太陽(yáng)能系統(tǒng)在建筑系統(tǒng)應(yīng)用

【摘要】現(xiàn)階段，太陽(yáng)能系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文主要對(duì)不同類(lèi)型的太陽(yáng)能系統(tǒng)在建筑系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】建筑系統(tǒng)；太陽(yáng)能系統(tǒng)；光伏

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)能源的需求越來(lái)越大，對(duì)不可再生能源的消耗也越來(lái)越大，能源危機(jī)日益凸顯，在這種環(huán)境下，公眾已對(duì)環(huán)境問(wèn)題和能源供應(yīng)問(wèn)題的保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng)。現(xiàn)階段，利用可再生能源代替不可再生能源實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展已迫在眉睫。本文主要對(duì)不同類(lèi)型的太陽(yáng)能系統(tǒng)在建筑系統(tǒng)中的應(yīng)用展開(kāi)探討，以期促進(jìn)太陽(yáng)能系統(tǒng)在建筑領(lǐng)域的發(fā)展。

1、陽(yáng)臺(tái)壁掛式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)主要有陽(yáng)臺(tái)壁掛式（圖1）、集中集熱-分戶(hù)儲(chǔ)熱以及組合式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。

以合肥瑤海某小區(qū)為例，該小區(qū)建筑面積總共有16.36平方米，樓層為19-34層，共有708戶(hù)，采用的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是陽(yáng)臺(tái)壁掛平板式。每戶(hù)集熱器面積為1.8-2平方米，儲(chǔ)熱水箱體積為100升。

1.1太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的構(gòu)成

該系統(tǒng)主要使用平板型集熱器，集熱器在陽(yáng)臺(tái)外側(cè)固定安裝，集熱器和水箱分體安裝；采用二次溫差循環(huán)，防凍、防垢；水箱一般采用雙層夾套搪瓷膽中膽水箱，內(nèi)膽材料為藍(lán)鈦金剛搪瓷，不結(jié)垢、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)；用水主要是采用頂水式；支架主要采用鍍鋅的角鋼支架，堅(jiān)固耐用、抗風(fēng)雪；輔助熱源的電加熱管具有很強(qiáng)的耐干燒性能和抗腐蝕性能，是經(jīng)氮化處理之后制造而成，插頭防漏電。

1.2太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的管道及水箱

太陽(yáng)能熱水管道及水箱是太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)重要的組成部分，在建筑系統(tǒng)中，由于太陽(yáng)能熱水管道及水箱裸露在露天環(huán)境中，很容易出現(xiàn)腐蝕、凍結(jié)和堵塞的現(xiàn)象，因此其也是太陽(yáng)能系統(tǒng)在建筑系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中的重點(diǎn)。

在合肥瑤海某小區(qū)建設(shè)工程中，太陽(yáng)能熱水管道選擇了PPR聚丙烯熱水型塑料管材和熱鍍鋅鋼管作為主要材料。在出水的情況下，集熱管上端的溫度能夠達(dá)到99攝氏度，無(wú)水的情況下能夠達(dá)到200攝氏度，在出水15米和進(jìn)水1.5米的范圍內(nèi)選用具有更高使用溫度的熱鍍鋅鋼管。出于節(jié)約考慮，其他部分可使用PPR聚丙烯熱水塑料管材，其使用溫度一般為80攝氏度，而且具有較小的變形應(yīng)力和較好的可撓性，安裝便利，保溫效果好，還可以對(duì)停泵水錘的破壞力進(jìn)行部分吸收。在布置管道時(shí)，采取的是L型布置模式，屬于伸縮補(bǔ)償，并波紋補(bǔ)償器更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。將管道水平安裝后，使用角鋼或槽鋼作為托架，未使用密集型的支架。由于在太陽(yáng)能集熱器對(duì)水進(jìn)行加熱的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生水垢，因此還要安裝除垢器，保障整個(gè)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在本工程中除了加裝電子除垢器外，還采取了管道防凍、管道留斜度、保溫等措施。

熱水箱中要同時(shí)進(jìn)行幾項(xiàng)不同的工序，才能利用太陽(yáng)能對(duì)水進(jìn)行加熱，包括采集太陽(yáng)能、輸入冷水、輸出熱水，因此在本工程中設(shè)置了三個(gè)熱水箱，在熱水箱下部插入水管，這樣有利于使回箱的水流具有更低的攪拌散熱，提高水箱的保溫性。根據(jù)調(diào)查，在箱底插入回水管比箱頂射流回水的保溫效果高一倍[1]。在存儲(chǔ)的過(guò)程中，水箱中的熱水會(huì)發(fā)生散熱，因此除了在水箱底部設(shè)置吸水口之外，還要在側(cè)部增加閥門(mén)和出水管，并配合使用配重、繩索和滑輪，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)式排水管來(lái)進(jìn)行排水，并在管道上設(shè)置溫度表，監(jiān)測(cè)出水水溫。為了避免當(dāng)熱水箱中的熱量較少時(shí)產(chǎn)生較大的加熱損失，在熱水箱中要設(shè)置浮頂式保溫蓋。在本次工程中，保溫蓋選用的材質(zhì)是巖棉、玻璃棉等不燃保溫材料，內(nèi)里安裝金屬殼，作為支撐。

