一種太陽能光伏熱管系統用于強化室內通風的設計

劉黎飛 羅會龍 寇宏僑 劉振宇

一種太陽能光伏熱管系統用于強化室內通風的設計

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（1.昆明理工大學建筑工程學院 云南昆明 650500 2.廣州愉星企業有限公司 廣東廣州 511400）

提出了一種借鑒部分Trombe墻設計原理，利用太陽能光伏熱管換熱的強化室內通風模型，其特點在于可實現太陽能熱電聯產，并且滿足人們對不同室內空氣環境的要求。此外，該設計不但可以單獨用于強化室內通風，還可以結合Trombe墻強化室內通風。

太陽能光伏熱管系統；室內通風；Trombe墻；室內空氣環境

太陽能資源是世界上重要的可再生能源之一，合理開發利用太陽能不但能夠有效降低常規能源的使用，還能實現節能減排。隨著生活水平的提高，人們對室內環境的要求也逐漸提高。本文基于太陽能熱電聯產，利用太陽能熱電聯產中的產熱強化室內通風。

1 太陽能光伏熱管系統

太陽能光伏熱管系統是太陽能光伏發電與熱管共同組成的系統，該系統可有效緩解太陽能光伏系統發電效率低的問題。太陽光照射到光伏板上，光伏板開始工作，同時光伏板的溫度也隨之升高。光伏板的發電效率隨著光伏板溫度的升高而降低[1～2]，因而會帶來發電效率降低的問題。很多學者從降低光伏板溫度方面著手研究，太陽能光伏熱管系統是重要的研究方向之一。

但目前對太陽能光伏熱管系統的研究大部分只著眼于利用熱管降低光伏背板溫度，并沒有考慮熱管降低背板溫度的熱量，有一定的局限性。

2 太陽能光伏熱管系統用于強化室內通風

太陽能光伏熱管系統用于強化室內通風的設計模型如圖1所示，其主要特點是將熱管換熱降低太陽能光伏板的熱量加以利用，來實現強化室內通風，具體形式借鑒部分Trombe模型，不僅可以單獨用于強化室內風，還可以結合Trombe墻強化室內通風。主要由太陽能光伏熱管換熱系統、被強化室內通風的房間以及用于連接的熱流通道構成。

太陽能光伏熱管換熱系統主要由太陽能光伏板以及附著在其背板的熱管構成（當然包含其發電系統），主要作用是白天通過光伏作用發電，在發電的同時熱管發揮作用降低背板溫度的同時把部分熱量帶走用于強化室內通風，具體實施方式為：太陽輻射透過玻璃蓋板投射到電池板上，電池板開始工作，溫度升高，電池板背板溫度也變高，接著背板熱量會傳遞給鋁板、內部空氣直至熱管蒸發端，然后熱管內介質吸熱往冷凝端流動，最后到了冷凝端，熱管冷凝端處于加熱流道中，即在此流道里面熱管冷凝端對流道里面的冷空氣進行加熱，然后由于熱壓作用被加熱的冷空氣會上升進入被加熱空氣流道，加熱這部分冷空氣的同時將熱管冷凝端的熱量帶走，冷卻后的熱管介質會再回到蒸發端繼續吸熱，如此往復循環，不但提高了光伏板的發電效率，還能將加熱的冷空氣送入被加熱空氣流道，通至房間。該太陽能光伏熱管換熱系統依據太陽能光伏板的設置要求，可以放置到房屋上方或者其他適宜的地方。

圖1 太陽能光伏熱管系統用于強化室內通風的設計模型

被強化室內通風的房間即我們現實生活中的房間，開始做實驗時可以用活動板房，或者用比較理想的特殊實驗室房間。參考Trombe墻的構造，對房間的一面外墻設置雙層墻，將通有吸熱介質的盤管貫穿到內層墻上，如圖1所示（由于盤管里面通吸熱介質，如果對吸熱介質有要求或者吸熱介質需要經常更換的情況下，可以在盤管上面設置高位介質箱，并配備相應的組件及構件，用于吸熱介質的儲存和替換），然后在盤管的內側設置一條長的下拉隔熱卷簾，用于隔開盤管和房間內部的換熱，隔熱卷簾宜設置直接垂到地面上或者根據內層墻盤管最下邊的設計而進行設置。連接太陽能光伏熱管換熱系統和被強化室內通風房間的被加熱空氣流道是普通墻體構造，起到空氣通道的作用。

說明：空氣在加熱通道里被熱管冷凝端加熱，在加熱通道里面被加熱的冷空氣變輕而向上走，沿被加熱空氣流道通過開孔1向下流進換熱通道或通過開孔2流進房間，而室外空氣通過常開空氣流道進入由于被加熱冷空氣上走而使壓力變低的加熱通道，以此形成氣流流動。

冬季白天：打開開孔 1、2、3、6，關閉開孔 4、5，一方面供熱空氣到室內，另一方面儲存熱量到盤管里（可測試開孔3和開孔4之間的溫度，較高時可關閉3，打開4直接將經過盤管儲熱后溫度還比較高的熱空氣通入房間內部），然后熱空氣在室內進行對流換熱以及吸收，最后下沉從開孔6流出。

冬季夜間供暖方案：可模擬Trombe墻，關閉所有開孔，拉開隔熱卷簾，讓白天充分吸熱的盤管直接通過輻射和對流換熱給室內供暖。或者關閉開孔1、3、5、6，打開開孔2、4，讓白天充分吸熱的盤管開始放熱到換熱通道的冷空氣，冷空氣受熱后由于熱壓作用而上升，然后通過開孔2進入房間內部給房間供熱，通過對流換熱以及熱吸收，這些熱空氣溫度逐漸降低下沉到達地面，由于換熱通道內部冷空氣被加熱由于熱壓作用而上升后在此形成負壓，則下面開孔3和開孔4之間的冷空氣則會在壓力的作用下上升到換熱通道里面，再由房間內部冷卻下沉的空氣進行補充，如此形成循環。

在冬季夜間供暖的同時強化室內通風，在上述夜間供暖的同時可以打開開孔3和開孔6，可以讓室外空氣從開孔3進入，讓室內空氣從開孔6流出，完成強化室內通風的循環。

3 結語

提出一種用于強化室內通風的太陽能光伏熱管系統模型，通過熱管換熱利用太陽能光伏發電過程中的熱量實現強化室內通風，做到太陽能熱電聯產。存在一些不足及待解決問題，如熱壓動力、換熱循環等，還有待于相關專家和學者的指正和補充。另外，本設計對于夏季的強化室內通風方案以及和Trombe墻結合的強化室內通風方案沒有提及，有待于進一步的提出及論證。

[1]施敏.現代半導體物理[M].北京：科學出版社，2001.

[2]S.R.Wenham，M.A.Green，M.E.Watt.Applied Photovoltaics[M].Centre for Photovoltaic Device and System，1994.

[3]甘葒煜，全貞花，趙耀華，等.新型光伏光熱幕墻組件性能特性研究[J].建筑科學，2015，08：127～132.

[4]陳 波，黃亞繼，張弘，等.相變蓄熱式PV/T集熱器的試驗研究[J].可再生能源，2015，01：16～20.

[5]張海燕，張崇巍，王建平.獲得最大日照度的協調控制方法的研究——多鏡面聚光型太陽能光伏系統[J].太陽能學報，2008，11：1338～1343.

TU83

A

1004-7344（2016）31-0310-01

云南省應用基礎研究計劃項目（2015FA18，2012FB128）。

2016-10-20

劉黎飛（1992-），男，河南周口人，在讀碩士研究生，主要從事暖通空調、太陽能方面的研究。