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太阳能采暖30年探索

信息来源:nooeoo.com  时间:2009-10-27  浏览次数:362

  太阳能采暖是个老课题,也是几代人梦寐以求的目标。经过我们对三北地区29个城市的调研,实践证明,利用太阳能采暖是完全可行的,实现太阳能采暖已不是梦。
  我国是太阳能资源十分丰富的国家,有三分之二的国土面积年日照量在2200小时以上,年辐射总量大约在每年3340~8360MJ/m2,相当于110~335kg标准煤/m2。在取暖费用猛增、能源危机、环境恶化的情况下,利用太阳能这个免费的能源采暖、降温真是雪中送炭啊!
  清新的空气、绚丽的阳光、洁净的水源、舒适的环境,达到人与自然和谐的一个重要载体就是利用太阳能为主的生态房。这种房屋以多层为主,5~6层可满足大部分城市需求,二层半是农村、江河湖海边、分散居住、远离管网的别墅型房屋的最佳用能方案。1981年,通辽北方能源研究所向国家科委承诺要研究一种“技术先进、就地取材、降低造价、操作简便、运行安全”的配套设备,解决农村困扰老百姓“夏天房子漏、冬天屋子冷”的难题。该所历经30年对太阳能事业的努力与执着,技术不断创新,如今已设计完成针对不同群体的新型太阳房,让千家万户都能用上清洁的太阳能。
技术实践
  从上世纪70年代末,清华大学、天津大学、北京太阳能研究所从事太阳房研究,我们参与了实践,并于1981年承担了国家科委科研项目“半地下太阳房”(国科发1981-366号),与上述单位在太阳房、真空管热水器、平板铝翼集热器诸方面进行了合作,中国建研院、天津大学三次派人来通辽考查测试。著名太阳能专家原中国太阳能学会常务理事王荣光教授、郑瑞澄研究员、肖显明高工都曾亲临现场指导。
  1978年在通辽清真一委建窗前温室,并盖了一座25m2太阳房,其地下深度1.5米,由于墙体不保温,昼夜温差大,不适宜居住。
  1981年承担国家科委半地下太阳房项目,1984年经中国建研院和天津大学两次各72小时测试,运行效果良好,室外低温-15℃,室内12℃~16℃。

