中高層節(jié)能建筑中太陽(yáng)能熱利用技術(shù)的研究及價(jià)值分析

文/田志軍 甘肅省莊浪縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局 甘肅 平?jīng)?744600

中高層節(jié)能建筑中太陽(yáng)能熱利用技術(shù)的研究及價(jià)值分析

文/田志軍 甘肅省莊浪縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局 甘肅 平?jīng)?744600

節(jié)能建筑太陽(yáng)能利用是當(dāng)前較為成熟的民用新能源技術(shù)，其通過(guò)光伏太陽(yáng)能系統(tǒng)的一體化應(yīng)用，結(jié)合智能控制技術(shù)能夠有效利用太陽(yáng)能為居民住宅提供取暖、制冷、照明等系列能源供應(yīng)。本文結(jié)合莊浪縣某住宅小區(qū)實(shí)例，探討分析了中高層節(jié)能建筑中太陽(yáng)能利用技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用價(jià)值，旨在提供一定參考借鑒。

節(jié)能建筑；太陽(yáng)能；熱利用；取暖

0　引言

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，我國(guó)民用住宅的建設(shè)與使用呈現(xiàn)出了智能化、節(jié)能化的整體特征，為實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了先決條件。在節(jié)能建筑的使用過(guò)程中，使用太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，能夠有效減少傳統(tǒng)常規(guī)能源的使用，對(duì)于降低污染，維護(hù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用。

1　節(jié)能建筑中太陽(yáng)能利用技術(shù)的特點(diǎn)

1.1太陽(yáng)能節(jié)能照明技術(shù)特點(diǎn)

在當(dāng)前的住宅小區(qū)內(nèi)部，通過(guò)加設(shè)一部分光伏太陽(yáng)能系統(tǒng)，可在小區(qū)基礎(chǔ)電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，合理利用空間進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電，為中高層節(jié)能建筑小區(qū)公共區(qū)域進(jìn)行照明電力供給。另外，太陽(yáng)能光伏照明系統(tǒng)智能化較高，通過(guò)部分感應(yīng)系統(tǒng)的控制作用，能夠?qū)崿F(xiàn)有人開(kāi)燈，無(wú)人關(guān)閉的控制效果，有效滿足公共區(qū)域照明需求。

1.2太陽(yáng)能節(jié)能取暖技術(shù)特點(diǎn)

節(jié)能建筑太陽(yáng)能取暖系統(tǒng)由光伏集熱系統(tǒng)和取暖供給系統(tǒng)組成。太陽(yáng)能取暖系統(tǒng)工作過(guò)程中，通過(guò)溫度感應(yīng)系統(tǒng)的反饋結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，完成系統(tǒng)內(nèi)部冷熱水體的溫度循環(huán)，同時(shí)感應(yīng)并控制住宅內(nèi)部的溫差循環(huán)，在循環(huán)作用下環(huán)境達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后系統(tǒng)暫停工作。在太陽(yáng)照度不理想的低溫或陰雨降雪的天氣條件下，系統(tǒng)將啟動(dòng)輔助電力能源進(jìn)行加溫作用，以滿足該條件下的取暖需求。

2　中高層節(jié)能建筑太陽(yáng)能利用技術(shù)應(yīng)用實(shí)例研究

莊浪縣某住宅小區(qū)總建筑總面積為28432m2，根據(jù)節(jié)能建筑的實(shí)際需求與設(shè)計(jì)原則，選用太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)進(jìn)行照明與取暖能源供應(yīng)。

2.1太陽(yáng)能利用條件

莊浪縣氣候?qū)俅箨懶约撅L(fēng)區(qū)，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(shí)為2179小時(shí)，在我國(guó)劃分的四個(gè)太陽(yáng)能輻射資源帶中，屬于資源一般帶（Ⅲ帶）。

2.2太陽(yáng)能照明技術(shù)應(yīng)用

該節(jié)能建筑小區(qū)太陽(yáng)能照明系統(tǒng)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(chǎn)生并存儲(chǔ)電能5kW，并通過(guò)智能照明系統(tǒng)控制小區(qū)公共區(qū)域照明供給。太陽(yáng)能照明系統(tǒng)光源為20W燈具30支，根據(jù)上述光伏電池電能供應(yīng)能力計(jì)算，可在連續(xù)48h日照條件下為小區(qū)公共區(qū)域照明提供理想的電能供應(yīng)。

2.3太陽(yáng)能熱利用技術(shù)應(yīng)用

結(jié)合莊浪縣氣候規(guī)律與小區(qū)實(shí)際情況，使用IES軟件分析該小區(qū)節(jié)能建筑能耗需求，模擬結(jié)果為總采暖負(fù)荷2010kW，總制冷負(fù)荷1550kW。

