预制内嵌盘管复合生态墙体蓄放热系统的制作方法

1.本发明属于建筑墙体领域，涉及节能技术，尤其是一种在超低能耗装配式建筑中，预制内嵌盘管复合保温生态墙体的蓄放热系统。


背景技术：

2.能源问题仍然是当今社会发展以及今后人类生存的重要问题之一，随着我国目前的碳达峰、碳中和大目标下，建筑需要在满足生活舒适性的同时，更加注重绿色、节能。建筑围护结构的耗热量占建筑采暖空调能耗的1/3以上，其中墙体所占比重最大，约占通过围护结构传热耗热量的75％-80％，因此围护结构对整个建筑能耗起到重要的作用。目前，大量建筑墙体节能主要从两个方面进行研究，一方面是从新型保温隔热墙体材料入手，另一方面主要是从可再生能源高效集蓄、高效转化及建筑一体化等方面的研究入手，然而高效能的建筑技术往往伴随着高水平投资成本。因此，利用节能技术改善传统建筑材料的热性能是平衡能效-成本之间矛盾问题的有效方法之一。
3.我国的秸秆资源分布较为广泛，种类繁多，由于秸秆本身具有一定的柔性，内部疏松多孔，使其作为生态建材具有一定的抗震隔音保温性能。太阳辐射白天南北向以及昼夜都有所差异，会造成白天热量过剩，且南北向墙体温度差异造成室内温度分布不均，夜晚无太阳辐射从而会对室内人体冷辐射造成影响。
4.cn110219390a提供了一种温室秸秆墙体及使用该墙体的日光温室，所述温室秸秆墙体由秸秆草砖堆砌而成；所述温室秸秆墙体的至少一侧墙面设置有抹面层；所述秸秆草砖为玉米秸秆通过打捆压缩成型机压制而成；所述日光温室的后墙体采用前述的温室秸秆墙体，所述秸秆墙体的两端设置有用于固定所述秸秆墙体的支撑柱，所述支撑柱的顶端通过托梁连接。
5.该专利解决了采用夯实土墙或实心粘土砖墙作为日光温室墙体而导致的破坏耕地、墙体保温性差、土地有效利用率低、温室内相对湿度过高等问题。但是一些常见居住建筑的环境与日光温室要求有所不同，相对湿度要求更低，室内温度要求更高，同时需要满足通风等需求。另外cn110219390a对于墙体的蓄热性能没有做相关深入研究，对于太阳能的利用也因此具有一定的局限性。
6.cn109737486a提供了一种集热蓄热墙和空气水集热器的组合供暖系统，集热蓄热墙设置在房屋的外侧面，集热蓄热墙中的空气在风机的作用下通过进风管道与空气水集热器的进风口相连，空气水集热器包括出水口，出水口通过出水管道与设置在底板上的相变蓄热地板的盘管相连，出水管道设置有电动三通一，电动三通一通过管道与生活热水设备相连，房间内部设置有用于感应温度的温度传感器，空气水集热器与电动三通一相连接。本发明能够蓄存热量，具有全天供暖的能力，消除南北房间温度差异，保护集热器过冷过热的空气水集热器与集热蓄热墙的组合供暖系统。
7.cn109737486a旨在优化集热器结构使其与建筑热负荷特性匹配，并与集热蓄热墙结合，从而实现室内地暖以及热水的供应系统，提高太阳能集热器全年利用率。蓄热墙体仅
采用了透明玻璃以及涂料公共墙，太阳能集热板等使整个系统的初投资造价较高，夏季通过风机的进行蓄热墙内遮光隔热空气与室内空气进行通风换热能够增强室内舒适性。而对于冬季通过风机使室内空气进入蓄热墙内空气层进行加热促进室内空气温度提高，仅采用对流方式进行换热，其换热效率相对采用热辐射 对流放进进行墙体换热要低得多。另外由风机造成的吹风感在冬季会影响室内人体舒适度。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种预制内嵌盘管复合生态墙体蓄放热系统，实现对太阳能热量的主动利用，此外能够解决秸秆蓄热能力差的问题，改善秸秆建筑的热工性能，以减少供热负荷。由此，本发明在保温、隔热、蓄热以及防潮等方面都有明显优势，可为传统生物质墙体的主被动式太阳能技术结合设计应用提供理论依据。
