太阳能空气集热系统与建筑一体化应用

1、    太阳能空气集热系统与建筑一体化应用    蒙田 赵雁 敬成君摘 要：太阳能空气集热系统与建筑有机结合，可满足太阳能资源丰富的地区的建筑供暖需求。本文在太阳能空气集热系统运用优势与原则的基础上，分析了太阳能空气集热系统与建筑一体化的主要形式以及优化方法，为建筑节能领域应用太阳能空气集热系统技术提供借鉴，以满足现代建筑节能减排的要求。关键词：太阳能空气集热系统；建筑一体化；优势；原则；优化现阶段，中国建筑能耗约占到全国总量的20%，与发达国家比仍相对较低1。随着生活水平的逐渐提高中国建筑能源需求量还会增加，因此对既有建筑以及新建建筑来说太阳能空气集热

2、系统的利用将会极大地减少建筑化石能源的消耗，具有可观的经济效益与节能效果。1 我国太阳能资源分布状况我国具有比较丰富的太阳能资源，按照接受辐射量的大小，大体分为五类地区，其中一、二、三类地区的年日照时数均大于2000小时2，对太阳能空气集热系统有很好的适应性，如果将其与建筑墙面或者屋顶结合，无疑有很大的节能潜力。2 太阳能空气集热系统应用于建筑的优势太阳能空气集热系统重量轻、结构简单，无需额外的用地，能有效利用空间；太阳能空气集热系统以空气作为介质不存在冻结问题且空气不会腐蚀集热系统和管路，即使有少量泄露，对系统运行的效率也不会产生较大的影响3；太阳能空气集热系统利用太阳能发热，据估计10m2

3、的太阳能空气集热系统一年能减轻一吨的碳排放量；太阳能空气集热系统如果作为模块化安装，其生产周期短、成本低、运用方便灵活，可根据建筑的热负荷任意变更，若前期有设计不当，在建筑运营后也可再增减集热系统的面积进行补救4。3 太阳能空气集热系统应用的原则（1）材料选用上要选择绿色环保的材料，同时在太阳能空气集热系统使用的过程中，要提高系统使用的安全性 5。（2）地域选择上要设立在太阳能资源丰富的地区，让太阳能空气集热系统常年能够稳定的运行。（3）太阳能空气集热系统的设计要配合建筑的外立面，做到与建筑外立面协调统一，又不失节奏与韵律6。4 太阳能空气集热系统与建筑一体化的形式如图1所示，与建筑屋顶一体化

4、的太阳能空气集热系统主要由盖板层、吸热板、空气流道、金属框架、风机等组成。在应用中主要分为与建筑平屋顶、坡屋顶两种结合形式。室外冷空气在风压热压的作用下通过空气入口进入空气流道内吸收吸热板的热量后再送入室内房间。设计过程中除了要满足供暖需求外还需要集热系统的重量在屋顶能承受的荷载范围内。图1 与屋顶一体化的太阳能空气集热系统示意图建筑南向立面往往有很多面积可利用，在冬季建筑立面上的太阳辐射强度甚至是水平面的1.5倍7，因此太阳能空气集热系统与墙面结合有很大的供暖潜力。如图2所示，太阳能空气集热系统与建筑墙面结合时通常采用渗透式系统，其主要由渗透式玻璃盖板或渗透式金属板材盖板、吸热板、空气流道、

5、支撑结构、建筑既有墙面、风机等构成。室外冷空气在风压热压的作用下通过渗透盖板进入空气流道内吸收吸热板的热量，而后热空气通过通风机组的作用被分配至所需要供暖的房间，实现节能的目的，多余的热量则被储存于墙面能够供夜间使用。4.1 太阳能空气集热系统与坡屋顶一体化坡屋頂主要在中国传统建筑、农村建筑、别墅等建筑中比较常见，由于建筑体量较小，需要的太阳能空气集热系统面积也比较少，安装几个平方米的集热系统通常能够满足建筑采暖的需要，如图3（a）所示安装在坡屋顶上的太阳能空气集热系统与水平面有一定的角度，能更好的接受太阳辐射。图2 与墙面一体化的太阳能空气集热系统示意图4.2 太阳能空气集热系统与平屋顶一体

