太阳能采暖技术在建筑工程中应用和原理

浅谈太阳能采暖技术在建筑工程中的应用和原理摘要：太阳能是人们熟知的一种取之不尽、用之不竭、无污染且价廉的可再生能源。同时，太阳能也是一种低能流密度且仅能间歇利用的资源。在建筑中利用太阳能进行采暖，可以提高和改善冬季室内热环境的质量，节约常规能源，保护生态环境，是一项利国利民、改善人类居住环境且可持续发展的绿色技术。

关键词：太阳能；采暖技术；被动式；新风技术；工作原理

一. 前言

国家应通过科研攻关大力提高太阳能供热、采暖系统与建筑结合的设计水平和系统整体技术水平，开发我国的太阳能供热、采暖综合系统的适用技术，加强能力建设。积极建设太阳能供热、采暖综合系统的试点工程，必须做到全年综合利用，提高太阳能、地热能、生物质能等多种可再生能源在建筑中的综合利用技术水平，包括优化设计、智能化控制、蓄能技术等。应对试点示范工程的实施投入必要的资金，出台相应的优惠政策，重点扶持太阳能供热采暖示范工程。

二被动式太阳能采暖技术

被动式太阳能采暖技术是通过建筑朝向和周围环境的合理分布、内部空间和外部形体的巧妙处理，建筑材料和结构构造的适当选择，使其在冬季能汲取、保持、储存、分布太阳能，从而解决建筑物采暖问题。按照房间得热方式的不同，被动式太阳能采暖系统主要有直接受益式、集热蓄热墙式、附加日光间式、屋顶池式四种

形式。

（ 1）直接受益式。房间本身是个集热蓄热体，白天太阳光透过南向玻璃窗进入室内，地面、墙体吸收热量；夜间被吸收的热量释放出来，维持室温。这是冬季采暖的全过程。直接受益式是应用最广泛的一种方式，构造简单，易于安装和日常维护；与建筑功能密切配合，便于建筑立面处理；室内温度上升快，但是室内温度波动较大。建筑朝向南偏东西 30°以内，有利于冬季集热和避免夏季过热。

（ 2）集热蓄热墙式。集热蓄热墙式属于间接式太阳能采暖系统，向阳侧设置带玻璃罩的蓄热墙体，墙体可选择砖、混凝土、石、土、水等蓄热性能好的材料。墙体吸收太阳辐射后向室内辐射能量，同时加热墙内表面空气，通过对流使室内升温，如果墙体上下开有通风口，玻璃与墙体之间加热的空气可以和室内冷空气形成对流循环，促使室温上升。

（ 3）附加阳光间式。在向阳侧设透光玻璃构成阳光间接受日光照射，是直接受益式和集热蓄热式的组合阳光间可以结合南廊、入口门厅、休息厅、封闭阳台设置，可作为生活、休闲空间或种植植物。附加阳光间式具有集热面积大、升温快的特点，与相邻内侧房间组织方式多样，中间可设砖石墙、落地门窗或带槛墙的门窗。阳光间内中午易过热，应该通过门窗或通风窗合理组织气流，将热空气及时导入室内。开设内外通风窗有效改善冬夏季工况。

（ 4）屋顶池式。屋顶上放置有吸热和储热功能的储水塑料袋

和变相材料，其上设可开闭的盖板，冬夏兼顾。冬季白天打开盖板水袋吸热，夜晚盖上盖板，水袋释放的热量以辐射和对流形式传到室内。夏季工况与冬季相反。屋顶池式系统盖板热阻要大，储水容器密闭性要好，使用变相材料热效率可提高。该形式适合于冬季不太寒冷且纬度低的地区。原因在于纬度高地区太阳高度角太小，水平面上集热效率低，而且严寒地区冬季水易冻结。

三太阳能采暖技术

2. 1 太阳能采暖系统的组成和工作原理

太阳能采暖新风系统属于主动式太阳能利用系统，该系统由集热和气流输送两部分组成，房间是蓄热器。集热系统包括垂直墙板、遮雨板和支撑框架。气流输送系统包括风机和管道。

太阳能板材覆于建筑外墙的外侧，上面有小孔，与墙体的间距由计算确定，一般在 200 mm 左右，形成的空腔与建筑内部通风系统的管道相连，管道中设置风机，用于抽取空腔内的空气。

