被动式太阳能采暖光伏电站机房
党建国
（青海新能源集团有限公司
摘
西宁810008）
要：被动式太阳能采暖光伏电站机房是一种特殊的节能建筑。机房内电气设备对运行环
境温度有一定的要求，蓄电池室是光伏电站机房的核心部分，环境温度对蓄电池的充放电性能和效率至关重要。被动式太阳能采暖光伏电站机房的应用是保证电站设备正常运行的最有效途径和最佳选择，其建设成本比当地常规建筑增加投资20%左右，机房最冷月平均室温＞3.5℃，最低瞬时最低室温＞-6℃，完全满足蓄电池设备的工作环境温度要求。
关键词：被动式；太阳能；节能建筑；机房；设计
PassiveSolarEnergyHeatingEquipmentRoomof
PhotovoltaicPowerStation
DangJianguo
（QinghaiNewEnergyGroupCo.,Ltd.
Xining810008）
Abstract：Passivesolarenergyheatingequipmentroomofphotovoltaicpowerstationisaspecialkindofenergy-savingbuilding.Theoperationofelectricalequipmentshascertainrequesttotheenvironmenttemperature,batteryroomisthecorepartofphotovoltaicpowerstationequipmentroom,thetemperatureofenvironmentplaysaverykeyroleonthebatterychargeanddischargeperformanceandefficiency.Theapplicationofpassivesolarenergyheatingequipmentroomofphotovoltaicpowerstationisagoodchoiceandaefficientpathtokeepthestationoperatingnormally.Itincreasesabout20%constructioncostthanthelocalconventionalbuildinginvestment,theaveragetemperatureofequipmentroominthecoldestmonths＞3.5℃,thelowestminimumroomtemperature＞-6℃,itcompletelymeettheenvironmenttemperaturerequirementsofbatterywork.
Keywords：passive；solarenergy；savingenergybuilding；equipmentroom；design
被动式太阳能采暖光伏电站机房是一种特殊的节能建筑，光伏电站机房中控制器、逆变器、蓄电池、柴油机等电气设备均对工作环境温度有相应的要求和限定，尤其是蓄电池对工作环境温度的要求更加严格，环境温度决定着蓄电池的充放电性能与效率，因此，蓄电池室是光伏电站机房中的核心部分。
蓄电池室的确定应根据电站负荷、蓄电池容量、蓄电池种类、尺寸、摆放方式、蓄电池间距，考虑蓄电池安装、维护空间，结合太阳采暖建筑的特点加以确定。与此同时考虑控制室内各种控制设备能合理布置并正常运行。
被动式太阳能采暖光伏电站机房应该同时满足《被动式太阳房技术条件和热性能测试方法》（GB/T15405-2006）、《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）标准要求。
其设计应本着尽量多的吸收和储存太阳能，
减少建筑物的耗热损失为原则。
图1被动式太阳能采暖光伏电站机房
Fig.1PassiveSolarEnergyHeating
EquipmentRoomofPhotovoltaicPowerStation
被动式太阳能采暖光伏电站机房的应用可保证电站机房内电气设备的正常运行并延长其使用寿命，是实现光伏电站机房采暖的一种最佳采暖形式和最有效途径。
1光伏电站机房采暖方式选择
青海省地处青藏高原东北部，地势海拔高，空气稀薄，干燥少云，干旱少雨，日射强烈，日照充足，是我国太阳能资源最为丰富的地区之一，有很好的太阳能利用开发条件。青海全省总的太阳辐射分布趋势是西高东低，由柴达木盆地向东向南，年太阳辐射量逐渐减少。青海南部高原绝大部分地区年太阳辐射量在6400MJ/㎡以下。