6、化平屋顶在公共建筑、住宅、公寓等建筑中较为常见，建筑供暖需求量大，屋顶可利用的空间多，因此平屋顶的太阳能空气集热系统通常采用并联的方式如图3（b）所示。由于建筑高度较高，在应用时要考虑风荷载的影响，对于严寒、寒冷等地区因其积雪的可能性较大需将集热系统倾斜一定角度放置。a集热系统与坡屋顶结合 b集热系统与平屋顶结合图34.3渗透式玻璃盖板集热系统与建筑墙面一体化渗透式玻璃盖板集热系统可根据建筑设计的需要选用不同颜色的玻璃盖板， 如图4（a）所示其与建筑一体化后的效果类似于玻璃幕墙，能更好的与建筑融为一体不破坏建筑本身的风格与质感，又能与整个建筑体量形成统一对比的关系能更好的提升城市整体环境，满足

7、审美需求，因此渗透式玻璃盖板集热系统常用于公共建筑与居住建筑。4.4渗透式金属板材集热系统与建筑墙面一体化工业建筑大多用作生产加工，对实用性的要求很高，对建筑外观的美学需求较为次之8，因此渗透式金属板材集热系统因其造价低廉，结构简单则更适用于工业建筑如图4（b）所示，其安装时先固定槽钢、限位卡、防水板、滴水板的位置，而后将型钢固定于限位卡上，最后将金属渗透吸热板安置上去，虽然黑色金属板材的使用效率最高，金属板材还是可根据建筑的需要选用不同的颜色。a玻璃盖板渗透集热系统 b金属板材渗透集热系统图45 太阳能空气集热系统与建筑一体化的优化原则（1）太阳能空气集热系统通常南向布置，因此在建筑的规划设

8、计时，应充分考虑南向墙面和屋顶空间的利用，增加南向墙面的面积为太阳能空气集热系统留足安装空间。（2）对布置于屋顶的集热系统而言，集热系统在不同的地区会有不同的最佳倾斜角度，因根据该地区的经度和纬度以及气候特征来决定太阳能空气集热系统的倾斜角度。（3）为了增加集热系统的工作效率，在盖板材料上尽量选透过率较高、抗冲击、耐紫外线辐射的材料9。（4）在阴天的气候条件下，太阳辐射强度较低，集热系统提供的能量可能小于建筑的热损失，此时应该提供其他热源联合运行。6 结论建筑能耗在我国总能耗占较大的比例，节能空间也很大，因此太阳能空气集热系统与建筑一体化具有显著意义。在此背景条件下，本文分析了太阳能空气集热系

9、统与建筑一体化的优势与原则，总结了太阳能空气集热系统与建筑一体化的可行方式与优化方式。本文可为既有与新建建筑提供节能改造参考，实现更好的经济和环境效益。参考文献1王峥与任毅.我国太阳能资源的利用现状与产业发展j.资源与产业，2010，（02）：89-92.2沈义.我国太阳能的空间分布及地区开发利用综合潜力评价j.2014，兰州大学：95.3 葛新石，叶宏.太阳空气加热系统漫谈j.太阳能，2003，（1）：13 -14.4褚玉芳与沈辉.建筑节能催生光伏建筑一体化j.工业建筑，2008，（06）：12-15.5彭伟清.太阳能技术在建筑设计中的应用分析j.建筑技术开发，2017，（17）：13-14.6杨洪波.浅谈建筑外立面设计的趋势和方法j.中国房地产业，2015，（09）：54.7刘建与李振海.住宅建筑南立面太阳能集热可能性分析j.能源技术， 2009，（01）：