介绍
太阳能通风空气预热或太阳能通风预热技术是利用太阳辐射的能量来预热通风空气。自1990年代以来，这项技术就采用了由通常涂有深色颜料的穿孔金属壁板组成的蒸发收集器的原理，现已在市场上销售。由于技术的简单性，维护要求最少。该技术除通风风扇外没有其他活动部件，因此可以持续使用数十年。太阳能通风预热技术的最佳应用是工业建筑，例如车辆维护车队，它们需要大量的通风空气，并且与金属壁板的美观度非常匹配。但是，该技术已用于美学要求很高的应用中，包括在娱乐场所的访客中心。
与其他太阳能技术（例如光伏技术或太阳能热水系统）相比，太阳能通风预热具有最低的成本和最高的效率。但是，光伏发电可用于许多用途。而太阳能通风预热系统仅用于预热通风空气。它也已用于干燥加利福尼亚和中美洲的农作物。从废气中回收热量可以提供一种低成本的方式来一天24小时预热通风空气，并且可以减少太阳能通风空气预热系统的预期节省。尽管两者可以一起使用，但加热通风空气只需要花费大量能量，以至于相同的英制热量单位（Btu）无法节省两次。
在AVUM直升机维修机库的SolarWall太阳能通风空气预热系统在Fort Carson美国陆军基地，科罗拉多斯普林斯南部，科罗拉多州。
本概述旨在为联邦机构提供特定的详细信息，这些机构考虑将太阳能通风预热技术作为新建筑项目或重大装修的一部分。
描述
太阳能通风空气预热系统包括以下组件：
- 蒸发式太阳能集热器
- 安装支架
- 周界闪烁
- 换气扇
- 管道和风管
- 致动旁路风门。
当入射的太阳辐射加热蒸发的太阳能集热器时，开始进行太阳通风空气预热系统的过程。这是由四英尺宽且任意长度的穿孔金属板构成的墙。集热器上打有小孔，并涂上深色以吸收最大的太阳辐射。
通过安装支架将蒸散的集热器固定在朝南的墙壁上，该安装支架将蒸散的集热器从墙壁上直立放置，以形成4英寸至6英寸的气室或空间，以保留预热的通风空气。像所有金属壁板一样，在大多数地区，集热器和安装托架必须承受每小时90到110英里范围内的风荷载，而对于具有飓风潜力的地区，则必须承受每小时150英里以上的风荷载。
典型的太阳能通风预热系统。
周边喷水用于密封墙周围以及所有门，窗，壁挂式电表或面板和其他障碍物的边缘。照明装置可以安装在蒸发收集器的表面上。底部有防虫孔的泄水孔，底部有防虫网，以防积水收集到任何水。
通风空气通过通风风扇的作用从收集器中的孔中吸入并进入通风室内，通风风扇通常已经存在于建筑物中。太阳辐射在将通风室内的空气吸入建筑物时对其进行加热。如果使用空气处理单元，则可以进行修改以将预热的通风空气引入第一阶段。
短管，织物管或现有的管网可用于将来自太阳能通风预热系统的热空气直接分配到通过其他方式（例如单元加热器）加热的空间中。但是更有可能的是，将太阳能预热的空气输送到空气处理单元的第一级。该第一阶段将在太阳能通风预热器的管道上有一个致动的旁路风门，在室外空气风门上有一个风门。这些风门将受到控制，以便当空间需要加热时，外部风门将关闭，而太阳能通风预热风门将打开。如果该空间不需要热量，则将打开外部空气风门，并关闭太阳能通风预热风门。
它是如何工作的？
太阳能通风空气预热收集器面板的工作方式。
太阳能空气预热收集器的工作原理基于称为“边界层”的概念。无论风如何，与收集器板接触的空气都不会移动，因为壁不会移动。在厚度小于1毫米的薄空气层中，该边界层导致热量从集热板到空气的有效传递。这些孔足够靠近，可以在太阳逸出的空气逸出之前将其吸入边界层。