青海省无电地区均地处严寒地区，年最冷月平均气温为-6.5℃～-17.6℃，极端最低温度可达-40℃以下。为了保证冬季蓄电池的正常运行，确保蓄电池及其它电子元件工作在-15℃～45℃的环境；考虑到交通偏远，供热常规能源匮乏，价格昂贵；这些地区太阳能资源丰富，年总辐射量5800MJ/㎡～6670MJ/㎡，年日照时数2300小时～2670小时。因此，光伏电站机房确定采用被动式太阳能采暖方式。
被动式太阳能采暖光伏电站机房的设
计温度确定是以蓄电池的高效工作和安全为依据。蓄电池的充放电效率受工作环境温度影响较大，不同的温度范围内充放电效率不同，正常状态下蓄电池的使用温度为25℃为最佳。针对青藏高原资源和地域特点综合考虑，蓄电池的最低工作使用环境温度确定为大于0℃，最低安全使用环境温度确定为大于-10℃。2
光伏电站机房建筑布置
太阳能采暖光伏电站机房所需供热量和机房外围护表面积成正比，为了减少机房供热负荷应减少其外露表面，采用较小的建筑体形系数。机房为平屋顶砖混结构，设计为一字形矩形平面布置，机房包括控制室、蓄电池室和值班室三部分，其中蓄电池室为机房的核心部分，整个机房布局紧凑合理，面积不大功能全，进深控制在4.80m以内，进深和层高比值小于1.60，采用大开间、浅进深、室内净高适中，从而在平面布置上以获得满意的采暖效果。
图2被动式太阳能采暖光伏电站机房布置
Fig.2
TheequipmentroomlayoutofPassivesolarenergyheatingphotovoltaicpowerstation
太阳能采暖光伏电站机房方位以正南为主，由于南偏东和南偏西15°以内南墙面辐射量的变化不超过4%，考虑到室温波动的因素，机房的方位以南偏东更为适宜。对于高寒地区太阳能建筑而言，良好的朝向非常重要。南立面可以提早接受太阳辐射，尽快启动太阳能采暖系统，及时向室内供热，从而获得明显的节能收益。
机房的选点应充分考虑当地主导风向3
光伏电站机房围护结构设计
太阳能采暖光伏电站机房为一层单体建筑，造型简单，立面没有高低错落，平面也无水平进退。主要由于建筑面积体量偏小，致使体型系数过大。因此，太阳能采暖
的影响，按具体地形和周围环境合理确定机房位置；机房南向吸热面不应被前方光伏方阵遮挡，机房与前方方阵的日照间距保证在冬至日不遮挡。其间最小间距为：S=H·ctg(αs)，式中H为前方光伏方阵北缘最高点与机房南向吸热面最低点高差，αs为冬至日中午12时的太阳高度角。机房和光伏电站是一体的，整个电站应以阳光不被遮挡为原则进行环境和绿化设计。
光伏电站机房必须着重加强围护结构的保温，以减少热损失，提高节能率。综合考虑复合外墙、保温屋顶、节能门窗、蓄热地面、太阳能采暖系统等材料设备的选型、技术关键、构造做法和匹配方式。在加强围护结构保温的同时，设计中减少了北向开窗数量，
加强南向集热器的密封措施，南向直接受益窗设置保温窗帘，做到总体上提高机房的保温水平。
青海省在光明工程“送电到乡”工程和“中德财政合作青海省太阳能电站”项目中光伏电站被动式太阳能机房的建设中反复对比进行了围护结构和保温绝热构造的优化组合设计。
3.1保温外墙结构
外墙是建筑外围护的主要耗热结构，其性能的优劣直接关系到建筑的整体热性能，外墙设计还应重点克服和解决热桥损失，东西北保温外墙有三种做法。
第一种为夹心保温墙构造。内层120砖墙，外层240砖墙，夹层120，内填膨胀珍
珠（ρ＜100kg/m3
,λ=0.042W/m·K），内外层砖墙用φ6连接钢筋拉结，双向600mm梅花形布置；第二种做法为夹心聚苯板保温墙构造。内层240砖墙，外层120砖墙，中层
夹80聚苯乙烯泡沫保温板（ρ≥20kg/m3
），内外层砖墙用φ6连接钢筋拉结，双向600mm梅花形布置；第三种为外墙外保温构造体系。内层240砖墙，外层100聚苯乙烯泡沫
保温板（ρ≥20kg/m3
）。3.2保温屋顶结构
屋面是建筑外围护的另一个主要耗热部位，同时屋面还肩负着较大的承载和建筑防止雨雪侵袭的作用。混凝土屋面常成为影响较大的热桥，应当采用合理构造减少热桥。
第一种为采用300mm水泥珍珠岩保温层
（ρ＜200kg/m3
，λ＝0.067W/m·K）平屋顶构造；第二种为140mmFSG膨胀珍珠岩保
