寒冷地區實施太陽墻系統采暖的可行性及經濟性研究

潘偉英+盧艷秋+劉軍+赫海靈

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。

參考文獻

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