節能居住建筑應用太陽能采暖實踐研討

王超

（新疆建筑科學研究院（有限責任公司），烏魯木齊830054）

1 引言

在建筑施工中利用節能技術和新能源，可以促進國家經濟可持續發展，建設節約型社會，這也是建筑行業的發展趨勢。建筑行業需要完善節能設計標準，推廣應用外墻保溫技術和低溫熱水敷設底板采暖技術等，這也為節能居住建筑應用太陽能采暖實踐奠定基礎。建筑行業利用太陽能采暖實踐，可以滿足居民生活需求。在我國太陽能采暖技術在節能居住建筑中尚處于發展階段。本文試圖根據實例通過分析節能居住建筑應用太陽能采暖實踐來提升我國建筑發展水平。

2 分析太陽能采暖技術的可行性

我國節能居住建筑近些年不斷發展，極大地改善了人們的居住條件，但是，冬季采暖工作仍舊存在難題。在我國農村很多地區都是利用煤炭取暖，能耗比較大，同時無法滿足衛生需求，還有一定農村地區利用土炕采暖方式，很多地區沒有采暖設備，只是利用燒薪柴來驅寒，因此過度砍伐樹林，引發一些水土流失和環境惡化等問題【1】。

農村地區住宅相對分散，整體密度比較低，不適合利用集中供暖模式。太陽能屬于重要的可再生清潔能源，可以節省開采和運輸的投入，具有方便性和安全性，這也是當前建筑行業的主要能源，因為具備安全性和環保性等特征，可以促進我國新農村建設工作，我國北方地區具有豐富的太陽能資源，空氣具有較高的透明度，可以保障太陽能輻射量，這為節能居住建筑應用太陽能采暖工作奠定了基礎。

3 太陽能低溫地板輻射采暖系統

3.1 選擇太陽能集熱器

利用太陽能，需要轉化太陽輻射能為熱能，因為太陽能具有分散性特征，工作人員需要集中太陽能，主要的太陽能裝置為集熱器。我國集熱器主要包括平板集熱器和空管集熱器2種類型，二者熱效率的差異性比較小，但是，平板集熱器有助于結合建筑，不會破壞建筑外觀，因此，很多建筑單位優先利用平板集熱器【2】。

3.2 太陽能儲熱裝置

因為太陽能的能流密度比較低，在氣候和季節的影響下，會影響到太陽能的穩定性，因為冬季氣溫比較低，日照時間也更加短暫，加熱儲熱系統可以減少利用輔助熱源。建筑企業可以利用新型儲熱水箱，水箱內部具備散熱殼體，散熱殼體內部具有固體介質儲熱體，固體介質儲熱體中設置電加熱管。這種設備的結構非常簡單，施工成本也比較低，使用起來非常方便。

如果太陽能不滿足采暖供熱需求，可以及時利用儲熱器的熱量，滿足日常采暖要求，有利于連續利用太陽能，在熱能裝置中有效利用儲熱技術，可以大規模逆循環利用能量，具有較大的發展潛力【3】。

3.3 太陽能輔助加熱系統

太陽能供暖系統需要設置輔助熱源和加熱設備，建筑企業可以結合當地情況選擇城市熱網和燃氣以及工業余熱等作為輔助熱源，加熱設備包括鍋爐和換熱器以及熱泵等設備。天然氣熱源輔助效率比較低，電加熱效率非常高，因此，在太陽能輔助加熱系統適合利用天然氣。

根據國家標準采暖通風和空氣調節規范，準確計算采暖熱負荷，控制輔助熱源的供熱量。以當地實際情況為基礎，適當地降低供熱量的標準。結合當地熱源種類和價格以及供暖系統形式選擇輔助熱源加熱方式和換熱設備，合理選擇技術，注重利用廢熱和余熱。

輔助能源功率、輔助能源和運行時間之間具有密切的聯系，因為已經提前固定了1d的總能量需求，如果輔助能源運行時間比較短，需要較大的功率。工作人員需要根據全部熱負荷計算輔助工作功率，控制輔助能源的運行時間在16h以內，控制輔助能源功率處于采暖功率的1.5倍【4】。

3.4 太陽能供暖控制系統

當前太陽能供暖控制系統需要發揮溫度傳感器的作用，負責采集太陽能真空管的溫度和室溫，利用單片機控制電磁閥和水泵等設備，實現儲熱、供暖等工作，高效利用太陽能，可以實現可持續供暖，靈活調度供暖溫度，避免浪費熱量。

