作者]

核心提示:  太阳能作为一种可再生性清洁能源,近年来获得了广泛的应用。太阳能热水器,由于其效率高,价格上基本可以与常规的燃气、电热水器相媲美,因此在中国的利用更加引人注目,由此还造就一批产值超亿元的企业,较为知

  太阳能作为一种可再生性清洁能源,近年来获得了广泛的应用。太阳能热水器,由于其效率高,价格上基本可以与常规的燃气、电热水器相媲美,因此在中国的利用更加引人注目,由此还造就一批产值超亿元的企业,较为知名的有山东的皇明、清华的同方、江苏的华阳、辉煌、云南的同乐、新元等。根据中国经济新闻库的统计,截至2002年底,我国太阳能热水器现有企业达3500家,年产量在800万平方米以上,年产值超过1亿元人民币,其中全玻璃真空管和其他的品种各占一半的市场份额。随着人民生活水平的提篼和环保意识的加强,使用量将会逐渐加强,预计到2005年,保有量将超过1亿平方米,考虑到这样的发展是在没有国家的退税政策的激励下自发产生的,因此,当国家的产业政策和财政政策倾向于绿色能源时,太阳能的应用将更加广泛,对国家的能源建设和环境保护将会贡献出更大的份额。

  然而,尽管太阳能的热利用取得了长足的发展,其存在的问题也日益引起人们的关注。在这些问铨当中,最为典型的是集热器与建筑的不协调。在太阳能比较普及的发达地区,如江苏的苏锡常等地,人们可以看到楼层的顶部安装有大量的真空玻璃管太阳能热水器,参差不齐,千姿百态,毫无规律地杂乱散布于新型的住宅楼顶,破坏了建筑物的整体美感。

  更有甚者,由于将太阳能热水器作为一种后置设备在建筑上安装使用,必然对建筑物的形象和构件造成一定的损坏,同时,其设置的位置和管线的布置也难以与建筑的平面功能及空间布局相协调。由于没有与建筑进行一体化考虑,有些热水器安装在楼层顶部而冷热水管则悬挂在房墙的外部再通入住户,风吹管动,非常危险。除此而外,由于安装的走动和冲击钻的使用等往往对已经完工的屋面造成破坏,尤其当屋面采用水泥瓦等脆性材料的时候情况更为恶劣,由此带来的屋面漏水使得人住的居民苦不堪言。为此,在2002年,国家经贸委在国际基金会的支持下,会同建设部等有关部委,打算利用三年的时间,在一些大中城市组织实施太阳能与建筑一体化示范工程,并制定了一套完整的太阳能与建筑一体化设计手册、规范标准、评价标准和检测方法。针对这种情况,在2003年3月上海建筑能源国际论坛上,上海交通大学的王如竹教授专门作了“太阳能技术在建筑中的应用”的主题发言,上海交通大学教育部太阳能发电与制冷工程研究中心联合上海市建筑设计研究院,在云南同乐、新元、清华阳光等太阳能热水器及中国华源地热材料有限公司、镇江市建筑防水施工公司的支持和协助下,在交大闵行泰阳绿色能源生产基地,建立了一套太阳能与建筑一体化的试验台架,对几种典型太阳能热水器(玻璃真空管式和平板式)和上海交大制冷所的热泵式太阳能热水器结合两种典型的屋面材料(水泥瓦和彩色沥青瓦)进行了一系列的试验,实践结果证明,采用彩色沥青瓦可以满足我们所试验的三种太阳能热水系统在四个主要方面,即1)太阳能热水器与建筑的协调方面;2)太阳能热水器的安装方面;3)安全防护方面;4)检修等方面的要求,而且当我们将太阳能热水系统纳人建筑设计的一体化方案后,我们所采用的集热器结构及屋面完全能够满足现有建筑发展的需要,尤其对于上海的别墅建设和城市的平改坡工程效果更为显著。

  2试验平台2.1屋面材料的选择屋面材料的选择主要考虑外观的协调和安装的方便性等。可以考虑的现有的屋面材料主要由彩色水泥瓦(又称彩色屋面瓦)及其复合材料(粘土瓦因为破坏耕地已经被禁止使用)和彩色沥青瓦(又称康宁瓦)。

  彩色水泥瓦是一种符合国家环保政策、保护国土资源和生态环境的新型墙体屋面材料,具有很好的装饰效果,自1987年引进第一条生产线以来,在我国迅速发展并得到了广泛的应用。目前采用的较高档的大多数是上世纪90年代引进日本模压生产线的产品,现行标准主要参照混凝土瓦JC746―1999,表1给出了彩色水泥瓦和普通粘土瓦的性能比较。

  表1彩色水泥瓦与普通粘土瓦的性能比较项目彩色水泥瓦普通粘土瓦规格外现平滑光整、无开裂、无翘曲、色彩多样、美观平整差、裂损多、色彩单一单片抗折力/N覆盖面积八11片一0吸水后质童Akg*m2)使用效果抗风化、不渗水、使用寿命长、预留孔可钉、不可钉、不适合于较大坡度屋面施工安装情况适合于大坡度屋面施工根据上述情况我们采用了地产的一种青灰色的水泥瓦,安装面积约为70平方米。

