生态活动板房节水辅助降温系统

卢玉姣，徐峻伟，张文尧

（武汉理工大学机电工程学院，湖北 武汉 430070）

与常规建筑相比，活动板房具有安装拆卸方便、运送便捷、价格低廉、实用性强等特点，被广泛用于灾区居民安置和建筑工地。板房墙壁由内外层彩钢夹裹聚苯乙烯构成，墙面厚约50 mm，热惰性和热阻较小，保温隔热性能差。夏季由于阳光直射，使得活动板房内部高温湿热，内部气温远高于室外，午后板房内部气温可比室外高3～5℃。板房内高温湿热的条件使得居住舒适度极低，改善活动板房夏季高温湿热环境的现状十分必要。目前，我国对活动板房内闷热环境的改善措施以空调为主。然而，空调前期投入成本较高，后期使用需要消耗大量电能。

1 项目简介

本项目为活动板房设计了以“屋顶绿化-喷水降温”为主体的降温散热系统，由绿化屋顶装置、雨水蓄接装置、中水回收装置和侧面喷水降温装置构成。其中，屋顶绿化装置通过绿化草坪反射阳光，达到降温隔热的效果；喷水降温装置由雨水蓄接装置、中水回收装置、喷洒装置以及控温装置构成。通过对活动板房四周进行雾化喷水，水分蒸发吸热，降低板房外表温度。控温装置通过对室内温度的监控，自动控制喷洒装置的开关。本降温散热系统可以减少空调等的使用，节约大量的电能，并有效改善夏季活动板房内高温湿热的恶劣环境，此外，绿化屋顶具有观赏以及除尘防噪效果，使板房内居住环境更加舒适和人性化。节能减排效益十分明显，具有良好的应用前景及推广性。

2 结构设计

本系统为以雨水储蓄利用为主体的降温散热系统，主要结构如图1所示，包括屋顶绿化装置和喷水降温装置，可对活动板房建筑的主要热源进行降温散热处理。

2.1 屋顶绿化装置

该装置由楔形支架、渗水网格以及草坪培养框构成。楔形支架可拆装，通过铰链与活动板房进行衔接，实现斜面水平。支架上方安装渗水网格上放置草皮培养框，框内依次放置无纺布、固体培养基、无土草坪。各结构之间通过卡扣连接，同时，边缘的楔形支架与屋顶边缘通过铰链连接。该装置利用绿色植被可有效反射85%以上的太阳光，隔热效果较好，有效降低了室内温度；植被还可治霾释氧除尘降噪；此外该装置模块化设计，与活动板房易拆装的特点相适应。

2.2 喷水降温装置

2.2.1 雨水蓄接过滤装置

雨水蓄接过滤装置由管道及蓄水箱构成。通过该雨水蓄接过滤装置，充分利用雨水，为喷水降温装置提供用水。雨水经过无土草坪渗透，由于斜坡和自身重力，向两边流去。遮阳板的槽状设计能有效地引导雨水向遮阳板的两侧流进管道，流入地面上蓄水箱内。

2.2.2 控温装置

控温装置可对室内空气温度进行检测，当温度达到一定高度时，自动启动喷洒降温装置，对活动板房四周进行喷洒，水分蒸发吸热，带走板房外表热量，从而降低板房内气温。

2.3 喷洒装置

喷洒装置由管道、水泵以及状雾化喷头构成。水被泵至高处后，通过雾化喷头向板房四壁喷洒出雾状水滴，雾状水滴蒸发吸热带走板房外表热量。据有效数字显示，每平方米喷降0.2 L水即可将板房外表温度降至与水温相同。

2.4 中水回收装置

考虑到极端天气影响，雨水收集装置不足以提供足够喷降用水，因此，拟设计一款中水利用装置，对生活中水再利用。据统计，70%以上活动板房设有集体冲凉房，可有效安装该中水回收装置。中水回收装置由过滤水箱构成。洗澡水沿管道流入过滤水箱，通过滤网过滤固体杂质，随后通过石英砂和鹅卵石进一步过滤。过滤后的水流入沉降池，使用明矾沉降处理，即可作为喷降用水。

3 装置成本及效益分析

以2层活动板房每层8间房每间20 m2为例，装置成本约需要1 280元。夏季炎热天气板房外温度可高达39℃，如果只用空调，将温度从39℃降至人体较为舒适的26℃需要持续工作，而使用该生态辅助降温装置后，室内温度被降低至34℃左右，从34℃降至26℃的空调工作时间可缩短为原来的60%，且该装置持续监测板房上尖顶内部温度，控制喷水降温装置，配合屋顶绿化装置可有效保持室内温度，缩短空调压缩机工作时间。综合分析，使用该辅助降温装置后，空调使用时间可从10 h降至4 h左右。

每日节省空调用电 W1，W1=1.18×6×16=113.28 kW·h，按照每个喷头每秒流速为0.1 L，扬程6 m，水密度为1 kg/L，重力加速度为10，24个喷头（2 m/个，总长40 m；左右侧面各加2个），计算得P=0.1×6×1×10×24=144 W，水泵按照200 W功率计算，每次喷水20 s，5 min喷洒1次，即1 h工作4 min，一天按照15 h工作计算，共1 h。耗电量不足0.2 kW·h。水泵的耗电量为0.2 kW·h，则每日省电W=W1－W2=113.28－0.2=113.08 kW·h，一个夏季需使用空调天数按90 d计算，1栋活动板房可节电10 177.2 kW·h。按照武汉0.59 kW·h计费，1栋活动板房每天节省电费66.72元，每个夏季节省电费6 004.548元，约20 d即可收回成本。