温板（ρ＜250kg/m3
,λ=0.066W/m·K）坡屋顶构造，复合PVC吊顶；第三种内贴100mm
聚苯乙烯泡沫保温板（ρ≥kg/m3
）现浇混凝土刚性防水坡屋顶构造。3.3蓄热地面结构
地面是建筑外围护与大地的连接部位，其保温至关重要，其耗热损失占建筑耗热损失的15%左右，此外地面又是建筑中最有效的蓄热构造，地面的设计应满足蓄热和保温双层功效。
第一种为120mm混凝土，300～450mm
炉渣保温层；第二种为100mm混凝土，100mm
聚苯乙烯泡沫保温板（ρ≥20kg/m3
）保温层。
3.4节能门窗选择
门窗是建筑外围护保温最薄弱的部位，但是承担建筑通风采光功能却不可少，因此非向阳面的门窗要合理设计配置，并尽可能采用最小面积。应选用密封性能较好的节能门窗，外墙门窗应加设夜间保温装置，门窗框外围缝隙加强密封措施。
外窗选择塑钢、涂层钢板、铝塑等中空玻璃窗或断热型中空玻璃窗；外门采用木制夹板保温门和铁制断热保温防盗门。单框双玻塑钢外窗：传热系数K=1.89W/㎡·k，保温木外门：传热系数K=2.00W/㎡·k。3.5通风换气热损失控制
通风换气是改善室内舒适状况的重要途径，但又是建筑热损失的主要途径。在冬季，由室外换入室内的洁净空气气温很低，而排出的污浊空气却带走了热量。通风换气的热损失随着建筑围护保温性能的提高占建筑总损失的比例也随之提高。因此应该对光伏电站被动式太阳能机房的通风换气进行严格的控制。4
光伏电站机房采暖系统设计
被动式太阳能采暖形式有直接受益式、集热蓄热墙式、附加阳光间式和三种形式相结合的混合式。太阳能采暖光伏电站机房采用直接受益、集热墙（附加阳光间）相结合的采暖方式，其南向由直接受益窗和太阳能集热墙构成竖向玻璃带，与窗间墙形成虚实对比，不仅满足了采暖的要求，同时丰富了建筑造型的美感。
被动式太阳能采暖光伏电站机房是依靠南立面透明吸热构件吸取太阳辐射能，必须有一定数量的南立面面积设置吸热构件才可能满足室内采暖需求。机房南立面面积与被采暖房间地板面积之比大于0.60。机房采用固定扇大而多，开启扇少而小的单框双玻塑钢直接受益窗和窗间、窗下集热墙。设计中减少了北向开窗数量，加强南向集热器的密封措施，南向直接受益窗设置保温窗帘。
集热墙吸热表面增加粗糙度有利于太
阳能的吸收，吸收材料通常采用无光黑漆，黑色会造成建筑物外立面形象单调，同时不易被人们接受。深棕、咖啡、深紫等色作为吸热墙体着色，这些颜色的太阳能吸收系数在0.88～0.91之间，接近黑色的0.92。这些颜色的采用也使被动式太阳能机房获得了新的艺术生命和观赏价值。
集热墙透光层采用木框且与外墙外边缘平齐，经风吹日晒雨淋，使用2～3年后即开始掉漆，走样变形，直接影响集热效果。采用金属框，热损过大。选用单框双玻固定扇塑料窗作为透光层，各项理化指标明显优于木、钢窗。
集热墙系统的换热完全依靠上下风口的对流作用，该作用取决于冷热空气的压差。其压差很小，有时为零，因此不能最有效的利用集热墙积存的热量，在上风口加强
制对流的风扇会十分有效，用温控器控制风
扇启闭是最优化的方案。手控则需要操作者的经常操心。
要保持机房室内温度的稳定，机房内必须要有一定数量的储热体用以储存白天过量的太阳能在夜间维持一定的室温。为此在机房的开间和进深尺寸满足蓄电池和控制设备要求前提下尽可能多的设置储热体在太阳光的直射范围。同时加强机房的夜间保温措施。5
机房采暖性能测试分析
为了进一步评估太阳房的性能，对太阳房进行了温度监测。监测点分别为控制室室内中心距地面1.5米处（控制室）、蓄电池室室内中心距地面1.5米处（蓄电池室）、蓄电池室南向集热墙外玻璃夹层内和太阳房后墙房檐下距地面1.5米处（室外）。
被动式太阳能采暖光伏电站机房性能测试结果
机房日均最低温度（℃）-1.4
机房瞬时最低温度（℃）-3.6
最高温度（℃）20.7
环境温度（℃）最高25.2
最低-30.0
Theperformancetestresultsofthepassivesolarenergyheatingphotovoltaicpowerstationequipmentroom测点名称海北州热木尔村海北州克不图村海北州恩乃村海西州马海村玉树州上拉秀乡玉树州格日村
采暖形式
外墙结构
屋顶结构
地面结构
直接受益＋80聚苯乙烯现浇坡屋面
100聚苯乙
集热蓄热墙泡沫保温夹100聚苯乙烯
烯泡沫保温
式采暖心砖墙泡沫保温直接受益＋80聚苯乙烯现浇坡屋面
