做家：李爱松，李忠，聂晶晶，冯爱荣，曹泽鉴

第一做家单元：华夏修筑科学协商院有限公司

摘自《煤气与热力》年12月刊

1概括

本文将以开水做为轮回介质的积极式太阳能供暖系统称为太阳能开水供暖系统，将以空气做为轮回介质的积极式太阳能供暖系统称为太阳能空气供暖系统。太阳能空气供暖系统通常采纳平板型太阳能空气集热器，空气经集热器空气流道与集热板换热升温后投入风道，经由室内送风机、送风口送入室内。与太阳能开水供暖系统比拟，太阳能空气供暖系统具备防冻、腐化性小、热呼应快、对承压密封请求不高、平安性强等显然上风。

太阳能空气供暖系统在海外特别是西洋和日本已有较多的运用项目，并取患了充盈的阅历和优异的了局。日本OM太阳能公司，已在日本胜利推行太阳能空气供暖室第逾2×幢。国际动力署太阳能供热制冷协商组一向力求于太阳能热哄骗的协商，该协商组于年至年间特地配置“TASK19”职责实行太阳能空气供暖的运用协商。

该职责的技艺负责人HastingsS.R.凭借太阳能空气供暖关系协商成效，出书了《太阳能空气供暖系统打算手册》［1］、《太阳能空气供暖系统工程案例集》［2］。《太阳能空气供暖系统工程案例集》一书详细先容了澳大利亚、丹麦、德国、美国等国度的35项本质工程的运用处境，列出了详细的功用目标，并对各项工程的优缺陷实行了解析。

方今，我国村镇地域的太阳能供暖紧要以被迫式太阳能供暖为主，太阳能开水供暖系统受成本以及防冻、防过热等前提束缚，在村镇地域虽有必要例模运用，但仍无奈成为一种较为幻想和合用的积极式太阳能供暖技艺。是以，针对我国村镇地域，开展太阳能空气供暖技艺的运用协商，有益于提高我国村镇地域洁净供暖水准。

对于太阳能空气供暖系统，采纳一体化集热屋面（下列简称集热屋面），将平板型太阳能空气集热器与修筑屋顶有机连接，不只使得修筑屋顶具备集热功用，况且可以实行承重、防水、防风、保温等修筑功效。本文对北京村镇单层民用室第（唯一两间睡房）的一体化集热屋面太阳能空气供暖系统打算动工及技艺经济性实行解析，该项目标太阳能空气供暖系统按两间睡房同时供暖实行打算。

2项目大概

项目地方地为北京地域某村镇，改革目标为既有单层民用室第，修筑面积约74m2，朝南座落，分为西侧睡房（修筑面积约43.7m2，下列称为房间1）、东侧睡房（修筑面积约30.3m2，下列称为房间2）。

修筑主体机关为砖木机关，由木质梁柱承重，外墙（平凡砖墙）厚度为mm，屋面大势为木檩上铺设苇毡及粘土后挂瓦，坡度约25.8°。

安设太阳能空气供暖系统前，已对该修筑实行了北侧外墙保温、南侧屋顶保温、大地保温、南侧外窗敷设塑料薄膜、南侧外门配置保温棉帘、北侧外窗保温板封堵等节能改革，室内吊顶待太阳能空气供暖系统安设竣工后动工。节能改革后修筑围护机关热工功用目标见表1。供暖室内打算温度按14℃斟酌。

表1节能改革后修筑围护机关热工功用目标

3太阳能空气供暖系统

3.1紧要安设

连接修筑本身特性，笔者打算了太阳能空气供暖系统，紧要安设见图1，系统过程见图2。图1中未给出操纵系统、数据收罗系统。太阳能空气供暖系统紧要由集热屋面、风道、风机箱、电动风阀、手动风阀、帮忙电加热器、大地混凝土蓄热层（下列简称蓄热层）、送风机、操纵系统、数据收罗系统等构成。操纵系统紧要用于操纵电动风阀的启闭，帮忙电加热器、送风机、风机箱内离心风机的启停。数据收罗系统紧要用于集热屋面太阳辐照度、集热屋面收支口风温与风速、室表里温度等数据的收罗，测点安顿见图2。

图1太阳能空气供暖系统紧要安设

图2太阳能空气供暖系统过程

集热屋面收支风侧离别配置集热联箱，内部各条空气流道以并联大势与集热联箱连合。集热屋面收支口集热联箱均设隔板（见图2），将空气流道数目按两个房间的负荷比例实行区分。蓄热层沿南侧墙、北侧墙离别配置蓄热联箱，蓄热层内埋设钢管，以并联大势与蓄热联箱连合，房间1、2分设蓄热层及蓄热联箱。