9.本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
10.一种预制内嵌盘管复合生态墙体蓄放热系统，包括：
11.南侧集热模块
12.所述的南侧集热模块包括由内而外依次设置的南侧装饰层、南侧主体墙、南侧保温层、蓄热层、集热板、集热盘管、pc板，所述集热板与蓄热层与南侧保温层与南侧主体墙通过膨胀螺栓连接，所述集热盘管固定在集热板上，所述集热盘管与集热板表面均覆盖吸热涂层以集取太阳辐射能，所述pc板为透光板，pc板的周边固定在集热板上；
13.北侧释热模块
14.所述的北侧释热模块包括由内而外依次设置的北侧装饰层、释热盘管、北侧主体墙、北侧保温层、抹灰层，所述释热盘管紧固至北侧主体墙；
15.管道流系统
16.所述的管道流系统包括输送管路、循环水泵，所述循环水泵安装在输送管路上，输送管路用于连接集热盘管与释热盘管。
17.优选地，所述南侧主体墙以及北侧主体墙均采用秸秆板。
18.优选地，所述南侧保温层以及北侧保温层均采用xps挤塑板。
19.优选地，所述蓄热层采用砂石、夯土或相变蓄热材料。
20.优选地，所述集热板的尺寸略小于蓄热层，所述pc板与蓄热层之间的缝隙采用聚氨酯泡沫填充。
21.优选地，所述管道流系统的循环工质采用高沸点、低凝固点溶液。
22.本发明以秸秆在建筑墙体材料的创新应用为主要研究对象，充分利用秸秆材料抗压性、保温性、隔音性、隔热性等一系列特点，在利用材料(制冷剂、水、空气、砾石等热介质)改善热集蓄性能实现被动蓄热的基础上，结合流体机械装置(循环泵、风扇等)实现主动蓄放热过程，发明一种预制内嵌盘管复合生态墙体的蓄放热系统。冬季昼间，在南向以高透射率pc板与高吸收率吸热涂层集取太阳辐射，热量一部分经管道流传递至北墙内侧释放热量，另一部分以导热方式传递至砂土层贮存；冬季夜间，循环泵关闭，利用热容量较大的密实砂土和水/乙二醇混合工质，以热传导、对流换热及热辐射方式释放昼间贮存热量实现被动保温，从而缩短供热周期，并在夜间充分利用自身集蓄的太阳辐射热，减缓室内热量向外逸散，并降低秸秆板墙体结露霉变风险。该墙体能够实现墙体保温集热，为新型生物质墙体
做了进一步研究，从而满足室内供暖需求，从而减少建筑能耗，实现低碳节能的目的。
23.本发明有效地利用太阳辐射能量，解决了南北向墙体太阳能辐射不均匀的问题，而且吸热材料能够有效吸收太阳能热量贮存于砂土层，夜晚经过辐射放热实现减少供暖能耗。另外本发明通过预制内嵌盘管复合保温构造对照外保温秸秆墙体构造并进行热工性能分析，进一步研究墙体热工性能参数、室内环境温度对室外温度的响应，推动生物质能在建筑领域的升级利用。本发明推进传统生态建材与现代技术的融合，能够表现出较理想的节能效果，并将通过更深层次的装配化设计研究、系统控制优化研究、全生命周期研究等，进一步优化“能耗-成本-建造”的平衡点，为未来实际应用与推广提供更坚实的支撑。
24.本发明的优点和有益成果
25.1、本发明利用管道流系统及复合墙板构造，能够获得良好的集、蓄热性能，实现太阳辐射热的有效利用。利用对照实验模型，分析了预制内嵌盘管复合保温生态围护蓄放热系统的供热效果，同时为主动式复合生态墙体构造设计提供了研究基础。
26.2、本发明具有良好的释热性能，能够将热量有效输送向室内，提高室内温度，大幅降低供热时长，减少一次能源消耗。
27.3、本发明能够综合利用可再生能源，实现良好的节能效益，在生物质能与太阳能富集地区具有广泛应用前景。
28.综上所述，该发明通过对主被动式太阳能利用技术的协同设计，能够达到较为理想的节能效果，有助于推进传统建材与现代技术的融合发展。
附图说明
29.图1为本发明所述预制内嵌盘管复合保温生态围护蓄放热系统示意图；
