王超

（新疆建筑科學(xué)研究院（有限責(zé)任公司），烏魯木齊830054）

1 引言

在建筑施工中利用節(jié)能技術(shù)和新能源，可以促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，這也是建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。建筑行業(yè)需要完善節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，推廣應(yīng)用外墻保溫技術(shù)和低溫?zé)崴笤O(shè)底板采暖技術(shù)等，這也為節(jié)能居住建筑應(yīng)用太陽(yáng)能采暖實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。建筑行業(yè)利用太陽(yáng)能采暖實(shí)踐，可以滿足居民生活需求。在我國(guó)太陽(yáng)能采暖技術(shù)在節(jié)能居住建筑中尚處于發(fā)展階段。本文試圖根據(jù)實(shí)例通過(guò)分析節(jié)能居住建筑應(yīng)用太陽(yáng)能采暖實(shí)踐來(lái)提升我國(guó)建筑發(fā)展水平。

2 分析太陽(yáng)能采暖技術(shù)的可行性

我國(guó)節(jié)能居住建筑近些年不斷發(fā)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(guó)農(nóng)村很多地區(qū)都是利用煤炭取暖，能耗比較大，同時(shí)無(wú)法滿足衛(wèi)生需求，還有一定農(nóng)村地區(qū)利用土炕采暖方式，很多地區(qū)沒(méi)有采暖設(shè)備，只是利用燒薪柴來(lái)驅(qū)寒，因此過(guò)度砍伐樹(shù)林，引發(fā)一些水土流失和環(huán)境惡化等問(wèn)題【1】。

農(nóng)村地區(qū)住宅相對(duì)分散，整體密度比較低，不適合利用集中供暖模式。太陽(yáng)能屬于重要的可再生清潔能源，可以節(jié)省開(kāi)采和運(yùn)輸?shù)耐度耄哂蟹奖阈院桶踩?，這也是當(dāng)前建筑行業(yè)的主要能源，因?yàn)榫邆浒踩院铜h(huán)保性等特征，可以促進(jìn)我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)工作，我國(guó)北方地區(qū)具有豐富的太陽(yáng)能資源，空氣具有較高的透明度，可以保障太陽(yáng)能輻射量，這為節(jié)能居住建筑應(yīng)用太陽(yáng)能采暖工作奠定了基礎(chǔ)。

3 太陽(yáng)能低溫地板輻射采暖系統(tǒng)

3.1 選擇太陽(yáng)能集熱器

利用太陽(yáng)能，需要轉(zhuǎn)化太陽(yáng)輻射能為熱能，因?yàn)樘?yáng)能具有分散性特征，工作人員需要集中太陽(yáng)能，主要的太陽(yáng)能裝置為集熱器。我國(guó)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(jié)合建筑，不會(huì)破壞建筑外觀，因此，很多建筑單位優(yōu)先利用平板集熱器【2】。

3.2 太陽(yáng)能儲(chǔ)熱裝置

因?yàn)樘?yáng)能的能流密度比較低，在氣候和季節(jié)的影響下，會(huì)影響到太陽(yáng)能的穩(wěn)定性，因?yàn)槎練鉁乇容^低，日照時(shí)間也更加短暫，加熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以減少利用輔助熱源。建筑企業(yè)可以利用新型儲(chǔ)熱水箱，水箱內(nèi)部具備散熱殼體，散熱殼體內(nèi)部具有固體介質(zhì)儲(chǔ)熱體，固體介質(zhì)儲(chǔ)熱體中設(shè)置電加熱管。這種設(shè)備的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，施工成本也比較低，使用起來(lái)非常方便。

如果太陽(yáng)能不滿足采暖供熱需求，可以及時(shí)利用儲(chǔ)熱器的熱量，滿足日常采暖要求，有利于連續(xù)利用太陽(yáng)能，在熱能裝置中有效利用儲(chǔ)熱技術(shù)，可以大規(guī)模逆循環(huán)利用能量，具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?】。

3.3 太陽(yáng)能輔助加熱系統(tǒng)

