一种太阳能光伏热管系统用于强化室内通风的设计

刘黎飞 罗会龙 寇宏侨 刘振宇

一种太阳能光伏热管系统用于强化室内通风的设计

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（1.昆明理工大学建筑工程学院 云南昆明 650500 2.广州愉星企业有限公司 广东广州 511400）

提出了一种借鉴部分Trombe墙设计原理，利用太阳能光伏热管换热的强化室内通风模型，其特点在于可实现太阳能热电联产，并且满足人们对不同室内空气环境的要求。此外，该设计不但可以单独用于强化室内通风，还可以结合Trombe墙强化室内通风。

太阳能光伏热管系统；室内通风；Trombe墙；室内空气环境

太阳能资源是世界上重要的可再生能源之一，合理开发利用太阳能不但能够有效降低常规能源的使用，还能实现节能减排。随着生活水平的提高，人们对室内环境的要求也逐渐提高。本文基于太阳能热电联产，利用太阳能热电联产中的产热强化室内通风。

1 太阳能光伏热管系统

太阳能光伏热管系统是太阳能光伏发电与热管共同组成的系统，该系统可有效缓解太阳能光伏系统发电效率低的问题。太阳光照射到光伏板上，光伏板开始工作，同时光伏板的温度也随之升高。光伏板的发电效率随着光伏板温度的升高而降低[1～2]，因而会带来发电效率降低的问题。很多学者从降低光伏板温度方面着手研究，太阳能光伏热管系统是重要的研究方向之一。

但目前对太阳能光伏热管系统的研究大部分只着眼于利用热管降低光伏背板温度，并没有考虑热管降低背板温度的热量，有一定的局限性。

2 太阳能光伏热管系统用于强化室内通风

太阳能光伏热管系统用于强化室内通风的设计模型如图1所示，其主要特点是将热管换热降低太阳能光伏板的热量加以利用，来实现强化室内通风，具体形式借鉴部分Trombe模型，不仅可以单独用于强化室内风，还可以结合Trombe墙强化室内通风。主要由太阳能光伏热管换热系统、被强化室内通风的房间以及用于连接的热流通道构成。

太阳能光伏热管换热系统主要由太阳能光伏板以及附着在其背板的热管构成（当然包含其发电系统），主要作用是白天通过光伏作用发电，在发电的同时热管发挥作用降低背板温度的同时把部分热量带走用于强化室内通风，具体实施方式为：太阳辐射透过玻璃盖板投射到电池板上，电池板开始工作，温度升高，电池板背板温度也变高，接着背板热量会传递给铝板、内部空气直至热管蒸发端，然后热管内介质吸热往冷凝端流动，最后到了冷凝端，热管冷凝端处于加热流道中，即在此流道里面热管冷凝端对流道里面的冷空气进行加热，然后由于热压作用被加热的冷空气会上升进入被加热空气流道，加热这部分冷空气的同时将热管冷凝端的热量带走，冷却后的热管介质会再回到蒸发端继续吸热，如此往复循环，不但提高了光伏板的发电效率，还能将加热的冷空气送入被加热空气流道，通至房间。该太阳能光伏热管换热系统依据太阳能光伏板的设置要求，可以放置到房屋上方或者其他适宜的地方。

图1 太阳能光伏热管系统用于强化室内通风的设计模型

被强化室内通风的房间即我们现实生活中的房间，开始做实验时可以用活动板房，或者用比较理想的特殊实验室房间。参考Trombe墙的构造，对房间的一面外墙设置双层墙，将通有吸热介质的盘管贯穿到内层墙上，如图1所示（由于盘管里面通吸热介质，如果对吸热介质有要求或者吸热介质需要经常更换的情况下，可以在盘管上面设置高位介质箱，并配备相应的组件及构件，用于吸热介质的储存和替换），然后在盘管的内侧设置一条长的下拉隔热卷帘，用于隔开盘管和房间内部的换热，隔热卷帘宜设置直接垂到地面上或者根据内层墙盘管最下边的设计而进行设置。连接太阳能光伏热管换热系统和被强化室内通风房间的被加热空气流道是普通墙体构造，起到空气通道的作用。

说明：空气在加热通道里被热管冷凝端加热，在加热通道里面被加热的冷空气变轻而向上走，沿被加热空气流道通过开孔1向下流进换热通道或通过开孔2流进房间，而室外空气通过常开空气流道进入由于被加热冷空气上走而使压力变低的加热通道，以此形成气流流动。

冬季白天：打开开孔 1、2、3、6，关闭开孔 4、5，一方面供热空气到室内，另一方面储存热量到盘管里（可测试开孔3和开孔4之间的温度，较高时可关闭3，打开4直接将经过盘管储热后温度还比较高的热空气通入房间内部），然后热空气在室内进行对流换热以及吸收，最后下沉从开孔6流出。

冬季夜间供暖方案：可模拟Trombe墙，关闭所有开孔，拉开隔热卷帘，让白天充分吸热的盘管直接通过辐射和对流换热给室内供暖。或者关闭开孔1、3、5、6，打开开孔2、4，让白天充分吸热的盘管开始放热到换热通道的冷空气，冷空气受热后由于热压作用而上升，然后通过开孔2进入房间内部给房间供热，通过对流换热以及热吸收，这些热空气温度逐渐降低下沉到达地面，由于换热通道内部冷空气被加热由于热压作用而上升后在此形成负压，则下面开孔3和开孔4之间的冷空气则会在压力的作用下上升到换热通道里面，再由房间内部冷却下沉的空气进行补充，如此形成循环。

在冬季夜间供暖的同时强化室内通风，在上述夜间供暖的同时可以打开开孔3和开孔6，可以让室外空气从开孔3进入，让室内空气从开孔6流出，完成强化室内通风的循环。

3 结语

提出一种用于强化室内通风的太阳能光伏热管系统模型，通过热管换热利用太阳能光伏发电过程中的热量实现强化室内通风，做到太阳能热电联产。存在一些不足及待解决问题，如热压动力、换热循环等，还有待于相关专家和学者的指正和补充。另外，本设计对于夏季的强化室内通风方案以及和Trombe墙结合的强化室内通风方案没有提及，有待于进一步的提出及论证。

[1]施敏.现代半导体物理[M].北京：科学出版社，2001.

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

[3]甘荭煜，全贞花，赵耀华，等.新型光伏光热幕墙组件性能特性研究[J].建筑科学，2015，08：127～132.

[4]陈 波，黄亚继，张弘，等.相变蓄热式PV/T集热器的试验研究[J].可再生能源，2015，01：16～20.

[5]张海燕，张崇巍，王建平.获得最大日照度的协调控制方法的研究——多镜面聚光型太阳能光伏系统[J].太阳能学报，2008，11：1338～1343.

TU83

A

1004-7344（2016）31-0310-01

云南省应用基础研究计划项目（2015FA18，2012FB128）。

2016-10-20

刘黎飞（1992-），男，河南周口人，在读硕士研究生，主要从事暖通空调、太阳能方面的研究。