30.图2为本发明南侧集热模块101构造示意图；
31.图3为本发明北侧释热模块102构造示意图；
32.图4为本发明管道流系统构造示意图。
33.图5为本发明所搭建对比实验测试平台图；
34.图6为本发明对比实验模型测试系统图；
35.图7为本发明管道流系统集热性能参数图；
36.图8为本发明复合墙板内部温度分布图；
37.图9为本发明对照组和实验组墙体内表面温度图；
38.图10为本发明对照组和实验组室内外空气温度图；
39.图11为本发明各日逐时对流和导热供热量图；
40.图12为本发明供热量、供热效率与日辐射热量关系图；
41.图13为本发明对照组和实验组单位日供热负荷图。
42.图中：1、南侧装饰层；2、南侧主体墙；3、南侧保温层；4、蓄热层；5、第一螺栓；6、pc板；7、集热板；8、集热盘管；9、第二螺栓；10、膨胀螺栓；11、抹灰层；12、北侧保温层；13、北侧主体墙；14、北侧装饰层；15、u型卡箍；16、释热盘管；17、自攻螺钉；18、螺纹接头；19、输送管路；20、循环水泵；101、南侧集热模块；102、北侧释热模块；103、管道流系统。
具体实施方式
43.下面结合实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定，不应以此限制本发明的保护范围。
44.一种预制内嵌盘管复合生态墙体蓄放热系统，如图1所示，包括南侧集热模块101、北侧释热模块102、以及管道流系统103。
45.所述的南侧集热模块101如图2所示，包括由内而外依次设置的南侧装饰层1、南侧主体墙2、南侧保温层3、蓄热层4、集热板7、集热盘管8、pc板6。
46.所述南侧集热模块101的制作方法为：首先采用机械压块或热压成型等工艺获得保温性能优良的秸秆板作为生物质南侧主体墙2，南侧主体墙2用结构胶连接固定，在南侧主体墙的外侧采用粘结砂浆粘贴南侧保温层3并用保温钉固定，再用密封胶或发泡胶填缝密封，然后制作能够贮存热量的蓄热层4，该层可采用本土化材料如砂石、夯土等，也可采用相变蓄热材料，以维持夜间墙体温度，抑制室内热量散逸，铺设蓄热层4后需要将该层表面压实找平，然后用冲击电钻在集热板7上制作预留孔洞穿透蓄热层4与南侧保温层3至南侧主体墙2，所述孔洞应适配膨胀螺栓10胀管尺寸，然后利用膨胀螺栓10将集热板7锚固至南侧主体墙2，将热量均匀传导至蓄热层4，集热板7尺寸应略小于蓄热层4，然后利用弯管器将紫铜管制成集热盘管8，所述集热盘管8配管规格、管中心距、管程数、弯曲半径等结构参数应满足gb/t 151-2014《热交换器设计规范》，用冲击电钻在进出水管处制作预留孔洞，该孔洞直径应适配所述集热盘管8外径使其能够穿透至南侧主体墙2内侧，所述集热盘管8应采用u型卡箍与第二螺栓9加固至集热板7，所述集热管与集热板表面均覆盖高吸收率吸热涂层以集取太阳辐射能，然后利用第一螺栓5将高透射率pc板6固定至集热板7，pc板6与蓄热层4缝隙应采用嵌缝材料如聚氨酯泡沫填充，最后在南侧主体墙2内侧加装南侧装饰层1。
47.所述的北侧释热模块102如图3所示，包括由内而外依次设置的北侧装饰层14、释热盘管16、北侧主体墙13、北侧保温层12、抹灰层11。
48.所述北侧释热模块102的制作方法为：北侧主体墙13与北侧保温层12的制作、施工连接方式同南侧集热模块101，并在保温层外侧用水泥砂浆抹面防水制作抹灰层11，然后利用弯管器将紫铜管制成释热盘管16，所述释热盘管16由u型卡箍15与自攻螺钉17紧固至北侧主体墙13，最后在北侧主体墙13内侧加装北侧装饰层14。
