寒冷地區(qū)實(shí)施太陽(yáng)墻系統(tǒng)采暖的可行性及經(jīng)濟(jì)性研究

潘偉英+盧艷秋+劉軍+赫海靈

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消耗量逐漸增加，尤其是建筑耗能，寒冷地區(qū)采暖耗能在建筑總耗能中所占比例高達(dá)60%。傳統(tǒng)采暖方式存在熱效率低、污染大等弊端，易導(dǎo)致室內(nèi)環(huán)境惡劣，影響人們的生活質(zhì)量，因而寒冷地區(qū)采暖成為建筑節(jié)能的重要課題。通常情況下，寒冷地區(qū)太陽(yáng)能資源較為豐富，而且太陽(yáng)能作為可再生資源，具有清潔、可利用率高等優(yōu)勢(shì)，太陽(yáng)墻系統(tǒng)借助太陽(yáng)能資源廣泛用于建筑節(jié)能中，文章將詳細(xì)介紹寒冷地區(qū)實(shí)施太陽(yáng)墻系統(tǒng)采暖的可行性，并分析其經(jīng)濟(jì)性，以便解決社會(huì)發(fā)展與能源供應(yīng)的矛盾，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)墻；寒冷地區(qū)；經(jīng)濟(jì)型研究

1 寒冷地區(qū)采暖能耗與室內(nèi)環(huán)境問(wèn)題

1.1 寒冷地區(qū)采暖能耗問(wèn)題

目前我國(guó)建筑能耗問(wèn)題較為嚴(yán)峻，尤其是寒冷地區(qū)采暖能耗。寒冷地區(qū)采暖以煤炭等化石燃料為主，燃燒率低，熱量易散失，污染當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。經(jīng)濟(jì)發(fā)展同時(shí)，人們生活水平不斷提升，對(duì)建筑取暖提出更高要求，造成建筑能耗日益增加，因而降低寒冷地區(qū)采暖能耗刻不容緩。

1.2 寒冷地區(qū)室內(nèi)環(huán)境問(wèn)題

寒冷地區(qū)受取暖材料影響，室內(nèi)空氣污染以“煤煙型”為主，農(nóng)村地區(qū)，由于經(jīng)濟(jì)條件有限，再加上生活習(xí)慣影響，灶臺(tái)與火炕距離較近，燃燒煤炭時(shí)，易產(chǎn)生大量的二氧化碳、二氧化硫等有害氣體，對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。此外由于灶具原始，通風(fēng)設(shè)施較為落后，導(dǎo)致煙氣直接蔓延至室內(nèi)，而農(nóng)村地區(qū)燃料的利用率相對(duì)較低，為獲取能量需燃燒更多燃料，形成惡性循環(huán)，進(jìn)而加重室內(nèi)污染。寒冷地區(qū)冬季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，采暖強(qiáng)度大，室內(nèi)污染程度高，嚴(yán)重威脅人們身體健康。

2 太陽(yáng)墻系統(tǒng)簡(jiǎn)介

太陽(yáng)墻系統(tǒng)屬于主動(dòng)式太陽(yáng)房采暖形式，對(duì)太陽(yáng)能利用率高，與室內(nèi)環(huán)境關(guān)系聯(lián)系較為密切，同時(shí)將加熱后的新風(fēng)輸送至室內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)采暖與通風(fēng)作用。

2.1 太陽(yáng)墻系統(tǒng)的構(gòu)造

太陽(yáng)墻系統(tǒng)主要由新風(fēng)加熱和氣流輸送組成，其中新風(fēng)加熱系統(tǒng)由多孔集熱板、擋雨板以及腔體框架組成；而氣流輸送系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、風(fēng)管以及風(fēng)閥組成。其重要送風(fēng)形式是屋頂送風(fēng)，根據(jù)實(shí)際情況也可實(shí)現(xiàn)地板下送風(fēng)。太陽(yáng)墻系統(tǒng)核心部分是多孔集熱板，材料多為鍍鋅鋼板，其表明為選擇性涂層，一般為深色，對(duì)太陽(yáng)輻射吸收率較高。

2.2 太陽(yáng)墻熱風(fēng)系統(tǒng)原理

在采暖時(shí)期，多孔集熱板通過(guò)吸收太陽(yáng)輻射將腔體內(nèi)空氣加熱，腔內(nèi)與外界空氣由于密度差異而產(chǎn)生浮力，并通過(guò)風(fēng)機(jī)形成負(fù)壓。室外新鮮空氣進(jìn)入集熱腔體形成對(duì)流而升溫。屋頂風(fēng)機(jī)抽出腔體頂部的高溫新風(fēng)，并將其輸送至采暖房間。夜間集熱腔中空氣吸收散失的熱量，其溫度高于室外，可充分發(fā)揮隔熱保溫作用。在過(guò)渡季節(jié)，不需要加熱空氣時(shí)，太陽(yáng)墻系統(tǒng)具有通風(fēng)作用，從而凈化室內(nèi)空氣。

