寒冷地区实施太阳墙系统采暖的可行性及经济性研究

潘伟英+卢艳秋+刘军+赫海灵

摘 要：随着我国经济的发展，能源消耗量逐渐增加，尤其是建筑耗能，寒冷地区采暖耗能在建筑总耗能中所占比例高达60%。传统采暖方式存在热效率低、污染大等弊端，易导致室内环境恶劣，影响人们的生活质量，因而寒冷地区采暖成为建筑节能的重要课题。通常情况下，寒冷地区太阳能资源较为丰富，而且太阳能作为可再生资源，具有清洁、可利用率高等优势，太阳墙系统借助太阳能资源广泛用于建筑节能中，文章将详细介绍寒冷地区实施太阳墙系统采暖的可行性，并分析其经济性，以便解决社会发展与能源供应的矛盾，实现经济与社会效益。

关键词：太阳墙；寒冷地区；经济型研究

1 寒冷地区采暖能耗与室内环境问题

1.1 寒冷地区采暖能耗问题

目前我国建筑能耗问题较为严峻，尤其是寒冷地区采暖能耗。寒冷地区采暖以煤炭等化石燃料为主，燃烧率低，热量易散失，污染当地生态环境。经济发展同时，人们生活水平不断提升，对建筑取暖提出更高要求，造成建筑能耗日益增加，因而降低寒冷地区采暖能耗刻不容缓。

1.2 寒冷地区室内环境问题

寒冷地区受取暖材料影响，室内空气污染以“煤烟型”为主，农村地区，由于经济条件有限，再加上生活习惯影响，灶台与火炕距离较近，燃烧煤炭时，易产生大量的二氧化碳、二氧化硫等有害气体，对室内空气质量产生重要影响。此外由于灶具原始，通风设施较为落后，导致烟气直接蔓延至室内，而农村地区燃料的利用率相对较低，为获取能量需燃烧更多燃料，形成恶性循环，进而加重室内污染。寒冷地区冬季持续时间长，采暖强度大，室内污染程度高，严重威胁人们身体健康。

2 太阳墙系统简介

太阳墙系统属于主动式太阳房采暖形式，对太阳能利用率高，与室内环境关系联系较为密切，同时将加热后的新风输送至室内，从而实现采暖与通风作用。

2.1 太阳墙系统的构造

太阳墙系统主要由新风加热和气流输送组成，其中新风加热系统由多孔集热板、挡雨板以及腔体框架组成；而气流输送系统由风机、风管以及风阀组成。其重要送风形式是屋顶送风，根据实际情况也可实现地板下送风。太阳墙系统核心部分是多孔集热板，材料多为镀锌钢板，其表明为选择性涂层，一般为深色，对太阳辐射吸收率较高。

2.2 太阳墙热风系统原理

在采暖时期，多孔集热板通过吸收太阳辐射将腔体内空气加热，腔内与外界空气由于密度差异而产生浮力，并通过风机形成负压。室外新鲜空气进入集热腔体形成对流而升温。屋顶风机抽出腔体顶部的高温新风，并将其输送至采暖房间。夜间集热腔中空气吸收散失的热量，其温度高于室外，可充分发挥隔热保温作用。在过渡季节，不需要加热空气时，太阳墙系统具有通风作用，从而净化室内空气。

3 寒冷地区实施太阳墙系统采暖的可行性

寒冷地区实施太阳墙系统采暖应与当地的实际情况相结合，文章以东北地区为例，并结合当地气候、住宅以及生活习惯等，对太阳墙系统采暖的可行性进行分析。

3.1 寒冷地区气候特点

东北地区纬度较高，属于湿润、半湿润的温带大陆性季风气候，北面临近西伯利亚，因而冬季气温低于同纬度其它地区。此外该地区地势西高东低，导致冬季寒冷漫长，但日照充足。该地区每年太阳辐射总量为115～135千卡/cm2，经中国气象局统计，该地区日照时间超过2500h，太阳辐射量大，且持续时间长，为太阳墙系统的采暖实施提供了便利条件。

3.2 寒冷地区建筑特点

寒冷地区住宅通常坐北朝南，以中小户型为主，多为单层和坡屋顶。从外观上看，只有一栋农宅，并且库房与厨房均包含在内，其主要类型有独栋建筑和联排建筑，主要原因是方便集中取暖，同时可减少外维护结构。坡屋顶有助于排除积雪。而太阳墙系统建于南侧，可增加太阳墙有效面积，并能有效提高集热量。除外窗外，太阳墙覆盖正面南外墙，且集热腔体顶部与屋顶高度一致，有助于加热的新风进入指定房间。最大限度增加南側太阳墙，可充分吸收太阳辐射，增加热效能，从而保持室内温度。

3.3 太阳墙集热系统的设计

太阳墙系统集热板主要由多孔材料、表面涂层组成，多孔板面为褶皱状，并且具有规则，凹陷的小孔有利于新风渗透。集热腔体的支架以细薄贴片为主，对减少对热流损失，腔体、送风管等关键部位均采用绝热材料，并做保温处理，此外整个系统进行密闭。腔体四围由侧板包围，侧板与南外墙均使用聚氨酯泡沫进行保温。侧板、背板、管道等连接处均进行密封，从而保证腔体气密性。板材表面是选择性涂层，且颜色多为深色，能够有效吸收太阳辐射，为寒冷地区取暖创造有利条件。

4 寒冷地区实施太阳墙系统采暖的经济

4.1 太阳墙系统

通过吸收太阳辐射，达到采暖效果，寒冷地区太阳能资源较为丰富，并且是可再生资源，能被充分利用。有资料显示，太阳墙系统集热效率高达50%，随着太阳辐射的增加而升高。与传统采暖方式相比，可有效节约能源，降低能耗，最大限度满足取暖需求。

4.2 太阳墙系统结构

相对简单，安装时耗费人力资源较少，且造价低廉。集热性能几乎不受板材特性影响，因而可采用成本较低材料制作，进一步降低成本。相对于传统采暖材料而言，每平方米每年可节约30美元。

4.3 由于技术进步，太阳墙系统能够与建筑进行有效结合

通过光热转换，可充分利用太阳辐射，满足各种建筑需求，从而节约建筑改造费用，实现其经济价值。

寒冷地区采暖能耗问题日益严峻，随着太阳墙系统的发展，其逐渐取代传统取暖方式，减少煤炭等化石燃料使用，降低污染，并提高室内空气质量。太阳墙系统主要利用太阳辐射达到取暖目的，能够有效降低能耗，节约经济，实现生态和社会效益。

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