49.所述的管道流系统103如图4所示，包括输送管路19、循环水泵20、螺纹接头18。所述管道流系统103进出水口与室内输送管路19两端应采用螺纹接头18紧密连接，所述输送管路19可采用pe-x、pb、pp-r等易施工管材，该部分管段敷设应考虑一定坡度并满足gb50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》，循环水泵20选型应根据所设计集热、释热盘管水力平衡计算确定，设计流量应选定得当，流量过大或过小均会导致管道流系统103换热不充分引起系统效率下降。所述管道流系统103循环工质应采用高沸点、低凝固点溶液如水/乙二醇混合溶液，以防止气温变化引发管内沸腾或冷凝现象，溶液混合摩尔浓度比应根据其相变点温度确定，所述溶液凝固点应至少低于当地历年平均最低温度，所述溶液沸点应至少高于60℃，所述管道流系统103应保证其封闭性以防止循环泵发生气缚，应在管段设置排气阀、过滤器、闸阀、泄水阀、止回阀、压力表、温度表、流量计，以及时监测与诊断系统故障。当管路距离长、工质流量大或循环工质易汽化且入口压力小时，应在管段额外设置补水装置与补偿器，并做好防腐保温措施，以防止循环泵发生汽蚀，保证管道流系统
103稳定高效运行。
50.为对比验证本文所提出的复合墙体构造与传统秸秆墙体的热工差异性，实验模型采用相同的模型尺寸与建筑材料，搭建于天津市南开区天津大学sunflower零能耗智能建筑实验平台(39.11
°
n,117.16
°
e)。实验组采用预制内嵌盘管复合保温生态围护蓄放热系统构造，对照组采用外保温秸秆墙体构造，所用秸秆板均经热压工艺处理，相比机械压块具有更优的防火、防水、防冻、防蛀性能。所搭建实验模型如图5所示。每个实验模型长2320mm，宽1200mm，高1200mm，墙体由120mm厚秸秆板与40mm厚xps挤塑板组成，连接缝隙处喷涂硬泡聚氨酯以保证良好气密性。屋面与地面均采用80mm厚xps挤塑板，并覆盖铝箔层反射辐射热。循环管道系统采用φ16
×
1.2mm紫铜管，管间距约100mm。北墙铜管通过马鞍卡紧固于秸秆板内侧，南墙铜管焊接固定在冷轧板上，并喷涂吸收率为0.9的吸热涂料。经管道流系统水力计算，该系统配备功率范围为3～13w的循环变频泵，以保证系统的稳定可靠运行，并设定运行时间为每日9:00～16:30。管系统循环流体为水/乙二醇(70％/30％)混合工质，以保证在低温环境下系统正常运行。
51.实验模型测试系统如图6所示。测试时间为2020年12月23～29日，记录间隔为5分钟，测试期间室外温度为-11.8～11.1℃，相对湿度为15％～72.5％，昼夜平均太阳辐射强度为94.6w/m2，主导风向为西北风，平均风速3.6m/s。测试内容主要包括室内外环境参数、墙体热工参数及管道流系统参数，测量仪器参数如表1所示。具体测量参数有：
52.1)室外侧参数，即利用davis无线传输气象站测量室外空气温度、相对湿度、辐射强度、风速及风向。
53.2)室内侧参数，即利用k型热电偶测量室内温度值变化，测点布置在室内空间中心位置。
54.3)墙体热工参数，即利用k型贴片热电偶测量墙体内外表面温度，测点布置在墙面中心位置；利用热流计法测试热流密度，测点布置靠近墙面中心位置。为减小接触热阻影响，粘贴方式均采用导热硅胶并用铝箔纸覆盖。
55.4)管道流系统参数，即利用k型焊点热电偶分别测量南北墙进、出水温度；利用涡轮流量计测量系统内循环工质的质量流率；利用电度表记录水泵消耗电能。
56.表1测试仪器参数表
[0057][0058]
结果
[0059]
(1)预制内嵌盘管复合保温生态围护蓄放热系统测试参数
[0060]
a)管道流系统集热参数
[0061]
管道流系统主要由循环管道、混合工质及循环泵组成。南立面流体进出口温度、管道流集热量、管间层空气温度、循环泵启/停及太阳辐射热量如图7所示。
