太阳能系统在建筑节能中的一体化应用研究

□刘 朋

随着经济的发展和生活水平的提高，我国的工业化进程不断加快，进一步催生了房地产行业的繁荣，进而加剧了建筑能耗。伴随着化石能源的不断枯竭和雾霾严峻以及新能源的开发和人民环保意识的不断增强，越来越多的购房者开始核算能源技术带来的费用支出，在这种情况下，房产开发商开始在建筑上采用更多的节能技术，例如双层空心玻璃、高性能外墙保温技术等，而太阳能作为一种新型能源，凭借自身节约能源、创造能源的双重特性逐渐受到人们的青睐。

一、太阳能系统在建筑节能中一体化应用遵循的原则

随着科技的不断发展，太阳能系统由最初的改善能源供应结构逐渐转变为协调太阳能系统与建筑设计，在这一过程中涉及建筑的功能设计、使用安全、使用寿命、外观、太阳能系统的产能等多个方面。

将太阳能系统应用到建筑节能一体化中，需要严格遵守安全、美观、有序、安装方便、易于维修等原则。

二、太阳能系统在建筑节能中一体化应用的形式

在安装使用太阳能系统时，需要综合分析建筑的结构风格、气候特点、日照时间等因素。

(一)分散供热水系统。热水是家庭用水的重要部分。常见的热水系统主要包括紧凑式热水系统和分体式热水系统。

1.紧凑式热水系统。这种系统在市场上应用范围比较广，技术较为成熟，主要应用在低层、多层建筑的屋面上。这种形式的热水系统都是统一设计、统一施工，在一定程度上能够确保建筑的美观性，同时不占用屋顶面积，从实际情况来看，这种形式的热水系统是多层建筑的首选。

2.分体式热水系统。从本质上来说，这种形式的热水系统就是分离出集热部分和储热部分，优化了热水系统的安装性能。其优点主要表现为安装灵活，但是，由于成本较高，一般应用在低层建筑中。随着科技的进步，这种热水系统也在向高层住宅领域扩散，在施工过程中，将太阳能集热器安装在建筑物的阳面，而贮水箱安装在阳台上，为用户提供日常所需的热水。

分体式热水系统，主要是充分利用太阳能，在实际使用过程中，由于采用了集热器，在一定程度上有利于向高层建筑推广。在个性化时代，为了满足住户的个性化需求，建筑物的墙面普遍规则不一、门窗口较多，在这种情况下，增加了各种管道的数量，同时导致集成设计、施工工艺等变得越加复杂。但是，随着化石能源的日益枯竭，无限多的太阳能将会备受关注，同时，将其运用到建筑节能中，有利于提高建筑围护结构的热工性能，从实际效果来看非常不错，在当前看来是一种高性价比的集成方式。

(二)集中供热水系统。

1.工作原理。从工作原理的角度来说，这种供热系统就是将太阳能集热器、贮水箱等进行集中，统一为若干栋建筑物提供热水服务。

2.安装方式。安装这种供热系统时，需要将大量的集热器摆放在建筑物上，然后将集热器与建筑进行结合，常用的安装方式主要包括三种。

(1)加层方式。这种安装方式可以进一步优化、合理利用屋顶功能，提高屋顶的利用率。在屋顶上安装这种集中供热水系统，需要借助加层的方式进行安装，优点是构造相对简单。在实际施工过程中，为了避免影响屋顶结构层、防水层，需要对屋顶进行处理，对于拟建建筑物，可以借助钢筋混凝土、预埋螺栓作为支撑。对于改造建筑物，可以利用混凝土基座+预埋螺栓+钢结构作为支撑，在施工过程中，为了避免屋顶发生变形，可以在基座下方设置混凝土垫板。

(2)架空或镶嵌方式。这种安装方式不需要太阳能单元覆盖屋顶，主要用于屋顶改造项目，在施工过程中，将供热水系统镶嵌到屋顶中，使太阳能单元与屋顶进行融合。另外，这种安装方式可以建造为多种外形，同时可以省去屋顶盖板。

(3)外挂方式。这种方式是将集热器外挂到建筑物的阳面外表面(一般是集热器紧贴于阳面墙体)，不会影响建筑的几何外形，在一定程度上可以替代建筑物的外墙装修。从某种意义上说，这种方式适合在建筑物墙面上利用太阳能，由于采用的集热器属于热水集光器，有利于拓展利用太阳能的空间，在采暖期长、外墙面接收辐射条件好的地区，这种方式应用较为广泛。但是在实际施工过程中，受墙面凹凸、门窗、管道等因素的影响和制约，增加了集成设计、施工工艺的复杂程度。

3.特点。集中供热水系统特点主要表现为：集中供热水系统广泛应用于计量收费的建筑以及公共建筑的采暖中。这种供热水系统与传统的一家一户型局部热水供应系统相比，无论是管道系统，还是控制方法都比较复杂，但是有着充足的供水量，并且有着稳定的供水压力和温度。在一定程度上能够满足人们的日常用水，从某种意义上实现了即开即用的目的，随着人们生活质量的提高，这种热水供应方式受到人们的普遍青睐。与常规能源相比，在供水系统运营费用一定的情况下，太阳能集中供热水系统有着自身的经济效益优势(太阳能无限量，取之不尽用之不竭)。

在安装过程中，通过将常规能源辅助设备安装到太阳能集中供热水系统中，在一定程度上可以满足24小时恒温、恒压的供水需要。随着科技的发展和人们生活水平的提高，太阳能集中供水将会是一种理想的热水供应方式。

4.应用。以某宾馆太阳能供热水系统为例。太阳能集热器：某公司生产的全玻璃真空管太阳能集热器，该型号集热器采用横向双排结构，与水平地面夹角控制在30°；贮热水箱：不锈钢材质，整体发泡，确保水质和保温效果；换热器：选用不锈钢板式换热器；水泵：变频水泵；控制系统：计算机控制系统，该系统具备联网功能，可以进行远程网络控制；辅助热源：2台150kW电锅炉。

在采暖期间，该太阳能供水系统，出水温度在45～50℃，蓄水温度控制在45℃，从蓄水池取出的热水作为供暖系统换热器的第一次热水，回水温度为40℃，为了进一步节约能源，借助变频器对水泵流量进行实时控制。

非采暖期，太阳能集热器出水温度为55～60℃，蓄水温度为55℃，当贮水箱满后，借助温度差进行循环，此时贮水箱中水的温度会升高，这样产生的热水供应整个宾馆使用。

在太阳光充足、采暖期较长的北方地区，借助太阳能取暖，可以大大节约能源，具有非常好的经济效益和社会效益。

三、结语

随着经济的不断发展，化石能源日益枯竭，节能建筑将是未来节约能源、创造能源的关键。通过对建筑物进行节能处理，一方面可以降低能源消耗；另一方面可以充分利用空间，提高传统建筑工程的价值。尤其是随着人们生活品味的不断提升，节能建筑不仅可以展示建筑的外在美，更重要的是在满足基本功能的基础上，为人们的工作、生活创造舒适的环境。在未来，科技与艺术同太阳能技术的相互融合，将会推动太阳能技术的持续发展，尤其是在雾霾严重的地区，推广使用太阳能将是一种主流。