本文在對西北嚴寒地區(qū)邊防哨樓太陽能采暖設計中，將主動式、被動式采暖方式結合起來，設置與哨樓使用功能相協(xié)調的陽光間，采用平板型空氣集熱器。計算預測了冬季五個月的室內月平均氣溫。結果表明，方案設計可行，能達到預期目標。

　　1.項目概況

　　我國西北邊疆、冬季十分寒冷。邊防哨樓地處邊境線上，遠離城市，水、電供應缺乏，自然環(huán)境惡劣。邊防哨樓主要供邊防戰(zhàn)士觀察、暸望，其結構型式獨特。在這樣的特殊條件下，希望通過太陽能有效利用，改善邊防民戰(zhàn)士艱苦的生活、工作條件。本文對新疆北部邊防哨樓太陽能采暖系統(tǒng)設計特點進行了初步的分析探討。

　　2.氣候特點及哨樓建筑特點

　　我國西北新疆地區(qū)冬季長，且十分寒冷。以天山為界，北疆為溫帶大陸性干旱半干旱氣候，南疆為暖溫帶大陸性干旱氣

　　候。降雨稀少，上溫差、日溫差極大。一月份平均氣溫按全太陽能采暖氣候區(qū)劃劃分，新疆屬適宜區(qū)；按太陽能采暖節(jié)能氣候區(qū)劃劃分，新疆僅次于青藏高原屬次佳區(qū)。在缺乏條件的寒冷的新疆邊境哨樓上，采用太陽能采暖來改善室內熱環(huán)境，同時節(jié)約能源，具有特別重大的意義。

　　哨樓為一高度20米的四層建筑，建筑平面為邊長2米的八邊形結構。一、二、三層高5.6米，使用面積為3×17.44㎡，四樓為觀察室，層高3米，使用面積12.8㎡，該觀察室為戰(zhàn)士站崗工作場所，即我們的采暖房間。

　　3.太陽能采暖方案選擇

　　太陽能采暖建筑一般可分為主動式和被動式兩大類

　　被動式太陽房是通過建筑獻身和周圍環(huán)境的合理布置，內部矛盾空間和外部形體的巧妙處理，建筑材料和結構、構造的恰當選擇，使其在冬季能集取、保持、貯存、分布太陽熱能，從而解決建筑物的采暖問題。被動式太陽房是一種讓陽光射進房屋、并自然地加以利用的途徑。它不需要或僅使用很少的動力和機械設備，幾乎沒有什么運行費用，幾乎沒有任何風險。

　　主動式太陽房是以太陽能集熱器、管道、散熱器、風機或泵、貯熱裝置等組成的強制循環(huán)的太陽能采暖系統(tǒng)。其控制調節(jié)方便、靈活。但一次投資高，維修管理工作量大，技術較復雜，且仍要耗費一定量的常規(guī)能源。

　　哨樓所處地區(qū)十分寒冷，僅靠被動式太陽房集熱、蓄熱，難以使室內溫度達到一定的居住要求。增設主動式太陽能采暖方式，可以最大限度地利用太陽熱能。在主動式采暖系統(tǒng)的設計上，盡量利用自然循環(huán)壓頭，少用電能。并且，因為主動式采暖系統(tǒng)調控靈活、方便，可能實現(xiàn)主、被動部分同時或單獨工作，或機械循環(huán)或自然循環(huán)工作方式。被動式采暖系統(tǒng)的設計主要考慮在與哨樓特殊的建筑構造和使用功能相適應的基礎上，提高太陽能的利用率。

　　4.被動式太陽能建筑

　　二十米高的哨樓建筑，只有四樓觀察室需要供熱，其建筑結構型式本向具有較好的集熱條件，應充分加以利用。同時，對觀察室建筑材料、平面隔斷重新選擇、設計，在四樓觀察室采暖房間外墻、頂棚、地面作保溫設計。保溫層采用100mm厚巖棉板。在觀察室南側設置陽光間，隔斷墻將觀察室與陽光隔開。見圖1.隔斷墻為240mm厚磚砌成。上部開2500×800㎡在孔既作為采光，遼望窗，也是白天熱空氣流入的通道。該孔可做玻璃窗，但日出時必須開窗；墻下部開300×200㎡循環(huán)孔，該孔可與鳳管孔洞結合起來。

　　陽光間三面墻采用雙層玻璃墻，有一人雙層玻璃門，玻璃墻外設夜間保溫活動裝置，陽光間地面為蓄熱體，其與觀察室地面采用不同構造，其在地面樓板上鋪100mm碎石混凝土，水泥抹面。

