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1、 本栏 I 1 1 深圳m嘉普通 太I 5 f j 能 限公刮协办 太 阳能烟 囱在 节能建筑 中的应 用 杨传波 刘忠臣 胡晓菲 徐亮韩华伟 张永赞 ( 1 力诺光热集团有限公司；2 山东青年政治学院) 摘 要：以某科技示范园中太阳能别墅楼顶建造的太阳能烟囱装置为例， 简要介绍了利用太阳能烟囱拔 风降低室内温度、 解决系统过热问题的优点和可行性，说明了实际工程设计方法，为太阳能烟 囱的国内推广提供 了一定的实践经验 。 关键词：太阳能烟囱；拔风 ；过热；降低温度 一引言 全球性的能源危机 已成为世 界各国不得不面 对的现 实 ，各国都开始 为寻找新 的能 源解决方案 而努力。我国近年来面临
2、着严重 的 “ 电荒 ” 、“ 煤 荒” 、“ 油荒” ， 全 国2 4 个省区 出现 了 “ 拉 闸限电” ， 寻找能源解 决方案成为迫在眉睫的 问题 。针对能 源匮乏的严峻形势 ，国家鼓励和扶持在新建建筑 和既 有建筑 节能 改 造 中采 用太 阳能 等可再 生 能 源。与此 同时各种新型高效集热器不断涌现 ，使 得太 阳能直接供暧逐 步成为可能。 对于在建筑 中应用太 阳能直接供暖 ，夏季时 太 阳能采暖系统容易出现过热 问题 ，室内温度较 高。 建造太 阳能烟 囱后 ， 集热器产生的一部分热量 可用来加热空气 ， 使室 内空气形成对流 ， 满足室 内 通风、致凉要求 ，同时有效解决 了
3、系统过热 问题。 二 太阳能烟囱简介 利用太阳能 集热器产生 的热量加热太 阳能烟 囱内盘 管中的水 ，同时也提高 了盘管周围气体的 温度 ，空气之间形 成对流 ，产生流动。 太阳能烟 囱的作用 ： ( 1 ) 在早晨 ，可把晚上室内存储 的混浊空气通 过对流换到室外 ，而将室外的新 风换 到室 内，进 行室内换新风 ； ( 2 ) 在夏季 ，可利 用太 阳能烟 囱的拔风使空气 形成对流 ， 带走太阳房的热量 ， 降低房内温度 ， 以 达到生活所需温度 ； ( 3 ) 在春、秋季 ，太阳能 1 3 辐照量较大 ，产生 热量高 ， 需通过太阳能烟 囱来降低盘管内的温度 ， 进而 降低水箱 的水温
4、 ，从而可预 防水箱 内的水因 过热而导致的设 备损坏 。 三 工程概况 本 工程 的太 阳能别 墅( 图 1 ) 坐落 于某科技示 范园 ， 是太 阳能烟 囱、 太阳能光热 、 太阳能制 冷采 一 一 SOL AR ENERGY 5 2 0 1 1 图 1 科技示范 园太 阳能别墅示意图 暖 、太 阳能蓄冷、太 阳能遮阳等技 术相结合的综 合性节能建筑 。该太 阳能别墅分 4层 ，每层 6户 ， 共 2 4户 ，建筑面积为 3 5 1 1 m X 4 = 1 4 0 4 4 m ，高 1 2 m；别墅一层 、二层合并为太阳房的一层 ，别墅 三、四层合并为太 阳房的二层 ；太 阳房单层面积 为
5、 7 5 7 2 m ，总高度为 1 2 m。 四 太阳能烟囱设计计算 1太阳能烟囱热量的计算 太阳房 内体 积为 7 5 7 2 m X 1 2 m= 9 0 8 6 4 m ， 拔 风量取 6 次 h ，则每小时所 需太阳能加热的空 气量为 9 0 8 6 4 x 6 = 5 4 5 1 8 4 m 。设计每天 1 0 ： 0 0 1 6 ： 0 0 ( 6 h ) 太 阳能烟囱运转 ，则所需加热空气量为 5 4 5 1 8 4 m x 6 = 3 2 7 】 】 0 4 m ， 设计能将 3 2 7 1 1 0 4 m 的 空气从 3 5 加热至 4 0 C，太 阳能烟 囱便能将空气 从
6、室 内送到室外 ，则每天所需拔风的热量为： Q = C p p V ( t e d f i) ( 1 ) 式中：Q 为每天拔风所需的热量，k g ；v 为空 气的体积 ， 3 2 7 1 1 0 4 m ； C p 为3 5 时空气的定压 比 热容 ，1 0 0 5 k J ( k g ) ；J9 为 3 5 C时空气的密度 ， 1 1 4 5 k g m。 ；t e 为太阳能烟囱内空气 的终止温度 ， 4 0 C； 为太阳能烟 囱内空气的初始温度 ，3 5 ； 经计算得出 ： Q = 1 0 0 5 x 1 1 4 5 x 3 2 7 1 1 0 4 x ( 4 0 3 5 ) = 1 8
7、8 2 0 7 1 l d=1 8 8 2 M J 假定热媒进出盘管温差 t 一 m z = l O C，得热 水管路的流量 G= Q 6 C A t = 7 4 9 2 L h 。 2换热盘管的计算 太阳能烟囱是在太阳能烟囱内布置铜盘管( 图2 ) ， 图 2 烟囱 内盘管示意图 通过加热盘管加热太 阳能烟囱内的空气 ，使其形 成对流 ，受热上升 ，从而降低室 内的温度。 此设计采用高温水间接加热 ， 盘管为铜管， 内 径 2 0 mm，设壁厚 1 5 mm，其热耗量为 ： Q h G= 3 6 C ( tm c-t m z ) ( 2 ) 式中， G为高温水热耗量 ， k g h ；Q h