100聚苯乙
集热蓄热墙泡沫保温夹100聚苯乙烯
烯泡沫保温
式采暖心砖墙泡沫保温直接受益＋80聚苯乙烯现浇坡屋面
100聚苯乙
集热蓄热墙泡沫保温夹100聚苯乙烯
烯泡沫保温
式采暖心砖墙泡沫保温80聚苯乙烯100聚苯乙烯直接受益＋
泡沫保温夹泡沫保温夹心
空气集热器
心彩钢板彩钢板
直接受益＋120膨胀珍
现浇、100膨胀50厚炉渣保
集热蓄热墙珠岩保温夹
珍珠岩保温温
式采暖心砖墙直接受益＋120膨胀珍
现浇、100膨胀50厚炉渣保
集热蓄热墙珠岩保温夹
珍珠岩保温温
式采暖心砖墙
-0.7-2.120.723.8-26.2
1.7-0.827.223.7-20.9
3.7-1.083533.1-28.1
-0.1-3.72131.5-22.6
1.620.31612-16.3
选择玉树州玉树县仲达乡格日村测试
数据进行分析。图2（a）为格日村1月6日机房温度日变化曲线图。从图中可以看出，从凌晨0：02开始，到早上10：02左右，机房内温度一直在5℃～10℃之间，从10：02开始，由于太阳照射强度明显增加，机房内各室温度也明显增加；集热墙外玻璃夹层内的温度在12：02左右，开始超过控制室的温度，这是因为集热墙外玻璃夹层内是接受阳光最直接的部件，温度升高的快，温度降低的也快；在17：02左右，由于太阳光照降低，机房内各室的温度也随之降低。控制室、蓄电池室全天24小时基本保持在5℃以上，满足机房内蓄电池和设备的正常运行的温度要求。室外温度在凌晨5：00左右时降低到0℃以下。
图2(b）为格日村11月～2月中旬机房温度日变化曲线图。蓄电池室是光伏电站机房的核心部分，其环境温度对蓄电池的安全、充放电性能和效率至关重要，因此选取当地全年中最冷的4个月机房内蓄电池室温度变化进行分析。从图中可以看出，12月的
温度比11月的低，整体呈现下降的趋势，到1月、2月时，温度开始升高，呈现上升趋势。但整体上温度都在1℃以上。
根据以上分析可知格日村机房性能良
好，达到设计要求和预期效果。
（a）1月6日机房温度变化曲线图
图3
Fig.3
（b）11月～2月中旬蓄电池室温度日变化曲线图
格日村太阳能采暖机房温度变化曲线图
ThetemperaturecurvegraphofsolarenergyheatingequipmentroominGerivillage
测试选择的被动式太阳能采暖光伏电站机房是当年建成即进入性能测试，机房建筑尚处于较潮湿状态，对太阳房温度测试有一定的影响。当机房处于正常的干燥情况下进行测试时，测试的结果会高于潮湿状态下5℃左右。
青海省光伏电站建设地区的最冷月基本都出现在1月份，室外最低温度在-16.3℃～-30℃，因此，被动式太阳能采暖光伏电站机房最冷月最冷日平均室温为3.5℃以上，蓄电池室瞬时最低温度基本都在-6℃以上，可以很好满足机房设备正常运行和设计的要求。
通过对典型被动式太阳能采暖光伏电站机房性能测试结果分析研究，机房设计有过渡室时，蓄电池室采暖期内温度变化相对稳定，采暖效果也更佳。6
结论
被动式太阳能采暖光伏电站机房的建设应本着减少运输量、降低投资成本、结合当地主导材料构件综合考虑、充分利用当地的地方建筑材料为原则。已建设的被动式太阳能采暖光伏电站机房其建设成本比当地常规建筑增加投资20%左右，机房最冷月平均室温＞3.5℃，最低瞬时最低室温＞-6℃。
青藏高原地区采用被动式太阳能采暖光伏电站机房，可以完全保证光伏电站机房内各个设备的正常运行，完全可以满足蓄电池设备的工作环境温度要求。同时，被动式太阳能采暖光伏电站机房作为一种环保节能的绿色建筑，其建设和推广应用必将为推动太阳能产业发展，振兴新能源事业，缓解国家化工能源紧缺作出巨大的贡献。
参考文献
[1]喜文华，王恒一.被动式太阳房的设计与建造[M].北京：化学工业出版社，2007.
[2]王崇杰，薛一冰.太阳能建筑设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[3]喜文华.太阳能实用技术[M].兰州：兰州大学出版社，2001.
[4]李元哲.被动式太阳房热工设计手册[M].北京：清华大学出版社，1993.
[5]张雨.被动式太阳房-环保型生态建筑[J].中华建筑报，2008.
[6]王恒一，王兴久.中国太阳房技术研究探讨[J].沈阳建筑工程学院学报,1993年第9卷第4期.
