重 點:
高效的太陽能制熱系統(tǒng) 比安裝玻璃墻效果更好,而且成本更低 與其它的系統(tǒng)相比回收期短
概 要:
Conserval多孔板太陽墻是一種金屬太陽能集熱裝置,用來為建筑提供保溫和通風。這套系統(tǒng)主要是作為工業(yè)應用,但也可以用在潛在的商業(yè)和有大面積朝南墻的多居民建筑。
1991年,安大略湖奧沙瓦市加拿大電池廠GM大樓建起一面420m2的太陽墻。安裝設備降低能源成本有幾種方式:俘獲太陽能,通過建筑物南墻降低熱能損耗,消除室內空氣分層。
太陽墻的成本效率相對于其它類型的通風系統(tǒng)高,回收期僅一年。
電池廠GM太陽墻
項目目的:
Conserval多孔板太陽墻是一種外表美觀的用來提供保溫和通風的太陽能集熱器。不必安裝昂貴的玻璃,它可以改型來適應現(xiàn)有的墻體。GM項目的目的是展示太陽墻的高效性和經濟性。
原 則:
過去,工業(yè)用太陽能供熱通風系統(tǒng)經常需要在朝南的墻面上附加大型玻璃面板。不幸的是,這些玻璃墻不但增加了火災隱患,而且昂貴,有時也不美觀。此外,由于玻璃表面的反射作用,使得太陽能有所損耗。
太陽墻是一種太陽能供熱通風系統(tǒng),不存在以上這些問題。完整的系統(tǒng)包括四個主要組成部分:多孔的金屬收集器(太陽墻),太陽墻外伸的頂蓬,風扇和建筑內的通風分配管道。
太陽墻是一種不鑲玻璃的多孔鋁板。鋁板安裝在建筑的朝南外墻上,與主建筑墻之間用氣室分隔開。為了最大限度地吸收太陽能,鋁板表面被涂成黑色(也可以使用其他較深的顏色)。當外部的空氣通過孔板被吸入氣室,被吸收的太陽熱能通過金屬板傳遞給空氣。
鋁板的后面是氣室,暖空氣部分通過對流,部分通過風扇的作用上升。在墻的頂部,空氣碰到頂篷,頂篷越過墻頂水平伸展開。在頂篷內,空氣向通風口運動,排出建筑物。
與金屬墻體一樣,頂篷的表面也是多孔的,多孔是為了收集太陽墻外表面升起的熱空氣,此外,頂篷的內層懸掛在墻體下。
在建筑物內部,風扇系統(tǒng)與多孔的纖維管道相結合,引導空氣補充需要通風的建筑內的其他區(qū)域。一系列的調節(jié)風門控制再循環(huán)空氣與外部太陽能加熱后的混合空氣。
為了幫助室內空氣消層,在天花板布置了通風管道。因為通過系統(tǒng)提供的空氣比頂部的空氣冷,送入的空氣沉在地板上方,這樣可以混合建筑物內的空氣。
太陽墻展示多孔結構和頂篷
情況介紹:
1991年夏季,在安大略湖奧沙瓦市加拿大電池廠GM大樓安裝了一套太陽墻系統(tǒng)。太陽墻的總面積為420m2,包括365m2的垂直多孔板。多孔金屬板上布有直徑1.6mm規(guī)格的小孔。整體上看,小孔占墻表面的2%。太陽墻與現(xiàn)在墻體用氣室分隔開大約150mm。
頂篷跨越1.6m2的橫斷面。項目向外超過墻表面,低于900mm。頂篷的內層表面是多孔的,開口處占表面的1%。
空氣使用兩臺高效翼軸型風扇通過墻孔進入氣室。設計的最大氣流速率為每小時74,700m3,經122m的多孔管道送向工廠。實際氣流速率大約為每小時68,000m3。
傳送空氣的溫度由再循環(huán)的室內空氣和太陽能加熱的混合空氣控制:從收集器中送出溫度較低的空氣,其余絕大部分為再循環(huán)的空氣。理想的輸出空氣溫度是預先制定并自動控制好的。選擇舒適度最低的溫度可以最大限度地激發(fā)太陽能系統(tǒng)的性能。
當溫度超過18℃,這個系統(tǒng)就設計成能不通過太陽墻系統(tǒng)工作。自動調節(jié)頂篷上的風門直接從建筑外部引入空氣。
太陽墻幾乎不需要維修,風扇、發(fā)動機和風門每年只需要數(shù)小時的保養(yǎng)。排氣管道的使用壽命為20年,太陽墻自身壽命無限期(從鋁板安裝起)。
基于1993-1994年的監(jiān)控結果,GM太陽墻以平均72%的太陽能收集效率,每年可輸送455kWh/m2的電力。而且,太陽墻系統(tǒng)減少了熱傳遞,回收輸入空氣的熱耗并對室內空氣去層。最近的監(jiān)控結果顯示,每年節(jié)能總計300kWh/m2。因此,GM太陽墻估計每年節(jié)能755kWh/m2(基于8個月的供熱季節(jié))。
公 司:
加拿大多倫多Conserval工程有限公司自1982年起完成了太陽能空氣系統(tǒng)。Conserval公司首先開發(fā)了安裝玻璃和無孔的太陽墻系統(tǒng),然而進一步改進成多孔系統(tǒng)的開發(fā)。這項技術作為加拿大的官方貢獻,列入國際能源總署太陽能供熱和供冷計劃。附件14:先進的主動型太陽能系統(tǒng)。
經濟性:
GM的多孔板太陽墻系統(tǒng)的安裝總成本約為CAD92,000。每平方米的成本期望低于新建設更大的系統(tǒng)(相對于GM廠的發(fā)型系統(tǒng))。
太陽墻相對于可替代補充空氣系統(tǒng)的成本效率必須測算。對于GM廠可替代方案是壓力蒸汽操縱風扇線圈裝置或天然氣直燃裝置。如表1所示,任一系統(tǒng)的資金成本都低于太陽墻系統(tǒng)。然而,太陽墻的實際耗能成本的節(jié)省彌補了初期成本的額外投入。