太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)需要設(shè)置輔助熱源和加熱設(shè)備，建筑企業(yè)可以結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r選擇城市熱網(wǎng)和燃?xì)庖约肮I(yè)余熱等作為輔助熱源，加熱設(shè)備包括鍋爐和換熱器以及熱泵等設(shè)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(yáng)能輔助加熱系統(tǒng)適合利用天然氣。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采暖通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)規(guī)范，準(zhǔn)確計(jì)算采暖熱負(fù)荷，控制輔助熱源的供熱量。以當(dāng)?shù)貙?shí)際情況為基礎(chǔ)，適當(dāng)?shù)亟档凸崃康臉?biāo)準(zhǔn)。結(jié)合當(dāng)?shù)責(zé)嵩捶N類和價(jià)格以及供暖系統(tǒng)形式選擇輔助熱源加熱方式和換熱設(shè)備，合理選擇技術(shù)，注重利用廢熱和余熱。

輔助能源功率、輔助能源和運(yùn)行時(shí)間之間具有密切的聯(lián)系，因?yàn)橐呀?jīng)提前固定了1d的總能量需求，如果輔助能源運(yùn)行時(shí)間比較短，需要較大的功率。工作人員需要根據(jù)全部熱負(fù)荷計(jì)算輔助工作功率，控制輔助能源的運(yùn)行時(shí)間在16h以內(nèi)，控制輔助能源功率處于采暖功率的1.5倍【4】。

3.4 太陽(yáng)能供暖控制系統(tǒng)

當(dāng)前太陽(yáng)能供暖控制系統(tǒng)需要發(fā)揮溫度傳感器的作用，負(fù)責(zé)采集太陽(yáng)能真空管的溫度和室溫，利用單片機(jī)控制電磁閥和水泵等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱、供暖等工作，高效利用太陽(yáng)能，可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)供暖，靈活調(diào)度供暖溫度，避免浪費(fèi)熱量。

連鎖太陽(yáng)能供暖控制系統(tǒng)和輔助熱源，有效控制轉(zhuǎn)換供暖，利用太陽(yáng)能熱水器和供暖型燃?xì)鉄崴饕约吧崞鞯?，?lián)通供水輸出口，聯(lián)通散熱器供水輸出口和熱水器采暖回水口。整個(gè)系統(tǒng)具有低碳性，同時(shí)可以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的需求。

3.5 地板輻射采暖系統(tǒng)

地板輻射采暖利用低溫?zé)崴?，利用室?nèi)盤(pán)管散熱供暖，在室內(nèi)整個(gè)地面敷設(shè)盤(pán)管，熱水經(jīng)過(guò)盤(pán)管之后，可以向室內(nèi)有效散熱。因?yàn)闊崮芫哂辛己玫姆€(wěn)定性，可以保障室內(nèi)溫度的均勻性，保障室內(nèi)空間的節(jié)能性和干凈度，維護(hù)工作也非常方便，因此，在節(jié)能居住建筑應(yīng)用太陽(yáng)能采暖實(shí)踐中廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)低溫?zé)崴疁囟瓤刂圃?5～50℃范圍內(nèi)，工作人員需要控制低溫?zé)崴疁囟仍?0℃以內(nèi)，控制供水和回水溫度在10℃范圍內(nèi)，以高效利用太陽(yáng)能熱水器熱能。工作人員需要計(jì)算采暖房建的采暖率，確定各個(gè)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(jié)合散熱器散熱能力確定散熱器的面積【5】。