　　白天，陽光透過陽光間玻璃層，一部分可直接進入采暖房間，一部分被陽光間地面和隔斷墻吸收轉換成熱量貯存起來，然后通過熱空氣循環(huán)和墻體的熱傳導進入采暖房間。

　　5.主動式太陽能采暖系統(tǒng)

　　太陽能集熱器有平板型庥熱器和聚光型集熱器兩種。對于僅僅以供熱為目的的采暖系統(tǒng)來說，采用平板型低溫集熱，可簡化系統(tǒng)，減少散熱、節(jié)省投資。安裝、運行、管理均比較方便。同時平板型集熱器由于新材料新技術的發(fā)展，可使集熱效率和集熱溫度大大提高，將來也可用于太陽能制冷。

　　一般，采用水式集熱的應用較多，方法、設備也較成熟。我們詳細比較了水式集熱和空氣式集熱的優(yōu)缺點。一般說來，空氣式集熱器要便宜些，而且不存在凍結、腐蝕等問題。在嚴寒地區(qū)，凍結問題是非常突出的問題。所以無凍結這一優(yōu)點就顯得特別有意義。但由于空氣的密度、比熱均比水小很多，對收集同樣的熱量，空氣式所需要的循環(huán)動力、風道、蓄熱體均比水工大許多，相應地增加了造價。

　　水式系統(tǒng)一般采取一些防凍措施來防止凍裂發(fā)生。對于西北邊疆嚴寒地區(qū)，室外氣溫連續(xù)長時間處于冰點以下。防凍問題異常嚴峻。若采用乙二醇鹽水溶液，要使冰點下降到-30℃，乙二醇重量百分比將達50%左右。

　　從系統(tǒng)經濟性、可靠性、集熱效率多方面綜合分析比較，最后我們設計選用平板式空氣集熱系統(tǒng)，從根本上解除冰凍的危害。而在系統(tǒng)設計上，注意盡量避免或減少空氣集熱系統(tǒng)的不利影響。

　　集熱器安裝在三樓南立面墻外的陽臺上，集熱器上部風口接風管，下部風口接回風管。風管在陽光間地板面穿孔通過樓

　　層，采用卵石床蓄熱，蓄熱器斷面為500×750mm，高度為1500mm，安裝在觀察室內東南角處。

　　6.室內熱環(huán)境預測

　　在太陽房無其它輔助熱源情況下，通過面積為4.64㎡的陽光間和4塊1×1.5㎡平板型空氣集熱器集熱供熱共同作用，我們對室內可達到的空氣溫度進行了預測。

　　式中：Ta：月平均室外氣溫，℃；

　　SM1：被動部分月有效得熱量，KJ；

　　SM2：主動部分月有效得熱量，KJ；

　　M：每月天數，d；

　　Qob：通過其它圍護結構得熱量，由圍護結構熱工計算得出，KJ/d；

　　Qin：由室內照明，人等產生的熱量，室內按一人常住活動，Qin=10368KJ/d；

　　MLC：房間凈負荷系數，由熱工計算得出。其NLC=4815KJ/d℃

　　預測計算結果列于表1。

　　表1室內溫度預測計算表

　　由預測結果可知，在太陽輻照最不利的12月份，可使室內氣溫比室外氣溫提高15℃，在輻照最好的2月份，可提高

　　24.1℃。依靠太陽熱能采暖，極大地改善了室內熱環(huán)境。但由于室外氣溫太低，例如最冷的一月份平均室外氣溫為-17℃，致使12月、1月份室內氣溫僅能達到0.9℃，1.6℃，仍較低。這說明在極嚴寒的地區(qū)，僅靠太陽能采暖而無其它輔助熱源措施，是很難達到民用建筑采暖室內溫度要求的。如果要進一步改善生活工作條件，達到采暖設計目標，必須增設其它輔助熱源。

　　7結論

　　7.1針對邊防哨樓地處嚴寒地區(qū)的特點，創(chuàng)造性地提出了被動式和主動式相結合的采暖方法，極大限度地利用太陽熱能。

　　7.2采用空氣式吸熱系統(tǒng)，徹底避免了凍裂的危害，為嚴寒地區(qū)太陽能采暖設計開拓了新思路。

　　7.3在哨樓八邊形平面結構建筑中，巧妙地設計了陽光間，達到與建筑的和諧統(tǒng)一。

　　7.4經過預測計算，通過主、被動式太陽能采暖系統(tǒng)供暖，可使室內氣溫比室外氣溫提高15-25℃，居住條件大為改善。

　　7.5因室外氣溫太低，在最冷月時室內氣溫只能達到1℃左右，在極嚴寒地區(qū)，僅靠太陽能采暖很難達到民用建筑采暖室內溫度要求。