沈程
太阳雨集团有限公司
摘要：为了节省对不可再生能源的消耗，实现当地资源的可持续发展，提出太阳能采暖方式。太阳能采暖方式主要以辐射方式传播，通过太阳能集热器、储热水箱、循环管道等多个设备和附件，使得太阳能得到合理利用。太阳能采暖系统包括主动式采暖和被动式采暖两种，其中主动式采暖主要是利用太阳能集热器与载热介质经蓄存设备向室内供热。利用主动式采暖可以保证建筑内的受热，比被动式采暖方法的受热更加均匀。
关键词：民用建筑;主动式采暖;太阳能采暖技术;
引言
随着人口增长和生活水平的提高，总体能源需求也在增加。但是，煤炭、石油和天然气等不可再生能源将在全球迅速减少。国内工业化和城市化发展迅速，建筑业的能源消耗稳步增长。因此，促进节能可以进一步促进更广泛的经济和环境可持续发展。在建筑工程中，太阳能的主动热方法比被动热方法更灵活。它不仅提高了供热系统的适应性能，而且消除了太阳能不均匀和可靠性较差等缺点。因此，从可持续资源利用的角度出发，对太阳能、建筑温度、太阳能等测量方法进行了研究，以降低建筑能耗，改善建筑热量，提供可靠的支持。
1太阳能的概念
太阳能主要是指太阳光产生的辐射能量，是由内部的氢原子不断发生氢氦聚变，进而释放出非常大的核能，从而产生一种强大的辐射能量。由于太阳的热辐射源源不断，因此，太阳能本质上是一种可再生环保能源。在不可再生能源逐渐减少的情况下，太阳能已经成为人类生产和生活中的重要能源。从能源方面对其解释，可将其分为广义的太阳能和狭义的太阳能。其中，广义的太阳能是指由太阳内部发出的连续不断的核反应而产生的能量，包括潮汐能、风能、海洋温差能、水能、生物质能以及波浪能等多种能源。由此，从根本上来说，地球上存在的天然气、煤炭以及石油等石化燃料也是从远古时期存留下来的太阳能的一种。狭义的太阳能是指来自太阳光辐射的光电转化、光热转化以及光学转化产生的能量。人们常说的太阳能一般就是指狭义的太阳能。有关统计数据显示，我国2/3的地区每年的平均日照数至少为2200h以上，每年陆地面积上接收到的太阳辐射的总量相当于1700亿t标准煤。随着建筑行业的快速发展，当前其工程能耗已经占据我国总能耗的27%左右。如果将太阳能合理应用到建筑工程建设中，可大大降低工程的总能耗，实现节能目标。太阳能在应用过程中不会产生任何污染物，资源获取方便且取之不尽。当前，民用建筑建设过程中对于太阳能的应用相对有限，但是随着科技水平的提高，太阳能的应用在朝着商业化方向发展，在建筑领域具有较大的发展潜力。在民用建筑工程设计过程中，建筑设计方案和太阳能利用之间存在着密切关联，其中很多设计细节都体现出对太阳能的合理利用。例如，大多数民用建筑的客厅和卧室的窗户朝向多为南面，这样的设计方式是为了更好地获取自然的太阳光源，并且能优化建筑空间的通风功能。一般来说，北方住宅建筑朝南方向的窗户面积要大于朝北方向的窗户，这种设计主要是为了建筑能够更好地吸收太阳光能，实现保温节能的目的。
2民用建筑主动式太阳能采暖原理
考虑到建筑所处环境会随季节与天气等因素变化而改变，为了保证民用建筑室内环境实时处于舒适范围内，对室内舒适温度进行设定。在设计建筑的太阳能采暖技术之前，首先需要确定采暖与人体理想供暖需求之间的关系，并以此作为技术开发的基础。由此可以将民用建筑的主动式太阳能采暖技术的设计分为四个部分，分别为集热、蓄热、能量转换与保温以及循环控制。
通过多个步骤使主动式太阳能采暖技术可以满足当地居民的用暖需求。
3民用建筑主动式太阳能采暖硬件设备
3.1太阳能集热器
现阶段，太阳能集热器主要形式为平板式、热管式和U型管式等多种产品，需要依据当地气候特征和安装标准选取合适的集热器。其中，U型管式和热管式可以抗零下40℃的低温，且具有集热效率高和寿命长的特点，不炸管，能够承压，产水温度高且基本不存在安全隐患，稳定性能良好。
3.2蓄热器
蓄热器的应用可以在太阳能充足的情况下，将多余的太阳能存储起来，方便在缺少太阳能时对相关能量的调取。经过对比发现显热存储具有向集热器及蓄热水箱之间运送时消耗的功率最少和流动性能和传热特性容易测量的优点，因此将该蓄热方式作为建筑采暖的蓄热方式。定义太阳能集热器的有效集热为Qu，单位为J，建筑热负荷为Ql，单位为J。白天由于被动太阳辐射缘故，房间负荷较小，因此呈现出供应大于需求的状态，蓄热器可以将多余的热量存储起来。当夜间需求大于供应时，调用蓄存的能量，并通过辅助加热系统来补充Qu＜Ql不足的热量。蓄热器的蓄热量为Qu(τ)+Qb(τ)=Ql(τ)+Qs(τ)+Qe(τ)(4)式中:Qb为辅助加热量，Qs和Qe分别为蓄热器的蓄热量以及系统损失热量。根据民用建筑主动式太阳能采暖的应用规范，可以推测出冬季安装集热器的最佳倾斜角度为46°。在水平面上的太阳辐射已知时，民用建筑的太阳辐射值的计算公式如下:
式中:HTH、Hbh、Hh、和Hdh分别对应的是倾斜面上的总辐射平均值、水平面上的直接辐射平均值、水平面上的总辐射值和水平面上的散射辐射平均值，J/m2;β为倾斜面与水平面的夹角;Rbh为倾斜面与水平面直接辐射的比值;ρ为地表的平均反射率，%。将变量的具体取值代入到式中便可以确定累计太阳辐照量。接着估算建筑供热负荷，综合两个变量的计算结果，便可以得出建筑主动式太阳能得热量的具体取值结果。
3.3系统设置
当前的太阳加热热系统通常使用恒温器来控制，方法是将温度传感器安装在隔热罩出口处和加热水箱底部。当集水池出口顾问处和加热水箱底部的温度差大于阈值时，控制器用于接触循环水泵，并将热量从热装配引导至加热水箱。当温度差在2° C到5° C之间时，泵关闭并停止传热。为了更好地控制加热系统，建议该系统采用运行时间和循环水温相结合的方式进行控制，从而大大降低加热系统的运行成本，提高控制系统的整体稳定性和灵活性。
结束语
建筑物中活性太阳能的实际效率目前不高，许多工程师已经表明，在50%以下，太阳的性能并不理想。主动太阳能加热的主要因素是工程项目的地理和环境条件、散热器产品的性能等，安装散热器的角度也是一个值得注意的问题。但是，由于建筑约束，需要考虑更多方面。将当前的研究成果与越来越创新的供热技术相结合，在保护资源和环境的基础上尽可能完善供热系统。在下一项研究中，可将日内、日间和阴雨天出现的概率更好地融合于太阳能采暖方法的设计中，更好地满足采暖过程的实际需求。由于太阳能在全国大部分较热地区普遍丰富，太阳能的开发利用是一项非常可持续的技术，因此，以下研究需要更好地克服太阳能循环和随机性质的矛盾，使其更加实用和更好。
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