陶瓷太陽板與錨樁結(jié)構(gòu)陶瓷太陽能房頂?shù)膽?yīng)用

孫啟正 許建華

摘 要：陶瓷太陽板以普通瓷土、工業(yè)廢棄物為原料，具有制造工藝簡單、生產(chǎn)耗能少、成本低、壽命長、效率高的優(yōu)點；錨樁陶瓷太陽能房頂與原房頂共用結(jié)構(gòu)層、保溫層、防水層，結(jié)構(gòu)簡單、與建筑一體化、與建筑同壽命，為建筑物提供熱水、取暖、空調(diào)的功能。

關(guān)鍵詞：陶瓷；太陽能房頂；儲能水箱；熱水

1 陶瓷太陽板

太陽能收集器的核心部件是太陽能集熱體。陶瓷太陽板采用全新的材料、結(jié)構(gòu)、制造工藝，是在瓷質(zhì)通孔扁盒結(jié)構(gòu)基體上覆蓋以提釩尾渣為主要原料的釩鈦黑瓷泥漿層，經(jīng)1200℃一次燒結(jié)成為基體是普通陶瓷，表面是立體網(wǎng)狀黑瓷陽光吸收層的復(fù)合陶瓷制品，立體網(wǎng)狀黑瓷層有無數(shù)小孔，陽光進入小孔后難以逃逸，具有很高的集熱效率。

經(jīng)國家有關(guān)部門、國家太陽能熱水器質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢驗，表面陽光吸收率為0.95，陶瓷太陽板具有瓷質(zhì)材料通性，強度大、硬度高、熱穩(wěn)定性好、不腐蝕、不老化、不退色、無毒、無害、無放射性、吸水率<0.5%、陽光吸收率不隨時間衰減、可具有與建筑物相同的使用壽命。已經(jīng)證明陶瓷太陽板是一種成本很低、壽命很長、效率很高的太陽能集熱體。

陶瓷太陽板獲中國、日本發(fā)明專利，在韓國已經(jīng)上市，且已規(guī)?；a(chǎn)，正在開發(fā)建筑、沙漠市場。

2 錨樁結(jié)構(gòu)黑瓷復(fù)合陶瓷太陽能房頂

2.1 建筑太陽能熱水系統(tǒng)的要求

國家標準“民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范”對太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化所提出的要求，現(xiàn)摘要如下：

（1） 太陽能熱水系統(tǒng)與建筑結(jié)合，就是把太陽能熱水系統(tǒng)產(chǎn)品作為建筑構(gòu)件安裝，使其與建筑有機結(jié)合。

（2） 太陽能熱水系統(tǒng)與建筑結(jié)合將成為安裝太陽能熱水系統(tǒng)的標準。

（3） 在保證系統(tǒng)全年安全穩(wěn)定運行的前提下，應(yīng)使所選太陽能集熱器的性能價格比最優(yōu)。

（4） 安裝在建筑上的太陽能集熱器正常使用壽命一般不超過15年，而建筑的壽命是50年以上。

因此，現(xiàn)有太陽能熱水（器）系統(tǒng)要符合上述要求，需要實現(xiàn)重大技術(shù)進步。錨樁結(jié)構(gòu)黑瓷復(fù)合陶瓷太陽能房頂成本低、壽命長、效率高，與普通房頂共用結(jié)構(gòu)層、保溫層、防水層，可以符合上述要求。

2.2 普通房頂結(jié)構(gòu)

普通房頂基本組成是結(jié)構(gòu)層、保溫層、水泥層、防水層。一般房頂是實心房頂，采用濕法施工，一般斜房頂采用各種瓦片作為防水層。這些結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，施工過程比較長，消耗材料、人工工時比較多，成本比較高。通常太陽能房頂結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，材料昂貴，建造成本很高。

傳統(tǒng)斜屋面是在房頂基礎(chǔ)層上依次進行以下工序：用20mm厚水泥砂漿找平、100～200mm輕質(zhì)材料與水泥砂漿的混合物作為保溫層、20mm厚水泥砂漿找平、防水卷材、35mm厚細石混凝土找平、內(nèi)配鋼筋防裂網(wǎng)、40mm厚水泥砂漿粘貼粘土瓦或者琉璃瓦。粘土瓦每平方米70～100元，琉璃瓦100～300元，四、五道濕法施工，用瓦片達到可靠防水，對施工水平有較高技術(shù)要求，人工費用比較貴。通常房頂?shù)墓δ苁歉魺岜?，防止風(fēng)、雨、日曬等室外環(huán)境對室內(nèi)環(huán)境的影響，要求本身有一定的重量，與房頂基礎(chǔ)層有一定的結(jié)合力（濕法施工），防止刮大風(fēng)破壞屋面，每平方米造價為240～700元。

2.3 錨樁結(jié)構(gòu)陶瓷太陽能房頂

錨樁結(jié)構(gòu)黑瓷復(fù)合陶瓷太陽能房頂取消找平層，取消濕法施工，以3.2mm鋼化玻璃代替瓦片，可以簡化普通房頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，簡化空氣太陽能房頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，減少材料消耗，提高施工效率，減輕勞動強度，降低房頂成本。

錨樁結(jié)構(gòu)陶瓷太陽能房頂由低值防水層、保溫層（70mm苯板、20mm聚氨酯板、8mm纖維水泥板）、陶瓷太陽板、3.2mm超透鋼化玻璃板、錨樁件、連接配件、管路、控制器、水泵、保溫水箱組成。陶瓷太陽能房頂采用保溫水箱放在房頂下面的單水泵控制系統(tǒng)，解決了防凍問題，減少了熱能損失，經(jīng)過幾年冬天使用，證明安全可靠。