与传统意义上的集热蓄热墙方式不同的是，太阳的墙板对空气的加热主要是在空气通过墙板表面的孔洞时，而不是空气在夹层中上升阶段。太阳能墙板外表为深色（吸收太阳辐射热），内表面为浅色（减少热损失）。在冬季天气晴朗时，太阳能墙板可以把空气温度提高 30 ℃左右。夜晚墙体向外散失的热量被空腔内的空气吸收，在风扇运转的情况下被重新带回室内。

太阳能墙板材由 1 ～ 2 mm 厚的镀锌钢板或铝板构成，外侧涂层具有强烈吸收太阳热、阻挡紫外线的良好功能，一般是黑色或深

棕色，为了建筑美观或色彩协调，其他颜色也可使用，主要集热板用深色，装饰遮板或顶部的饰带有补充色。为空气流动及加热需要，板材上打有孔洞，孔洞大小、间距和数量应根据建筑物的使用功能与特点、所在地区纬度、太阳能资源辐射热量进行计算和试验确定，能平衡通过空洞流入的空气量和被送入距离最近的风扇的空气量，以保证气流持续、稳定、均匀及空气通过孔洞获得最多热量。

2. 2 太阳能采暖系统的关键因素和特点

太阳能采暖系统关键因素：在满足对建筑物本身节能要求前提条件下，还需解决在施工过程中的几大模块的问题，在系统的全天候运行设计及控制思路中，包括系统的集热面积设计、辅助能源设计及系统的整体设计、控制思路的合理性、集热系统与建筑的融合，包括集热器和建筑结构的结合型式附属设备及管路布置，在保证系统安全性、可靠性还包括集热器类型的选择，系统的防冻。同时，满足与建筑的整体协调性。对于系统散热模块选择，应使采暖系统散热端，应选择与太阳能集热系统相适应的形式。太阳能采暖系统中所含的太阳能墙板，使用多孔波形金属板集热，并与风机结合，与传统的被动式玻璃集热的做法相比，具有特殊的优势和特点。

2. 2. 1 良好的新风系统

对于很多密闭良好的建筑来说，冬季获取新风和保持室内适宜温度很难兼得。而太阳能墙板可以把预热的新鲜空气通过通风系统送入室内，合理通风与采暖有机结合，通风换气不受外界环境影响，有效提高了室内空气质量，保持室内环境舒适，有利于使用者身体

健康。

2. 2. 2 热效率高

研究表明，与依靠玻璃来收集热量的太阳能集热器相比，该种太阳能集热系统效率更高。因为玻璃会反射掉大约 15%的入射光，消弱能量吸收；而用多孔金属板能补获可利用太阳能的 80%，每年每平方米的太阳能墙板能得到2gj 的热量。

2. 2. 3 经济效益好

系统使用金属薄板集热，与建筑外墙合二为一，造价低。与传统燃料相比，每平方米集热墙每年减少采暖费用80 ～ 200 元。同时还能减少建筑运行费用、降低对环境的污染，经济效益良好。太阳墙集热器回收成本的周期在旧建筑改造工程中为 6 ～7 年，而在新建筑中仅为 3 年或更短时间，而且在使用中不需要维护。

2. 2. 4 应用范围广

由于太阳能墙板设计方便，作为外墙，美观耐用，所以应用广泛，可用于任何需要辅助采暖、通风或补充新鲜空气的建筑。系统安装简便，能安在任何不燃墙体的外侧及墙体现有开口的周围，便于旧建筑改造。

结语：

21 世纪建筑节能技术已经成为我国发展的必然趋势和城市建筑水平的标志。太阳能是人类可以利用的最洁净、最丰富的能源，太阳能可以用于发电、采暖、空调制冷以及热水供应等，太阳能的应用是最适于建筑物节能环保的一项应用技术。