风机箱内安设高静压低噪声离心风机，风机箱配置在北侧外墙上。斟酌到北京市乡下洁净化供暖电价优待战术，采纳帮忙电加热器，在夜晚谷电时段，哄骗帮忙电加热器供暖，并将热量储蓄在蓄热层中。帮忙电加热器还可用于在白天日照不够时，对回风实行加热。送风机配置有手动调动档位，送风量由用户自行筛选。电动风阀1、2的启闭凭借集热屋面的集热板（吸热蓝膜）表面温度，由操纵系统操纵，手动风阀1、2的启闭由用户自行调动。太阳能空气供暖系统紧要安设规格见表2。集热屋面建成后的修筑外表见图3，室内安设的送风机见图4。

表2太阳能空气供暖系统紧要安设规格

图3集热屋面建成后的修筑外表

图4室内安设的送风机

为消沉噪声对用户的影响，紧要采纳了以降落噪法子。风道内打算空气流速不高于4.5m/s，将横向风道安设在吊顶内，并采纳外保温包覆方法消沉气流噪声向室内的传布。采纳高静压低噪声离心风机，风机置于静音风机箱中，并配置在室外，且风道与风机箱之间采纳软连合。风道尽可能采纳挺直管道，增加影响气流崎岖的部件。送风机采纳合适准则请求的低噪声产物。

3.2运转大势

①积极操纵大势

积极操纵大势下，手动风阀2不停维持开启形态，手动风阀1不停维持关上形态，风机箱内的离心风机、送风机不停维持运转。

当集热板表面温度抵达50℃时，操纵系统开启电动风阀1，关上电动风阀2，采纳边蓄热边供暖的运转大势。回风经回风口投入集热屋面升温后，由风机箱内离心风机经蓄热层送至送风机，终究由送风机送入室内。

当集热板表面温度低于35℃后，操纵系统关上电动风阀1，开启电动风阀2，启动帮忙电加热器，仍采纳边蓄热边供暖的运转大势。回风不投入集热屋面，而是由旁路回风口（见图1）经电帮忙加热器加热，加热后的送风经蓄热层后由送风机送入室内。

帮忙电加热器的启停凭借送风机出口空气温度操纵，当送风机出口空气温度低于30℃时帮忙电加热器启动，当送风机出口温度高于35℃时关上。为防止过热，帮忙电加热器装备了超温堵截功效。

②手动操纵大势

切换至手动操纵大势后，操纵系统关上电动风阀1，开启电动风阀2，关上送风机，开启电帮忙加热器，风机箱内离心风机仍保证办事形态。用户手动关上手动风阀2，手动翻开手动风阀1。送风由送风口直接送入室内，不再经由蓄热层后由送风机送风。电帮忙加热器的启停仍采纳积极操纵大势中的操纵方法。

手动操纵大势仅合用于需求快速提高室内温度的处境，由于操纵相对繁杂，加之村镇用户对室内热处境的惬意度请求不高，村镇用户时常不会采纳手动操纵大势。在该项目标太阳能空气供暖系统中配置手动操纵大势，是为了完美系统功效。

3.3集热屋面

为保证集热屋面具备推行运用代价，集热屋面的创造尽可能采纳商场上罕见材料，并尽也许消沉异型构件的操纵。集热屋面构造见图5，动工现场见图6，建成后的集热屋面见图3。集热屋面配置于既有屋顶上，除与修筑主梁连合部位安设支柱件，需求个别捣毁既有屋顶外，此外部位不会毁坏既有屋顶。支柱件与主梁结尾连合后，在既有屋顶表面敷设一层镀锌钢板。支柱件与薄壁方钢框架（为井字形，见图5、图6a）采纳铆接，而后填充柔性保温材料。在薄壁方钢框架上头铆接沟槽彩钢板，而后铆接吸热蓝膜（铝质），沟槽彩钢板的沟槽与吸热蓝膜之间的通道产生空气流道。末了安设玻璃盖板（单块玻璃盖板的长×宽为2m×1m），各块玻璃盖板之间的接缝采纳幕墙专用密封胶密封。经由停止玻璃盖板组件，在吸热蓝膜与玻璃盖板之间产生空气夹层。