8、 为设计小时 热耗量 ， W 足 为热媒管道热损失附加系数 ， k = 1 0 5 1 1 0 ，取 k = 1 0 5 ；C为水的比热 ，C = 4 1 8 7 k J ( k g ) ； 。 、t m 分别为高温热水进 出水温 ，。 已知设计小时耗热量Q h = 1 8 8 2 0 7 1 3 6 0 0 6 = 8 7 k W 由公式推导 出： -t m z = 百3 6 k Q h = _1 0 取热媒终温 f _ 7 0 ，则 t m c = 1 0 + 7 0 = 8 0 C。 另外 ，t 。 为被加热介质 的初温 ，3 5 ；t 为被 加热介质的终温 ，4 0 C。则 ： At
9、： ：t mc +t mz一t c +t z ：7 0 +8 03 2 5：42 5 2 2 2 根据水加热器加热面积 的计算公式 ： ： ( 3 ) e K A t ： 、 式 中， 为水加热器加热面积 ，1T I ；Q 为热 水所需的热量 ，可按设计小时耗热量计算 ， w； 为传热系数 ， W ( m ) ， 铜翅片盘管传热系数为 6 8 0 W ( m ) ；C r 为热水供应系统的热损失系数 ， 一般为 1 1 1 1 5 ，取 c r = 1 1 ； 为由于传热表面结 垢和热媒分布不均匀影响传热效率的 系数 ，一般 为 0 6 0 8 ，取 e =- 0 8 ； f i 为热媒 与介
10、质的计算温 差 ， 。 计算得 ： ： 一：1 0 m 一儿 盘管长度 L = = 1 0 = l 6 m 3烟道横截面积的计算 已知此太阳房单层体积为 4 5 4 3 2 m ，假设每 小时通风次数为 6 次。则每小时的房问换风量 为： G=4 54 3 2 x6=2 72 5 92 m 。 一 一 S Ok AR ENERGY 5 2 01 1 根据 采暖通风与空气调节设计规范 G B J 1 9 8 7规定 ：舒适性空气调节室内冬季风速不应大于 0 2 m s ；夏季不应大于 0 3 m s 。此外 ，对于送风 口 的出流速度 。 值 的取值范 围为 2 5 m s ； I IE ( 回
11、) 风 的风速一般限制在4 m s 以下 ， 在离人较近时不应大 于 3 m s 。考虑到噪声因素 ，在居住建筑取 2 m s ，而 在工业建筑 内可大于4 m s 。综合考虑 ，取 U o = 2 m s 。 风 口面积F o = G u o = 2 7 2 5 9 2 ( 2 0 x 3 6 o o ) - - o 3 7 m2 ， 则每个风管尺寸为长宽 = 4 5 0 mm x 4 0 0 mm，共 2 个 ；楼顶两个 风管合为一个 风管尺寸为( 长 X宽) 9 0 0 mm X 4 0 0 mm，同时考虑现场位置 ，此工程选 取烟 囱高度为 3 5 m，烟道材质为玻璃钢 ，风帽按 照相
12、关国家标准 严格制作 ，在南立面 中间墙体设 图 3 太阳能烟 囱示意 图 一个此尺寸的太 阳能烟 囱( 见 图 3 ) 。 五 太阳能烟囱系统循环控制简述 春、夏、秋 季工况时 ，太 阳能通过集热循环 泵 P 4 _ ， 将热量传递到水箱 a 中，当水箱温度 一 5 时 ，水箱 间循环泵 T 。 启动；或 当 9 5 时关 闭F b 6 ，打开 F b 7直接将热量输送给水箱 b 中，当水箱 b 温度 9 3 或 阳光房内的温度 阳 3 5 时 ，则相对应 的循环泵 P 。 运转 ，间接加热 周边的空气 ，通过空气对流传热 ，将室 内热量带 走 ，详 见图 4 。 冬季工况时 ， 太 阳能通
13、过 集热循环泵P ， 将 热量传递到水箱a 中， 当水箱温度 一 5 时 ， 水箱 间循环泵T 启动；或当 9 5 时关闭F b 6 ， 打开 F b 7 直接将热量输送给水 箱b 中 ， 当检测到换 热盘管 内温度 T 管5 时 ，则相对应 的循环泵 P 。 。 运转 ， 将水箱b中的热量通入铜盘 管里 ，间接加热 周边的空气 ，通过空气对流传热 ，将室 内热量带 走 ，详 见图 4 。 图 4 太 阳能 别墅通风 、制冷采暖系统流程 图 装置 六结论 此示范工程运行期间 ，经过合理 检测 ，太 阳 低室 内温度起到积极作用。太阳能烟 囱推广 ，势 能烟 囱对 解决系统过热 、延长 系统使用寿命 ，降 必会 推动太 阳能采暖 系统的普及。衄 SOL AR ENERGY 5 ， 2 01 1
