我國太陽能熱水系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

我國城市的可持續(xù)發(fā)展面臨著經(jīng)濟、環(huán)境以及能源三重壓力。此種狀況下大力發(fā)展及綜合利用可再生清潔能源，對改善城鎮(zhèn)居民的生活用能源結(jié)構(gòu)和總體能源消費水平，推進城市建筑現(xiàn)代化水平具有重要意義。

一、我國太陽能技術的發(fā)展現(xiàn)狀

我國的太陽能的建筑應用研究相較發(fā)達國家來說起步比較晚，普遍開始于上世紀的70年代末，80年代后才重點發(fā)展了被動式的太陽能采暖技術。進入90年代太陽能熱水器進行了大力推廣其使用效果獲得了全社會的普遍認可。90年代末期，我國在太陽能利用技術綜合應用上開始獲得了長足的發(fā)展，期間建成了多座例如太陽能光熱、光電轉(zhuǎn)換技術進行了廣泛應用的公共建筑及居住建筑。目前國內(nèi)對普及型太陽能熱水器的研究比較深入，安裝應用也比較廣泛，我國已經(jīng)成為世界上最大的太陽能熱水產(chǎn)品產(chǎn)銷國。我國大部分地區(qū)具有豐富的太陽能資源。據(jù)全國近700個氣象臺站的長期實測所積累得到的數(shù)據(jù)資料表明，全年日照時間最長的地區(qū)照射時長可達到有2800～3300h，年日照時數(shù)大于2200h﹙每天日照時數(shù)大于6h﹚的地區(qū)，占到了國土面積的2/3以上。全國面積內(nèi)年輻照總量大約為3340～8360MJ/㎡，其每平方米每年可產(chǎn)生相當于110 kg～280kg標準煤燃燒所產(chǎn)生的熱量。除四川盆地及其毗鄰地區(qū)以外，我國的絕大部分地區(qū)太陽能資源豐富程度超過了國外同緯度的地區(qū)的太陽能資源分布。

太陽能建筑的發(fā)展過程中可分為三個階段。

第一階段稱為被動式太陽房，此體系是通過建筑物朝向以及與周圍環(huán)境的合理布置，獲得內(nèi)部空間與外部形體的巧妙布局，輔以及建筑材料、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造的恰當選擇，使整個體系在冬季能夠集取、保特、貯存、分布太陽熱能熱量，從而解決了建筑物的寒冷季節(jié)采暖問題；同時在夏季其結(jié)構(gòu)構(gòu)件又能遮蔽強烈的太陽輻射，并散逸室內(nèi)的熱量，從而使建筑物自然降溫。該設計的基本理論思路是控制陽光與空氣在恰當?shù)臅r間進入到建筑內(nèi)并儲存和分配熱空氣。體系的設計原則有：要有有效的絕熱圍護外殼，有足夠大的集熱外表面積，室內(nèi)盡可能多的布置儲熱體，以及主次房間平面位置要布置合理。它包括了五種基本形式：太陽窗式、集熱蓄熱墻式、附加溫室式、屋頂池式和對流回路式。

第二階段稱為主動式太陽房，這是一種以太陽能外部集熱器、內(nèi)部管道、散熱器、風機或著泵以及蓄熱裝置等部分組成的強制循環(huán)太陽能綠色采暖系統(tǒng)或與吸收式的制冷機組成的太陽能供暖和空調(diào)的建筑。主動式所采用的太陽能供暖系統(tǒng)主要有以下：熱風集熱式的供熱系統(tǒng)、熱水集熱式地板輻射的采暖系統(tǒng)、太陽能空調(diào)系統(tǒng)、地下蓄熱式的供冷暖系統(tǒng)等。主動式的太陽能采暖，是利用外部能源（通常是電）啟動風機或者水泵，將熱水或者熱空氣從太陽能集熱器傳送到與其分開的儲熱器或者采暖房間，或是在儲熱器或采暖的房間進行傳遞。主動式的太陽房設計則是以太陽能的集熱器、管道、散熱器、風機、泵以及儲熱裝置等組成的強制循環(huán)的太陽能采暖的系統(tǒng)。按集熱器和集熱介質(zhì)的不同，它可以分為多種系統(tǒng)形式。相對于被動式的采暖系統(tǒng)來說，主動式的系統(tǒng)較復雜，其造價也比較高，多應用于大型的公共類建筑。它也有五種基本形式：液體平板型的集熱器式、空氣平板型的集熱器式、集聚型的集熱器式、熱泵式和太陽能熱泵式。第三個階段的發(fā)展則是利用太陽電池等光電的轉(zhuǎn)換方式為建筑物提供所需要的全部能源，完全是用太陽能滿足建筑物的供暖、空調(diào)、照明和用電等一系列的功能要求，所謂“零能房屋”。