被动式太阳能采暖光伏电站机房在青
藏高原光伏电站机房建设中具有得天独厚的应用前景，是保证电站机房内电气设备的正常运行并延长其使用寿命的一种最佳采暖形式。采用直接受益、集热蓄热墙、附加阳光间相结合集热方式，经过合理的机房保温外墙、保温屋顶、节能门窗、蓄热地面和太阳能采暖系统等细部构造设计，可很好的满足光伏电站机房电气设备的工作环境温度要求，均可取得良好的采暖效果。
作者：党建国，男，1962年出生，副研究员E–mail：[email protected]
被动式太阳能采暖光伏电站机房
党建国
（青海新能源集团有限公司
摘
西宁810008）
要：被动式太阳能采暖光伏电站机房是一种特殊的节能建筑。机房内电气设备对运行环
境温度有一定的要求，蓄电池室是光伏电站机房的核心部分，环境温度对蓄电池的充放电性能和效率至关重要。被动式太阳能采暖光伏电站机房的应用是保证电站设备正常运行的最有效途径和最佳选择，其建设成本比当地常规建筑增加投资20%左右，机房最冷月平均室温＞3.5℃，最低瞬时最低室温＞-6℃，完全满足蓄电池设备的工作环境温度要求。
关键词：被动式；太阳能；节能建筑；机房；设计
PassiveSolarEnergyHeatingEquipmentRoomof
PhotovoltaicPowerStation
DangJianguo
（QinghaiNewEnergyGroupCo.,Ltd.
Xining810008）
Abstract：Passivesolarenergyheatingequipmentroomofphotovoltaicpowerstationisaspecialkindofenergy-savingbuilding.Theoperationofelectricalequipmentshascertainrequesttotheenvironmenttemperature,batteryroomisthecorepartofphotovoltaicpowerstationequipmentroom,thetemperatureofenvironmentplaysaverykeyroleonthebatterychargeanddischargeperformanceandefficiency.Theapplicationofpassivesolarenergyheatingequipmentroomofphotovoltaicpowerstationisagoodchoiceandaefficientpathtokeepthestationoperatingnormally.Itincreasesabout20%constructioncostthanthelocalconventionalbuildinginvestment,theaveragetemperatureofequipmentroominthecoldestmonths＞3.5℃,thelowestminimumroomtemperature＞-6℃,itcompletelymeettheenvironmenttemperaturerequirementsofbatterywork.
Keywords：passive；solarenergy；savingenergybuilding；equipmentroom；design
被动式太阳能采暖光伏电站机房是一种特殊的节能建筑，光伏电站机房中控制器、逆变器、蓄电池、柴油机等电气设备均对工作环境温度有相应的要求和限定，尤其是蓄电池对工作环境温度的要求更加严格，环境温度决定着蓄电池的充放电性能与效率，因此，蓄电池室是光伏电站机房中的核心部分。
蓄电池室的确定应根据电站负荷、蓄电池容量、蓄电池种类、尺寸、摆放方式、蓄电池间距，考虑蓄电池安装、维护空间，结合太阳采暖建筑的特点加以确定。与此同时考虑控制室内各种控制设备能合理布置并正常运行。
被动式太阳能采暖光伏电站机房应该同时满足《被动式太阳房技术条件和热性能测试方法》（GB/T15405-2006）、《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）标准要求。
其设计应本着尽量多的吸收和储存太阳能，
减少建筑物的耗热损失为原则。
图1被动式太阳能采暖光伏电站机房
Fig.1PassiveSolarEnergyHeating
EquipmentRoomofPhotovoltaicPowerStation
被动式太阳能采暖光伏电站机房的应用可保证电站机房内电气设备的正常运行并延长其使用寿命，是实现光伏电站机房采暖的一种最佳采暖形式和最有效途径。
