寒冷地区实施太阳墙系统采暖的可行性及经济性研究论文

摘 要:随着我国经济的发展,能源消耗量逐渐增加,尤其是建筑耗能,寒冷地区采暖耗能在建筑总耗能中所占比例高达60%。传统采暖方式存在热效率低、污染大等弊端,易导致室内环境恶劣,影响人们的生活质量,因而寒冷地区采暖成为建筑节能的重要课题。通常情况下,寒冷地
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  摘 要:随着我国经济的发展,能源消耗量逐渐增加,尤其是建筑耗能,寒冷地区采暖耗能在建筑总耗能中所占比例高达60%。传统采暖方式存在热效率低、污染大等弊端,易导致室内环境恶劣,影响人们的生活质量,因而寒冷地区采暖成为建筑节能的重要课题。通常情况下,寒冷地区太阳能资源较为丰富,而且太阳能作为可再生资源,具有清洁、可利用率高等优势,太阳墙系统借助太阳能资源广泛用于建筑节能中,文章将详细介绍寒冷地区实施太阳墙系统采暖的可行性,并分析其经济性,以便解决社会发展与能源供应的矛盾,实现经济与社会效益。

  关键词:太阳墙;寒冷地区;经济型研究

  1 寒冷地区采暖能耗与室内环境问题

  1.1 寒冷地区采暖能耗问题

  目前我国建筑能耗问题较为严峻,尤其是寒冷地区采暖能耗。寒冷地区采暖以煤炭等化石燃料为主,燃烧率低,热量易散失,污染当地生态环境。经济发展同时,人们生活水平不断提升,对建筑取暖提出更高要求,造成建筑能耗日益增加,因而降低寒冷地区采暖能耗刻不容缓。

  1.2 寒冷地区室内环境问题

  寒冷地区受取暖材料影响,室内空气污染以“煤烟型”为主,农村地区,由于经济条件有限,再加上生活习惯影响,灶台与火炕距离较近,燃烧煤炭时,易产生大量的二氧化碳、二氧化硫等有害气体,对室内空气质量产生重要影响。此外由于灶具原始,通风设施较为落后,导致烟气直接蔓延至室内,而农村地区燃料的利用率相对较低,为获取能量需燃烧更多燃料,形成恶性循环,进而加重室内污染。寒冷地区冬季持续时间长,采暖强度大,室内污染程度高,严重威胁人们身体健康。

  2 太阳墙系统简介

  太阳墙系统属于主动式太阳房采暖形式,对太阳能利用率高,与室内环境关系联系较为密切,同时将加热后的新风输送至室内,从而实现采暖与通风作用。

  2.1 太阳墙系统的构造

  太阳墙系统主要由新风加热和气流输送组成,其中新风加热系统由多孔集热板、挡雨板以及腔体框架组成;而气流输送系统由风机、风管以及风阀组成。其重要送风形式是屋顶送风,根据实际情况也可实现地板下送风。太阳墙系统核心部分是多孔集热板,材料多为镀锌钢板,其表明为选择性涂层,一般为深色,对太阳辐射吸收率较高。

  2.2 太阳墙热风系统原理

  在采暖时期,多孔集热板通过吸收太阳辐射将腔体内空气加热,腔内与外界空气由于密度差异而产生浮力,并通过风机形成负压。室外新鲜空气进入集热腔体形成对流而升温。屋顶风机抽出腔体顶部的高温新风,并将其输送至采暖房间。夜间集热腔中空气吸收散失的热量,其温度高于室外,可充分发挥隔热保温作用。在过渡季节,不需要加热空气时,太阳墙系统具有通风作用,从而净化室内空气。

  3 寒冷地区实施太阳墙系统采暖的可行性

  寒冷地区实施太阳墙系统采暖应与当地的实际情况相结合,文章以东北地区为例,并结合当地气候、住宅以及生活习惯等,对太阳墙系统采暖的可行性进行分析。

  3.1 寒冷地区气候特点

  东北地区纬度较高,属于湿润、半湿润的温带大陆性季风气候,北面临近西伯利亚,因而冬季气温低于同纬度其它地区。此外该地区地势西高东低,导致冬季寒冷漫长,但日照充足。该地区每年太阳辐射总量为115~135千卡/cm2,经中国气象局统计,该地区日照时间超过2500h,太阳辐射量大,且持续时间长,为太阳墙系统的采暖实施提供了便利条件。

  3.2 寒冷地区建筑特点

  寒冷地区住宅通常坐北朝南,以中小户型为主,多为单层和坡屋顶。从外观上看,只有一栋农宅,并且库房与厨房均包含在内,其主要类型有独栋建筑和联排建筑,主要原因是方便集中取暖,同时可减少外维护结构。坡屋顶有助于排除积雪。而太阳墙系统建于南侧,可增加太阳墙有效面积,并能有效提高集热量。除外窗外,太阳墙覆盖正面南外墙,且集热腔体顶部与屋顶高度一致,有助于加热的新风进入指定房间。最大限度增加南側太阳墙,可充分吸收太阳辐射,增加热效能,从而保持室内温度。

  3.3 太阳墙集热系统的设计

  太阳墙系统集热板主要由多孔材料、表面涂层组成,多孔板面为褶皱状,并且具有规则,凹陷的小孔有利于新风渗透。集热腔体的支架以细薄贴片为主,对减少对热流损失,腔体、送风管等关键部位均采用绝热材料,并做保温处理,此外整个系统进行密闭。腔体四围由侧板包围,侧板与南外墙均使用聚氨酯泡沫进行保温。侧板、背板、管道等连接处均进行密封,从而保证腔体气密性。板材表面是选择性涂层,且颜色多为深色,能够有效吸收太阳辐射,为寒冷地区取暖创造有利条件。

  4 寒冷地区实施太阳墙系统采暖的经济

  4.1 太阳墙系统

  通过吸收太阳辐射,达到采暖效果,寒冷地区太阳能资源较为丰富,并且是可再生资源,能被充分利用。有资料显示,太阳墙系统集热效率高达50%,随着太阳辐射的增加而升高。与传统采暖方式相比,可有效节约能源,降低能耗,最大限度满足取暖需求。

  4.2 太阳墙系统结构

  相对简单,安装时耗费人力资源较少,且造价低廉。集热性能几乎不受板材特性影响,因而可采用成本较低材料制作,进一步降低成本。相对于传统采暖材料而言,每平方米每年可节约30美元。

  4.3 由于技术进步,太阳墙系统能够与建筑进行有效结合

  通过光热转换,可充分利用太阳辐射,满足各种建筑需求,从而节约建筑改造费用,实现其经济价值。

  寒冷地区采暖能耗问题日益严峻,随着太阳墙系统的发展,其逐渐取代传统取暖方式,减少煤炭等化石燃料使用,降低污染,并提高室内空气质量。太阳墙系统主要利用太阳辐射达到取暖目的,能够有效降低能耗,节约经济,实现生态和社会效益。

  参考文献

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