一種太陽能光伏熱管系統(tǒng)用于強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)的設(shè)計(jì)

劉黎飛 羅會(huì)龍 寇宏僑 劉振宇

一種太陽能光伏熱管系統(tǒng)用于強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)的設(shè)計(jì)

劉黎飛1羅會(huì)龍1寇宏僑1劉振宇2

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

提出了一種借鑒部分Trombe墻設(shè)計(jì)原理，利用太陽能光伏熱管換熱的強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)模型，其特點(diǎn)在于可實(shí)現(xiàn)太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)，并且滿足人們對不同室內(nèi)空氣環(huán)境的要求。此外，該設(shè)計(jì)不但可以單獨(dú)用于強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)，還可以結(jié)合Trombe墻強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)。

太陽能光伏熱管系統(tǒng)；室內(nèi)通風(fēng)；Trombe墻；室內(nèi)空氣環(huán)境

太陽能資源是世界上重要的可再生能源之一，合理開發(fā)利用太陽能不但能夠有效降低常規(guī)能源的使用，還能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。隨著生活水平的提高，人們對室內(nèi)環(huán)境的要求也逐漸提高。本文基于太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)，利用太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)中的產(chǎn)熱強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)。

1 太陽能光伏熱管系統(tǒng)

太陽能光伏熱管系統(tǒng)是太陽能光伏發(fā)電與熱管共同組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效緩解太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)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(shí)光伏板的溫度也隨之升高。光伏板的發(fā)電效率隨著光伏板溫度的升高而降低[1～2]，因而會(huì)帶來發(fā)電效率降低的問題。很多學(xué)者從降低光伏板溫度方面著手研究，太陽能光伏熱管系統(tǒng)是重要的研究方向之一。

但目前對太陽能光伏熱管系統(tǒng)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(tǒng)用于強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)

太陽能光伏熱管系統(tǒng)用于強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)的設(shè)計(jì)模型如圖1所示，其主要特點(diǎn)是將熱管換熱降低太陽能光伏板的熱量加以利用，來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)，具體形式借鑒部分Trombe模型，不僅可以單獨(dú)用于強(qiáng)化室內(nèi)風(fēng)，還可以結(jié)合Trombe墻強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)。主要由太陽能光伏熱管換熱系統(tǒng)、被強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)的房間以及用于連接的熱流通道構(gòu)成。

太陽能光伏熱管換熱系統(tǒng)主要由太陽能光伏板以及附著在其背板的熱管構(gòu)成（當(dāng)然包含其發(fā)電系統(tǒng)），主要作用是白天通過光伏作用發(fā)電，在發(fā)電的同時(shí)熱管發(fā)揮作用降低背板溫度的同時(shí)把部分熱量帶走用于強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)，具體實(shí)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(huì)傳遞給鋁板、內(nèi)部空氣直至熱管蒸發(fā)端，然后熱管內(nèi)介質(zhì)吸熱往冷凝端流動(dòng)，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(jìn)行加熱，然后由于熱壓作用被加熱的冷空氣會(huì)上升進(jìn)入被加熱空氣流道，加熱這部分冷空氣的同時(shí)將熱管冷凝端的熱量帶走，冷卻后的熱管介質(zhì)會(huì)再回到蒸發(fā)端繼續(xù)吸熱，如此往復(fù)循環(huán)，不但提高了光伏板的發(fā)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(tǒng)依據(jù)太陽能光伏板的設(shè)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(tǒng)用于強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)的設(shè)計(jì)模型

被強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)的房間即我們現(xiàn)實(shí)生活中的房間，開始做實(shí)驗(yàn)時(shí)可以用活動(dòng)板房，或者用比較理想的特殊實(shí)驗(yàn)室房間。參考Trombe墻的構(gòu)造，對房間的一面外墻設(shè)置雙層墻，將通有吸熱介質(zhì)的盤管貫穿到內(nèi)層墻上，如圖1所示（由于盤管里面通吸熱介質(zhì)，如果對吸熱介質(zhì)有要求或者吸熱介質(zhì)需要經(jīng)常更換的情況下，可以在盤管上面設(shè)置高位介質(zhì)箱，并配備相應(yīng)的組件及構(gòu)件，用于吸熱介質(zhì)的儲(chǔ)存和替換），然后在盤管的內(nèi)側(cè)設(shè)置一條長的下拉隔熱卷簾，用于隔開盤管和房間內(nèi)部的換熱，隔熱卷簾宜設(shè)置直接垂到地面上或者根據(jù)內(nèi)層墻盤管最下邊的設(shè)計(jì)而進(jìn)行設(shè)置。連接太陽能光伏熱管換熱系統(tǒng)和被強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)房間的被加熱空氣流道是普通墻體構(gòu)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(jìn)換熱通道或通過開孔2流進(jìn)房間，而室外空氣通過常開空氣流道進(jìn)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(dòng)。

冬季白天：打開開孔 1、2、3、6，關(guān)閉開孔 4、5，一方面供熱空氣到室內(nèi)，另一方面儲(chǔ)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(shí)可關(guān)閉3，打開4直接將經(jīng)過盤管儲(chǔ)熱后溫度還比較高的熱空氣通入房間內(nèi)部），然后熱空氣在室內(nèi)進(jìn)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(guān)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(nèi)供暖。或者關(guān)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(jìn)入房間內(nèi)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(dá)地面，由于換熱通道內(nèi)部冷空氣被加熱由于熱壓作用而上升后在此形成負(fù)壓，則下面開孔3和開孔4之間的冷空氣則會(huì)在壓力的作用下上升到換熱通道里面，再由房間內(nèi)部冷卻下沉的空氣進(jìn)行補(bǔ)充，如此形成循環(huán)。

在冬季夜間供暖的同時(shí)強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)，在上述夜間供暖的同時(shí)可以打開開孔3和開孔6，可以讓室外空氣從開孔3進(jìn)入，讓室內(nèi)空氣從開孔6流出，完成強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)的循環(huán)。

3 結(jié)語

提出一種用于強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)的太陽能光伏熱管系統(tǒng)模型，通過熱管換熱利用太陽能光伏發(fā)電過程中的熱量實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)，做到太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)。存在一些不足及待解決問題，如熱壓動(dòng)力、換熱循環(huán)等，還有待于相關(guān)專家和學(xué)者的指正和補(bǔ)充。另外，本設(shè)計(jì)對于夏季的強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)方案以及和Trombe墻結(jié)合的強(qiáng)化室內(nèi)通風(fēng)方案沒有提及，有待于進(jìn)一步的提出及論證。

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TU83

A

1004-7344（2016）31-0310-01

云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)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(diào)、太陽能方面的研究。