   1987年清真地上太阳能楼600m2、中部420m2,测试发现运行平稳,并引入“热稳定性”概念,即室内温差与室外温差之比,卧室客厅在室外昼夜温差变化35℃的情况下,室温变化在7℃以内。有一间北卧室8m2,只利用窗前温室取暖,在没有任何辅助热源的情况下,测试记录72小时,室温变化在2℃以内(13.5℃~15.5℃)。究其原因,外墙50cm厚,外面还有阳台封闭共三层玻璃,保温好,这座房中间有一个卧室,温度变化在17℃~24℃之间。由此可以得出结论:房屋保温好,是以太阳能为主达到取暖目标的先决条件。
  墙体保温开始用42空心墙内填粉煤灰、珍珠岩,内墙用牛粪抹3公分,当时苯板很贵,造价太高不适用,现在苯板造价很低普遍采用,根据不同纬度可用不同厚度的保温板,一般按北纬40°以南用5cm厚,40°~45°地区用6cm厚,45°以上地区用7cm厚。
  1998年,在通辽高林屯牧场建地火龙太阳房,室内温度舒适。
  2003年,承压壁挂太阳能热水器研究成功,并在北纬46度地区经受了严寒考验,分体壁挂太阳能为主动太阳房提供了有利手段。???
  2004年,开始对长城内外三北地区城市秦皇岛、锦州、包头等29个城市进行调研,发现这些地区适合1234工程(1台水箱、2种热源、3项功能:冬采暖、夏降温、全年供热水,日供光电4kWh),而且对冬季取暖比对夏季降温要求更为重要,适宜开展以太阳能为主的新能源建筑的推广。
  2006年,河北试点房300m2保温太阳房,水源热泵辅助太阳能热水,室外10℃~-15℃,室内保持17℃~20℃,达到国家标准要求。
  2009年,设计河北青县改建民宅主动式太阳房(南立面图)。
  以上实践可总结四条经验教训供借鉴参考:第一,调整房朝向,尽可能保证偏向东南不超过5度,利于光照;第二,缩小南北进深<10m,增加光照面积;第三,加强房屋、地基、门窗保温,加大墙体保温层苯板厚度达5cm以上;第四,平面布置合理,卫、厕、厨、储藏间、楼梯布置在平面北侧。
  30年来,我们走南闯北,了解了社会各层次消费人群的消费观念,针对国情,结合实际,为了让千家万户能用上太阳能,完成如下4种设计方案:
  1.最普通的百姓民宅可采用窗前阳光间+火炕做辅助热源的被动式太阳房,将房屋稍做改动,便可实现阳光取暖;
  2.小康家庭的民宅可采用窗前阳光间+太阳能集热器的主被动式太阳房设计;
  3.针对别墅型住宅可采用太阳能集热器+地(水)源热泵方式的主动式太阳房方案;
  4.对于类似农村小学、村镇等办公型房屋,可采用窗前阳光间+太阳能集热器或地火龙式太阳房设计。
  总之,把多项技术整合起来,农房、别墅、多层、小高层均可巧妙设计成新型绿色健康的可再生能源建筑,对不同建筑要选取不同的整合方案以适应节能减排的需要。
经济效益
  实现人与自然和谐,建筑是重要载体。时至今日,通过综合技术手段实现这一目标是完全可能的。1981年,该所曾提出“从能源的角度研究建筑”,历经30年的探索终于在现在的社会经济和技术装备条件下,取得了新的成果。
  1.既有房改造123工程:在已经实现供暖一户一阀控制的地区,将中间房(非底层有光照6小时)稍加保温改造即可安装此设备。以通辽地区100m2住宅为例,初装费、暖气片、管道、工时费为25000元。这一套以太阳能为主的取暖设备包括一台储热水箱,两种热源(太阳能和辅助热源热泵),三种功能:冬采暖、夏降温、全年供热水。根据原房不同条件,选取不同方案,加强保温是关键。
  2.新建房1234工程:1台水箱、2种热源、3项功能、日供电4kWh。对于新建房而言,如果由能源工程师首先提出技术方案,建筑工程师按国家相关标准进行环保造型规划、预算,省出的费用足够太阳能设备的投资了。两种方案对比,1234太阳能取暖方案节省资源,少投资金,减少运行费,不必每年支付高额取暖费,对国家、社会、个人都带来了实实在在的效益。简而言之,购买这样的100m2住宅,造价不增,新建筑节约能源费用80%。
  3.农房和别墅:可在上述两方案中选取相关技术,量财、量力而行,可以达到不增投资(按常规预算)节能80%,在设计方案中另加讨论。
建筑设计
  1.平面布置
  一层、二层两套完整住宅,储存间、厨、卫浴、厕、楼梯均置于北侧,地下室置于中间部位,东门进屋,上楼或下地下室。太阳能集热面积,南窗14m2,集热器12m2,总计26m2。储水箱(1.5T)、光伏电源(10m2预留空间,暂不安装)、空气源热泵(1.5kW)、循环泵(80W低噪音)2台、恒温换气机40W或25W一台。
  2.造型及环境设计
  根据周围山、水、林、田、路布局,欲使造型与环境和谐,需请建筑师完成。
  3.工程设计
  根据技术设计要求和造型环境给出的条件,由建筑工程师完成结构、土建、电气、采暖通风、热泵埋管、给排水、地下防水、雨水收集、中水处理、沼气池等项设计,由相应专业人员参与出图。要特别注意各项工程的相互连接、配合,相关要求必须根据国标、部标明确标示在统一的图纸上。
  4.热工设计
  保温屋顶的保温苯板厚10cm,地面8cm,南外墙面5cm,西北东外墙面6cm;地板采暖1418PE管,间距15~20cm,分配器、冷热水管、南阳台里设置地漏,用于洗衣机和空调排水;墙体东、西、北37墙,加保温板,南墙24墙加保温板;地下室基层下布置Φ100PVC空调换热管,每平方米埋设1米,地下室与上层由两个Φ120PVC塑料通风管相通;两侧房间可用多角型,利用东南、西南向光照,早晨升温快,下午降温晚,增加太阳能直接吸热延长取暖时间;玻璃要求热合、双层、中空,折页开启,加强密封,严查质量。
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