4 節(jié)能居住建筑應(yīng)用太陽(yáng)房

4.1 被動(dòng)式太陽(yáng)房

被動(dòng)式太陽(yáng)房無(wú)須設(shè)置太陽(yáng)能集熱器和蓄熱器以及風(fēng)管等設(shè)備，需要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)，利用建筑物朝向和維護(hù)結(jié)構(gòu)等，有效吸收和貯存太陽(yáng)能，保障供暖效果。當(dāng)前被動(dòng)式太陽(yáng)房的形式比較多，結(jié)合建筑設(shè)計(jì)技術(shù)和太陽(yáng)能技術(shù)，被動(dòng)式太陽(yáng)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(shè)置玻璃幕墻，構(gòu)建太陽(yáng)能構(gòu)筑物。在冬季室內(nèi)空氣進(jìn)入建筑通道，太陽(yáng)熱量通過(guò)集熱墻體頂部出口進(jìn)入室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)流通，可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)供暖。在夜間可以將南外墻上下通道關(guān)閉，利用蓄熱墻體的儲(chǔ)能，外墻利用對(duì)流和輻射等方式實(shí)現(xiàn)散熱工作。在北外墻設(shè)置換氣扇，通過(guò)通風(fēng)換氣，保障室內(nèi)空氣質(zhì)量。在夏季將玻璃幕墻頂部通道打開(kāi)，并且將南外墻頂部通道關(guān)閉，室內(nèi)空氣通過(guò)通道進(jìn)入集熱器中，再利用通道向室外排出，墻體溫度因此降低，發(fā)揮顯著的隔熱降溫作用?？諝饨?jīng)過(guò)北外墻頂部進(jìn)入室內(nèi)，保障室內(nèi)具備新鮮空氣。因?yàn)楸粍?dòng)式太陽(yáng)房結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，整體施工成本比較低，不會(huì)出現(xiàn)腐蝕和凍結(jié)等問(wèn)題，工作人員需要利用輔助熱源，在陰雨天和室內(nèi)溫度較低的過(guò)程中發(fā)揮作用。

4.2 主動(dòng)式太陽(yáng)房

主動(dòng)式太陽(yáng)房具備針對(duì)性配套設(shè)備，利用外加動(dòng)力實(shí)現(xiàn)循環(huán)供熱和降溫。通過(guò)轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能光熱，在蓄熱屋固定蓄熱盤(pán)管，配合建筑整體結(jié)構(gòu)。蓄熱屋面內(nèi)構(gòu)建床體，床體內(nèi)部具備固體蓄熱材料，工作人員需要嚴(yán)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(dāng)中，在集熱器和貯熱水箱以及盤(pán)管中不斷循環(huán)熱水，集熱器負(fù)責(zé)吸收太陽(yáng)能輻射熱，蓄熱屋面負(fù)責(zé)貯存。送風(fēng)機(jī)可以有效驅(qū)動(dòng)室內(nèi)空氣流動(dòng)，促使蓄熱盤(pán)管和固體蓄熱介質(zhì)之間互相交換熱量，溫度因此提升，保障室內(nèi)供暖效果。在夏季可以將蓄熱盤(pán)管閥門(mén)關(guān)閉，熱水不會(huì)再循環(huán)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(bǔ)水管閥門(mén)打開(kāi)，蓄熱盤(pán)管中進(jìn)入低溫水，并且結(jié)合冷水系統(tǒng)，因此建立冷水循環(huán)系統(tǒng)，在蓄熱屋面內(nèi)貯存冷量，通過(guò)送風(fēng)機(jī)促使室內(nèi)空氣進(jìn)入蓄熱屋面，交換冷水盤(pán)管和固體蓄熱介質(zhì)，通過(guò)提供室內(nèi)冷縫，可以有效改善室內(nèi)的環(huán)境（見(jiàn)圖1）【6】。

圖1主動(dòng)式太陽(yáng)房工作原理

4.3 設(shè)計(jì)住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)

太陽(yáng)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(jià)等方面的限制，無(wú)法保障集熱量。工作人員需要降低建筑采暖負(fù)荷，提升采暖有效性。利用維護(hù)結(jié)構(gòu)散熱方式，可以保障太陽(yáng)能采暖工作的高效性，在設(shè)計(jì)階段，工作人員需要結(jié)合太陽(yáng)能采暖要求，保障太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用效果。當(dāng)前，節(jié)能居住建筑中利用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括外墻保溫和屋面保溫以及節(jié)能門(mén)窗等，工作人員可以保障圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，滿足節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)階段需要合理利用生態(tài)建材，降低整體工程造價(jià)，提升建筑生態(tài)環(huán)保性。

5 結(jié)語(yǔ)

本文分析了節(jié)能居住建筑應(yīng)用太陽(yáng)能采暖實(shí)踐，可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)可行性效果，在今后建筑施工中可以推廣太陽(yáng)能采暖技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)節(jié)能性發(fā)展。