（1）太陽(yáng)能集熱器的選取

當(dāng)前，太陽(yáng)能取暖系統(tǒng)應(yīng)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(xiǎn)，使用效果并不理想。結(jié)合該小區(qū)節(jié)能建筑取暖需求與太陽(yáng)能取暖技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)，該小區(qū)使用三維內(nèi)聚光真空管集熱器作為太陽(yáng)能取暖集熱器，該型號(hào)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(yáng)能利用計(jì)算

小區(qū)節(jié)能建筑取暖太陽(yáng)能利用的計(jì)算，是在參考莊浪縣太陽(yáng)輻照強(qiáng)度、平均日照時(shí)間、氣候溫度規(guī)律等資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，計(jì)算獲得太陽(yáng)能取暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)得熱功率后，進(jìn)一步結(jié)合該平均功率獲得機(jī)組功率參數(shù)。取暖水箱參數(shù)的獲得，則需考慮箱體保溫系數(shù)與建筑用熱需求，從而確定高溫集熱水箱的體積參數(shù)。

魏格納的思想在他的一生中也從未得到證明。又過(guò)了40年，經(jīng)歷了一個(gè)戰(zhàn)亂時(shí)代，意外的科學(xué)發(fā)現(xiàn)使他的理論從默默無(wú)聞中脫穎而出，而且還被賦予一個(gè)新名稱——板塊構(gòu)造。

（3）能源方案

根據(jù)住宅小區(qū)的用熱情況及客戶的需求，該節(jié)能建筑小區(qū)設(shè)置的太陽(yáng)能集熱器面積為2856㎡。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)夏季制冷，冬季采暖，四季生活提供熱水。

夏季：通過(guò)集熱器，系統(tǒng)提供83℃-88℃的熱源驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能專用機(jī)組，產(chǎn)生7℃～12℃的冷凍水。通過(guò)室內(nèi)末端進(jìn)行室內(nèi)制冷，晚上利用空調(diào)機(jī)組余熱來(lái)滿足居民生活熱水用熱（6O℃）。

冬季：太陽(yáng)能產(chǎn)生的30℃～35℃熱水通到室內(nèi)輻射吊頂末端進(jìn)行室內(nèi)輻射采暖。冬季太陽(yáng)能產(chǎn)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82 t/ d），滿足鍋爐預(yù)熱。

3　中高層節(jié)能建筑太陽(yáng)能利用技術(shù)應(yīng)用價(jià)值分析

3.1用戶抽樣調(diào)查

用戶抽樣調(diào)查顯示，該節(jié)能建筑小區(qū)太陽(yáng)能利用技術(shù)應(yīng)用具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（2）建筑熱水供應(yīng)實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)不間斷，滿足的家庭的日常用熱需求，具有較好的節(jié)能效果與安全性；

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

（4）該節(jié)能建筑使用節(jié)水系統(tǒng)，提高了水資源利用效率，節(jié)水50%左右。

3.2應(yīng)用價(jià)值分析

（1）太陽(yáng)能照明效益分析

該小區(qū)安裝的30支20W照明燈具集光照明系統(tǒng)，大致每天可以10 h不開(kāi)燈。全年節(jié)能效果分析，可知安裝集光照明系統(tǒng)后，安裝太陽(yáng)能照明系統(tǒng)每年可節(jié)省電費(fèi)36800-18325 =18475（元）。

（2）太陽(yáng)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(biāo)準(zhǔn)煤用量進(jìn)行計(jì)算，現(xiàn)階段標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格為1200 元/t，該節(jié)能建筑小區(qū)使用太陽(yáng)能熱利用技術(shù)全年可減少燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤57t，即全年可節(jié)省68.5萬(wàn)元。

（3）環(huán)境效益分析

太陽(yáng)能利用技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于環(huán)保效益，采用該技術(shù)進(jìn)行小區(qū)照明、采暖能源供應(yīng)，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤57t，減少 排放1519 t，減少 排放13t，減少 排放29t，減少粉塵排放49 t。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，節(jié)能建筑的出現(xiàn)是環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要，也是建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在節(jié)能建筑中全面推廣太陽(yáng)能利用技術(shù)是順應(yīng)世界潮流，響應(yīng)政府的號(hào)召，有利于環(huán)保節(jié)能，有利于提高生活品質(zhì)，降低生活成本。

［1］劉銘.民用建筑太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)節(jié)能效益分析［D］.清華大學(xué)，2012.

［2］沈雪，楊秋偉，李小琪.建筑節(jié)能及太陽(yáng)能建筑應(yīng)用研究綜述［J］.門(mén)窗，2012，05：30-31+33.

［3］郄昭昭.太陽(yáng)能建筑一體化設(shè)計(jì)［D］.河北工業(yè)大學(xué)，2007.