[0062]
τi时刻，南立面管道流的集热量可表述为：
[0063][0064]
式中，——流体质量流率，kg/s；c
p
·f——流体定压比热，j/(kg
·
℃)；t
′f(τi),t
″f(τi)——τi时刻南立面进、出口流体温度(其中i为时间节点，取i≥0)，℃。
[0065]
太阳能集热器热性能主要受太阳辐射、环境温度、风速、流体温度及流量影响。当太阳辐射充足时，以12月23日～12月25日为例，南向辐射峰值强度分别为566.5w/m2、615.5w/m2、627.3w/m2，室外气温分布在-3.4～11.1℃，日平均风速分别为4.0m/s、3.1m/s、1.6m/s。管间层空气与有效接收太阳辐射的吸热板及管外壁面进行对流、辐射换热，峰值温度可达54.1～55.6℃之间，但由于空气蓄热能力差，昼夜温度波动明显，全距为58.7℃，日均波幅为57.0℃。管内流体经太阳辐射加热在13:10左右到达温度峰值，3日平均峰值温度可达30.9℃，流体进出口平均最大温差为6.0℃，管道流热通量峰值分布在250.9～297.2w/m2之间。当太阳辐射一般时，以12月27日、12月28日为例，南向辐射峰值强度分别为457.3w/m2、313.5w/m2，室外气温分布在-2.4～10.6℃，日平均风速分别为2.0m/s、3.9m/s。管间层空气峰值温度分别为47.2℃、27.9℃，全距为50.4℃，平均波幅为41.2℃。管内流体在13:40左右达到峰值温度分别为28.4℃、18.9℃，进出口最大温差为5.2℃、4.4℃，管道流热通量峰值分别为192.9w/m2、164.1w/m2。当太阳辐射较差时，以12月26日、12月29日为例，南向辐射强度呈不稳定态势，峰值辐射强度在大部分时间维持200w/m2以下，室外气温分布在-2.4～10.6℃，日平均风速分别为1.2m/s、9.8m/s。管间层空气峰值温度分别为28.5℃、20.5℃，全距为37.6℃，平均波幅为30.7℃。管内流体在14:00左右达到峰值温度分别为20.4℃、10.8℃，进出口最大温差为2.0℃、1.6℃，管道流热通量峰值分别为98.8w/m2、101.7w/m2。由上述分析可知，该系统在太阳辐射充足、气温高、风速低的气象环境下能够发挥出更为理想的集热性能，但由于受到环境条件波动影响，特别在太阳辐射强度波动大、峰值小的气象环境下，循环工质供回水温差较小，导致供热性能受限。因此，针对该管道流系统，实现以气象参数为输入，嵌入高效的自动控制逻辑，从而使工质的循环温度与流率完成对边界条件的最优反馈，将是进一步提高该系统效率的重要研究。
[0066]
b)复合墙板工况参数
[0067]
复合墙板构造主要由秸秆板、密实砂土、xps挤塑板、抹灰组成。南立面秸秆板温度、密实砂土温度及砂土层吸热量如图8所示。对照组、实验组南北墙内表面温度如图9所示。
[0068]
τi时刻，砂土的逐时蓄热量可表述为：
[0069]qs
(ti)＝ms·cp
·s·
[ts(τ
i 1
)-ts(τi)]
ꢀꢀ
(2)
[0070]
式中，ms——砂土质量，kg；c
p
·s——砂土定压比热，j/(kg
·
℃)；ts(τ
i 1
),ts(τi)——τ
i 1
、τi时刻砂土温度，℃。
[0071]
由图8可知，测试期间砂土温度分布在16～30.2℃之间，平均温度为22.6℃，峰度为-0.72，偏度为0.34；而南墙秸秆板温度分布在7.5～25.2℃之间，平均温度为15.9℃，峰
