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1、太陽能光熱與建筑結合的集成方案與計費研究 2010-2-22 0:00:00 楊博雄1，尹維坊2（1.武漢大學遙感信息工程國家重點實驗室，武漢，4300792.武漢百年飛龍太陽能技術有限公司，武漢，430074） 摘要：太陽能與建筑結合應用成為目前引導節能建筑發展的熱點研究方向，本文結合目前太陽能集中熱水系統在建筑一體化中的應用，對太陽能集中熱水系統的現狀和發展進行了介紹，對太陽能光熱與建筑集成的幾種方案及其優劣進行分析與比較，并對其所涉及到新型太陽能集熱計量收費系統進行了闡述。 關鍵詞：太陽能光熱 建筑結合 集成 計費 一、太陽能與建筑一體化的現狀 太陽能與建筑一體化是太陽能光熱和光電發展的2、趨勢與潮流，因為太陽能在熱水、采暖、發電等過程中都離不開建筑，都需要與建筑有機融合，縱觀目前的太陽能與建筑一體化的應用，絕大多數都是“置入”、“附上”，有些是“前置”，有些是“外置”，都不是真正的有效“嵌入”，無論是分體還是平板太陽能，無論是空氣能熱泵還是承壓水箱，都像雞皮貼在鵝身上，都會帶來一些隱性的風險，如害怕跌落、維修困難、得熱效果差等等。在目前的太陽能與建筑一體化中，僅僅是聯集管、箱式組合和平板集熱器熱水工程，有些可能是多種能源的組合應用。除箱式組合工程是與落水直插式太陽熱水器原理一樣靠自然循環外其它都是要靠水泵定時循環或溫差循環（強制循環）。水泵是太陽能集熱器與儲水箱做熱交換的關鍵設3、備，噪聲、耐溫是水泵的薄弱環節，其次水垢對控制器的影響是目前那個廠家都沒徹底解決的問題，因為熱水工程需要穩定性、系統性和安全性，太陽能與建筑一體化需要有機融合和有效嵌入。 一是有機融合。隨著中高層建筑和高層建筑在城市的崛起，“不給用、用不了、不夠用”確實給太陽能與建筑一體化提供了巨大商機，真正的太陽能與建筑一體化需要在設計階段就介入進去，因為一棟建筑東、南、西三面都能接觸太陽陽光，如果將太陽能集熱器有效嵌入，那么，無論是美觀程度還是集熱效率都將得到很大程度的提升，太陽能也真正有建筑實現了一體化。 二是恒溫系統。隨著社會的發展，恒溫熱水和系統將會逐步走進未來的家庭，形式之一可能是集中供熱水，分水4、到戶，每家安裝恒溫熱水表；形式之二是每家利用自家的墻體來有效吸收太陽能，使得室內恒溫，當然，其中的控制系統是關鍵。 總之，太陽能與建筑一體化，需要從建筑設計環節開始就考慮到太陽能的有效嵌入，進而在施工階段將太陽能和建筑真正融合在一塊，規避“前置”和“外置”帶來的風險。 二、太陽能光熱與建筑一體化的發展趨勢 太陽能光熱與建筑一體化的發展趨勢可以分成如下三個階段： 第一步是太陽能發展的初級階段，是單體式太陽熱水器大發展時期。這個時期在技術上解決了太陽能熱轉換、熱水的儲存保溫、安裝使用的基本技術問題。人們在使用能源的概念上，有了新的轉變，認識了太陽熱水器比電熱水器、燃氣熱水器節能、省錢、安全；在市場5、運營上，產生了經濟效益和社會效益，得到了廣大用戶的認可和普遍使用。 第二步就是太陽能發展的中級階段，是太陽能與建筑一體化的發展期。這個期間又分為過渡期、成熟期（與建筑設計融合期、規范期）。在太陽能與建筑一體化的中級階段，城市樓房上的單體式太陽熱水器，逐步被太陽能與建筑一體化產品所代替，基本實現了城市太陽能與建筑一體化。太陽能與建筑一體化產品的生命周期長，這個周期要延續50100年之久，也是太陽能行業從無序發展向規范化發展的時期。規范化就是指太陽能與建筑一體化市場的運作規范化、太陽能與建筑一體化產品制造規范化、太陽能與建筑設計上規范化、設備安裝規范化、熱水管理規范化。 第三步就是太陽能發展的高級6、階段，稱為太陽能建筑時代。分為建筑設計融合期、規范期、多元化期（太陽能制冷，取暖，發電）。