中高層節能建筑中太陽能熱利用技術的研究及價值分析

【摘要】節能建筑太陽能利用是當前較為成熟的民用新能源技術，其通過光伏太陽能系統的一體化應用，結合智能控制技術能夠有效利用太陽能為居民住宅提供取暖、制冷、照明等系列能源供應。本文結合莊浪縣某住宅小區實例，探討分析了中高層節能建筑中太陽能利用技術的特點與應用價值，旨在提供一定參考借鑒。

【關鍵詞】節能建筑；太陽能；熱利用；取暖

O引言

隨著科學技術水平的不斷提升，我國民用住宅的建設與使用呈現出了智能化、節能化的整體特征，為實現低碳經濟、可持續發展創造了先決條件。在節能建筑的使用過程中，使用太陽能光伏系統，能夠有效減少傳統常規能源的使用，對于降低污染，維護生態環境質量有著至關重要的作用。

1節能建筑中太陽能利用技術的特點

1.1太陽能節能照明技術特點

在當前的住宅小區內部，通過加設一部分光伏太陽能系統，可在小區基礎電力系統的基礎上，合理利用空間進行太陽能發電，為中高層節能建筑小區公共區域進行照明電力供給。另外，太陽能光伏照明系統智能化較高，通過部分感應系統的控制作用，能夠實現有人開燈，無人關閉的控制效果，有效滿足公共區域照明需求。

1.2太陽能節能取暖技術特點

節能建筑太陽能取暖系統由光伏集熱系統和取暖供給系統組成。太陽能取暖系統工作過程中，通過溫度感應系統的反饋結果進行自動調節，完成系統內部冷熱水體的溫度循環，同時感應并控制住宅內部的溫差循環，在循環作用下環境達到預設溫度后系統暫停工作。在太陽照度不理想的低溫或陰雨降雪的天氣條件下，系統將啟動輔助電力能源進行加溫作用，以滿足該條件下的取暖需求。

2中高層節能建筑太陽能利用技術應用實例研究

莊浪縣某住宅小區總建筑總面積為28432m2，根據節能建筑的實際需求與設計原則，選用太陽能光伏系統進行照明與取暖能源供應。

2.1太陽能利用條件

莊浪縣氣候屬大陸性季風區，年平均氣溫7.9℃；降雨偏少，年均降雨量為547.8毫米；光熱資源豐富，年均日照時為2179小時，在我國劃分的四個太陽能輻射資源帶中，屬于資源一般帶（Ⅲ帶）。

2.2太陽能照明技術應用

該節能建筑小區太陽能照明系統使用單晶硅光伏電池，每支光伏太電池最大功率220W。在理想溫度與光照條件下，每天可產生并存儲電能5kW，并通過智能照明系統控制小區公共區域照明供給。太陽能照明系統光源為20W燈具30支，根據上述光伏電池電能供應能力計算，可在連續48h日照條件下為小區公共區域照明提供理想的電能供應。

2.3太陽能熱利用技術應用

結合莊浪縣氣候規律與小區實際情況，使用IES軟件分析該小區節能建筑能耗需求，模擬結果為總采暖負荷2010kW，總制冷負荷1550kW。

（1）太陽能集熱器的選取

當前，太陽能取暖系統應用較為普遍的是普通真空管集熱器，該類型集熱器中溫段熱效率較低，并存在炸管危險，使用效果并不理想。結合該小區節能建筑取暖需求與太陽能取暖技術的應用趨勢，該小區使用三維內聚光真空管集熱器作為太陽能取暖集熱器，該型號集熱器在80℃以上的中溫段取暖效率較高，安全性能更為理想。

（2）太陽能利用計算

小區節能建筑取暖太陽能利用的計算，是在參考莊浪縣太陽輻照強度、平均日照時間、氣候溫度規律等資料的基礎上進行的，計算獲得太陽能取暖系統設計得熱功率后，進一步結合該平均功率獲得機組功率參數。取暖水箱參數的獲得，則需考慮箱體保溫系數與建筑用熱需求，從而確定高溫集熱水箱的體積參數。

（3）能源方案

根據住宅小區的用熱情況及客戶的需求，該節能建筑小區設置的太陽能集熱器面積為2856㎡。太陽能集熱系統夏季制冷，冬季采暖，四季生活提供熱水。

夏季：通過集熱器，系統提供83℃-88℃的熱源驅動太陽能專用機組，產生7℃～12℃的冷凍水。通過室內末端進行室內制冷，晚上利用空調機組余熱來滿足居民生活熱水用熱（6O℃）。

冬季：太陽能產生的30℃～35℃熱水通到室內輻射吊頂末端進行室內輻射采暖。冬季太陽能產生的熱水首先滿足居民生活熱水用熱（60℃），多余熱量盈余夜間輻射吊頂采暖（4O℃）。

四季：滿足居民生活用水（最高用水量82t/d），滿足鍋爐預熱。

3中高層節能建筑太陽能利用技術應用價值分析

3.1用戶抽樣調查

用戶抽樣調查顯示，該節能建筑小區太陽能利用技術應用具有以下優點：

（1）室內冬暖夏涼。小區建筑應用智能化溫度地板進行地面取暖，冬季室內溫度維持在18℃以上，與普通建筑相比冬季取暖費用降低60%左右；夏季制冷不需要使用空調，室內溫度可控制在28.5℃范圍之內；

（2）建筑熱水供應實現了24小時不間斷，滿足的家庭的日常用熱需求，具有較好的節能效果與安全性；

（3）采用智能溫度控制系統的太陽能取暖系統，溫度控制更為便捷，室內環境溫度適中維持在適宜水平，居民體感舒適；

（4）該節能建筑使用節水系統，提高了水資源利用效率，節水50%左右。

3.2應用價值分析

（1）太陽能照明效益分析

該小區安裝的30支20W照明燈具集光照明系統，大致每天可以10 h不開燈。全年節能效果分析，可知安裝集光照明系統后，安裝太陽能照明系統每年可節省電費36800-18325 =18475（元）。

（2）太陽能熱利用效益分析

熱利用效益的核算可將建筑取暖需求換算為標準煤用量進行計算，現階段標準煤價格為1200元/t，該節能建筑小區使用太陽能熱利用技術全年可減少燃燒標準煤57t，即全年可節省68.5萬元。

（3）環境效益分析

太陽能利用技術最大的優勢在于環保效益，采用該技術進行小區照明、采暖能源供應，每年可節約標準煤57t，減少 排放1519t，減少 排放13t，減少 排放29t，減少粉塵排放49t。

結語

綜上所述，節能建筑的出現是環境可持續發展的現實需要，也是建筑業發展的必然趨勢。在節能建筑中全面推廣太陽能利用技術是順應世界潮流，響應政府的號召，有利于環保節能，有利于提高生活品質，降低生活成本。

參考文獻

[1]劉銘.民用建筑太陽能熱利用系統節能效益分析[D].清華大學，2012.

[2]沈雪，楊秋偉，李小琪.建筑節能及太陽能建筑應用研究綜述[J].門窗，2012，05：30-31+33.

[3]郄昭昭.太陽能建筑一體化設計[D].河北工業大學，2007.