太陽墻集熱系統(tǒng)在嚴寒高海拔地區(qū)的應用

肖成珍　許道金　李炫廷　秦昆 丁瑋騰

摘要：太陽墻集熱系統(tǒng)作為一種新型建筑節(jié)能產(chǎn)品，具有供暖、新風預加熱和節(jié)能三大功能，適用于廠房、倉庫等大型公共建筑，具有熱轉(zhuǎn)換效率高，與建筑完美結(jié)合、實現(xiàn)建筑一體化，組合方式靈活、施工簡單，免維護、安全可靠、使用壽命長，為綠色建筑評比加分等優(yōu)勢。在冬季為建筑提供熱風和保溫，是系統(tǒng)最突出的優(yōu)勢之一。針對嚴寒高海拔地區(qū)設計安裝太陽墻閉式循環(huán)系統(tǒng)，對實際安裝太陽墻集熱系統(tǒng)運行情況進行監(jiān)測，結(jié)合實測數(shù)據(jù)總結(jié)分析安裝太陽墻集熱系統(tǒng)后廠房實際達到的效果和節(jié)能量。

關(guān)鍵詞：太陽墻集熱系統(tǒng);建筑節(jié)能;熱風;供暖

中圖分類號：TUIII

文獻標識碼：A

DOI：10.15913/j .cnki.kj ycx.2019.10.067

太陽墻集熱系統(tǒng)目前已廣泛應用于加拿大、美國、歐洲及日本的住宅、廠房、學校、辦公樓等不同用途的建筑上，美國機械工程師學會認為“太陽墻系統(tǒng)是近兩個世紀影響世界的八十項發(fā)明之一”。

1 太陽墻集熱系統(tǒng)基本運行原理

太陽墻集熱系統(tǒng)基本運行原理如圖1所示。

太陽墻系統(tǒng)如圖2所示，主要由太陽墻板、支撐框架、送風系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。太陽墻板上穿有許多經(jīng)過特殊設計和加工處理制成的微小孔縫，太陽墻板雙面超耐候太陽選擇性膜層具有耐候性強、耐腐蝕、抗老化、壽命長等優(yōu)勢。太陽墻板組成太陽墻系統(tǒng)的外殼，通過支撐框架安裝在建筑外墻面，并留有一定的間隙，形成空腔（加熱腔）。安裝后與傳統(tǒng)的金屬墻面（立面）相似。易融人建筑整體風格，達到與建筑一體化的目的。

太陽墻板表面微孔可有效濾除空氣中毛絮、灰塵等懸浮物，完成對室外空氣初過濾，當空氣進入空腔（加熱腔），未被微孔濾除的細小顆粒物進入空腔（加熱腔）會沉淀到空腔（加熱腔）底部，完成對室外空氣的二次過濾，有效保證進入室內(nèi)的空氣潔凈度，改善室內(nèi)環(huán)境。

冬季運行模式下，室外新鮮空氣經(jīng)太陽墻系統(tǒng)加熱后由送風風機泵人室內(nèi)，置換室內(nèi)污濁空氣，為室內(nèi)輸送熱風。而當風機停止運行后，太陽墻板與原有建筑墻體之間空腔（加熱腔）內(nèi)始終保持較高溫度，相當于加厚了墻體的保溫層。夏季運行模式下，太陽墻采暖新風系統(tǒng)排風裝置打開，在不開窗和增加室內(nèi)冷負荷的情況下，完成室內(nèi)換氣，同時空腔（加熱腔）可有效阻止熱量直接進入室內(nèi)，起到遮陽作用。青海三力新能源廠房太陽墻項目實景如圖3所示。

太陽墻是利用太陽輻射將空氣加熱并向室內(nèi)輸送的供暖系統(tǒng)，2018-09，由日出東方康索沃太陽墻技術(shù)有限公司設計的太陽墻供暖系統(tǒng)在青海裝備產(chǎn)業(yè)園區(qū)三力新能源廠房順利落成，此項目是國內(nèi)第一個高海拔、高寒地區(qū)的太陽墻采暖系統(tǒng)，目前運行效果良好，進入采暖季，在正常輻照條件下，廠房內(nèi)溫度保持在15℃左右的。

本建筑原來采用燃氣鍋爐供暖，由于燃氣消耗量大，運行費用高，環(huán)境污染重，兩年前已經(jīng)停止使用;入冬后，廠房內(nèi)溫度偏低，工人無法操作，生產(chǎn)效率低。

據(jù)車間李師傅說：“在工廠上班好多年了，每到冬天車間內(nèi)滴水成冰，偌大的車間無法取暖，非常難熬，常常把手凍壞?，F(xiàn)在安裝上這個神奇的黑科技墻后，車間內(nèi)溫度達到了15℃左右，工作起來非常舒適，以后再也不怕大冷天了。”

2 企業(yè)簡介

日出東方是全球太陽能光熱領(lǐng)跑者，滬市A股主板上市公司（ SH.603366），擁有國家級企業(yè)技術(shù)中心，為全球100多個國家和地區(qū)提供太陽能綜合解決方案。

Conserval Engineering Inc.是太陽墻技術(shù)發(fā)明和全球推廣應用的專業(yè)化公司，位于加拿大多倫多市，四十年來一直從事太陽墻空氣加熱系統(tǒng)的研究與推廣工作，已為全球30多個國家的廠房、倉庫、學校、醫(yī)院、劇院、商場等場所提供采暖、新風加熱及建筑節(jié)能解決方案。