2、太陽(yáng)能路燈

我國(guó)早在上世紀(jì)70年代就已經(jīng)在應(yīng)用太陽(yáng)能照明燈，主要是為了解決無(wú)電源地區(qū)的照明問(wèn)題。太陽(yáng)能路燈主要是由蓄電池、太陽(yáng)能電池組件、控制器以及LED燈具和燈架的組合，形成一整套的太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)。太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)在白天主要是由太陽(yáng)能電池來(lái)吸收太陽(yáng)能光子能量產(chǎn)生的電能，之后再利用控制器將電能儲(chǔ)存在蓄電池中，當(dāng)夜幕降臨，或者是光照度較低時(shí)，太陽(yáng)能蓄電池利用控制器向光源供電，供電到一定時(shí)間后自動(dòng)切斷。太陽(yáng)能路燈的最大優(yōu)點(diǎn)就是使用的能源清潔，太陽(yáng)能電池板通過(guò)吸收光線(xiàn)將之轉(zhuǎn)換成電能，在將電能儲(chǔ)存在蓄電池中，不需要消耗其他電能[2]。進(jìn)行太陽(yáng)能路燈的安裝時(shí)，不需要外部的線(xiàn)路和電源，也不需要鋪設(shè)電線(xiàn)管道。

就目前而言，太陽(yáng)能燈具的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但是太陽(yáng)能路燈在光效、功率以及使用壽命上存在一些問(wèn)題，比如說(shuō)，施工現(xiàn)場(chǎng)，太陽(yáng)能路燈在某些區(qū)域還是不能滿(mǎn)足照明的要求，光線(xiàn)的覆蓋范圍較窄，一般在6-7米左右，超出七米之后會(huì)變得昏暗不清，而且亮度也不均勻。但是在建筑系統(tǒng)中的應(yīng)用卻越來(lái)越廣泛，比如說(shuō)太陽(yáng)能草坪燈、太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能庭院燈以及太陽(yáng)能地下停車(chē)場(chǎng)燈等。

以合肥瑤海區(qū)某工程為例，合肥地區(qū)太陽(yáng)能輻射總量只有4200-5000MJ/m2。年平均日照在1941-2257小時(shí)左右，太陽(yáng)能輻射總量大約在4126-4598J/m2。該工程的居住區(qū)內(nèi)道路分為小區(qū)路、樓棟之間的小路、組團(tuán)路、居住區(qū)道路四級(jí)。其中居住區(qū)道路的紅線(xiàn)寬度不低于20米；小區(qū)路的路面寬度是在6-9米左右，組團(tuán)路的路面寬度在3-5米左右；樓棟之間的小路路面寬度不低于2.5米。對(duì)于該工程的住宅區(qū)小區(qū)路的太陽(yáng)能路燈布置，該工程采取每20米進(jìn)行一個(gè)路燈布置，而且是同側(cè)布燈。由于組團(tuán)路寬為五米，宅間小路的寬度是三米，所以該工程的小區(qū)戶(hù)外環(huán)境設(shè)計(jì)為庭園式，庭園式的照明就可以作為景觀，又可以發(fā)揮出室外照明的飾景功能，可以消滅照明死角，方便人們活動(dòng)。經(jīng)過(guò)相關(guān)工作人員的測(cè)量，該小區(qū)的平均照度等于7.2lx，和《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定相對(duì)照，超出了平均照度5lx的要求，所以能夠滿(mǎn)足該小區(qū)的道路照明。另外照明的平均寬度等于0.33cd/m2，也滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定。

從經(jīng)濟(jì)性的層面來(lái)看，太陽(yáng)能路燈是清潔能源，單個(gè)路燈就是小型發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電能的自供自給，所以太陽(yáng)能路燈不需要外部線(xiàn)路和電源，也不會(huì)進(jìn)行電線(xiàn)管道的鋪設(shè)。然而，太陽(yáng)能路燈的造價(jià)還是比較高，主要原因是受到太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)換效率以及生產(chǎn)成本、蓄電池技術(shù)等的影響。因此，就產(chǎn)品本身來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能路燈的造價(jià)相對(duì)較高，但是在運(yùn)行費(fèi)用方面，普通燈具要高于太陽(yáng)能燈具，而且只會(huì)越來(lái)越高；相對(duì)來(lái)說(shuō)太陽(yáng)能燈具的安全性比較高，很少會(huì)出現(xiàn)安全隱患；在壽命方面，太陽(yáng)能燈具也比普通燈具的壽命高很多[3]。該工程使用的太陽(yáng)能路燈一共有33套，每套單價(jià)5600元，該地區(qū)的普通路燈造價(jià)是2700元每套，還要包括其他的一些電費(fèi)、維護(hù)費(fèi)用以及配套費(fèi)用。太陽(yáng)能路燈的初期投資高出普通路燈的95700元，從資金的時(shí)間因素來(lái)考慮，根據(jù)投資回收期的原理，太陽(yáng)能路燈回收期為9.5年，而且太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)不需要外力輔助，一年節(jié)省電費(fèi)1.6萬(wàn)元，性能穩(wěn)定，安全性高，完全可以在回收期內(nèi)收回太陽(yáng)能路燈的成本。由此可知，太陽(yáng)能路燈在建筑系統(tǒng)中的應(yīng)用具有很高的經(jīng)濟(jì)性，可行性也很高。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，就目前而言，太陽(yáng)能板在建筑系統(tǒng)中的應(yīng)用大多都是多晶硅太陽(yáng)能電池板；太陽(yáng)能路燈在建筑系統(tǒng)中的應(yīng)用相對(duì)來(lái)說(shuō)比較廣泛，而且經(jīng)濟(jì)性高，可行性高。本文主要介紹了陽(yáng)臺(tái)壁掛式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在建筑系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對(duì)太陽(yáng)能板和太陽(yáng)能路燈在建筑系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行探討，僅供相關(guān)人士參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2]孫峙峰，袁靜，王選，等.太陽(yáng)能新風(fēng)系統(tǒng)在被動(dòng)式超低能耗建筑中的應(yīng)用分析[J].建筑節(jié)能，2016（08）.

[3]李東青.太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在建筑專(zhuān)業(yè)中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].低碳世界，2017（08）.