空气光伏热系统能在建筑中实现显著的节能效果

瑞典研究人员开发了一种基于空气的光伏热系统，能够预热通风空气和家庭热水，将区域供暖需求降低最多16%用于通风和7%的热水需求，同时降低寒冷北欧气候中的峰值供暖负荷。

图片来源：KTH 皇家理工学院应用热工程

由瑞典皇家理工学院（KTH）科学家领导的研究团队研究了空气光伏热能（Air-PVT）技术在北欧气候中的应用。

通讯作者Giorgos Aspetakis告诉pv杂志：“第一阶段，我们正在探索Air-PVT，这是一种非常规的太阳能技术。我们希望展示，在翻新过程中从标准光伏升级到Air-PVT，如何帮助降低能源成本，改善建筑的能耗等级，并在未来遵守未来太阳能规定的同时提升房产价值。”“从科学角度看，这项研究超越了实验室的理论建模。它基于瑞典斯德哥尔摩一栋运行中的Air-PVT原型和多户住宅的真实数据。”

Air-PVT原型机在斯德哥尔摩一栋公寓楼中进行了测试，同时用于热回收通风（HRV）和家庭热水（DHW）。

系统示意图 图片来源：KTH 皇家理工学院应用热工程

原型机通过将背板安装在太阳能光伏板上，并通过14毫米通道利用负压引入环境空气制造。实验系统包括风管、风吹机和测量仪器。夏季连续进行了42天的测量，并将同期的模拟结果与实验数据进行了比较。基于验证结果，团队能够确定“模型充分验证了集热器的实际运行”。

验证系统后，团队在一栋包含56套公寓的建筑中模拟了运行。合作物业所有者提供了示意图和设备数据表，以及传感器测量数据，包括温度、压力和体积流量，这些数据被监测了多年。分析重点关注两项主要活动：夏季预热DHW生产的冷水供应，以及预热全年剩余时间的新鲜通风空气。另外选定了两个地点以展示气候条件的影响，分别是瑞典南部的隆德和北部的乌默奥。

Aspetakis指出：“令人惊讶的是，从区域供暖削峰的角度来看，使用温空气加热生活热水，听起来有些反直觉，实际上是可行的。”“另一个意外的事实是，在一些阳光明媚的冬日，Air-PVT能够将进入的新鲜通风空气从0度提升到20摄氏度。”

此外，该系统可将通风区供热的年度需求减少16%，家庭热水的7%。系统还显著降低了热水的高峰区供热需求，季节内平均减少11%，某些日子甚至超过50%。通风节约在不同气候中表现相似，但在瑞典北部防霜效果较差。面板倾斜影响甚微，垂直安装仅带来轻微的额外供暖效益。

团队总结道：“空气PVT在不同热交换器效率水平下，相对节能保持稳定。”“效率低于85%的单元在绝对值上受益最大。相反，HRV系统中的霜冻形成得到了缓解，尤其是高效率单元，霜冻差异可达200小时。”

Aspetakis表示，他的团队主要从事寒冷气候供暖系统工作，现在计划“将范围扩展到温暖地区，并评估Air-PVT在太阳能制冷方面的潜力。我们还计划深入研究该技术的经济学，展示可行的商业案例。”

该系统在《探索寒冷气候建筑中的空气PVT：实验验证的能源系统建模》一文中得到了描述，发表在《应用热工程》期刊上。瑞典皇家理工学院KTH、安装与技术服务公司Bravida Holding以及建筑解决方案供应商Uponor的研究人员对该研究做出了贡献。编译 陈讲运

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