  彩色沥青瓦作为一种兼有防水和装饰功能的屋面材料,在北美和欧洲已有1多年的历史,在中国由于其丰富的色彩组合、卓越的实用性能、现代与传统的完美结合,给建筑师以更大的创作空间,给传统的中国屋面市场带来了一股清新的空气,受到越来越多的建筑师、房产商和消费者的欢迎,尤其是别墅建设和一些篼档的住宅更为普遍。因此,国外的公司纷纷抢滩中国,其中最为著名的为美国欧文斯科宁公司,它占据了中国的大部分市场,我国的上海防水材料公司也引进了德国的一条年产1万m2生产线。此外较为知名的国内企业有镇江防水施工公司,其生产的金象牌彩色沥青瓦因其性能价格比较合适,我们便采用了该公司的产品约30平方米作为屋顶的一部分。表2给出了国家建材行业标准及国外的标准。

  表2国内外彩色沥青瓦的标准及国内厂家的实测指标性能指标上防产品实测结果可溶物含置Ag.拉力/N纵向横向耐热度/t:吸水性/%耐紫外线不出现髹皮或裂缝无髹皮或裂缝砂的粘接性/g 2.2采用彩色沥青瓦的面结构屋面一般可以采用两种结构,钢木结构和混凝土结构,如所示。

  屋面结构简。3实际试验装置测试设备测试利用了教育部太阳能发电和制冷工程中心的小型气象站,可以提供两通道的湿度、风速、太阳辐射强度和累计量、13通道的温度(可以测试环境温度、集热板温度、进出水管道温度及水箱和系统其他需测试的温度),并可以实时采样和处理。此外,利用三台涡轮流量计和Katherine多通道数据采集仪对实时流量进行处理以得出集热器的热效率及系统热效率。

  试验步骤分为两个部分。热效率和保温试验。

  热效率标准试验采用国家标准GB实验方法与结果内容:至少4天的系统全天候试验;一次贮热水箱热损试验。

  罩上集热器,用温度>的冷水以400600L/h的流量进行循环,使系统的温度一致。

  停止通水循环,但对主动式系统,应让太阳集热器回路的泵继续运行。

  试验期间:太阳正午时前4h后4h(上海太按小时平均记录如下参数:厶r 10K,OK,10K,2K:的系统性能曲线进行标绘。

  非标准试验将采用变工况条件下的热效率测童(在集热器的工作范围选择4个典型的温度点变温、变流量);特定工况条件下热效率测量,给出适合于特定产品、特定区域的工况条件,以最大效率地利用太阳能。

  试验结果:由于时间和天气的限制,本试验仅作了部分点,未能得出拟合曲线和完整的集热器特性,因此试验仍然在进行。但是对于彩色沥青瓦和水泥瓦的热效率,我们测试了在同样的光照强度下,由于其蓄热量大及传热快,其表面温度总是比沥扉瓦低25摄氏度。此外,沥青瓦置于集热器的底部也可以起到保温的效果,因此,我们可以定性地得出了明确的结论。

  确定系统的热性能环,使贮水箱内温度均匀。

  即水箱入口温度在5min内的变化<±0.系统安装在室外晴朗的天空下。

  测试期间每小时测一次环境温度共9次得出平均贮水箱附近的温度。

  水,使外管道内的水温达到水箱初始温度A,并使贮热水箱入口温度乃在111!内变化<1*C.门,使C水箱内温度混合均匀,当贮水箱入口温度T,在5min内变化<10,即认为贮水箱内温度混合均匀。

  这5miri内的平均温度即为水箱的最终温度结果分析和说明回归系统性能曲线将试验点和由回归公式得出的(r.d 4结论本试验的目的主要是考察适合于太阳能与建筑沥青瓦是一种安装简便、成本低、防水性能好的屋面材料,尤其适合难以预先确定的太阳能集热系统的安装;沥青瓦的色彩可以按需调配,可以完美地与建筑的色调搭配起来,形式多种多样。本试验平台采用的立体形式的沥青瓦视觉效果显著,完全可以用于别墅、城市平改坡工程中安装热水器的需要;在热效率上,也可以定性地得出,沥青瓦总体效率篼于水泥瓦屋面。考虑到沥青瓦色彩选择的多样性,如果选择深一点的颜色,效果会更好;从安装、检修及太阳能与建筑一体化发展的方向上看,沥青瓦也将是太阳能应用的最佳的屋面材料。

  5―点设想在本次试验的几种热水器中,采用沥青瓦都可以符合太阳能与建筑一体化的要求,但是对于上海这样的气候,热泵式太阳能热水器将有其独特的优势,一是其可以在用电很少的情况下能够提供充足的生活热水,二是其和沥青瓦结合起来更有可能做成一种建筑构件,这也不妨成为我们的一种思路。

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