摘要：在我国的北方地区，由于气候普遍比较寒冷，人们对于采暖有着较高的要求。随着可持续发展理念的深入人心，人们在采暖等方面在不断地探索新的清洁型能源。太阳能作为一种可再生的清洁型能源，已经被应用到社会的诸多领域，在采暖系统中同样可以发挥应有的作用。本文拟对太阳能建筑采暖系统槽式复合多曲面聚光器性能进行研究，探索其工作的方法并努力提高其工作效能，以期为改进和提高采暖系统能源供应水平提供有价值的参考。
关键词：太阳能建筑；采暖系统；槽式复合多曲面聚光器；性能研究
在我国的大多数地区尤其是北方地区，气候长期处于寒冷的状态，人们对于采暖的需求十分巨大。传统的采暖系统，其能源来源主要是煤、石油等化石能源，虽然具有成本相对低廉、系统运行比较稳定等优势，但热能的利用率十分低下，而且容易造成非常严重的环境污染，尤其是雾霾问题，严重的雾霾天气已经严重影响到人们的日常生活并对身体健康产生威胁，且在节能环保降耗等方面完全不符合国家的政策和社会发展的需要。“煤改电”，“煤改气”等清洁供暖技术得到了高度的重视，但由于我国天然气供应量不足，大量依赖进口，且我国冬夏季天然气峰谷差距大，易出现“气荒”现象。天然气难以充分保障所有地区的采暖能源供应，并且许多家庭的经济条件也不能支撑天然气的长期使用。直热式电锅炉供暖不仅增加了电网负荷，且高峰电力价格昂贵，增加了供暖系统的运行费用。因此，有必要加强对太阳能等新能源的研究利用，建构科学合理且经济实用的新能源建筑采暖系统，使太阳能得到充分的收集和利用，从而保障人们生活质量的提升和生态环境的保护。
一、太阳能建筑采暖系统的基本概况
（一）太阳能建筑采暖系统的原理和组成部分
太阳能建筑采暖系统，是现代建筑采暖系统能源供应的重要变革，通过太阳能集热器，将清洁、无污染的太阳能加以吸收，将太阳能转换成热能，将所得的热量通过传热工质传递，供给建筑物冬季采暖和其他用热系统。从当前太阳能采暖系统的研究和生产情况看，该系统的主要组成部分有太阳能集热系统、控制系统、末端供暖系统、蓄热系统、连接管道、泵或风机以及其他辅助热源等。
（二）太阳能建筑采暖系统的工作类型
太阳能采暖系统主要可以分为两种形式，即主动式和被动式。其中，被动式太阳能采暖是通过建筑朝向和周围环境的合理布置，以及建筑材料和结构的恰当选择，建筑物在冬季能够充分吸收和贮存太阳辐射能，从而达到建筑采暖的目的。被动式太阳能采暖系统实际上是借助建筑设计及物理学方面的原理进行结构设计，从而实现对太阳能的直接利用，其热量变化波动大，换热效率低，保温效果较差，但结构简单、廉价、易于管理。而主动式太阳能采暖系统是指将传热工质，例如空气或者水等介质，通过太阳能集热器输送到蓄热器或采暖房内。与被动式太阳能采暖相比，主动式太阳能采暖系统需要生产专门的设备甚至要组建一整套太阳能收集和利用系统，通过相关的设备将太阳能转换成为热能或者电能，从而实现对太阳能的间接利用，其热量变化波动小，换热效率高，保温效果好，但基建投资大，系统复杂，管理困难。而本文所研究的太阳能建筑采暖系统，就是指主动式太阳能采暖系统。
二、槽式复合多曲面聚光器在太阳能采暖系统中的性能研究
在太阳能建筑的采暖系统中，太阳能集热器毫无疑问是整个系统的核心所在，也是太阳光热得以被太阳能系统设备获取的关键环节。目前，太阳能集热器有平板集热器、槽式复合多曲面聚光器、全玻璃真空管集热器等多种类型，其中槽式复合多曲面聚光器的集热品位比其他集热器要高得多，并且集热的温度范围相对比较宽泛，对于跟踪的精度没有太高的要求，而且还可能对一些散射的光源进行收集，从而具有较高的实用性能。
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（一）槽式复合多曲面聚光器的基本优点
槽式复合多曲面聚光器集热系统，通常被安装在建筑屋顶的平面区域，通过多个槽式复合多曲面聚光器进行串联或者并联的方式，共同组建成为一个集热的单元，通过聚光器对太阳光能进行充分的吸收，然后转化成为热能并导入太阳能供热系统的内部进行热量和能源的供应。