度为-0.68，偏度为0.35。这一方面是由于密实砂土的热容量大于秸秆板，蓄热性能更优，另一方面是由于两构造层间xps挤塑板的隔热作用，综合导致秸秆板内部温度变化相较于密实砂土层呈现出明显的衰减和延迟现象。这在一定程度上反映出该复合墙板构造较优的隔热性能。与管道流系统相比，密实砂土是相对静止的，因此其吸放热过程不具备管道流系统换热迅速剧烈、循环往复的特征，测试期间峰值吸热量为26.2w，峰度为3.66，偏度为2.18，由此可见该砂土层热惰性较大，能够在昼间有效避免南向吸热冷轧板造成各向围护结构温差过大或室内温度过高的问题，并在夜间充分利用自身集蓄的太阳辐射热，减缓室内热量向外逸散，并降低秸秆板墙体结露霉变风险。
[0072]
由于室内温度受墙体内表面温度影响较大，此处重点对比分析两组南北墙内表面温度波动情况，对室外气象参数主导的墙体外表面温度情况不做具体讨论。由图9可知，测试期间实验组墙体内表面温度始终明显高于对照组，但由于实验组墙体受太阳辐射扰动剧烈，温度波幅较对照组更大，南、北墙温度曲线全距分别为15.5℃、18.1℃。通过比较两组墙体内表面温度，在太阳辐射强度较高的天气(如12月23日～12月25日)，两组南墙温差在2.3～10.9℃之间，北墙温差在1.7～10.7℃之间。而在12月26日、12月29日，由于太阳辐射强度较低，地表温度显著下降，两组南北墙温差有所减小，温差分别分布在之间3.1～6.3℃、2.6～7.1℃之间。测试期间，由于实验组北墙内温度主要受管道流系统中热容较大的循环工质温度影响，其峰值温度相较对照组会出现延迟，并在太阳辐射充足的天气愈发明显。而在南墙，由于构造中设定了热惰性较大的密实砂土，峰值温度延迟现象较北墙更加显著，在太阳辐射充足时，延迟时间可达2小时以上，且峰度为-0.52，明显小于对照组南墙峰度0.55，呈低峰态，高温持续时间更长，有利于延缓热室内热量逸散。值得注意的是，测试期间对照组南、北墙内表面温度大部分时间持续高于室内空气温度，在夜间以对流换热与热辐射形式对室内空气释放蓄热，这一现象持续到12月28日～12月29日室外气温骤降为止。研究结果表明，本次实验采用的经热压工艺处理的纯秸秆板相比传统机械压块容重更大，蓄热性能更优。而实验组由于管道流系统裸露于室内空气中，直接与空气进行对流换热，因此夜间墙面温度普遍低于室内空气温度，导致室内热量缓慢向外逸散，但依旧持续高于对照组水平。
[0073]
(2)室内外空气温度
[0074]
图10所示为对照组和实验组室内外空气温度。由图10可知，该地区属典型寒冷地区气候，冬季呈寒冷干燥特点，室外环境气温在-11.8～11.1℃之间，平均0.67℃；室外环境相对湿度在15％～72.5％之间，平均32.1％。分析两组室内温度曲线可知，对照组室内温度波动较为平缓，而实验组由于主动式管道流系统在昼间持续向室内输送吸收的太阳辐射热，夜间热量由室内向环境被动散逸，室内温度受太阳辐射波动影响，造成昼夜温度波幅明显大于对照组。实验组温度全距21.6℃，峰度-0.11，偏度0.59；对照组温度全距9.4℃，峰度3.08，偏度-1.46。实验组温度平均值为13.4℃，对照组温度平均值为3.8℃，相差9.6℃。
[0075]
4.供热性能分析
[0076]
(1)逐时供热量
[0077]
集热蓄热墙向室内供热途径主要可分为两种：其一，太阳辐射通过高透射率pc板照射到吸热板，经复合墙板以热传导方式传递至墙内表面，进而与室内空气进行对流换热；其二，太阳辐射透过高透射率pc板照射到集热管外壁面，经管内循环工质以对流换热方式将热量传递至室内北墙一侧，造成室内空气温升。
[0078]
τi时刻，集热蓄热墙导热供热量可表述为：
[0079]ql
(τi)＝q(τi)
·aꢀꢀ
(3)
[0080]
式中，q(τi)——τi时刻墙体导热热流密度，其中取q(τi)＞0以计算热流方向为沿法向向内的导热供热量，w/m2；a——墙体表面积，m2。
[0081]