二、太陽能集熱方式的分類

太陽能集熱器是一種吸收太陽輻射并且將產(chǎn)生的熱能傳輸?shù)絺鳠峁べ|(zhì)的裝置，它是太陽能熱利用的一個關鍵部件，用于吸收太陽能并且將產(chǎn)生的熱能傳輸?shù)絺鳠峁べ|(zhì)。太陽能集熱器大致上有平板型的集熱器（直曬式和透明蓋板式）、真空管型的集熱器、聚焦型的集熱器（點聚焦式與線聚焦式）等基本類型。按照集熱器的傳熱工質(zhì)類型來分類：液體集熱器（用液體作傳熱工質(zhì)）和空氣集熱器（用空氣作傳熱工質(zhì)）。液體集熱器一般是用水作工質(zhì)，也就是太陽能熱水器，是當前太陽能熱利用中最為重要的一種方式，并且其商業(yè)化程度也最廣，應用范圍也廣泛，例如洗浴和供暖等，發(fā)展前景廣闊。

按照進入采光口的太陽輻射是否改變方向來分類：聚光型的集熱器、非聚光型的集熱器。聚光型集熱器則是利用反射器、透鏡或者其它的光學器件將進入采光口的太陽輻射改變其方向并且聚集到吸熱體上的太陽集熱器。聚光型集熱器主要用于太陽能中溫高溫熱利用的領域，例如太陽能熱發(fā)電、太陽灶等。

按照集熱器內(nèi)是否有真空空間來分類：真空管集熱器和平板型集熱器。平板型集熱器的發(fā)展較真空管集熱器而言發(fā)展要早，以其簡單、便宜和安裝方便等在全世界都得到了廣泛的應用。但是由于材料的限制，近年來發(fā)展比較緩慢。而真空管集熱器是在平板型集熱器的基礎上而發(fā)展起來的一種新型的太陽能集熱裝置，以其卓越的集熱性能與耐候性，在國內(nèi)的市場上已經(jīng)遠遠超過了平板型的集熱器。真空管集熱器可分為全玻璃真空管集熱器與熱管式真空管集熱器。

全玻璃真空集熱管是一端開口，另一端密閉成半球型的圓頭，內(nèi)玻璃管與外玻璃管之間形成的夾層抽成高真空，內(nèi)玻璃管的外部涂有選擇性涂層，能吸收太陽的輻射，內(nèi)玻璃管內(nèi)的水溫度升高后依靠自然對流進入保溫水箱。它應用了真空技術，消除了氣體的對流和傳導熱損失，選擇性涂層的使用讓真空管的輻射熱損降低到了最低，這樣真空管太陽能集熱器既可以在中高溫下運行，也能在寒冷地區(qū)的冬季以及日照和天氣多變的地區(qū)運行，擴大了應用的領域。

熱管式真空集熱管是真空集熱管中的一種，內(nèi)部設有金屬吸熱體，主要由玻璃管、金屬吸熱板、熱管、金屬封蓋、消氣劑和彈簧支架等部分組成。工作時，太陽輻射穿過玻璃管后直接投射到金屬吸熱板上，金屬板再將熱量傳導給熱管，熱管內(nèi)的工質(zhì)迅速汽化，工質(zhì)蒸氣在上升到熱管冷凝段后，在比較冷的內(nèi)表面凝結(jié)，再釋放出蒸發(fā)潛熱，將熱量傳遞給集熱器的儲熱工質(zhì)，凝結(jié)以后的液態(tài)傳熱工質(zhì)將依靠自身重力再流回到蒸發(fā)段，然后重復上述過程。

三、太陽能熱水系統(tǒng)的分類

太陽能的熱水系統(tǒng)是由太陽能集熱元件（玻璃真空管，平板集熱器，熱管真空管以及其它型式的集熱元件）、蓄熱容器（各種型式的水箱、罐）、控制系統(tǒng)（溫感器、水位控制、光感器、電熱元件、電氣元件組合以及顯示器或者供熱性能程序電腦）及完善的保溫和防腐管道系統(tǒng)等有機地組合在一起的，在太陽光的照射下，通過不同的形式的運轉(zhuǎn)，使太陽的光能充分的轉(zhuǎn)化為熱能，匹配定量的電力與燃氣能源，就成為了比較穩(wěn)定的定量能源設備，提供中溫水供人們使用。