如果通过墙体的流量下降到每分钟收集器每平方英尺不到2立方英尺的空气（CFM /ft²），那么这种热量就有机会消失，收集器效率会急剧下降。另一方面，如果流速大于8 CFM /ft²，则通过小孔吸入空气所需的风扇功率可能会过高。根据收集器中孔的大小和间距，最适合的流速为4 CFM /ft²。关键是指定孔隙率和/或收集器的尺寸，以在所需流速下保持25帕斯卡（Pa）的压降。
技术类型和成本
太阳通风预热技术由Conserval Engineering的John Hollick发明，并于1994年以SolarWall的名称引入。在1990年代，NREL对这项技术进行了研究。最近，该技术已获得金属建筑部件制造商ATAS International的许可，并以InSpire的商标进行销售。从1990年到2009年，全球安装了1500多个系统，集热器总面积超过330万平方英尺。美国市场可能约占这一市场的三分之一，主要在东北的工业设施以及商店和飞机机库等军事设施。国际上一些最大的系统用于温暖气候下的农作物干燥。
尽管其效率高且成本低，但是太阳能通风预热技术并未得到充分利用。下表列出了此技术的典型安装成本，尽管据报导每平方英尺成本高达40美元。
太阳能通风预热技术在翻新应用中的安装成本。
| 蒸发收集器 | $ 14.50 /平方呎 |
| 支持，闪烁等。 | $ 7.50 /平方英尺 |
| 安装 | $ 4.00 /ft² |
| 其他费用 | $ 4.00 /ft² |
| 总 | $ 30.00 /平方呎 |
来自环境能源的信息。
应用
在决定太阳能通风预热是否适合建筑项目时，必须考虑以下几个因素：对白天通风的稳定要求，有很多加热天数的位置，对废气没有热量回收，并且没有过多的内部热量获取（来自灯光，计算机或人员），从而无需加热通风空气。
以下各节提供了有关场所和使用特性，经济性，潜在节省热量，操作和维护要求以及可能影响此决策的其他考虑因素的特定信息。
确定站点是否适合进行太阳能通风预热的因素包括：
- 对通风的稳定要求
- 具有足够采暖需求（加热天数）以证明经济合理的气候
- 尚未通过内部增益加热的建筑物（许多计算机或其他散发出热量并需要全年冷却的设备）
- 一面大而无遮挡的朝南墙，用于支撑太阳能通风预热器
- 诸如柴油机烟灰之类的因素使常规的热量回收无效（在从废气中回收热量的系统中，由于太阳能通风预热系统而导致的节省减少了）
- 加热用的昂贵燃料，例如电，油或丙烷，是特别好的应用
- 太阳能通风式预热器不应放置在卡车车厢等污染源附近。
理想情况下，应将太阳能通风预热系统设计和安装在面向真实南方（北半球）45度以内的位置，以最大程度地收集太阳能。如果可能的话，东部的太阳能通风预热比西部的要好，因为通常早上需要的热量比下午要多。
一个已经可以从废气中回收或计划回收热量的设施（从空气到空气的热交换器，旋转的乙二醇回路或旋转的焓轮）可以采用成本更低的方式来一天24小时预热通风空气。这将减少太阳能通风空气预热系统的预期节省，并因此减少其经济可行性。在排气流中包含柴油机烟灰或其他会污染热回收系统的污染物时，通常使用太阳能通风预热。尽管两者可以一起使用，但加热通风空气只需要花费那么多的能量，相同的Btu无法节省两次。
经济学
本节中提供的成本假设在很大程度上取决于铝和建筑工人的市场。预计这些成本在未来不会下降，而是假设以总体通货膨胀率升级。
太阳能通风空气预热系统的成本可以根据每平方英尺系统的安装成本（上面提供）和系统尺寸来估算。收集器的尺寸应允许每4立方英尺每分钟通风空气1平方英尺的收集器面积，尽管收集器的尺寸可能受到可用壁空间的限制。
