關(guān)于住宅類高層建筑太陽能集熱系統(tǒng)若干問題的討論

王珂　陳文浩

摘 要：隨著人們節(jié)約意識越來越強(qiáng)，如今太陽能集熱系統(tǒng)已經(jīng)開始廣泛適用于高層住宅建筑中，作為可再生能源的太陽能，其應(yīng)用已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚闹饕獌?nèi)容。本文將會就高層住宅建筑太陽能集熱系統(tǒng)的相關(guān)問題進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：太陽能；高層建筑；應(yīng)用

1 太陽能集熱系統(tǒng)簡介

一般地，太陽能集熱系統(tǒng)是由集熱器、保溫水箱、自動上水控制箱、循環(huán)泵、控制系統(tǒng)以及相關(guān)的管路配件等組成的，其主要工作原理是通過集熱器吸收太陽能輻射，轉(zhuǎn)化成熱能，把冷水加熱成熱水，通過控制系統(tǒng)，由自動上水控制箱實(shí)現(xiàn)自動上水，并同時能夠進(jìn)行溫差循環(huán)、管道循環(huán)以及定時定溫電加熱等措施，為用戶提供全天候恒溫、恒壓供水以及防凍等功能。

而在工程造價方面，太陽能集熱系統(tǒng)具有一次性投資、運(yùn)行費(fèi)用較低的特點(diǎn)，是所有集熱系統(tǒng)和設(shè)備中經(jīng)濟(jì)效益是最好的，加上其安全性高、可靠、美觀和無污染等優(yōu)點(diǎn)，受到廣大人們的歡迎。太陽能集熱系統(tǒng)的形式主要有兩種，分別是分體式強(qiáng)制循環(huán)型和聯(lián)體式自然循環(huán)式。在選擇太陽能集熱系統(tǒng)的形式時，需要根據(jù)建筑物的實(shí)際情況選擇合適的形式。

2 太陽能集熱系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 太陽能集熱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

太陽能集熱系統(tǒng)通過利用太陽能把冷水加熱成熱水，能夠節(jié)約一次性能源，減少污染的排放加上系統(tǒng)設(shè)備工作壽命長，運(yùn)行安全性能較高，投資回收率較高，系統(tǒng)設(shè)備折舊率低等優(yōu)點(diǎn)，已在全球廣泛地推廣開來。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計，太陽能輻射每年到達(dá)地球表面大約是全世界所有能量消耗總和的兩萬倍。在1979年，古德曼創(chuàng)造了世界上第一家LUZ的太陽能公司，直到2009年為止，這家太陽能公司的年銷售額已經(jīng)逼近兩千萬美元了。而在日本，太陽能熱水器的普及率是11%；歐洲國家預(yù)計在未來的十年內(nèi)，太陽能熱水器的普及率將會大23%，而在以色列，太陽能熱水器的普及率更是高達(dá)80%。在2013年7月1日，我國武漢市出臺新規(guī)，市內(nèi)新建、改建、擴(kuò)建的18層及以下建筑，太陽能熱水系統(tǒng)覆蓋率須達(dá)到100%；18層以上的建筑，太陽能熱水系統(tǒng)覆蓋率須達(dá)到30%。足以可見，我國開始對于太陽能的使用十分重視。隨著技術(shù)的成熟，近年來，在我國的太陽能集熱市場中，真空管集熱器和平板集熱器等太陽能集熱系統(tǒng)開始被廣泛地推廣。我國大部分城市都處于光照二類地區(qū)，太陽能輻射熱量十分豐富，加上節(jié)約能源意識的增強(qiáng)，為推廣太陽能集熱系統(tǒng)提供一定的幫助和平臺。舉個例子，廣東省的深圳市，全年大部分時間都陽光充足，大大地提高了太陽能集熱系統(tǒng)的工作效率。用于住宅類高層建筑的太陽能集熱系統(tǒng)和傳統(tǒng)的單產(chǎn)式太陽能熱水器并不相同。太陽能集熱系統(tǒng)是把整棟住宅樓的熱水循環(huán)供應(yīng)設(shè)計成一個整體的熱水供應(yīng)系統(tǒng)，造價與單產(chǎn)式太陽能熱水器相比較低，便于集中管理和維修。簡而言之，投資成本較低的太陽能集熱系統(tǒng)能夠解決消耗能源與人們對熱水供應(yīng)需求的矛盾，還可以保護(hù)環(huán)境，減少污染。

2.2 太陽能集熱系統(tǒng)的缺點(diǎn)

若要在高層住宅類建筑的樓頂安裝太陽能集熱器，在三四月份的梅雨天氣時，日照時間較短，令熱水的溫度無法滿足住戶的需求。再者，安裝太陽能集熱系統(tǒng)施工難度大，屬于技術(shù)改造型的工程，對于建筑物所在地區(qū)的太陽角、總輻射照度以及太陽能輻射等各種問題都需要進(jìn)行綜合的考慮和分析。這時候，就需用熱泵、燃料鍋爐或電熱鍋爐等相關(guān)設(shè)備作為輔助的加熱系統(tǒng)，其中，可把熱泵作為一級輔助加熱系統(tǒng)，而電熱鍋爐作為二級的輔助加熱系統(tǒng)，在節(jié)省能源的同時改善太陽能集熱系統(tǒng)的缺點(diǎn)。而且，如今已有新型的熱泵式太陽能熱水系統(tǒng)能夠解決光照不足、向陽角度等問題。

