寒冷地區實施太陽墻系統采暖的可行性及經濟性研究論文

摘 要:隨著我國經濟的發展,能源消耗量逐漸增加,尤其是建筑耗能,寒冷地區采暖耗能在建筑總耗能中所占比例高達60%。傳統采暖方式存在熱效率低、污染大等弊端,易導致室內環境惡劣,影響人們的生活質量,因而寒冷地區采暖成為建筑節能的重要課題。通常情況下,寒冷地
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  摘 要:隨著我國經濟的發展,能源消耗量逐漸增加,尤其是建筑耗能,寒冷地區采暖耗能在建筑總耗能中所占比例高達60%。傳統采暖方式存在熱效率低、污染大等弊端,易導致室內環境惡劣,影響人們的生活質量,因而寒冷地區采暖成為建筑節能的重要課題。通常情況下,寒冷地區太陽能資源較為豐富,而且太陽能作為可再生資源,具有清潔、可利用率高等優勢,太陽墻系統借助太陽能資源廣泛用于建筑節能中,文章將詳細介紹寒冷地區實施太陽墻系統采暖的可行性,并分析其經濟性,以便解決社會發展與能源供應的矛盾,實現經濟與社會效益。

  關鍵詞:太陽墻;寒冷地區;經濟型研究

  1 寒冷地區采暖能耗與室內環境問題

  1.1 寒冷地區采暖能耗問題

  目前我國建筑能耗問題較為嚴峻,尤其是寒冷地區采暖能耗。寒冷地區采暖以煤炭等化石燃料為主,燃燒率低,熱量易散失,污染當地生態環境。經濟發展同時,人們生活水平不斷提升,對建筑取暖提出更高要求,造成建筑能耗日益增加,因而降低寒冷地區采暖能耗刻不容緩。

  1.2 寒冷地區室內環境問題

  寒冷地區受取暖材料影響,室內空氣污染以“煤煙型”為主,農村地區,由于經濟條件有限,再加上生活習慣影響,灶臺與火炕距離較近,燃燒煤炭時,易產生大量的二氧化碳、二氧化硫等有害氣體,對室內空氣質量產生重要影響。此外由于灶具原始,通風設施較為落后,導致煙氣直接蔓延至室內,而農村地區燃料的利用率相對較低,為獲取能量需燃燒更多燃料,形成惡性循環,進而加重室內污染。寒冷地區冬季持續時間長,采暖強度大,室內污染程度高,嚴重威脅人們身體健康。

  2 太陽墻系統簡介

  太陽墻系統屬于主動式太陽房采暖形式,對太陽能利用率高,與室內環境關系聯系較為密切,同時將加熱后的新風輸送至室內,從而實現采暖與通風作用。

  2.1 太陽墻系統的構造

  太陽墻系統主要由新風加熱和氣流輸送組成,其中新風加熱系統由多孔集熱板、擋雨板以及腔體框架組成;而氣流輸送系統由風機、風管以及風閥組成。其重要送風形式是屋頂送風,根據實際情況也可實現地板下送風。太陽墻系統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,對太陽輻射吸收率較高。

  2.2 太陽墻熱風系統原理

  在采暖時期,多孔集熱板通過吸收太陽輻射將腔體內空氣加熱,腔內與外界空氣由于密度差異而產生浮力,并通過風機形成負壓。室外新鮮空氣進入集熱腔體形成對流而升溫。屋頂風機抽出腔體頂部的高溫新風,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,可充分發揮隔熱保溫作用。在過渡季節,不需要加熱空氣時,太陽墻系統具有通風作用,從而凈化室內空氣。

  3 寒冷地區實施太陽墻系統采暖的可行性

  寒冷地區實施太陽墻系統采暖應與當地的實際情況相結合,文章以東北地區為例,并結合當地氣候、住宅以及生活習慣等,對太陽墻系統采暖的可行性進行分析。

  3.1 寒冷地區氣候特點

  東北地區緯度較高,屬于濕潤、半濕潤的溫帶大陸性季風氣候,北面臨近西伯利亞,因而冬季氣溫低于同緯度其它地區。此外該地區地勢西高東低,導致冬季寒冷漫長,但日照充足。該地區每年太陽輻射總量為115~135千卡/cm2,經中國氣象局統計,該地區日照時間超過2500h,太陽輻射量大,且持續時間長,為太陽墻系統的采暖實施提供了便利條件。

  3.2 寒冷地區建筑特點

  寒冷地區住宅通常坐北朝南,以中小戶型為主,多為單層和坡屋頂。從外觀上看,只有一棟農宅,并且庫房與廚房均包含在內,其主要類型有獨棟建筑和聯排建筑,主要原因是方便集中取暖,同時可減少外維護結構。坡屋頂有助于排除積雪。而太陽墻系統建于南側,可增加太陽墻有效面積,并能有效提高集熱量。除外窗外,太陽墻覆蓋正面南外墻,且集熱腔體頂部與屋頂高度一致,有助于加熱的新風進入指定房間。最大限度增加南側太陽墻,可充分吸收太陽輻射,增加熱效能,從而保持室內溫度。

  3.3 太陽墻集熱系統的設計

  太陽墻系統集熱板主要由多孔材料、表面涂層組成,多孔板面為褶皺狀,并且具有規則,凹陷的小孔有利于新風滲透。集熱腔體的支架以細薄貼片為主,對減少對熱流損失,腔體、送風管等關鍵部位均采用絕熱材料,并做保溫處理,此外整個系統進行密閉。腔體四圍由側板包圍,側板與南外墻均使用聚氨酯泡沫進行保溫。側板、背板、管道等連接處均進行密封,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,能夠有效吸收太陽輻射,為寒冷地區取暖創造有利條件。

  4 寒冷地區實施太陽墻系統采暖的經濟

  4.1 太陽墻系統

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

  4.2 太陽墻系統結構

  相對簡單,安裝時耗費人力資源較少,且造價低廉。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,進一步降低成本。相對于傳統采暖材料而言,每平方米每年可節約30美元。

  4.3 由于技術進步,太陽墻系統能夠與建筑進行有效結合

  通過光熱轉換,可充分利用太陽輻射,滿足各種建筑需求,從而節約建筑改造費用,實現其經濟價值。

  寒冷地區采暖能耗問題日益嚴峻,隨著太陽墻系統的發展,其逐漸取代傳統取暖方式,減少煤炭等化石燃料使用,降低污染,并提高室內空氣質量。太陽墻系統主要利用太陽輻射達到取暖目的,能夠有效降低能耗,節約經濟,實現生態和社會效益。

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