太陽墻集熱系統在嚴寒高海拔地區的應用

肖成珍　許道金　李炫廷　秦昆 丁瑋騰

摘要：太陽墻集熱系統作為一種新型建筑節能產品，具有供暖、新風預加熱和節能三大功能，適用于廠房、倉庫等大型公共建筑，具有熱轉換效率高，與建筑完美結合、實現建筑一體化，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勢。在冬季為建筑提供熱風和保溫，是系統最突出的優勢之一。針對嚴寒高海拔地區設計安裝太陽墻閉式循環系統，對實際安裝太陽墻集熱系統運行情況進行監測，結合實測數據總結分析安裝太陽墻集熱系統后廠房實際達到的效果和節能量。

關鍵詞：太陽墻集熱系統;建筑節能;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“太陽墻系統是近兩個世紀影響世界的八十項發明之一”。

1 太陽墻集熱系統基本運行原理

太陽墻集熱系統基本運行原理如圖1所示。

太陽墻系統如圖2所示，主要由太陽墻板、支撐框架、送風系統和控制系統組成。太陽墻板上穿有許多經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、壽命長等優勢。太陽墻板組成太陽墻系統的外殼，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，有效保證進入室內的空氣潔凈度，改善室內環境。

冬季運行模式下，室外新鮮空氣經太陽墻系統加熱后由送風風機泵人室內，置換室內污濁空氣，為室內輸送熱風。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排風裝置打開，在不開窗和增加室內冷負荷的情況下，完成室內換氣，同時空腔（加熱腔）可有效阻止熱量直接進入室內，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輸送的供暖系統，2018-09，由日出東方康索沃太陽墻技術有限公司設計的太陽墻供暖系統在青海裝備產業園區三力新能源廠房順利落成，此項目是國內第一個高海拔、高寒地區的太陽墻采暖系統，目前運行效果良好，進入采暖季，在正常輻照條件下，廠房內溫度保持在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，環境污染重，兩年前已經停止使用;入冬后，廠房內溫度偏低，工人無法操作，生產效率低。

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

2 企業簡介

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

Conserval Engineering Inc.是太陽墻技術發明和全球推廣應用的專業化公司，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、醫院、劇院、商場等場所提供采暖、新風加熱及建筑節能解決方案。

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

3 項目概況

項目位于青海省西寧市裝備產業區，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，采用專用控制系統控制，實際運行結果表明，廠房溫度可達到15℃左右。

4 運行原理及系統特點

系統運行原理如圖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，實現供熱的目的。

系統特點：系統采用閉式循環方式，系統的氣源來自室內，可有效提高進風口初始溫度，能在較短時間內被加熱送至室內，提高舒適性;有效減少風速對系統影響，減少系統熱量散失，提高系統整體熱效率;外加透明蓋板，可提高太陽墻板材的耐候性，提高系統整體壽命;使室內空氣反復循環加熱，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，系統對建筑的保溫性能提高;智能化控制、遠程監控、實時數據采集。

5 系統設計原則

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

集熱系統的太陽墻板根據現場可安裝情況，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;太陽墻閉式系統夏季空腔溫度過高，需在太陽墻系統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 項目基本設計參數表

項目基本設計參數如表1所示。

2018-12-23西寧太陽墻系統溫度曲線如圖5所示。

運行數據曲線選擇冬至后一天，比較典型，從圖5可以看出，太陽墻系統運行集中在09：00-17：00，且室內溫度升溫明顯，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以后室內溫度均高于環境溫度9℃，說明太陽墻系統在停止運行后，對建筑仍起到一定的保溫作用。7經濟效益分析

經濟效益如表2所示。西寧地區采暖季為六個月，按180 d計算，氣象參數如表3所示（數據來源于Meteonorm）。

400 m²太陽墻系統一個采暖季能夠提供20.5萬kW-h的熱量。該熱量如果以常規能源提供，則每個采暖季白天采暖能耗如表4所示。

系統效率及西寧地區能源費用如表5所示。

8 環保效益分析

環保效益分析如表6所示。

根據以上所述，太陽墻系統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大力推廣，特別是采用常規能源供暖運行費用高昂的企業和單位，采用太陽墻供熱，可以顯著降低能耗，節能效果和經濟效益非常明顯。

參考文獻：

[1]萬言興.太陽墻系統對冬季墻體傳熱量影響的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，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，2011（2）：133-137.