节能居住建筑应用太阳能采暖实践研讨

2020-08-10王超

工程建设与设计 2020年15期

王超

（新疆建筑科学研究院（有限责任公司），乌鲁木齐830054）

1 引言

在建筑施工中利用节能技术和新能源，可以促进国家经济可持续发展，建设节约型社会，这也是建筑行业的发展趋势。建筑行业需要完善节能设计标准，推广应用外墙保温技术和低温热水敷设底板采暖技术等，这也为节能居住建筑应用太阳能采暖实践奠定基础。建筑行业利用太阳能采暖实践，可以满足居民生活需求。在我国太阳能采暖技术在节能居住建筑中尚处于发展阶段。本文试图根据实例通过分析节能居住建筑应用太阳能采暖实践来提升我国建筑发展水平。

2 分析太阳能采暖技术的可行性

我国节能居住建筑近些年不断发展，极大地改善了人们的居住条件，但是，冬季采暖工作仍旧存在难题。在我国农村很多地区都是利用煤炭取暖，能耗比较大，同时无法满足卫生需求，还有一定农村地区利用土炕采暖方式，很多地区没有采暖设备，只是利用烧薪柴来驱寒，因此过度砍伐树林，引发一些水土流失和环境恶化等问题【1】。

农村地区住宅相对分散，整体密度比较低，不适合利用集中供暖模式。太阳能属于重要的可再生清洁能源，可以节省开采和运输的投入，具有方便性和安全性，这也是当前建筑行业的主要能源，因为具备安全性和环保性等特征，可以促进我国新农村建设工作，我国北方地区具有丰富的太阳能资源，空气具有较高的透明度，可以保障太阳能辐射量，这为节能居住建筑应用太阳能采暖工作奠定了基础。

3 太阳能低温地板辐射采暖系统

3.1 选择太阳能集热器

利用太阳能，需要转化太阳辐射能为热能，因为太阳能具有分散性特征，工作人员需要集中太阳能，主要的太阳能装置为集热器。我国集热器主要包括平板集热器和空管集热器2种类型，二者热效率的差异性比较小，但是，平板集热器有助于结合建筑，不会破坏建筑外观，因此，很多建筑单位优先利用平板集热器【2】。

3.2 太阳能储热装置

因为太阳能的能流密度比较低，在气候和季节的影响下，会影响到太阳能的稳定性，因为冬季气温比较低，日照时间也更加短暂，加热储热系统可以减少利用辅助热源。建筑企业可以利用新型储热水箱，水箱内部具备散热壳体，散热壳体内部具有固体介质储热体，固体介质储热体中设置电加热管。这种设备的结构非常简单，施工成本也比较低，使用起来非常方便。

如果太阳能不满足采暖供热需求，可以及时利用储热器的热量，满足日常采暖要求，有利于连续利用太阳能，在热能装置中有效利用储热技术，可以大规模逆循环利用能量，具有较大的发展潜力【3】。

3.3 太阳能辅助加热系统

太阳能供暖系统需要设置辅助热源和加热设备，建筑企业可以结合当地情况选择城市热网和燃气以及工业余热等作为辅助热源，加热设备包括锅炉和换热器以及热泵等设备。天然气热源辅助效率比较低，电加热效率非常高，因此，在太阳能辅助加热系统适合利用天然气。

根据国家标准采暖通风和空气调节规范，准确计算采暖热负荷，控制辅助热源的供热量。以当地实际情况为基础，适当地降低供热量的标准。结合当地热源种类和价格以及供暖系统形式选择辅助热源加热方式和换热设备，合理选择技术，注重利用废热和余热。

辅助能源功率、辅助能源和运行时间之间具有密切的联系，因为已经提前固定了1d的总能量需求，如果辅助能源运行时间比较短，需要较大的功率。工作人员需要根据全部热负荷计算辅助工作功率，控制辅助能源的运行时间在16h以内，控制辅助能源功率处于采暖功率的1.5倍【4】。

3.4 太阳能供暖控制系统

当前太阳能供暖控制系统需要发挥温度传感器的作用，负责采集太阳能真空管的温度和室温，利用单片机控制电磁阀和水泵等设备，实现储热、供暖等工作，高效利用太阳能，可以实现可持续供暖，灵活调度供暖温度，避免浪费热量。