如圖1所示，在建筑物房頂基層的周圍設(shè)置邊框，在邊框的頂部和底部設(shè)置可以開關(guān)的閘門，錨樁結(jié)構(gòu)陶瓷太陽能房頂中的陶瓷太陽板支撐結(jié)構(gòu)和透明蓋板支撐結(jié)構(gòu)采用錨樁結(jié)構(gòu)，以錨樁結(jié)構(gòu)支撐陶瓷太陽板和透明蓋板，以與基層固定的錨樁支撐陶瓷太陽板，防止陶瓷太陽板下滑并且承擔(dān)透明蓋板的重量及防止透明蓋板下滑。在建筑物房頂基層上分布、固定螺栓和短棒，螺栓和短棒的下端預(yù)先埋設(shè)在房頂基層里或者房頂基層完成后將螺栓和短棒的下端與基層固定，在房頂基層上鋪設(shè)保溫材料。螺栓用于調(diào)節(jié)玻璃板的高度，并且定位、固定、拉住玻璃板，短棒用于支撐玻璃板。螺栓和短棒的分布密度足以支撐玻璃板和在玻璃板上操作人員的重量，玻璃板放置在邊框、螺栓、短棒的上面，與螺栓位置對應(yīng)的玻璃板上有孔，調(diào)節(jié)下面螺帽的高度，擰緊上螺帽或者擰緊固定螺栓，以調(diào)節(jié)玻璃板的高度，并且定位、固定、拉住玻璃板，螺栓與短棒的共同作用使玻璃板實現(xiàn)了能夠抵抗各種外力的、可靠的穩(wěn)定狀態(tài)，玻璃板之間采用互相搭接的方式以防水，上下玻璃板之間有不銹鋼S鉤，防止上面玻璃板下滑，最下面的玻璃板頂在下面邊框的側(cè)面上，以防止玻璃板下滑，玻璃板之間以及玻璃板與邊框之間的接觸部位用硅酮膠結(jié)合和密封。

玻璃板分為上層有孔玻璃板和下層無孔玻璃板，上層有孔玻璃板的兩側(cè)部分壓在下層無孔玻璃板側(cè)面上，即上層有孔玻璃板與下層無孔玻璃板形成上下搭接，所有玻璃板下面都有短棒支撐，上層有孔玻璃板被螺栓定位、固定、拉住后，所有玻璃板都處于定位、固定狀態(tài)，防止人為或者自然力量，如刮大風(fēng)時掀起玻璃板造成的破壞，提高了可靠性、安全性。

玻璃板是3.2mm厚度的超透鋼化或半鋼化玻璃板，也稱作3.2mm超白鋼化或半鋼化玻璃板，或者是3.2mm厚度的超透鋼化或半鋼化的壓痕玻璃板（壓花玻璃板），壓痕玻璃板表面不反光。下面邊框的高度高于其他部位邊框的高度，高出部分用于頂住最下面的玻璃板。如圖2所示。

保溫材料上面放置硅酸鈣板或者纖維水泥板，以保護保溫材料，防止其在陽光長期照射下老化，延長使用壽命。

短棒的上表面與玻璃板之間用導(dǎo)熱系數(shù)比較低的材料隔離，以減少熱損失。

任何陶瓷太陽能熱水系統(tǒng)在陽光不照射加熱的時候，都應(yīng)該將熱水排入保溫水箱，這既是保存能量也是北方冬天防止陶瓷太陽板凍裂的主要手段。陶瓷太陽能房頂應(yīng)該采用集熱器的底部高于水箱頂部的動力（水泵）循環(huán)系統(tǒng)，與建筑同壽命的陶瓷太陽板可以具有幾十年以上的使用壽命，所以需要更高的放水可靠性，由于產(chǎn)品質(zhì)量、人為失誤、機電故障等產(chǎn)生的截止閥錯誤狀態(tài)的機率會抵消陶瓷太陽能房頂?shù)拈L壽命，最好不要在循環(huán)系統(tǒng)主管道中安裝任何截止閥。系統(tǒng)只有兩種狀態(tài)：水泵不工作時，水流回水箱，瓷板中沒有水；水泵工作時，陶瓷太陽板中的水經(jīng)過保溫水箱流動不會結(jié)冰。即便供電、電路、管理、水泵等出現(xiàn)問題，也不會損壞陶瓷太陽能房頂。

陶瓷太陽能房頂與原房頂共用結(jié)構(gòu)層、保溫層、防水層，與建筑一體化、與建筑同壽命，造價低廉。陶瓷太陽能房頂具有長期穩(wěn)定的熱效率（日得熱量8.6MJ，高于國家標準的7.0MJ），結(jié)構(gòu)簡單、保溫隔熱效果好于傳統(tǒng)房頂。

3 結(jié) 語

我國現(xiàn)有建筑房頂、南向墻面各100億平方米，每年各新增5億平方米，根據(jù)國家標準“民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范”，黑瓷復(fù)合陶瓷太陽板應(yīng)該開發(fā)建筑太陽能市場，聯(lián)合建筑部門，建造陶瓷太陽能建筑，根據(jù)黑瓷復(fù)合陶瓷太陽板成本低、壽命長的特點，推廣全面積陶瓷太陽能房頂、全面積陶瓷太陽能墻面，提供高溫?zé)崴?，提供取暖、空調(diào)，實現(xiàn)太陽能的高品質(zhì)利用。

參考文獻

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