淺析民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)

劉瀟杰

（河北冶金建設(shè)集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)有限公司，河北 邯鄲 056003）

近年來，降低民用建筑能耗，建筑節(jié)能日益受到各方重視，采用無污染新能源取代傳統(tǒng)能源，成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。太陽能以其經(jīng)濟(jì)，利用方式是大勢(shì)所趨。潔凈和安全的特點(diǎn)，在開發(fā)新能源和潔凈資源的過程中，能很好地滿足人類享受高檔生活的需要。太陽能作為重要的能源，設(shè)計(jì)工作開展之前，注意合理設(shè)計(jì)，以便根據(jù)不同的需求，做好全面分析，選用適宜的太陽能熱水系統(tǒng)方案，才能達(dá)到用戶滿意的使用要求。太陽能的優(yōu)點(diǎn)在于環(huán)保，但其缺點(diǎn)恰恰是每天的太陽輻射具有不確定性，可免費(fèi)使用，太陽輻射量也有較大的變化。季節(jié)變化，太陽能熱水系統(tǒng)，較成熟的可再生能源利用系統(tǒng)之一，目前我國(guó)技術(shù)上，該系統(tǒng)的應(yīng)用已全面推開。目前，并呈多樣化發(fā)展的態(tài)勢(shì)。太陽能熱水系統(tǒng)，針對(duì)不同的系統(tǒng)，按集合程度可以分為分戶式和集中式。集中式系統(tǒng)可以分為完全集中式和半集中式。其經(jīng)濟(jì)效益和投入產(chǎn)出平衡關(guān)系的分析對(duì)太陽能熱水系統(tǒng)，進(jìn)一步推廣應(yīng)用至關(guān)重要。分戶式系統(tǒng)可以分為整體非承壓式和分體承壓式，為更好地評(píng)判太陽能熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益,，有必要分門別類地對(duì)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，各種系統(tǒng)的適用性，合理地選擇不同的系統(tǒng)。

1 太陽能熱水系統(tǒng)

1.1 設(shè)計(jì)思路

太陽能的優(yōu)點(diǎn)在于環(huán)保，可免費(fèi)使用，每天的太陽輻射具有不確定性。晴天時(shí)可以達(dá)到20000KJ/d ·m2，通常的做法，陰雨天不足晴天的20%。采用太陽能，優(yōu)先利用太陽能產(chǎn)生的熱水，與其它輔助能源聯(lián)合供應(yīng)熱水的方法，當(dāng)太陽能不足時(shí)，根據(jù)季節(jié)變化，再利用輔助能源補(bǔ)充。因此，僅靠太陽能來滿足全天24 小時(shí)，太陽輻射量也有較大的變化。這種設(shè)計(jì)方案，供應(yīng)熱水是不現(xiàn)實(shí)的。又實(shí)現(xiàn)了民用建筑全天24 小時(shí)，達(dá)到了既利用了太陽能源，提供生活用熱水。

1.2 太陽能集熱器的選型

國(guó)內(nèi)使用的太陽能集熱器，主要有真空管集熱器、平板集熱器、熱管和U 形管集熱器。冬季使用時(shí)，平板集熱器可承壓運(yùn)行，需做防凍處理，且運(yùn)行可靠，系統(tǒng)充防凍液，但一般只在春、夏、秋三季使用，采用其他防凍措施。熱管集熱可在-50℃條件下使用，易結(jié)水垢，但其冷凝端，換熱效果不如真空管，表面積僅是真空管的1%，適合在北方高寒地區(qū)使用。真空管集熱器，可一年四季使用，在零下25℃條件下，且冬季利用太陽能的效率最高，仍可產(chǎn)生熱水，應(yīng)根據(jù)民用建筑的具體情況，但存在會(huì)發(fā)生真空管破碎漏水的可能。是目前普遍使用的產(chǎn)品，選擇合適類型的太陽能集熱器。

1.3 輔助能源的選擇

從理論上講，但是由于太陽能具有不確定性的缺點(diǎn)，任何一種能源都可以作為太陽能的輔助能源。目前，太陽能常用的輔助能源形式，主要有燃油、燃煤、蒸汽、燃?xì)?、電加熱。因此，?yīng)選擇可靠，隨用隨有的能源作為太陽能的輔助能源。

2 太陽能系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題

2.1 建筑設(shè)計(jì)方面

太陽能熱利用程度，建議在建筑方案設(shè)計(jì)之初，結(jié)合集熱板采光面和光照角度直接相關(guān)，就考慮太陽能系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)。建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮細(xì)部處理，包括集熱板與屋面或墻體的結(jié)合等，包括防雨構(gòu)造、各組件之間的連接等等。通過太陽能技術(shù)人員和建筑設(shè)計(jì)人員努力，在節(jié)點(diǎn)處理上要求組件既連接牢靠，最大程度利用太陽能資源，又維修拆裝方便。并且盡可能實(shí)現(xiàn)太陽能組件的模數(shù)化和多元化，最大程度滿足建筑設(shè)計(jì)要求。做到管道經(jīng)濟(jì)和線路設(shè)計(jì)規(guī)范和合理。非上人坡屋面考慮日后更換集熱板，因?yàn)槿魏问杪┒伎赡苡绊懱柲艿氖褂霉δ?。太陽能系統(tǒng)與建筑物的方便性，協(xié)調(diào)性，如在屋頂預(yù)埋防風(fēng)固定構(gòu)件。在施工過程中，要考慮接頭密封、管道集中、方便組件安裝及維修等因素。