图5集热屋面构造

图6集热屋面动工现场

3.4蓄热层

由于太阳能与供暖存在着工夫和强度上的不般配，是以需求配置蓄热层储蓄日照足量时段的富饶热量。方今，恰当太阳能短期蓄热的方法囊括卵石蓄热、相变蓄热、大地泥土（或混凝土）蓄热，此中卵石蓄热需求制做容积较大的地下卵石箱，造价较量高［3］，相变蓄热方今在运用上还不格外老练。经由归纳斟酌，并连接海外工程阅历，该项目采纳了大地混凝土蓄热方法。对房间1、2分设蓄热层，蓄热层厚度为mm，在蓄热层中埋设钢管，混凝土用量约21.6t。

蓄热层动工见图7。在蓄热层动工时，先将房间大地整个挖至请求深度，而后敷布防水隔潮垫层及高承重聚苯板保温层，钢管经由管卡停止在保温层上（见图7a）。在钢管两头配置蓄热联箱（见图7b），随后整个浇筑混凝土（见图7c）。

图7蓄热层动工

4技艺性解析

4.1测试工夫与操纵大势

为评估太阳能空气供暖系统的运用了局，对—年供暖期4组测试日的关系参数实行实测。测试工夫为当日8：00至越日8：00，测试日期为12月14日—15日、12月20日—21日、12月27日—28日、12月30日—31日。为便利说明，将这4个测试日离别界说为测试日1~4。在测试阶段，太阳能空气供暖系统采纳积极操纵大势。

4.2评估目标与数据处置法子

①关键评估目标

a.集热屋面集热效率

集热屋面配置太阳总辐射表，每隔1min数据收罗系统收罗一次太阳辐照度，由于测试断绝工夫较量短，觉得暂时测试了局为下1min的平衡值。数据收罗系统除收罗集热屋面投运期间太阳辐照度外，还对测试日全天太阳辐照度实行了收罗，可凭借收罗工夫断绝打算获得测试日日总太阳曝辐照度Hs。

每隔1min由数据收罗系统积极收罗1次集热屋面收支口空气温度及风速。由于数据收罗工夫断绝较量短，觉得暂时测试了局是下1min的平衡值。

b.太阳能保证率

测试日太阳能空气供暖系统耗电量由电量表读出，囊括风机箱内离心风机、送风机、帮忙电加热器的耗电量。

c.室内温度

离别在房间1、2靠拢室里面心的距地1.5m高度配置温度传感器测试室内温度，每隔1min由数据收罗系统积极收罗1次数据。测试日室内温度取各收罗数据的算术平衡值。

d.室外温湿度

在间隔修筑外墙5m的空阔地方配置百叶箱，百叶箱内配置温湿度仪，每隔1min由操纵系统积极收罗1次数据。测试日室外温湿度取各收罗数据的算术平衡值。

②此外评估目标

a.蓄热层表面温度

采纳红外热像仪，对房间1蓄热层表面温度实行丈量。

b.噪声

采纳实地调研法子，咨询测试期间用户对噪声的评估。

4.3测试了局

①关键评估目标

各测试日各项参数测试了局见表3。凭借表3，由式（1）、（2）可打算获得各测试日集热屋面集热效率离别为19.90%、26.34%、25.26%、25.79%，由式（3）可打算获得各测试日的太阳能保证率离别为12.89%、54.04%、30.42%、42.04%。

表3各测试日各项参数测试了局

由表3数据可知，房间1、2各测试日室内温度均在15℃以上，餍足打算请求。在各测试日中，测试日1的太阳能保证率最低，这主假如由于测试日1的集热屋面投运阶段的集热屋面太阳曝辐照度最低。呼应地，在各测试日中，测试日1的集热屋面得热量最低，太阳能空气供暖系统耗电量最高。由此可知，测试日集热屋面投运阶段的集热屋面太阳曝辐照度越高，太阳能空气供暖系统的耗电量越低。由表3可知，测试日集热屋面投运阶段的集热屋面太阳曝辐照度与集热屋面日总太阳曝辐照度的变动趋向一致，是以在反面的解析中采纳集热屋面日总太阳曝辐照度替代集热屋面投运阶段的集热屋面太阳曝辐照度实行解析。

GB/T—《可复活动力修筑运用功程评估准则》表4.1.1-1规章，对于资本较富区太阳能供暖系统的太阳能保证率应大于或即是30%。由打算了局可知，除测试日1外，此外测试日的太阳能保证率均合适GB/T—的请求。

