太陽能系統在建筑節能中的一體化應用研究

□劉 朋

隨著經濟的發展和生活水平的提高，我國的工業化進程不斷加快，進一步催生了房地產行業的繁榮，進而加劇了建筑能耗。伴隨著化石能源的不斷枯竭和霧霾嚴峻以及新能源的開發和人民環保意識的不斷增強，越來越多的購房者開始核算能源技術帶來的費用支出，在這種情況下，房產開發商開始在建筑上采用更多的節能技術，例如雙層空心玻璃、高性能外墻保溫技術等，而太陽能作為一種新型能源，憑借自身節約能源、創造能源的雙重特性逐漸受到人們的青睞。

一、太陽能系統在建筑節能中一體化應用遵循的原則

隨著科技的不斷發展，太陽能系統由最初的改善能源供應結構逐漸轉變為協調太陽能系統與建筑設計，在這一過程中涉及建筑的功能設計、使用安全、使用壽命、外觀、太陽能系統的產能等多個方面。

將太陽能系統應用到建筑節能一體化中，需要嚴格遵守安全、美觀、有序、安裝方便、易于維修等原則。

二、太陽能系統在建筑節能中一體化應用的形式

在安裝使用太陽能系統時，需要綜合分析建筑的結構風格、氣候特點、日照時間等因素。

(一)分散供熱水系統。熱水是家庭用水的重要部分。常見的熱水系統主要包括緊湊式熱水系統和分體式熱水系統。

1.緊湊式熱水系統。這種系統在市場上應用范圍比較廣，技術較為成熟，主要應用在低層、多層建筑的屋面上。這種形式的熱水系統都是統一設計、統一施工，在一定程度上能夠確保建筑的美觀性，同時不占用屋頂面積，從實際情況來看，這種形式的熱水系統是多層建筑的首選。

2.分體式熱水系統。從本質上來說，這種形式的熱水系統就是分離出集熱部分和儲熱部分，優化了熱水系統的安裝性能。其優點主要表現為安裝靈活，但是，由于成本較高，一般應用在低層建筑中。隨著科技的進步，這種熱水系統也在向高層住宅領域擴散，在施工過程中，將太陽能集熱器安裝在建筑物的陽面，而貯水箱安裝在陽臺上，為用戶提供日常所需的熱水。

分體式熱水系統，主要是充分利用太陽能，在實際使用過程中，由于采用了集熱器，在一定程度上有利于向高層建筑推廣。在個性化時代，為了滿足住戶的個性化需求，建筑物的墻面普遍規則不一、門窗口較多，在這種情況下，增加了各種管道的數量，同時導致集成設計、施工工藝等變得越加復雜。但是，隨著化石能源的日益枯竭，無限多的太陽能將會備受關注，同時，將其運用到建筑節能中，有利于提高建筑圍護結構的熱工性能，從實際效果來看非常不錯，在當前看來是一種高性價比的集成方式。

(二)集中供熱水系統。

1.工作原理。從工作原理的角度來說，這種供熱系統就是將太陽能集熱器、貯水箱等進行集中，統一為若干棟建筑物提供熱水服務。

2.安裝方式。安裝這種供熱系統時，需要將大量的集熱器擺放在建筑物上，然后將集熱器與建筑進行結合，常用的安裝方式主要包括三種。

(1)加層方式。這種安裝方式可以進一步優化、合理利用屋頂功能，提高屋頂的利用率。在屋頂上安裝這種集中供熱水系統，需要借助加層的方式進行安裝，優點是構造相對簡單。在實際施工過程中，為了避免影響屋頂結構層、防水層，需要對屋頂進行處理，對于擬建建筑物，可以借助鋼筋混凝土、預埋螺栓作為支撐。對于改造建筑物，可以利用混凝土基座+預埋螺栓+鋼結構作為支撐，在施工過程中，為了避免屋頂發生變形，可以在基座下方設置混凝土墊板。

(2)架空或鑲嵌方式。這種安裝方式不需要太陽能單元覆蓋屋頂，主要用于屋頂改造項目，在施工過程中，將供熱水系統鑲嵌到屋頂中，使太陽能單元與屋頂進行融合。另外，這種安裝方式可以建造為多種外形，同時可以省去屋頂蓋板。

(3)外掛方式。這種方式是將集熱器外掛到建筑物的陽面外表面(一般是集熱器緊貼于陽面墻體)，不會影響建筑的幾何外形，在一定程度上可以替代建筑物的外墻裝修。從某種意義上說，這種方式適合在建筑物墻面上利用太陽能，由于采用的集熱器屬于熱水集光器，有利于拓展利用太陽能的空間，在采暖期長、外墻面接收輻射條件好的地區，這種方式應用較為廣泛。但是在實際施工過程中，受墻面凹凸、門窗、管道等因素的影響和制約，增加了集成設計、施工工藝的復雜程度。

3.特點。集中供熱水系統特點主要表現為：集中供熱水系統廣泛應用于計量收費的建筑以及公共建筑的采暖中。這種供熱水系統與傳統的一家一戶型局部熱水供應系統相比，無論是管道系統，還是控制方法都比較復雜，但是有著充足的供水量，并且有著穩定的供水壓力和溫度。在一定程度上能夠滿足人們的日常用水，從某種意義上實現了即開即用的目的，隨著人們生活質量的提高，這種熱水供應方式受到人們的普遍青睞。與常規能源相比，在供水系統運營費用一定的情況下，太陽能集中供熱水系統有著自身的經濟效益優勢(太陽能無限量，取之不盡用之不竭)。

在安裝過程中，通過將常規能源輔助設備安裝到太陽能集中供熱水系統中，在一定程度上可以滿足24小時恒溫、恒壓的供水需要。隨著科技的發展和人們生活水平的提高，太陽能集中供水將會是一種理想的熱水供應方式。

4.應用。以某賓館太陽能供熱水系統為例。太陽能集熱器：某公司生產的全玻璃真空管太陽能集熱器，該型號集熱器采用橫向雙排結構，與水平地面夾角控制在30°；貯熱水箱：不銹鋼材質，整體發泡，確保水質和保溫效果；換熱器：選用不銹鋼板式換熱器；水泵：變頻水泵；控制系統：計算機控制系統，該系統具備聯網功能，可以進行遠程網絡控制；輔助熱源：2臺150kW電鍋爐。

在采暖期間，該太陽能供水系統，出水溫度在45～50℃，蓄水溫度控制在45℃，從蓄水池取出的熱水作為供暖系統換熱器的第一次熱水，回水溫度為40℃，為了進一步節約能源，借助變頻器對水泵流量進行實時控制。

非采暖期，太陽能集熱器出水溫度為55～60℃，蓄水溫度為55℃，當貯水箱滿后，借助溫度差進行循環，此時貯水箱中水的溫度會升高，這樣產生的熱水供應整個賓館使用。

在太陽光充足、采暖期較長的北方地區，借助太陽能取暖，可以大大節約能源，具有非常好的經濟效益和社會效益。

三、結語

隨著經濟的不斷發展，化石能源日益枯竭，節能建筑將是未來節約能源、創造能源的關鍵。通過對建筑物進行節能處理，一方面可以降低能源消耗；另一方面可以充分利用空間，提高傳統建筑工程的價值。尤其是隨著人們生活品味的不斷提升，節能建筑不僅可以展示建筑的外在美，更重要的是在滿足基本功能的基礎上，為人們的工作、生活創造舒適的環境。在未來，科技與藝術同太陽能技術的相互融合，將會推動太陽能技術的持續發展，尤其是在霧霾嚴重的地區，推廣使用太陽能將是一種主流。