太陽能系統(tǒng)在建筑系統(tǒng)應用

【摘要】現(xiàn)階段，太陽能系統(tǒng)在建筑中的應用越來越廣泛。本文主要對不同類型的太陽能系統(tǒng)在建筑系統(tǒng)中的應用進行探討。

【關鍵詞】建筑系統(tǒng)；太陽能系統(tǒng)；光伏

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，對能源的需求越來越大，對不可再生能源的消耗也越來越大，能源危機日益凸顯，在這種環(huán)境下，公眾已對環(huán)境問題和能源供應問題的保護意識不斷增強。現(xiàn)階段，利用可再生能源代替不可再生能源實現(xiàn)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展已迫在眉睫。本文主要對不同類型的太陽能系統(tǒng)在建筑系統(tǒng)中的應用展開探討，以期促進太陽能系統(tǒng)在建筑領域的發(fā)展。

1、陽臺壁掛式太陽能熱水系統(tǒng)

太陽能熱水系統(tǒng)主要有陽臺壁掛式（圖1）、集中集熱-分戶儲熱以及組合式太陽能熱水系統(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，采用的太陽能熱水系統(tǒng)是陽臺壁掛平板式。每戶集熱器面積為1.8-2平方米，儲熱水箱體積為100升。

1.1太陽能熱水系統(tǒng)的構(gòu)成

該系統(tǒng)主要使用平板型集熱器，集熱器在陽臺外側(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)膽材料為藍鈦金剛搪瓷，不結(jié)垢、耐腐蝕、壽命長；用水主要是采用頂水式；支架主要采用鍍鋅的角鋼支架，堅固耐用、抗風雪；輔助熱源的電加熱管具有很強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太陽能熱水系統(tǒng)的管道及水箱

太陽能熱水管道及水箱是太陽能熱水系統(tǒng)重要的組成部分，在建筑系統(tǒng)中，由于太陽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，因此其也是太陽能系統(tǒng)在建筑系統(tǒng)應用過程中的重點。

在合肥瑤海某小區(qū)建設工程中，太陽能熱水管道選擇了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到99攝氏度，無水的情況下能夠達到200攝氏度，在出水15米和進水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力和較好的可撓性，安裝便利，保溫效果好，還可以對停泵水錘的破壞力進行部分吸收。在布置管道時，采取的是L型布置模式，屬于伸縮補償，并波紋補償器更為經(jīng)濟實用。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。由于在太陽能集熱器對水進行加熱的過程中會產(chǎn)生水垢，因此還要安裝除垢器，保障整個太陽能熱水系統(tǒng)的正常運行。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。

熱水箱中要同時進行幾項不同的工序，才能利用太陽能對水進行加熱，包括采集太陽能、輸入冷水、輸出熱水，因此在本工程中設置了三個熱水箱，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]。在存儲的過程中，水箱中的熱水會發(fā)生散熱，因此除了在水箱底部設置吸水口之外，還要在側(cè)部增加閥門和出水管，并配合使用配重、繩索和滑輪，通過轉(zhuǎn)動式排水管來進行排水，并在管道上設置溫度表，監(jiān)測出水水溫。為了避免當熱水箱中的熱量較少時產(chǎn)生較大的加熱損失，在熱水箱中要設置浮頂式保溫蓋。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、太陽能路燈

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

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

以合肥瑤海區(qū)某工程為例，合肥地區(qū)太陽能輻射總量只有4200-5000MJ/m2。年平均日照在1941-2257小時左右，太陽能輻射總量大約在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、組團路、居住區(qū)道路四級。其中居住區(qū)道路的紅線寬度不低于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。對于該工程的住宅區(qū)小區(qū)路的太陽能路燈布置，該工程采取每20米進行一個路燈布置，而且是同側(cè)布燈。由于組團路寬為五米，宅間小路的寬度是三米，所以該工程的小區(qū)戶外環(huán)境設計為庭園式，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。經(jīng)過相關工作人員的測量，該小區(qū)的平均照度等于7.2lx，和《城市道路照明設計標準》的規(guī)定相對照，超出了平均照度5lx的要求，所以能夠滿足該小區(qū)的道路照明。另外照明的平均寬度等于0.33cd/m2，也滿足相關規(guī)定。

從經(jīng)濟性的層面來看，太陽能路燈是清潔能源，單個路燈就是小型發(fā)電機，實現(xiàn)電能的自供自給，所以太陽能路燈不需要外部線路和電源，也不會進行電線管道的鋪設。然而，太陽能路燈的造價還是比較高，主要原因是受到太陽能電池板的轉(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)品本身來說，太陽能路燈的造價相對較高，但是在運行費用方面，普通燈具要高于太陽能燈具，而且只會越來越高；相對來說太陽能燈具的安全性比較高，很少會出現(xiàn)安全隱患；在壽命方面，太陽能燈具也比普通燈具的壽命高很多[3]。該工程使用的太陽能路燈一共有33套，每套單價5600元，該地區(qū)的普通路燈造價是2700元每套，還要包括其他的一些電費、維護費用以及配套費用。太陽能路燈的初期投資高出普通路燈的95700元，從資金的時間因素來考慮，根據(jù)投資回收期的原理，太陽能路燈回收期為9.5年，而且太陽能路燈系統(tǒng)不需要外力輔助，一年節(jié)省電費1.6萬元，性能穩(wěn)定，安全性高，完全可以在回收期內(nèi)收回太陽能路燈的成本。由此可知，太陽能路燈在建筑系統(tǒng)中的應用具有很高的經(jīng)濟性，可行性也很高。

結(jié)語：

綜上所述，就目前而言，太陽能板在建筑系統(tǒng)中的應用大多都是多晶硅太陽能電池板；太陽能路燈在建筑系統(tǒng)中的應用相對來說比較廣泛，而且經(jīng)濟性高，可行性高。本文主要介紹了陽臺壁掛式太陽能熱水系統(tǒng)在建筑系統(tǒng)中的應用，并對太陽能板和太陽能路燈在建筑系統(tǒng)中的應用進行探討，僅供相關人士參考。

參考文獻：

[1]李國斌.建筑一體化太陽能熱水系統(tǒng)應用技術(shù)研究[J].門窗，2015（12）.

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

[3]李東青.太陽能熱水系統(tǒng)在建筑專業(yè)中的設計要點[J].低碳世界，2017（08）.