可以通过从资源评估中获得太阳能通风预热系统每年总热量输送的70％（每年千瓦时，千瓦时/年）来估算热量-基于蒸发式太阳能集热器的典型热效率为70％ 。某些输入能量将用于为风扇供电，但一年中使用的每小时每小时可以估计为每平方英尺集热器1瓦。根据《 2007年能源独立与安全法》为可再生能源系统规定的40年寿命，适合在生命周期成本分析中用于蒸发式收集器。
由于太阳能通风预热器的低成本和高效率，国家可再生能源实验室（NREL）的分析表明，即使与相对低成本的天然气竞争，它也通常具有成本效益。当与更昂贵的加热燃料（例如电或丙烷）竞争时，经济效益会更好。但是，经济可行性不仅取决于太阳能，还取决于建筑物是否需要热量。
该图显示了天然气价格的计算，这将导致储蓄投资比≥1
相应的地图显示了将导致储蓄与投资比率为1或更大的天然气价格（以美元/热价计）。该地图显示，在最佳地区，该技术的供热价格低于$ 0.50 /热，而在全国大部分地区，供热价格均低于$ 1 /热。该地图还显示了激励措施在伊利诺伊州等州的影响。
评估资源可用性
太阳能通风空气预热系统的节省取决于两个因素：朝南的墙上的太阳能资源和该地点的加热程度。基于这些因素，该地图显示了美国每平方米集热器每年节省的千瓦时潜在能源。
太阳能通风预热技术用于预热通风空气的潜在热量传递图。
该地图显示了美国西南部的靶心，一直到加拿大边境一直都有丰富的资源。在得克萨斯州南部和佛罗里达州等不需要暖气的地方，节省的钱微不足道。这些节省是基于一个假设，即每周7天使用热量。如果周末不加热通风，则该值将降低28％；如果隔离墙位于南部以东或以西45度，则该值将降低约20％。
设计注意事项
将太阳能通风空气预热系统集成到建设项目中时，主要考虑因素包括：
- 提供朝南的高度安装蒸发式太阳能集热器的区域
- 每4立方英尺/分钟的通风空气1平方英尺的收集器面积
- 避免污染源，例如卡车装卸场
- 避免从其他建筑物或树木遮荫
- 提供从南墙到空气处理机组的风管通道
- 在空气处理机组的第一级提供恒温控制的旁路风门
- 将太阳能预热的空气添加到控制器温度测量中
- 提供编程为致动旁路风门的控制器。
运维
对于太阳能通风预热系统，运行和维护（O＆M）最少。首先，收集器本身没有活动部件。在非常脏的环境中，建议定期清洁收集器。不要给集尘器上油漆，因为小孔会堵塞油漆。供应商提供标准的20年保修，以解决壁板材料和所用含氟聚合物涂料中的缺陷。与能源供应有关的履约保证必须由能源服务公司根据履约合同安排或特殊的履约保证合同提供。
即使没有太阳能通风预热系统，也要进行与风扇相关的维护，前提是建筑物无论如何都会有通风空气。风扇维护包括润滑轴承和定期更换风扇驱动器。与旁路风门相关的维护可能会涉及随着时间的流逝而更换风门执行器的情况。
特别注意事项
环境审查/许可
安装在现有设施上的太阳能通风空气预热系统通常有资格获得豁免。添加到新建筑中的系统不应给《国家环境政策法案》的审核过程增加任何负担，也不应增加任何其他允许的问题。
相关法规和标准
通风系统有各种地方和国家法规和标准。通风率通常根据美国供热，制冷和空调工程师协会（ASHRAE）标准62来确定。
美国国家电气法规对电气部件（风扇和控件）的接地，国际建筑法规以及美国土木工程师协会关于建筑物外墙的标准（例如风荷载）有要求。
关于管道系统的统一建筑规范还包含适用于普通太阳能通风预热装置的标准。
此外，建议使用专业工程师的邮票进行墙体结构附件，通风系统设计和电气设计。
其他资源
网站
刊物
- 太阳能就绪建筑规划指南 ，NREL