其中建筑設計融合期、規范期是中級產品向高級產品發展的過渡期。多元化期是太陽能建筑時代的到來。然后是漫長的太陽能建筑技術的完善、優化期，直到用太陽能完全取代礦物能源。 三、太陽能光熱與建筑一體化的主要解決方案 針對目前太陽能光熱與建筑一體化的發展現狀，對于不同的建筑要采用不同的集熱方案，基本上可分為分戶集熱分戶水箱分戶計量、集中集熱分戶水箱分戶計量、集中集熱集中水箱集中計量、普通級聯式產品工程等這么幾種解決方案，下面對這幾種解決方案進行詳細介紹。 1.分戶集熱分戶水箱分戶計量l工作原理 集熱器放置在陽臺外部7、結構件上或做成空調機外擋板，水箱放在陽臺里或室內，其系統工作原理如下圖所示： 這種集熱的方案特點為：承壓型系統性能穩定，安全可靠。分戶計量便于物業管理，可隨住隨用，無計費糾紛。可充分利用建筑外立面，解決了屋頂面積不夠的難題。用戶使用方便，管線較短，節約用水。保證用水的舒適度和衛生。其存在的問題有：使用承壓系統，初投資較高。開發設計規劃階段的提前參與。l工程圖示 太陽能集熱器件在陽臺欄桿的工程示意圖如下所示： 太陽能集熱器窗戶下斜靠的工程示意圖如下所示： 太陽能集熱器墻壁外掛的工程示意圖如下所示 2.集中集熱分戶水箱分戶計量l工作原理 集中集熱分戶水箱分戶計量的基本工作原理如下圖所示： 這種方案8、的特點：最大限度的利用了太陽能，共享集熱器，利用效率高。與建筑結合更加方便，美觀。分戶計量便于物業管理，住戶可隨住隨用無計費糾紛,解決了前期小區入住率低的問題。用戶使用方便，熱水管線短，節約用水。系統運行穩定,保證用水的舒適度和衛生。 存在問題：集熱系統如采用非承壓式，循環泵的功耗高。系統采用承壓式的初投資會較高。需要與建筑同步設計施工l工程圖示 集中集熱分戶水箱分戶計量的工程實例如下圖所示： 3.集中集熱集中水箱分戶計量l工作原理 集中集熱集中水箱分戶計量的基本工作原理如下圖所示： 這種方案的特點：初投資最經濟，易于推廣。安裝方便，技術成熟，市場廣泛。集熱系統為非承壓型，集中水箱可做成承壓或9、非承壓的。 其存在問題有：長年運行，集熱效率會有所降低。輔助加熱、熱水計量收費問題較為麻煩，特別是前期入住率不高時，熱水的成本較高。集熱系統存在漏水的隱患。l工程圖示 集中集熱集中水箱分戶計量的工程如下圖所示： 4.普通級聯式l工作原理 普通級聯式太陽能集中供熱系統通過將單臺熱水器通過管道級聯的方式來進行集中供熱，這種方案的特點有：經濟實惠，安裝維護方便；便于推廣，主要適合城鎮、農村應用；提前結合，最大化的減少了視覺污染； 其存在問題有：產品固有運行方式決定了其安裝位置必須高于用水點,從而使產品與建筑的結合方式受到局限。非承壓造成熱水與冷水壓力不均衡，使用舒適度降低。水箱為非承壓開口式,長時間10、使用水質衛生得不到保障. 熱水器存在著漏水的風險l工程圖示 普通級聯式產品工程圖示如下所示： 四、結束語 太陽能企業的專家要學有關建筑工程設計的基本知識，為設計師提供必要的基礎數據，并配合建筑設計開發研制與建筑有機結合的更完美的新產品，新系統等。而從事建筑設計的設計人員同樣要學一些有關太陽能熱水系統的設計知識，在建筑工程中就像考慮燃煤、或燃油供暖那樣考慮太陽能熱水器的應用，與工程同步設計。不但考慮太陽能光熱元件在建筑上的放置和安裝，保證管線的預留，結合建筑做好太陽能光熱系統的防風、防凍、防雷等安全防護工怍。太陽能光熱器件要建筑構件化，如成為屋面、墻面、陽臺、窗子等建筑構件的一個元素，與這些構件整合設計。多元化、系統化，而又符合建筑模數的建筑構件化的太陽能集熱器是建筑界和太陽能企業共同追求的目標，這需要兩個行業之問進行必要的溝通和了解。只有這樣，才能真正達到與建筑的一體化的設計，才能創造出更多的太陽能熱水器與建筑的完美結合的建筑物。 參考文獻略