生态墙体结构设计研究

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1.引言

绿色建筑在我国高速发展，新型节能墙体的研发是绿色建筑的重要支撑。砖墙、玻璃幕墙、复合材料墙体等传统的墙体，主要集中在采用保温性能和防火性能等方面。太阳能光伏一体化建筑，只是考虑了将太阳能电池板做为建筑材料，成为维护结构的一部分，并具有发电功能。而这些装置又不能实现在夏季有效降低太阳辐射峰值对室内的影响，在冬季防止室内热量散失两种功能。

2.生态墙体结构设计

通过多层复合生态墙体结构设计，使之能适应季节变化，采用蓄热技术减少或转移辐射对室内负荷的影响，双层空气隔热减少室内热量损失，同时具有太阳能发电功能，对降低建筑能耗具有重要的实际价值。2.1生态墙体优势。（1）采用多层复合结构：具有太阳能发电、双层隔热、动态蓄热转移功能，能适应不同季节对墙体结构性能的要求。（2）单元化生产：该墙体结构可工厂化生产，标准化装配，可实现墙体材料的回收利用。（3）根据季节变化，多层复合生态墙体结构功能切换方法设计。2.2墙体结构设计。多层复合生态墙体结构有多个功能层，功能层之间的相互关联与优化，实现的其基本技术方案。首先建立相应的Pro-E模型草图如图1所示。其次，进行结构尺寸设计，设计包括：多层复合生态墙体结构的结构尺寸、层间结构和介质选择等设计计算。最后，性能评估分析，多层复合生态墙体结构的物理性能测试与评估。2.3墙体结构设计分析。墙体结构设计如图2所示，从左到右三层依次为：第一层：水幕墙体层：水幕墙体层的实物预计在墙体底部水槽中安装小功率水泵，水由水泵通过墙体内镶嵌的透明PU管抽到墙体顶部，再由势能差返回水槽，周而复始以此形成水幕循环系统。第二层：通风层：在双重工况呼吸式幕墙起到呼吸作用;分冬夏两季不同工况。冬季：封闭式内循环体系呼吸式幕墙，外层幕墙原则上是完全封闭的。通风层与吊顶部位设置的暖通系统排风管相连形成自下而上的强制性空气循环。室内空气通过内层玻璃下部的通风口进入通风层．在冬季将温室效应蓄积的热量通过管道回路系统传到室内。以此在墙体中形成一层中空层来温暖建筑。夏季：敞开式外循环体系呼吸式幕墙内外两层幕墙形成的通风层的两端装有进风和排风装置。夏季打开换气层的进排风口，在阳光的照射下利用烟囱效应带走通风层内的热量，降低内层表面的温度节省空调能耗。第三层：可调节式太阳能板：采用光伏并网发电技术类型来实现。通过中间轴可实现太阳能板角度的调节，通过中心轴旋转依据当天太阳直射角的变化实时调节太阳能板的角度。

3.结果分析

为了验证多层复合生态墙保温效果，进行如下设计：测试地点：有多层复合生态墙生综121室和普通玻璃的生综123室。玻璃尺寸：高134cm长143cm墙体设计时需要预留倾斜角度20度高134/sin70°=142.6cm双层呼吸幕墙厚度0.5m，复合墙体厚度为12mm，钢化玻璃的厚度12mm。测试时间：为夏季6月15日至9月15日。每天下午14：00.通过数据比较在夏季是用复合墙体要比使用普通的钢化玻璃平均温度低3.17℃。实验结论：在相同的条件下，排除人为因素的干扰，同等位置安装多层复合生态墙比普通钢化玻璃，更为节能。

作者:李桦楠 杜晓闯 杨一雄 朱俊达 李春旺 杨志成 单位:北京联合大学生物化学工程学院