②此外评估目标

a.蓄热层表面温度

在日照像对足量的测试日2白天，对房间1蓄热层表面温度实行丈量。测试仪器采纳红外热像仪，测试时室外温度为-1.39℃，太阳辐照度为W/m2。热成像图见图8。凭借红外热像仪对测试地区平衡温度的读数可知，测试地区的蓄热层表面平衡温度为22.7℃，具备必要的辐射供暖了局。

图8房间1的蓄热层表面热成像图

b.噪声

经现场调研，测试期间用户对噪声处境的评估为可采用的噪声水准等第。

5经济性解析

①系统造价

太阳能空气供暖系统的造价为2.7×元，此中动工费约占27%，此外为材料费。

②电费

凭借北京市发改委年11月6日公布的《对于本市洁净采暖用电用气代价的报告》（京发改［］号）规章，北京市住民“煤改电”分户自供暖用户谷段电价时段为当日20：00—越日8：00，实行津贴后的电价0.1元/（kW·h）。是以，在测算电费时，将当日20：00—越日8：00的电价取0.1元/（kW·h），此外工夫的电价（本文称为峰段电价）则采用《北京市住民生涯用电试行路子电价践诺细则》的第一档民用电价（下列简称峰段电价）0.元/（kW·h）。

凭借上述峰谷电价区分准绳及各测试日电量表读数，可获得各测试日的谷电耗电量、峰电耗电量、谷电占等到日电费，见表4。由表3、4可知，测试日集热屋面日总太阳曝辐照度越高，谷电占比越高，顶峰时段的耗电量占比越低。测试日集热屋面日总太阳曝辐照度越高，电费越低。

表4各测试日的谷段耗电量、峰电耗电量、谷电占等到电费

由上述解析可知，测试日集热屋面日总太阳曝辐照度对测试日电费的影响较量显著，况且测试日集热屋面日总太阳曝辐照度能直接呼应室外温度。是以，笔者将日总太阳曝辐照度做为测算供暖期电费的紧要根据。

凭借4个测试日的集热屋面日总太阳曝辐照度，将北京市典范年供暖期的日总太阳曝辐照度（由北京市景象数据统计材料获得）区分为4个区间（见表5），每个区间对应的测试日电费及工夫见表5，采纳加权平衡的法子对北京市典范年供暖期的日平衡电费实行测算。凭借表4数据，打算获得的北京市典范年供暖期的日均电费为18.53元，折合单元修筑面积为30.05元/m2。

表5日总太阳曝辐照度区间的区分及对应的测试日电费、工夫

6论断

针对北京村镇单层民用室第（修筑面积为74m2），打算创造采纳一体化集热屋面的太阳能空气供暖系统。先容太阳能空气供暖系统的紧要安设、系统过程与运转大势，对集热屋面、大地混凝土蓄热层（下列简称蓄热层）的做法实行胪陈。在积极操纵大势（全天供暖）下，以年12月14日—15日、20日—21日、27日—28日、30日—31日做为测试日（离别界说为测试日1~4，测试工夫为当日8：00至越日8：00），对各测试日的集热屋面集热效率、太阳能保证率、耗电量、室内温度、室外温湿度、噪声、蓄热层表面温度实行打算与实测。将4个测试日做为模范数据，测算北京典范年供暖期的平衡日电费。协商发掘：

各测试日的集热屋面集热效率离别为19.90%、26.34%、25.26%、25.79%，太阳能保证率离别为12.89%、54.04%、30.42%、42.04%。测试日集热屋面日总太阳曝辐照度越高，太阳能空气供暖系统的耗电量越低。各测试日室内温度均在15℃以上，餍足打算请求。测试地区的蓄热层表面平衡温度为22.7℃，具备必要的辐射供暖了局。测试期间用户对噪声处境的评估为可采用的噪声水准等第。太阳能空气供暖系统的造价为2.7×元，此中动工费约占27%，此外为材料费。凭借4个测试日的集热屋面日总太阳曝辐照度，将北京市典范年供暖期的日总太阳曝辐照度区分为4个区间，凭借各区间对应的测试日电费及工夫，采纳加权平衡的法子对北京市典范年供暖期的平衡日电费实行测算。北京市典范年供暖期的平衡日电费为18.53元，折合单元修筑面积为30.05元/m2。

参考文件：

［1］HASTINGSSR.Solarairsystems-Adesignhandbook［M］.NewYork：Earthscan，.

［2］HASTINGSSR.Solarairsystems-Builtexamples［M］.NewYork：Earthscan，.

［3］张峰，张林华，刘文波，等.带地下卵石床蓄热安设的日光温室增温测验协商［J］.可复活动力，，27（6）：7-9.

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