3 高層住宅建筑設(shè)太陽能集熱系統(tǒng)設(shè)計建議

3.1 太陽能集熱器的種類

3.1.1 分戶式安裝太陽能熱水器

分戶式安裝采用自然循環(huán)式太陽能熱水器，安裝在屋頂?shù)奶厥鈪^(qū)域中，這個特殊區(qū)域是經(jīng)過特別設(shè)計的。同一單元住戶整齊排放。住戶自行購買熱水器并進(jìn)行安裝，可根據(jù)自身的喜好使用熱水器內(nèi)熱水。但其缺點(diǎn)是管道成本較高，且管道占的空間大。優(yōu)點(diǎn)是在在使用過程中的費(fèi)用處理較為簡單。目前在我國使用分戶式安裝太陽能熱水器的人數(shù)較多，尤其是別墅、住宅樓頂上面幾層用戶。

3.1.2 集中供熱水系統(tǒng)

集中供熱水系統(tǒng)是指采用集中的太陽能集熱器和集中的貯水箱供給一幢或幾幢建筑物所需熱水的系統(tǒng)，可一個單元或整棟建筑為單位共用一套太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能集熱器以及儲熱水箱。一般地，這種系統(tǒng)的沒有成套產(chǎn)品，所以在設(shè)計的時候，要先確定單位太陽能集熱面積與熱水量的匹配值，然后根據(jù)實(shí)際情況，選擇自然循環(huán)、強(qiáng)制循環(huán)或直流式等方式。集中集熱供熱水系統(tǒng)的管路設(shè)計比較簡單。

3.1.3 集中集熱分戶供熱水系統(tǒng)

該形式將集熱器集中布置在屋頂，并在屋面設(shè)置水箱間，并且在每家每戶安裝一臺熱、電兩用太陽能水箱，一般而言，這種太陽能水箱的水容量是50～100升。太陽能集熱器采集到的熱量集中儲存于屋頂設(shè)備間內(nèi)的水箱中，并通過管網(wǎng)輸送到每家每戶，不僅保證用戶用熱量均衡穩(wěn)定，而且為太陽能在民用住宅領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的途徑。

3.2 設(shè)計太陽能集熱器的相關(guān)建議

（1）在設(shè)計太陽能集熱器的安裝位置的時候，需要對建筑物的方向、地方光照的方向、太陽角、太陽能輻射總能量等進(jìn)行詳細(xì)的了解和分析，對于建筑物向陽的屋頂、墻面、陽臺以及雨棚等地方都是理想的安裝位置。然后根據(jù)分析的結(jié)果選擇合適的太陽能集熱器種類。安裝前需要對太陽能集熱系統(tǒng)的各個裝置和組成進(jìn)行充分的了解，努力把太陽能集熱系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備模塊化、構(gòu)件化，能夠巧妙地融入到建筑物中，就是最佳的設(shè)計方法。

（2）太陽能集熱系統(tǒng)與高層住宅類建筑的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是兩者一體化。就是能夠把太陽能集熱系統(tǒng)和高層住宅建筑充分地結(jié)合在一起，這就要求在建筑的最初設(shè)計的時候，把太陽能集熱系統(tǒng)及其相關(guān)設(shè)備融入到建筑設(shè)計中，成為住宅建筑的有機(jī)部分，在之后的設(shè)計、施工、調(diào)試以及驗(yàn)收過程中統(tǒng)一進(jìn)行。太陽能集熱系統(tǒng)與高層住宅類建筑的一體化設(shè)計是指太陽能集熱系統(tǒng)能夠和高層住宅類建筑的外墻、屋面、陽臺以及空調(diào)位置一體化，令建筑物給人一個外觀整潔、大方和諧的感覺。

（3）在太陽能集熱系統(tǒng)和高層住宅類建筑的整合設(shè)計中，其首選的太陽能熱水系統(tǒng)就是分體式太陽能熱水系統(tǒng)。因?yàn)榉煮w式太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)備和裝置能夠輕易地進(jìn)行一體化設(shè)計和構(gòu)件化，靈活地安排太陽能集熱系統(tǒng)的位置，為日后的管理工作和檢查維修提供便利。

4 結(jié) 語

高層住宅類建筑的太陽能集熱系統(tǒng)設(shè)計不僅需要太陽能熱水器生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)備構(gòu)件上標(biāo)準(zhǔn)化，還需要建筑師參加到設(shè)計和施工的全過程。在設(shè)計前，需要根據(jù)建筑物的高度、向陽方位、地區(qū)日照等具體情況，在保證經(jīng)濟(jì)效益的前提下合理、科學(xué)、正確的選出切合實(shí)際的太陽能集熱系統(tǒng)，并為太陽能集熱系統(tǒng)設(shè)計出合適的保護(hù)裝置，同時，也要確保建筑屋面承重、防水等功能不受破壞。

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