槽式复合多曲面聚光器主要具备三大优点：第一，该系统的集热温度非常高，工作效率非常快，能够在相对比较短暂的时间内对系统内的储热水箱进行升温，使水箱内部的水温很快达到供热所需的限度，从而保证了采暖系统能够在绝大多数的气候情况下实现全天运行；第二，该系统所运用的聚光设备可以进行立体化光源接收和采集，不需要像平板聚光器一般对太阳进行实时跟踪，从而减少了聚光器的功能需求和部件设置，一旦安装固定后即可以正常使用，不需要安排人员进行值守或者定期调整，在运行维护方面也可以实现简易化；第三，该系统的导热介质使用的是导热油，可以有效地防止因系统内外温差的巨大差异造成管道炸裂等故障，从而保障系统的质量和运行安全。
（二）槽式复合多曲面聚光器的特性分析
太阳能的利用可以追溯至上个世纪，人们在建筑工程、生产制造、交通运输等多个领域都尝试了太阳能的采集和利用，从实践情况看，由于太阳能的辐射能量相对较低，直接对太阳能进行利用，很难得到比较高的集热温度，导致太阳能的采集量偏少、利用效率偏低，这也是太阳能利用的重要难点。而运用槽式复合多曲面聚光器，可以充分发挥该系统的光学特性，在忽略玻璃真空管外管透射率、翅片式接收体吸收率以及铝板反射率随入偏角变化前提下，采用基于蒙特卡洛法的光学仿真软件LighTools对聚光器内光线进行追迹，进而统计出入射光线的位置方向，最终得到接收体表面的能流密度及接收光线能量。通过反复的实践检验和理论测算，我们发现槽式复合多曲面聚光器可以采集到高密度的光能，从而获得非常高的集热温度，保障采暖系统的长期稳定运行。
（三）槽式复合多曲面聚光器的免跟踪分析
槽式复合多曲面聚光器的特性当中，最为突出是即为较低的跟踪精度要求，指的是该系统一旦投入使用后，不需要像其他聚光器那样时刻保持对太阳的跟踪，无论太阳高度和角度如何变化都不会对聚光效果产生明显的影响。根据实践研究表明，当太阳光进入直射状态时，入射的偏角即表现为零度，此时聚光效率和光线的汇聚率都达到了最大的状态。这一点，无论是槽式复合多曲面聚光器还是平板聚光器等都基本是同样的效果。
然而，随着太阳的上升或者下降，其高度和角度时刻都在发生着变化，此时平板聚光器必须要借助专门的运动部件进行对日跟踪，才能确保对太阳光能的最大程度采集。而槽式复合多曲面聚光器并没有安装跟踪装置，而是借助其自身的特有结构，对光能进行尽可能地采集。经过实践和计算发现，当太阳光的入射偏角发生变化时，槽式复合多曲面聚光器的聚光效率和光线汇集效果也会发生相应的变化，呈现出负相关的关系。即当入射偏角达到十度时，该系统的光线汇聚率仍然能够有55%之多，基本可以满足冬日采暖系统的正常使用，因而具有较高的经济实用性和维护简便性。
三、结束语
目前，我国乃至全世界都面临着严重的能源危机，与此同时，太阳能等新能源的利用技术仍然存在着诸多问题，如何实现经济建设的可持续发展，是当前乃至今后一段时期的重要议题。当然，我们不可否认太阳能采暖系统是建筑领域未来发展的必然趋势，特别是随着国家扶持力度的不断加大、相关技术的不断成熟和市场竞争的日趋激烈，太阳能建筑采暖系统的构建与完善将日趋成熟，并且有着十分广泛的应用前景。建筑单位及相关企业都应当紧跟时代发展潮流，不断探索太阳能建筑采暖系统的科学合理使用，从而有效提升企业的市场竞争力，促进太阳能建筑采暖技术的快速发展。
参考文献：
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论文作者:赵峥峥
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
标签：太阳能论文; 曲面论文; 采暖系统论文; 系统论文; 建筑论文; 采暖论文; 偏角论文; 《基层建设》2019年第2期论文;