生態(tài)活動(dòng)板房節(jié)水輔助降溫系統(tǒng)

盧玉姣，徐峻偉，張文堯

（武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

與常規(guī)建筑相比，活動(dòng)板房具有安裝拆卸方便、運(yùn)送便捷、價(jià)格低廉、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛用于災(zāi)區(qū)居民安置和建筑工地。板房墻壁由內(nèi)外層彩鋼夾裹聚苯乙烯構(gòu)成，墻面厚約50 mm，熱惰性和熱阻較小，保溫隔熱性能差。夏季由于陽光直射，使得活動(dòng)板房?jī)?nèi)部高溫濕熱，內(nèi)部氣溫遠(yuǎn)高于室外，午后板房?jī)?nèi)部氣溫可比室外高3～5℃。板房?jī)?nèi)高溫濕熱的條件使得居住舒適度極低，改善活動(dòng)板房夏季高溫濕熱環(huán)境的現(xiàn)狀十分必要。目前，我國(guó)對(duì)活動(dòng)板房?jī)?nèi)悶熱環(huán)境的改善措施以空調(diào)為主。然而，空調(diào)前期投入成本較高，后期使用需要消耗大量電能。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目為活動(dòng)板房設(shè)計(jì)了以“屋頂綠化-噴水降溫”為主體的降溫散熱系統(tǒng)，由綠化屋頂裝置、雨水蓄接裝置、中水回收裝置和側(cè)面噴水降溫裝置構(gòu)成。其中，屋頂綠化裝置通過綠化草坪反射陽光，達(dá)到降溫隔熱的效果；噴水降溫裝置由雨水蓄接裝置、中水回收裝置、噴灑裝置以及控溫裝置構(gòu)成。通過對(duì)活動(dòng)板房四周進(jìn)行霧化噴水，水分蒸發(fā)吸熱，降低板房外表溫度。控溫裝置通過對(duì)室內(nèi)溫度的監(jiān)控，自動(dòng)控制噴灑裝置的開關(guān)。本降溫散熱系統(tǒng)可以減少空調(diào)等的使用，節(jié)約大量的電能，并有效改善夏季活動(dòng)板房?jī)?nèi)高溫濕熱的惡劣環(huán)境，此外，綠化屋頂具有觀賞以及除塵防噪效果，使板房?jī)?nèi)居住環(huán)境更加舒適和人性化。節(jié)能減排效益十分明顯，具有良好的應(yīng)用前景及推廣性。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)為以雨水儲(chǔ)蓄利用為主體的降溫散熱系統(tǒng)，主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括屋頂綠化裝置和噴水降溫裝置，可對(duì)活動(dòng)板房建筑的主要熱源進(jìn)行降溫散熱處理。

2.1 屋頂綠化裝置

該裝置由楔形支架、滲水網(wǎng)格以及草坪培養(yǎng)框構(gòu)成。楔形支架可拆裝，通過鉸鏈與活動(dòng)板房進(jìn)行銜接，實(shí)現(xiàn)斜面水平。支架上方安裝滲水網(wǎng)格上放置草皮培養(yǎng)框，框內(nèi)依次放置無紡布、固體培養(yǎng)基、無土草坪。各結(jié)構(gòu)之間通過卡扣連接，同時(shí)，邊緣的楔形支架與屋頂邊緣通過鉸鏈連接。該裝置利用綠色植被可有效反射85%以上的太陽光，隔熱效果較好，有效降低了室內(nèi)溫度；植被還可治霾釋氧除塵降噪；此外該裝置模塊化設(shè)計(jì)，與活動(dòng)板房易拆裝的特點(diǎn)相適應(yīng)。

2.2 噴水降溫裝置

2.2.1 雨水蓄接過濾裝置

雨水蓄接過濾裝置由管道及蓄水箱構(gòu)成。通過該雨水蓄接過濾裝置，充分利用雨水，為噴水降溫裝置提供用水。雨水經(jīng)過無土草坪滲透，由于斜坡和自身重力，向兩邊流去。遮陽板的槽狀設(shè)計(jì)能有效地引導(dǎo)雨水向遮陽板的兩側(cè)流進(jìn)管道，流入地面上蓄水箱內(nèi)。

2.2.2 控溫裝置

控溫裝置可對(duì)室內(nèi)空氣溫度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)溫度達(dá)到一定高度時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)噴灑降溫裝置，對(duì)活動(dòng)板房四周進(jìn)行噴灑，水分蒸發(fā)吸熱，帶走板房外表熱量，從而降低板房?jī)?nèi)氣溫。

2.3 噴灑裝置

噴灑裝置由管道、水泵以及狀霧化噴頭構(gòu)成。水被泵至高處后，通過霧化噴頭向板房四壁噴灑出霧狀水滴，霧狀水滴蒸發(fā)吸熱帶走板房外表熱量。據(jù)有效數(shù)字顯示，每平方米噴降0.2 L水即可將板房外表溫度降至與水溫相同。

2.4 中水回收裝置

考慮到極端天氣影響，雨水收集裝置不足以提供足夠噴降用水，因此，擬設(shè)計(jì)一款中水利用裝置，對(duì)生活中水再利用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，70%以上活動(dòng)板房設(shè)有集體沖涼房，可有效安裝該中水回收裝置。中水回收裝置由過濾水箱構(gòu)成。洗澡水沿管道流入過濾水箱，通過濾網(wǎng)過濾固體雜質(zhì)，隨后通過石英砂和鵝卵石進(jìn)一步過濾。過濾后的水流入沉降池，使用明礬沉降處理，即可作為噴降用水。

3 裝置成本及效益分析

以2層活動(dòng)板房每層8間房每間20 m2為例，裝置成本約需要1 280元。夏季炎熱天氣板房外溫度可高達(dá)39℃，如果只用空調(diào)，將溫度從39℃降至人體較為舒適的26℃需要持續(xù)工作，而使用該生態(tài)輔助降溫裝置后，室內(nèi)溫度被降低至34℃左右，從34℃降至26℃的空調(diào)工作時(shí)間可縮短為原來的60%，且該裝置持續(xù)監(jiān)測(cè)板房上尖頂內(nèi)部溫度，控制噴水降溫裝置，配合屋頂綠化裝置可有效保持室內(nèi)溫度，縮短空調(diào)壓縮機(jī)工作時(shí)間。綜合分析，使用該輔助降溫裝置后，空調(diào)使用時(shí)間可從10 h降至4 h左右。

每日節(jié)省空調(diào)用電 W1，W1=1.18×6×16=113.28 kW·h，按照每個(gè)噴頭每秒流速為0.1 L，揚(yáng)程6 m，水密度為1 kg/L，重力加速度為10，24個(gè)噴頭（2 m/個(gè)，總長(zhǎng)40 m；左右側(cè)面各加2個(gè)），計(jì)算得P=0.1×6×1×10×24=144 W，水泵按照200 W功率計(jì)算，每次噴水20 s，5 min噴灑1次，即1 h工作4 min，一天按照15 h工作計(jì)算，共1 h。耗電量不足0.2 kW·h。水泵的耗電量為0.2 kW·h，則每日省電W=W1－W2=113.28－0.2=113.08 kW·h，一個(gè)夏季需使用空調(diào)天數(shù)按90 d計(jì)算，1棟活動(dòng)板房可節(jié)電10 177.2 kW·h。按照武漢0.59 kW·h計(jì)費(fèi)，1棟活動(dòng)板房每天節(jié)省電費(fèi)66.72元，每個(gè)夏季節(jié)省電費(fèi)6 004.548元，約20 d即可收回成本。