连锁太阳能供暖控制系统和辅助热源，有效控制转换供暖，利用太阳能热水器和供暖型燃气热水器以及散热器等，联通供水输出口，联通散热器供水输出口和热水器采暖回水口。整个系统具有低碳性，同时可以达到节能环保的需求。

3.5 地板辐射采暖系统

地板辐射采暖利用低温热水，利用室内盘管散热供暖，在室内整个地面敷设盘管，热水经过盘管之后，可以向室内有效散热。因为热能具有良好的稳定性，可以保障室内温度的均匀性，保障室内空间的节能性和干净度，维护工作也非常方便，因此，在节能居住建筑应用太阳能采暖实践中广泛应用。系统低温热水温度控制在35～50℃范围内，工作人员需要控制低温热水温度在60℃以内，控制供水和回水温度在10℃范围内，以高效利用太阳能热水器热能。工作人员需要计算采暖房建的采暖率，确定各个房建散热器的总量，保障散热器功率等于采暖功率的2倍。结合散热器散热能力确定散热器的面积【5】。

4 节能居住建筑应用太阳房

4.1 被动式太阳房

被动式太阳房无须设置太阳能集热器和蓄热器以及风管等设备，需要结合建筑结构，利用建筑物朝向和维护结构等，有效吸收和贮存太阳能，保障供暖效果。当前被动式太阳房的形式比较多，结合建筑设计技术和太阳能技术，被动式太阳房利用南外墙集热和蓄热。南外墙选择的建筑材料需要具备良好的蓄热性能，并且将黑色涂料涂在外表面，在墙外设置玻璃幕墙，构建太阳能构筑物。在冬季室内空气进入建筑通道，太阳热量通过集热墙体顶部出口进入室内，实现循环流通，可以实现室内供暖。在夜间可以将南外墙上下通道关闭，利用蓄热墙体的储能，外墙利用对流和辐射等方式实现散热工作。在北外墙设置换气扇，通过通风换气，保障室内空气质量。在夏季将玻璃幕墙顶部通道打开，并且将南外墙顶部通道关闭，室内空气通过通道进入集热器中，再利用通道向室外排出，墙体温度因此降低，发挥显著的隔热降温作用。空气经过北外墙顶部进入室内，保障室内具备新鲜空气。因为被动式太阳房结构非常简单，整体施工成本比较低，不会出现腐蚀和冻结等问题，工作人员需要利用辅助热源，在阴雨天和室内温度较低的过程中发挥作用。

4.2 主动式太阳房

主动式太阳房具备针对性配套设备，利用外加动力实现循环供热和降温。通过转换太阳能光热，在蓄热屋固定蓄热盘管，配合建筑整体结构。蓄热屋面内构建床体，床体内部具备固体蓄热材料，工作人员需要严格控制材料的孔隙率，有效降低空气阻力。在冬季供暖工作当中，在集热器和贮热水箱以及盘管中不断循环热水，集热器负责吸收太阳能辐射热，蓄热屋面负责贮存。送风机可以有效驱动室内空气流动，促使蓄热盘管和固体蓄热介质之间互相交换热量，温度因此提升，保障室内供暖效果。在夏季可以将蓄热盘管阀门关闭，热水不会再循环加热，在贮热水箱中贮存，满足日常生活需求。工作人员可以将补水管阀门打开，蓄热盘管中进入低温水，并且结合冷水系统，因此建立冷水循环系统，在蓄热屋面内贮存冷量，通过送风机促使室内空气进入蓄热屋面，交换冷水盘管和固体蓄热介质，通过提供室内冷缝，可以有效改善室内的环境（见图1）【6】。

图1主动式太阳房工作原理

4.3 设计住宅围护结构

太阳能总量比较大，但整体密度比较低，再加上建筑集热面积和造价等方面的限制，无法保障集热量。工作人员需要降低建筑采暖负荷，提升采暖有效性。利用维护结构散热方式，可以保障太阳能采暖工作的高效性，在设计阶段，工作人员需要结合太阳能采暖要求，保障太阳能技术应用效果。当前，节能居住建筑中利用的围护结构包括外墙保温和屋面保温以及节能门窗等，工作人员可以保障围护结构的保温性能，满足节能设计标准。在设计阶段需要合理利用生态建材，降低整体工程造价，提升建筑生态环保性。