連鎖太陽能供暖控制系統和輔助熱源，有效控制轉換供暖，利用太陽能熱水器和供暖型燃氣熱水器以及散熱器等，聯通供水輸出口，聯通散熱器供水輸出口和熱水器采暖回水口。整個系統具有低碳性，同時可以達到節能環保的需求。

3.5 地板輻射采暖系統

地板輻射采暖利用低溫熱水，利用室內盤管散熱供暖，在室內整個地面敷設盤管，熱水經過盤管之后，可以向室內有效散熱。因為熱能具有良好的穩定性，可以保障室內溫度的均勻性，保障室內空間的節能性和干凈度，維護工作也非常方便，因此，在節能居住建筑應用太陽能采暖實踐中廣泛應用。系統低溫熱水溫度控制在35～50℃范圍內，工作人員需要控制低溫熱水溫度在60℃以內，控制供水和回水溫度在10℃范圍內，以高效利用太陽能熱水器熱能。工作人員需要計算采暖房建的采暖率，確定各個房建散熱器的總量，保障散熱器功率等于采暖功率的2倍。結合散熱器散熱能力確定散熱器的面積【5】。

4 節能居住建筑應用太陽房

4.1 被動式太陽房

被動式太陽房無須設置太陽能集熱器和蓄熱器以及風管等設備，需要結合建筑結構，利用建筑物朝向和維護結構等，有效吸收和貯存太陽能，保障供暖效果。當前被動式太陽房的形式比較多，結合建筑設計技術和太陽能技術，被動式太陽房利用南外墻集熱和蓄熱。南外墻選擇的建筑材料需要具備良好的蓄熱性能，并且將黑色涂料涂在外表面，在墻外設置玻璃幕墻，構建太陽能構筑物。在冬季室內空氣進入建筑通道，太陽熱量通過集熱墻體頂部出口進入室內，實現循環流通，可以實現室內供暖。在夜間可以將南外墻上下通道關閉，利用蓄熱墻體的儲能，外墻利用對流和輻射等方式實現散熱工作。在北外墻設置換氣扇，通過通風換氣，保障室內空氣質量。在夏季將玻璃幕墻頂部通道打開，并且將南外墻頂部通道關閉，室內空氣通過通道進入集熱器中，再利用通道向室外排出，墻體溫度因此降低，發揮顯著的隔熱降溫作用。空氣經過北外墻頂部進入室內，保障室內具備新鮮空氣。因為被動式太陽房結構非常簡單，整體施工成本比較低，不會出現腐蝕和凍結等問題，工作人員需要利用輔助熱源，在陰雨天和室內溫度較低的過程中發揮作用。

4.2 主動式太陽房

主動式太陽房具備針對性配套設備，利用外加動力實現循環供熱和降溫。通過轉換太陽能光熱，在蓄熱屋固定蓄熱盤管，配合建筑整體結構。蓄熱屋面內構建床體，床體內部具備固體蓄熱材料，工作人員需要嚴格控制材料的孔隙率，有效降低空氣阻力。在冬季供暖工作當中，在集熱器和貯熱水箱以及盤管中不斷循環熱水，集熱器負責吸收太陽能輻射熱，蓄熱屋面負責貯存。送風機可以有效驅動室內空氣流動，促使蓄熱盤管和固體蓄熱介質之間互相交換熱量，溫度因此提升，保障室內供暖效果。在夏季可以將蓄熱盤管閥門關閉，熱水不會再循環加熱，在貯熱水箱中貯存，滿足日常生活需求。工作人員可以將補水管閥門打開，蓄熱盤管中進入低溫水，并且結合冷水系統，因此建立冷水循環系統，在蓄熱屋面內貯存冷量，通過送風機促使室內空氣進入蓄熱屋面，交換冷水盤管和固體蓄熱介質，通過提供室內冷縫，可以有效改善室內的環境（見圖1）【6】。

圖1主動式太陽房工作原理

4.3 設計住宅圍護結構

太陽能總量比較大，但整體密度比較低，再加上建筑集熱面積和造價等方面的限制，無法保障集熱量。工作人員需要降低建筑采暖負荷，提升采暖有效性。利用維護結構散熱方式，可以保障太陽能采暖工作的高效性，在設計階段，工作人員需要結合太陽能采暖要求，保障太陽能技術應用效果。當前，節能居住建筑中利用的圍護結構包括外墻保溫和屋面保溫以及節能門窗等，工作人員可以保障圍護結構的保溫性能，滿足節能設計標準。在設計階段需要合理利用生態建材，降低整體工程造價，提升建筑生態環保性。

5 結語

本文分析了節能居住建筑應用太陽能采暖實踐，可以達到經濟可行性效果，在今后建筑施工中可以推廣太陽能采暖技術，以實現建筑行業節能性發展。