2.2 太陽能熱水管的選材問題

太陽能技術(shù)開發(fā)，我們?cè)诩芯Ω慵夹g(shù)研究的同時(shí)，在中國(guó)尚處于初級(jí)階段，同步發(fā)展制造和施工工藝。應(yīng)努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，需要放掉集熱板至水箱之間的管道積水，每次熱水使用時(shí)，出水口才流出符合使用要求的熱水。目前，太陽能熱水系統(tǒng)存在供熱管道長(zhǎng)，無形中造成了水資源的浪費(fèi)。太陽能熱水系統(tǒng)運(yùn)行方式的先進(jìn)性、合理性、可靠性。當(dāng)儲(chǔ)熱水箱達(dá)到滿水位時(shí)，通過提升儲(chǔ)熱水箱的熱水溫度，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入溫差循環(huán)，熱損耗多的情況。因此，太陽能熱水管道熱水管道，走向設(shè)計(jì)和節(jié)頭部位的保溫等問題，來儲(chǔ)存太陽能集熱器得到的熱能。對(duì)于民用建筑使用的太陽熱水系統(tǒng)，是我們重點(diǎn)需要解決的問題之一。當(dāng)儲(chǔ)熱水箱水位不滿時(shí)，一般應(yīng)設(shè)計(jì)成直流定溫與溫差循環(huán)相結(jié)合的運(yùn)行方式，系統(tǒng)采用直流定溫方式運(yùn)行。

3 系統(tǒng)適用性分析

按理應(yīng)予全面推廣，而且某些糾紛難以避免，由于需要物管在管理上付出巨大的精力，推廣的阻力較大。因而開發(fā)商往往對(duì)此敬而遠(yuǎn)之，半集中式系統(tǒng)的功能，若采用集熱器非承壓式，介于集中式和分體承壓式之間，價(jià)格優(yōu)勢(shì)較大。只能在某些單身公寓，酒店式公寓等管理要求，目前這種系統(tǒng)推廣應(yīng)用的趨勢(shì)最好?！凹屑療帷?，有利于提高集熱器效益，較高的項(xiàng)目中使用。分戶儲(chǔ)熱和加熱，豎向管道較少,易于布置。避免了物管收取熱水費(fèi)，初投資額較高，等容易發(fā)生糾紛的問題。但管理相對(duì)比較容易，經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較低。分戶式系統(tǒng)如在屋面布置集熱器，目前在高層和小高層建筑中用于陽臺(tái)欄板式較多。由于高層和小高層建筑中豎向管線太多，限制了在實(shí)際工程中的使用。

3.1 半集中式太陽能熱水系統(tǒng)

但缺點(diǎn)是管道數(shù)量很多，分戶式集熱系統(tǒng)，屋面和豎向管道的布置困難，具有使用上責(zé)任和權(quán)益明確、互不干涉、物業(yè)管理相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。調(diào)節(jié)余缺，集熱器收集的太陽能資源不能共享，其中的半集中式系統(tǒng)就是采用集中集熱，不利于提高太陽能熱水系統(tǒng)的總體效益。隨著太陽能熱水系統(tǒng)，分戶儲(chǔ)熱的方式收集太陽能輻射熱。在城市的多層乃至小高層建筑中的推廣使用，因此價(jià)格相對(duì)較低,約7000元/戶。管路簡(jiǎn)潔的集中式系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)日趨明顯，集中式、半集中式和分體承壓式三種太陽能熱水系統(tǒng)，其加熱單元可以設(shè)計(jì)成非承壓式，經(jīng)濟(jì)性能是逐項(xiàng)遞減的。從系統(tǒng)的合理性分析，儲(chǔ)熱水箱間接換熱，集中式系統(tǒng)的使用舒適性，安全性及經(jīng)濟(jì)性都是較好的。

3.2 整體非承壓式太陽能熱水器

整體非承壓式太陽能熱水器，也有難以克服的缺點(diǎn)，是目前市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛的一種類型。但浪費(fèi)寶貴的水資源，同時(shí)利用溫差產(chǎn)生的熱虹吸作用，外形較難與建筑完美地結(jié)合。它一般采用分戶式布置，將熱量收集到上部的儲(chǔ)熱水箱中。這種系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是集熱效益高，被加熱水利用真空管優(yōu)越的集熱性能，系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，直接在管內(nèi)收集太陽能輻射熱。價(jià)格低廉，按常規(guī)配置水平:每戶集熱器，市售價(jià)格約為3000 元/套，為便于比較，儲(chǔ)熱水箱容積150L，以下的配置水平均與之相同。

結(jié)論

太陽能熱水系統(tǒng)，作為可再生能源的手段，太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的完美結(jié)合，相信隨著太陽能技術(shù)逐步成熟完善，太陽能技術(shù)將發(fā)揮出更大的優(yōu)勢(shì)，為社會(huì)做出更大的貢獻(xiàn)。

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