τi时刻，管道流系统对流供热量可表述为：
[0082][0083]
式中，——流体质量流率，kg/s；c
p
·f——流体定压比热，j/(kg
·
℃)；δtf——供热侧工质温降，℃；h——管壁侧对流换热系数，w/(m2
·
℃)；a
p
——管外壁表面积，m2；tf——流体进出口温度的算数平均值，℃；ta——室内干球温度，℃。
[0084]
根据上式(3)～(4)分别计算所得墙体导热供热量、管道流对流供热量、室内得热量如图11所示。由图11可知，管道流系统对流供热量明显大于墙体导热供热量，这主要由于在循环泵作用下，管道流系统可循环不断地进行吸放热过程，实现持续向室内输送热量。然而，对流供热量与循环泵启停时间并非同步关系，测试期间对流供热滞后于循环泵启动时间且在循环泵关闭后仍存在不同时长的对流换热过程，这一现象可解释为：在泵初启时，太阳辐射强度较弱，南向管系统与低温管间层空气对流换热量大于太阳辐射得热量，导致这一过程实际为供冷过程；随着太阳辐射强度逐渐增大，存在某一时刻使得对流换热量与辐射得热量相等，即对流供热起始工况点；随着时间推移，对流供热量随室外气象波动变化达到峰值，峰值时间主要受太阳辐射、室外气温、风速风向影响；在泵停转后，北向管系统温度仍存在不同时长的对流供热过程，直至管系统工质温度与室内气温达到平衡。经上述分析可知，该系统循环泵控制策略应根据当地气象条件制定，以避免供冷工况发生，造成不必要的热量损失。
[0085]
(2)日供热效率
[0086]
集热蓄热墙日供热效率为单位日内围护系统有效供热量与单位日南向太阳辐射总热量的比值。但由于测试过程中数据记录步长为5min，所得曲线为不可积分的离散函数，为提高计算精度，将离散数据点拟合为连续函数曲线，从而实现积分运算。因此，集热蓄热墙单位日供热效率可表述为：
[0087][0088]
式中，q
λ
(τ)——拟合后导热供热量关于时间的连续函数，w/m2；q
α
(τ)——拟合后对流供热量关于时间的连续函数，w/m2；is(τ)——拟合后南墙辐射强度关于时间的连续函数，w/m2；a——墙体表面积，m2。
[0089]
计算所得日辐射热量、日供热量及供热效率如图12所示。由图12可知，供热效率基本与辐射热量趋势一致，峰值出现在12月24日，当日太阳辐射热量为26.7mj，集热蓄热墙日供热量为0.6mj，供热效率为56.7％。
[0090]
(3)节能率分析
[0091]
实验组与对照组除南北墙构造存在差异，采用相同的空间体积与围护构造。为对
照研究两组的供热节能率，通过空气焓差法计算室内逐时热负荷，室内设定值为18℃。τi时刻，室内逐时热负荷可表述为由该时刻空气焓值至设定工况空气焓值的增变量：
[0092][0093]
式中，ρa——湿空气的密度，kg/m3；c
p
·g——干空气的定压比热，c
p
·g＝1.005，kj/(kg
·
℃)；c
p
·g——水蒸气的定压比热，c
p
·q＝1.84，kj/(kg
·
℃)；r0——t＝0℃时水蒸气的汽化潜热，r0＝2500，kj/kg；δtg——室内干球温度与设定值的差值，℃；δd——室内含湿量与设定值的差值，g/kg干空气。
[0094]
根据式(5)所得出逐时热负荷曲线为不可积分的离散函数，需将离散数据点拟合为连续函数曲线，并进行积分运算以得出各日供热总负荷，计算所得对照组与实验组单位日供热负荷与节能率如图13所示。由图13可知，节能率峰值出现在12月24日，高达79.3％，即在保证室内温度维持在18℃及以上时，集热蓄热墙组相比传统秸秆墙可通过利用太阳能节省79.3％的供热量，具有可观的经济效益。
[0095]
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。