太阳能烟囱的运用的优缺点

太阳能烟囱的运用的优缺点

摘要：通过介绍太阳能烟囱在室内通风，发电以及抽取地下水等方面的运用，分析其在各个方面的优缺点，并且提供部分解决途径从而使太阳能烟囱更好的投入现实运用。

关键词：太阳能烟囱；通风；发电；抽取地下水；优缺点

一．背景

一方面，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，我国近年来面临着严重的电荒，煤荒和油荒,全国24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。针对能源匾乏的严峻形势, 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, 使得太阳能直接供暖逐步成为可能，也使得很多人将太阳能烟囱运用于室内通风中。

另外一方面，以燃煤为主的电力发展不仅面临环境与生态保护的巨大压力，更面临着煤炭，石油和天然气的储量毕竟有限的现实情况。按照现有技术，电力生产资源供给系统是不可持续的。从浩瀚无垠的太阳热能中索取应有尽有的电力生产资源，对实现人类社会与自然的可持续发展有着重要作用。

最后一点，近几年来，国内越来越多的人对太阳能烟囱产生了兴趣，在中国开发太阳能烟囱具有很大的地理优势。我国西部地区具有丰富的土地资源，人口稀少，阳光充足，是修建太阳能烟囱的理想场所；我国西部地区也是能源与水资源匮乏的地区，利用太阳能烟囱技术直接抽取地下水是值得思考的问题。二．室内通风的运用

1．简介：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,增强室内通风风量满足室

内通风致凉要求, 同时有效解决了系统过热问题。

2．优点：

(l) 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, 太阳能日辐照量较大, 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, 从而可预防水箱内的水因过热而导致的设备损坏。

(4)太阳能烟囱就是强化室内通风，利用太阳能来加热房间的排风通道，增加热压和室内通风风量，将室外空气送入室内，提高空气质量，避免了人们长期处于空调状态下，空气品质下降导致的“空调综合症”，增加了室内通风换气次数，驱除了室内污染物。

3．缺点：

(1）建筑的自然通风系统能否采用太阳能烟囱首先要从3个方面来考虑：①

当地太阳辐射强度和日照率等气候条件，如果一个地区的太阳辐射强度很低，日照率也很低，例如靠近南北极地区，那么它一年中接受的太阳能也就十分有限，而在这些地方利用太阳能烟囱来强化通风显然是没必要的，过于浪费了，投入的成本远大于得到的效益。相反，如果是在太阳辐射强度和日照率很高的地方，例如靠近赤道，那么一年中得到的太阳能是十分可能的，而且靠近这些地方温度也相对较高，利用太阳能烟囱就能强化通风，强化对流，让房间变得更加清新，舒适。②建筑径深及朝向；③居住者的热舒适要求，人们是否要安装太阳能烟囱完全取决于个人需要，如果一个生活水平一般，对生活要求也不是很高，觉得没必要花一笔钱去安装太阳能烟囱，那他的房间就可以不安装；相反，如果一个人生活水平很不错，对室内空气和热舒适性都有较高要求，那安装太阳能烟囱对于他来说就是充分利用了。

(2）风压也是影响自然通风的重要因素，因此烟囱的出口应处于风压负压区，这样可以利用风压来加强烟囱效应，同时还可以避免产生倒灌气流。如果不安装太阳能烟囱，普通房间要形成通风也必须让出口处于风压负压区，这样才能形成对流，不会出现倒灌气流。

(3）对于较高的建筑，顶层的房间易处于热压中面以上，这样其他房间的热空气会流入，因此需要单独考虑，为此，可将那些热压中和面以上的房间隔断，同时在屋顶添加单独的风道来增加此层房间的热压，引入新鲜空气。

(4）为了在夏季达到更好的冷却效果，可与夜间通风结合起来设计。另外，由于自然通风受气候变化的影响很大，为满足全年的使用要求，应结合机械通风来辅助控制。太阳能烟囱并不是单独使用比较好，而是将它与一些其他的通风设备一起使用，相辅相成，互相弥补弱点，那样才能以最小的成本换取最大程度的收益。

(5）在设计太阳能烟囱系统时，可以将太阳能系统与其他建造构件如风塔，天井楼梯间等结合起来构造整体系统以充分利用太阳能，强化自然通风。这一点与上面的有类似之处，就是将太阳能烟囱发挥最大的利用率。

三．发电的运用

1．起源：

太阳能烟囱发电的构想是在1978年由德国J.Schlaich教授首先提出的。随后由德国政府和西班牙一家电力企业联合资助，于1982年在西班牙Manzanares建成世界上第一座太阳能烟囱发电站。这座电站的烟囱高度为200m，烟囱直径为

10.3m，集热棚覆盖区域直径约为250m、白天，涡轮发电机的转速为1500rpm，输出功率为100kw；在夜间，涡轮发电机的转速为1000rmp，输出功率为40kw。2．发电原理：

利用太阳能集热棚加热空气以及烟囱产生上曳气流效应，驱动空气涡轮机带动发电机发电。这种发电方式无需常规能源，其动力的供给完全来自于集热棚下面因太阳辐射所产生的热空气。基于这一原理构建的太阳能烟囱式热力发电系统由太阳能集热棚，太阳能烟囱和空气涡轮机组组成，属于现有三项成熟技术的创新性组合应用。

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3．特点以及优点：

A)太阳能集热棚能同时利用太阳直射辐射和散射辐射，而其余3种太阳能热力发电因采用聚焦型集热器仅能利用太阳直射辐射生产蒸汽来驱动热机发电，这一点对多云天气热带国家至关重要。

B）可在集热棚下面安装水管或直接利用棚下面的土地作集热器。水管只需一次加满，无需补充水，蓄热器白天吸热，夜晚将所储存的热量释放出来对棚内空气加热，使系统在夜间能够持续发电，减少了对天气的依赖性，且不需要化石燃料。

C）与传统热力发电或其它3种太阳能热力发电相比，不需要冷却水源，适宜于太阳能资源丰富而又缺水的国家和地区，如沙漠。

D）设备简单，建材易得，建设成本低，所需建材主要为水泥及透明面盖材料（如玻璃），可就地取材空气涡轮发电机为成熟商品，不存在因使用高新技术造成投资风险和成本过高等问题。在一些欠发达国家，仅依靠其已有的工业基础，在没有国外专家帮助下，就可构建，维护，保证电站正常运行。

E）与其它3种太阳能热力发电相比，因未采用太阳能聚光器，太阳能至电能的转换效率低，需要更大面积的土地。发电效率除与当地太阳能辐射强度有关外，还随集热棚面积和烟囱高度的增加而提高。为获得较高的效率和经济性，须构建大规模的电站，如200MW电站。