3 寒冷地區(qū)實(shí)施太陽(yáng)墻系統(tǒng)采暖的可行性

寒冷地區(qū)實(shí)施太陽(yáng)墻系統(tǒng)采暖應(yīng)與當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況相結(jié)合，文章以東北地區(qū)為例，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂颉⒆≌约吧盍?xí)慣等，對(duì)太陽(yáng)墻系統(tǒng)采暖的可行性進(jìn)行分析。

3.1 寒冷地區(qū)氣候特點(diǎn)

東北地區(qū)緯度較高，屬于濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，北面臨近西伯利亞，因而冬季氣溫低于同緯度其它地區(qū)。此外該地區(qū)地勢(shì)西高東低，導(dǎo)致冬季寒冷漫長(zhǎng)，但日照充足。該地區(qū)每年太陽(yáng)輻射總量為115～135千卡/cm2，經(jīng)中國(guó)氣象局統(tǒng)計(jì)，該地區(qū)日照時(shí)間超過(guò)2500h，太陽(yáng)輻射量大，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，為太陽(yáng)墻系統(tǒng)的采暖實(shí)施提供了便利條件。

3.2 寒冷地區(qū)建筑特點(diǎn)

寒冷地區(qū)住宅通常坐北朝南，以中小戶型為主，多為單層和坡屋頂。從外觀上看，只有一棟農(nóng)宅，并且?guī)旆颗c廚房均包含在內(nèi)，其主要類型有獨(dú)棟建筑和聯(lián)排建筑，主要原因是方便集中取暖，同時(shí)可減少外維護(hù)結(jié)構(gòu)。坡屋頂有助于排除積雪。而太陽(yáng)墻系統(tǒng)建于南側(cè)，可增加太陽(yáng)墻有效面積，并能有效提高集熱量。除外窗外，太陽(yáng)墻覆蓋正面南外墻，且集熱腔體頂部與屋頂高度一致，有助于加熱的新風(fēng)進(jìn)入指定房間。最大限度增加南側(cè)太陽(yáng)墻，可充分吸收太陽(yáng)輻射，增加熱效能，從而保持室內(nèi)溫度。

3.3 太陽(yáng)墻集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

太陽(yáng)墻系統(tǒng)集熱板主要由多孔材料、表面涂層組成，多孔板面為褶皺狀，并且具有規(guī)則，凹陷的小孔有利于新風(fēng)滲透。集熱腔體的支架以細(xì)薄貼片為主，對(duì)減少對(duì)熱流損失，腔體、送風(fēng)管等關(guān)鍵部位均采用絕熱材料，并做保溫處理，此外整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行密閉。腔體四圍由側(cè)板包圍，側(cè)板與南外墻均使用聚氨酯泡沫進(jìn)行保溫。側(cè)板、背板、管道等連接處均進(jìn)行密封，從而保證腔體氣密性。板材表面是選擇性涂層，且顏色多為深色，能夠有效吸收太陽(yáng)輻射，為寒冷地區(qū)取暖創(chuàng)造有利條件。

4 寒冷地區(qū)實(shí)施太陽(yáng)墻系統(tǒng)采暖的經(jīng)濟(jì)

4.1 太陽(yáng)墻系統(tǒng)

通過(guò)吸收太陽(yáng)輻射，達(dá)到采暖效果，寒冷地區(qū)太陽(yáng)能資源較為豐富，并且是可再生資源，能被充分利用。有資料顯示，太陽(yáng)墻系統(tǒng)集熱效率高達(dá)50%，隨著太陽(yáng)輻射的增加而升高。與傳統(tǒng)采暖方式相比，可有效節(jié)約能源，降低能耗，最大限度滿足取暖需求。

4.2 太陽(yáng)墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

相對(duì)簡(jiǎn)單，安裝時(shí)耗費(fèi)人力資源較少，且造價(jià)低廉。集熱性能幾乎不受板材特性影響，因而可采用成本較低材料制作，進(jìn)一步降低成本。相對(duì)于傳統(tǒng)采暖材料而言，每平方米每年可節(jié)約30美元。

4.3 由于技術(shù)進(jìn)步，太陽(yáng)墻系統(tǒng)能夠與建筑進(jìn)行有效結(jié)合

通過(guò)光熱轉(zhuǎn)換，可充分利用太陽(yáng)輻射，滿足各種建筑需求，從而節(jié)約建筑改造費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

寒冷地區(qū)采暖能耗問(wèn)題日益嚴(yán)峻，隨著太陽(yáng)墻系統(tǒng)的發(fā)展，其逐漸取代傳統(tǒng)取暖方式，減少煤炭等化石燃料使用，降低污染，并提高室內(nèi)空氣質(zhì)量。太陽(yáng)墻系統(tǒng)主要利用太陽(yáng)輻射達(dá)到取暖目的，能夠有效降低能耗，節(jié)約經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)和社會(huì)效益。

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