1光伏电站机房采暖方式选择
青海省地处青藏高原东北部，地势海拔高，空气稀薄，干燥少云，干旱少雨，日射强烈，日照充足，是我国太阳能资源最为丰富的地区之一，有很好的太阳能利用开发条件。青海全省总的太阳辐射分布趋势是西高东低，由柴达木盆地向东向南，年太阳辐射量逐渐减少。青海南部高原绝大部分地区年太阳辐射量在6400MJ/㎡以下。
青海省无电地区均地处严寒地区，年最冷月平均气温为-6.5℃～-17.6℃，极端最低温度可达-40℃以下。为了保证冬季蓄电池的正常运行，确保蓄电池及其它电子元件工作在-15℃～45℃的环境；考虑到交通偏远，供热常规能源匮乏，价格昂贵；这些地区太阳能资源丰富，年总辐射量5800MJ/㎡～6670MJ/㎡，年日照时数2300小时～2670小时。因此，光伏电站机房确定采用被动式太阳能采暖方式。
被动式太阳能采暖光伏电站机房的设
计温度确定是以蓄电池的高效工作和安全为依据。蓄电池的充放电效率受工作环境温度影响较大，不同的温度范围内充放电效率不同，正常状态下蓄电池的使用温度为25℃为最佳。针对青藏高原资源和地域特点综合考虑，蓄电池的最低工作使用环境温度确定为大于0℃，最低安全使用环境温度确定为大于-10℃。2
光伏电站机房建筑布置
太阳能采暖光伏电站机房所需供热量和机房外围护表面积成正比，为了减少机房供热负荷应减少其外露表面，采用较小的建筑体形系数。机房为平屋顶砖混结构，设计为一字形矩形平面布置，机房包括控制室、蓄电池室和值班室三部分，其中蓄电池室为机房的核心部分，整个机房布局紧凑合理，面积不大功能全，进深控制在4.80m以内，进深和层高比值小于1.60，采用大开间、浅进深、室内净高适中，从而在平面布置上以获得满意的采暖效果。
图2被动式太阳能采暖光伏电站机房布置
Fig.2
TheequipmentroomlayoutofPassivesolarenergyheatingphotovoltaicpowerstation
太阳能采暖光伏电站机房方位以正南为主，由于南偏东和南偏西15°以内南墙面辐射量的变化不超过4%，考虑到室温波动的因素，机房的方位以南偏东更为适宜。对于高寒地区太阳能建筑而言，良好的朝向非常重要。南立面可以提早接受太阳辐射，尽快启动太阳能采暖系统，及时向室内供热，从而获得明显的节能收益。
机房的选点应充分考虑当地主导风向3
光伏电站机房围护结构设计
太阳能采暖光伏电站机房为一层单体建筑，造型简单，立面没有高低错落，平面也无水平进退。主要由于建筑面积体量偏小，致使体型系数过大。因此，太阳能采暖
的影响，按具体地形和周围环境合理确定机房位置；机房南向吸热面不应被前方光伏方阵遮挡，机房与前方方阵的日照间距保证在冬至日不遮挡。其间最小间距为：S=H·ctg(αs)，式中H为前方光伏方阵北缘最高点与机房南向吸热面最低点高差，αs为冬至日中午12时的太阳高度角。机房和光伏电站是一体的，整个电站应以阳光不被遮挡为原则进行环境和绿化设计。
光伏电站机房必须着重加强围护结构的保温，以减少热损失，提高节能率。综合考虑复合外墙、保温屋顶、节能门窗、蓄热地面、太阳能采暖系统等材料设备的选型、技术关键、构造做法和匹配方式。在加强围护结构保温的同时，设计中减少了北向开窗数量，
加强南向集热器的密封措施，南向直接受益窗设置保温窗帘，做到总体上提高机房的保温水平。
青海省在光明工程“送电到乡”工程和“中德财政合作青海省太阳能电站”项目中光伏电站被动式太阳能机房的建设中反复对比进行了围护结构和保温绝热构造的优化组合设计。
3.1保温外墙结构
外墙是建筑外围护的主要耗热结构，其性能的优劣直接关系到建筑的整体热性能，外墙设计还应重点克服和解决热桥损失，东西北保温外墙有三种做法。
第一种为夹心保温墙构造。内层120砖墙，外层240砖墙，夹层120，内填膨胀珍
珠（ρ＜100kg/m3
,λ=0.042W/m·K），内外层砖墙用φ6连接钢筋拉结，双向600mm梅花形布置；第二种做法为夹心聚苯板保温墙构造。内层240砖墙，外层120砖墙，中层
夹80聚苯乙烯泡沫保温板（ρ≥20kg/m3
），内外层砖墙用φ6连接钢筋拉结，双向600mm梅花形布置；第三种为外墙外保温构造体系。内层240砖墙，外层100聚苯乙烯泡沫
保温板（ρ≥20kg/m3
）。3.2保温屋顶结构
屋面是建筑外围护的另一个主要耗热部位，同时屋面还肩负着较大的承载和建筑防止雨雪侵袭的作用。混凝土屋面常成为影响较大的热桥，应当采用合理构造减少热桥。
第一种为采用300mm水泥珍珠岩保温层
（ρ＜200kg/m3
，λ＝0.067W/m·K）平屋顶构造；第二种为140mmFSG膨胀珍珠岩保
