太陽能熱水用于房屋采暖的設計研究

石凱

摘 要：太陽能熱水器作為一種綠色的能源科技產品，不僅緩解了當前自然能源使用的壓力，也非常符合低碳環保時代的生活理念。本文針對太陽能熱水應用于房屋采暖的設計進行深入的研究，旨在提高我國太陽能利用率以及性價比。

關鍵詞：太陽能熱水；房屋采暖；應用設計；研究

在科學技術快速發展的背景下，太陽能利用率以及性價比將會提升到新的層次，它的發展前景以及市場占有量十分可觀。但太陽能也存在著一定的局限性，一方面在冬季時，太陽輻射能量密度較低；另一方面，只有在白天的時候才能獲取太陽能，而在夜晚或是陰雪天時需要通過輔助熱源才能確保全天候的采暖。因此，在太陽能熱水設計應考慮這些因素，從而保障太能陽的利用率。

1 太陽能熱系統設計分析

房屋采暖應用太陽能熱水器應考慮兩個基本點，一是要考慮太陽能自身的特征，在提高太陽能的利用以及獲取時需要通過必要的技術措施；二是降低太陽能系統的使用成本，應體現出太陽能系統的性價比，換言之就是在使用太陽能熱水系統的經濟花費應低于常規能源，才能達到低碳環保的目的。筆者經過多年的工作經驗，發現太陽能熱系統在這幾年的測試與運行中，達到這兩個基本點是完全可以做到。在進行室內溫度計算時，應確保其采暖期。另外，在計算采暖負荷時，還要確定室外溫度，若室外溫度過低，則會造成防太陽能資源的浪費，若計算過高則會造成室內溫度無法保持。因此，室外計算溫度的合理設計是綜合型的問題。根據太陽能熱水系統的使得規范得知，室外計算溫度為歷年平均不保證五天的平均溫度，這一項規定在設計太陽能采暖設施可以理解為采暖期最寒冷月份的供熱量，而非寒冷月份采用這項規定值則是富余，太陽能熱水系統的供熱量應是減少的。

2 案例研究

“青海省居住建筑節能設計標準”其是在2010年至2011年住宅通用節能百分之六十五的基礎上進行設計，在建筑耗煤量以及耗熱量的指標如表1所示。

通過表1的分析發現，建筑采暖節能具有極大的潛力以及環保意義，在分析建筑耗熱量以及耗煤量的指標中應明確采暖期室外平均溫度值的意義和價值，其采暖期各月室外平均溫度的整體平均值如圖1所示。

在建筑物采暖期室外平均溫度的前提是要保持室內計算溫度，在耗熱量指標和耗煤量指標中，要判斷建設物節能的標準就要計算房屋采暖期內的能耗總量，才能計算出太陽能熱系統對房屋能源的貢獻率。這兩項指標作為建筑節能、經濟計算的標準，而房屋采暖設計熱負荷的計算中，其是建設采暖條件不利因素下配置供暖設施的依據，換言之是計算房屋采暖期能源總量的前者以及配置供暖設施能力的后者，這對房屋太陽能熱水系統的設施以及配置計算十分重要。

在圖1中的三項指標當中，其分別指導太陽能熱水系統在進行建筑物采暖設計的經濟、供暖能力配置以及各個階段熱能投入量。在對房屋采暖期室外平均溫度的耗熱量計算時，應全面考慮最寒冷月份，太陽能熱水系統在最寒冷月份中的日照獲熱量達不到建筑物耗量標準，即采暖配置較小。但在采暖期進行室外溫度設計計算建筑耗熱量并同時配置太陽能熱系統，則在最寒冷月份的采暖期內可以達到日照建筑所需的熱量，同時會使其他月份的采暖期以及采暖配置出現富余，因此會對太陽能系統建設的成本造成浪費。為了使太陽能熱水系統的投資費用合理，筆者對太陽能熱水系統的參數進行了相應的調整，在采暖期室外溫度計算時首先計算房屋耗熱量，并將采暖期內各個月份的室外平均溫度進行調整。如表2所示。

筆者根據建筑物計算耗熱量的公式計算耗熱量以及各個月份耗熱量參數，即調整后的耗熱量，選擇每月中耗熱量最大參數計算太陽能集熱器的采光面積，如公式（1）。

公式（1）中的tcp表示月平均室外溫度（0C）；tn表示計算室外溫度（0C）；tm表示室內計算溫度（0C）。

3 總結

在設計房屋太陽能熱水系統的采暖時，應根據以下要求：

①在調整房屋采暖負荷時應根據表2進行，并選擇最大值；②在調整太陽能集熱采暖時應根據表2各月的參數逐月計算，同時計算出室外平均溫度后得到太陽能采暖期的總貢獻率；③室內察看計算溫度應選擇16（0C）作為普遍采暖方式；④太陽能輔助加熱的設計在計算供熱能力時應根據采暖熱負荷參數進行確定。

因此，在設計房屋太陽能熱水系統采暖時必須綜合考慮上述這四點要求，從而使太陽能設計的標準兼具經濟性和效益性。

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