日出東方與Conserval強強聯(lián)手，成立江蘇日出東方康索沃太陽墻技術(shù)有限公司，致力于太陽墻系統(tǒng)的研發(fā)、制造和全球推廣;通過合作，將源于歐美的先進技術(shù)、豐富的實踐經(jīng)驗與中國的市場開發(fā)和服務相融合。并整合來自中國、加拿大以及全球的技術(shù)高超的專家和工程師隊伍，用一流的團隊和技術(shù)為客戶提供全方位的服務;拓寬太陽能應用領(lǐng)域，步人太陽能光熱行業(yè)發(fā)展的新時代。

3 項目概況

項目位于青海省西寧市裝備產(chǎn)業(yè)區(qū)，廠房東西長53 m，南北跨度37 m，高度lOm，安裝適應嚴寒高海拔地區(qū)氣候特點的太陽墻400 m²，配置4個軸流風機，每臺風機風量為8 000 m³/h，系統(tǒng)總風量為32 000 m³/h，采用布袋式風管均勻送風，采用專用控制系統(tǒng)控制，實際運行結(jié)果表明，廠房溫度可達到15℃左右。

4 運行原理及系統(tǒng)特點

系統(tǒng)運行原理如圖4所示。

運行原理：太陽墻板吸收太陽輻照，太陽墻空腔內(nèi)部空氣被加熱，達到供熱設定溫度，啟動風機，將熱空氣源源不斷地送人室內(nèi)，實現(xiàn)供熱的目的。

系統(tǒng)特點：系統(tǒng)采用閉式循環(huán)方式，系統(tǒng)的氣源來自室內(nèi)，可有效提高進風口初始溫度，能在較短時間內(nèi)被加熱送至室內(nèi)，提高舒適性;有效減少風速對系統(tǒng)影響，減少系統(tǒng)熱量散失，提高系統(tǒng)整體熱效率;外加透明蓋板，可提高太陽墻板材的耐候性，提高系統(tǒng)整體壽命;使室內(nèi)空氣反復循環(huán)加熱，能最大限度地集熱、得熱，滿足要求溫度較高的場所;系統(tǒng)與墻體之間形成相對密閉空間，具有降噪隔音作用;在陰雨天、無輻照條件下，系統(tǒng)對建筑的保溫性能提高;智能化控制、遠程監(jiān)控、實時數(shù)據(jù)采集。

5 系統(tǒng)設計原則

設計總原則：在滿足用戶室內(nèi)設計溫度的前提下，盡量提高系統(tǒng)的送風量，提高系統(tǒng)效率。

集熱系統(tǒng)的太陽墻板根據(jù)現(xiàn)場可安裝情況，安裝在無遮擋南立面和承重屋頂上;辦公室建筑由于層高較低，可以采用鍍鋅鐵皮風管通過安裝在吊頂上的百葉風口進行供暖送風，送風時應進行管道變徑設計，保持每個風口風量均勻;太陽墻閉式系統(tǒng)夏季空腔溫度過高，需在太陽墻系統(tǒng)的頂部或頂部背面安裝散熱閥門，在降低空腔溫度的同時還可以通過煙囪效應排出室內(nèi)的濕熱空氣。廠房采用太陽墻專用控制柜進行自動控制。

6 項目基本設計參數(shù)表

項目基本設計參數(shù)如表1所示。

2018-12-23西寧太陽墻系統(tǒng)溫度曲線如圖5所示。

運行數(shù)據(jù)曲線選擇冬至后一天，比較典型，從圖5可以看出，太陽墻系統(tǒng)運行集中在09：00-17：00，且室內(nèi)溫度升溫明顯，溫度最高可達16℃，工廠9：00上班，17： 30下班，無夜班，可以滿足工人工作需要。即使在18： 00以后室內(nèi)溫度均高于環(huán)境溫度9℃，說明太陽墻系統(tǒng)在停止運行后，對建筑仍起到一定的保溫作用。7經(jīng)濟效益分析

經(jīng)濟效益如表2所示。西寧地區(qū)采暖季為六個月，按180 d計算，氣象參數(shù)如表3所示（數(shù)據(jù)來源于Meteonorm）。

400 m²太陽墻系統(tǒng)一個采暖季能夠提供20.5萬kW-h的熱量。該熱量如果以常規(guī)能源提供，則每個采暖季白天采暖能耗如表4所示。

系統(tǒng)效率及西寧地區(qū)能源費用如表5所示。

8 環(huán)保效益分析

環(huán)保效益分析如表6所示。

根據(jù)以上所述，太陽墻系統(tǒng)是當下煤改清潔能源采暖的一種有效方式，可以在白天為建筑提供采暖，與其他能源復合，可以保證建筑的全天候供暖，適合在華東、西北、華北和東北等有采暖需求的地區(qū)大力推廣，特別是采用常規(guī)能源供暖運行費用高昂的企業(yè)和單位，采用太陽墻供熱，可以顯著降低能耗，節(jié)能效果和經(jīng)濟效益非常明顯。

參考文獻：

[1]萬言興.太陽墻系統(tǒng)對冬季墻體傳熱量影響的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2012.

[2]賈永英，張蕾，馮睿.新型太陽能集熱墻冬季保溫性能分析[J].熱科學與技術(shù)，2011（2）：133-137.