温板（ρ＜250kg/m3
,λ=0.066W/m·K）坡屋顶构造，复合PVC吊顶；第三种内贴100mm
聚苯乙烯泡沫保温板（ρ≥kg/m3
）现浇混凝土刚性防水坡屋顶构造。3.3蓄热地面结构
地面是建筑外围护与大地的连接部位，其保温至关重要，其耗热损失占建筑耗热损失的15%左右，此外地面又是建筑中最有效的蓄热构造，地面的设计应满足蓄热和保温双层功效。
第一种为120mm混凝土，300～450mm
炉渣保温层；第二种为100mm混凝土，100mm
聚苯乙烯泡沫保温板（ρ≥20kg/m3
）保温层。
3.4节能门窗选择
门窗是建筑外围护保温最薄弱的部位，但是承担建筑通风采光功能却不可少，因此非向阳面的门窗要合理设计配置，并尽可能采用最小面积。应选用密封性能较好的节能门窗，外墙门窗应加设夜间保温装置，门窗框外围缝隙加强密封措施。
外窗选择塑钢、涂层钢板、铝塑等中空玻璃窗或断热型中空玻璃窗；外门采用木制夹板保温门和铁制断热保温防盗门。单框双玻塑钢外窗：传热系数K=1.89W/㎡·k，保温木外门：传热系数K=2.00W/㎡·k。3.5通风换气热损失控制
通风换气是改善室内舒适状况的重要途径，但又是建筑热损失的主要途径。在冬季，由室外换入室内的洁净空气气温很低，而排出的污浊空气却带走了热量。通风换气的热损失随着建筑围护保温性能的提高占建筑总损失的比例也随之提高。因此应该对光伏电站被动式太阳能机房的通风换气进行严格的控制。4
光伏电站机房采暖系统设计
被动式太阳能采暖形式有直接受益式、集热蓄热墙式、附加阳光间式和三种形式相结合的混合式。太阳能采暖光伏电站机房采用直接受益、集热墙（附加阳光间）相结合的采暖方式，其南向由直接受益窗和太阳能集热墙构成竖向玻璃带，与窗间墙形成虚实对比，不仅满足了采暖的要求，同时丰富了建筑造型的美感。
被动式太阳能采暖光伏电站机房是依靠南立面透明吸热构件吸取太阳辐射能，必须有一定数量的南立面面积设置吸热构件才可能满足室内采暖需求。机房南立面面积与被采暖房间地板面积之比大于0.60。机房采用固定扇大而多，开启扇少而小的单框双玻塑钢直接受益窗和窗间、窗下集热墙。设计中减少了北向开窗数量，加强南向集热器的密封措施，南向直接受益窗设置保温窗帘。
集热墙吸热表面增加粗糙度有利于太
阳能的吸收，吸收材料通常采用无光黑漆，黑色会造成建筑物外立面形象单调，同时不易被人们接受。深棕、咖啡、深紫等色作为吸热墙体着色，这些颜色的太阳能吸收系数在0.88～0.91之间，接近黑色的0.92。这些颜色的采用也使被动式太阳能机房获得了新的艺术生命和观赏价值。
集热墙透光层采用木框且与外墙外边缘平齐，经风吹日晒雨淋，使用2～3年后即开始掉漆，走样变形，直接影响集热效果。采用金属框，热损过大。选用单框双玻固定扇塑料窗作为透光层，各项理化指标明显优于木、钢窗。
集热墙系统的换热完全依靠上下风口的对流作用，该作用取决于冷热空气的压差。其压差很小，有时为零，因此不能最有效的利用集热墙积存的热量，在上风口加强
制对流的风扇会十分有效，用温控器控制风
扇启闭是最优化的方案。手控则需要操作者的经常操心。
要保持机房室内温度的稳定，机房内必须要有一定数量的储热体用以储存白天过量的太阳能在夜间维持一定的室温。为此在机房的开间和进深尺寸满足蓄电池和控制设备要求前提下尽可能多的设置储热体在太阳光的直射范围。同时加强机房的夜间保温措施。5
机房采暖性能测试分析
为了进一步评估太阳房的性能，对太阳房进行了温度监测。监测点分别为控制室室内中心距地面1.5米处（控制室）、蓄电池室室内中心距地面1.5米处（蓄电池室）、蓄电池室南向集热墙外玻璃夹层内和太阳房后墙房檐下距地面1.5米处（室外）。
被动式太阳能采暖光伏电站机房性能测试结果
机房日均最低温度（℃）-1.4
机房瞬时最低温度（℃）-3.6
最高温度（℃）20.7
环境温度（℃）最高25.2
最低-30.0
Theperformancetestresultsofthepassivesolarenergyheatingphotovoltaicpowerstationequipmentroom测点名称海北州热木尔村海北州克不图村海北州恩乃村海西州马海村玉树州上拉秀乡玉树州格日村
采暖形式
外墙结构
屋顶结构
地面结构
直接受益＋80聚苯乙烯现浇坡屋面
100聚苯乙
集热蓄热墙泡沫保温夹100聚苯乙烯
烯泡沫保温
式采暖心砖墙泡沫保温直接受益＋80聚苯乙烯现浇坡屋面
100聚苯乙
集热蓄热墙泡沫保温夹100聚苯乙烯
烯泡沫保温
式采暖心砖墙泡沫保温直接受益＋80聚苯乙烯现浇坡屋面
100聚苯乙
集热蓄热墙泡沫保温夹100聚苯乙烯
烯泡沫保温
式采暖心砖墙泡沫保温80聚苯乙烯100聚苯乙烯直接受益＋
泡沫保温夹泡沫保温夹心
空气集热器
心彩钢板彩钢板
直接受益＋120膨胀珍
现浇、100膨胀50厚炉渣保
集热蓄热墙珠岩保温夹
珍珠岩保温温
式采暖心砖墙直接受益＋120膨胀珍
现浇、100膨胀50厚炉渣保
集热蓄热墙珠岩保温夹
珍珠岩保温温
式采暖心砖墙
-0.7-2.120.723.8-26.2
1.7-0.827.223.7-20.9
3.7-1.083533.1-28.1
-0.1-3.72131.5-22.6
1.620.31612-16.3
选择玉树州玉树县仲达乡格日村测试
数据进行分析。图2（a）为格日村1月6日机房温度日变化曲线图。从图中可以看出，从凌晨0：02开始，到早上10：02左右，机房内温度一直在5℃～10℃之间，从10：02开始，由于太阳照射强度明显增加，机房内各室温度也明显增加；集热墙外玻璃夹层内的温度在12：02左右，开始超过控制室的温度，这是因为集热墙外玻璃夹层内是接受阳光最直接的部件，温度升高的快，温度降低的也快；在17：02左右，由于太阳光照降低，机房内各室的温度也随之降低。控制室、蓄电池室全天24小时基本保持在5℃以上，满足机房内蓄电池和设备的正常运行的温度要求。室外温度在凌晨5：00左右时降低到0℃以下。
图2(b）为格日村11月～2月中旬机房温度日变化曲线图。蓄电池室是光伏电站机房的核心部分，其环境温度对蓄电池的安全、充放电性能和效率至关重要，因此选取当地全年中最冷的4个月机房内蓄电池室温度变化进行分析。从图中可以看出，12月的
温度比11月的低，整体呈现下降的趋势，到1月、2月时，温度开始升高，呈现上升趋势。但整体上温度都在1℃以上。
根据以上分析可知格日村机房性能良
好，达到设计要求和预期效果。
（a）1月6日机房温度变化曲线图
图3
Fig.3
（b）11月～2月中旬蓄电池室温度日变化曲线图
格日村太阳能采暖机房温度变化曲线图
ThetemperaturecurvegraphofsolarenergyheatingequipmentroominGerivillage
测试选择的被动式太阳能采暖光伏电站机房是当年建成即进入性能测试，机房建筑尚处于较潮湿状态，对太阳房温度测试有一定的影响。当机房处于正常的干燥情况下进行测试时，测试的结果会高于潮湿状态下5℃左右。
青海省光伏电站建设地区的最冷月基本都出现在1月份，室外最低温度在-16.3℃～-30℃，因此，被动式太阳能采暖光伏电站机房最冷月最冷日平均室温为3.5℃以上，蓄电池室瞬时最低温度基本都在-6℃以上，可以很好满足机房设备正常运行和设计的要求。
通过对典型被动式太阳能采暖光伏电站机房性能测试结果分析研究，机房设计有过渡室时，蓄电池室采暖期内温度变化相对稳定，采暖效果也更佳。6
结论
被动式太阳能采暖光伏电站机房的建设应本着减少运输量、降低投资成本、结合当地主导材料构件综合考虑、充分利用当地的地方建筑材料为原则。已建设的被动式太阳能采暖光伏电站机房其建设成本比当地常规建筑增加投资20%左右，机房最冷月平均室温＞3.5℃，最低瞬时最低室温＞-6℃。
青藏高原地区采用被动式太阳能采暖光伏电站机房，可以完全保证光伏电站机房内各个设备的正常运行，完全可以满足蓄电池设备的工作环境温度要求。同时，被动式太阳能采暖光伏电站机房作为一种环保节能的绿色建筑，其建设和推广应用必将为推动太阳能产业发展，振兴新能源事业，缓解国家化工能源紧缺作出巨大的贡献。
参考文献
[1]喜文华，王恒一.被动式太阳房的设计与建造[M].北京：化学工业出版社，2007.
[2]王崇杰，薛一冰.太阳能建筑设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[3]喜文华.太阳能实用技术[M].兰州：兰州大学出版社，2001.
[4]李元哲.被动式太阳房热工设计手册[M].北京：清华大学出版社，1993.
[5]张雨.被动式太阳房-环保型生态建筑[J].中华建筑报，2008.
[6]王恒一，王兴久.中国太阳房技术研究探讨[J].沈阳建筑工程学院学报,1993年第9卷第4期.
被动式太阳能采暖光伏电站机房在青
藏高原光伏电站机房建设中具有得天独厚的应用前景，是保证电站机房内电气设备的正常运行并延长其使用寿命的一种最佳采暖形式。采用直接受益、集热蓄热墙、附加阳光间相结合集热方式，经过合理的机房保温外墙、保温屋顶、节能门窗、蓄热地面和太阳能采暖系统等细部构造设计，可很好的满足光伏电站机房电气设备的工作环境温度要求，均可取得良好的采暖效果。
作者：党建国，男，1962年出生，副研究员E–mail：[email protected]