1、太阳能光热与建筑结合的集成方案与计费研究 2010-2-22 0:00:00 杨博雄1，尹维坊2（1.武汉大学遥感信息工程国家重点实验室，武汉，4300792.武汉百年飞龙太阳能技术有限公司，武汉，430074） 摘要：太阳能与建筑结合应用成为目前引导节能建筑发展的热点研究方向，本文结合目前太阳能集中热水系统在建筑一体化中的应用，对太阳能集中热水系统的现状和发展进行了介绍，对太阳能光热与建筑集成的几种方案及其优劣进行分析与比较，并对其所涉及到新型太阳能集热计量收费系统进行了阐述。 关键词：太阳能光热 建筑结合 集成 计费 一、太阳能与建筑一体化的现状 太阳能与建筑一体化是太阳能光热和光电发展的2、趋势与潮流，因为太阳能在热水、采暖、发电等过程中都离不开建筑，都需要与建筑有机融合，纵观目前的太阳能与建筑一体化的应用，绝大多数都是“置入”、“附上”，有些是“前置”，有些是“外置”，都不是真正的有效“嵌入”，无论是分体还是平板太阳能，无论是空气能热泵还是承压水箱，都像鸡皮贴在鹅身上，都会带来一些隐性的风险，如害怕跌落、维修困难、得热效果差等等。在目前的太阳能与建筑一体化中，仅仅是联集管、箱式组合和平板集热器热水工程，有些可能是多种能源的组合应用。除箱式组合工程是与落水直插式太阳热水器原理一样靠自然循环外其它都是要靠水泵定时循环或温差循环（强制循环）。水泵是太阳能集热器与储水箱做热交换的关键设3、备，噪声、耐温是水泵的薄弱环节，其次水垢对控制器的影响是目前那个厂家都没彻底解决的问题，因为热水工程需要稳定性、系统性和安全性，太阳能与建筑一体化需要有机融合和有效嵌入。 一是有机融合。随着中高层建筑和高层建筑在城市的崛起，“不给用、用不了、不够用”确实给太阳能与建筑一体化提供了巨大商机，真正的太阳能与建筑一体化需要在设计阶段就介入进去，因为一栋建筑东、南、西三面都能接触太阳阳光，如果将太阳能集热器有效嵌入，那么，无论是美观程度还是集热效率都将得到很大程度的提升，太阳能也真正有建筑实现了一体化。 二是恒温系统。随着社会的发展，恒温热水和系统将会逐步走进未来的家庭，形式之一可能是集中供热水，分水4、到户，每家安装恒温热水表；形式之二是每家利用自家的墙体来有效吸收太阳能，使得室内恒温，当然，其中的控制系统是关键。 总之，太阳能与建筑一体化，需要从建筑设计环节开始就考虑到太阳能的有效嵌入，进而在施工阶段将太阳能和建筑真正融合在一块，规避“前置”和“外置”带来的风险。 二、太阳能光热与建筑一体化的发展趋势 太阳能光热与建筑一体化的发展趋势可以分成如下三个阶段： 第一步是太阳能发展的初级阶段，是单体式太阳热水器大发展时期。这个时期在技术上解决了太阳能热转换、热水的储存保温、安装使用的基本技术问题。人们在使用能源的概念上，有了新的转变，认识了太阳热水器比电热水器、燃气热水器节能、省钱、安全；在市场5、运营上，产生了经济效益和社会效益，得到了广大用户的认可和普遍使用。 第二步就是太阳能发展的中级阶段，是太阳能与建筑一体化的发展期。这个期间又分为过渡期、成熟期（与建筑设计融合期、规范期）。在太阳能与建筑一体化的中级阶段，城市楼房上的单体式太阳热水器，逐步被太阳能与建筑一体化产品所代替，基本实现了城市太阳能与建筑一体化。太阳能与建筑一体化产品的生命周期长，这个周期要延续50100年之久，也是太阳能行业从无序发展向规范化发展的时期。规范化就是指太阳能与建筑一体化市场的运作规范化、太阳能与建筑一体化产品制造规范化、太阳能与建筑设计上规范化、设备安装规范化、热水管理规范化。 第三步就是太阳能发展的高级6、阶段，称为太阳能建筑时代。分为建筑设计融合期、规范期、多元化期（太阳能制冷，取暖，发电）。其中建筑设计融合期、规范期是中级产品向高级产品发展的过渡期。多元化期是太阳能建筑时代的到来。然后是漫长的太阳能建筑技术的完善、优化期，直到用太阳能完全取代矿物能源。 三、太阳能光热与建筑一体化的主要解决方案 针对目前太阳能光热与建筑一体化的发展现状，对于不同的建筑要采用不同的集热方案，基本上可分为分户集热分户水箱分户计量、集中集热分户水箱分户计量、集中集热集中水箱集中计量、普通级联式产品工程等这么几种解决方案，下面对这几种解决方案进行详细介绍。 1.分户集热分户水箱分户计量l工作原理 集热器放置在阳台外部7、结构件上或做成空调机外挡板，水箱放在阳台里或室内，其系统工作原理如下图所示： 这种集热的方案特点为：承压型系统性能稳定，安全可靠。分户计量便于物业管理，可随住随用，无计费纠纷。可充分利用建筑外立面，解决了屋顶面积不够的难题。用户使用方便，管线较短，节约用水。保证用水的舒适度和卫生。其存在的问题有：使用承压系统，初投资较高。开发设计规划阶段的提前参与。l工程图示 太阳能集热器件在阳台栏杆的工程示意图如下所示： 太阳能集热器窗户下斜靠的工程示意图如下所示： 太阳能集热器墙壁外挂的工程示意图如下所示 2.集中集热分户水箱分户计量l工作原理 集中集热分户水箱分户计量的基本工作原理如下图所示： 这种方案8、的特点：最大限度的利用了太阳能，共享集热器，利用效率高。与建筑结合更加方便，美观。分户计量便于物业管理，住户可随住随用无计费纠纷,解决了前期小区入住率低的问题。用户使用方便，热水管线短，节约用水。系统运行稳定,保证用水的舒适度和卫生。 存在问题：集热系统如采用非承压式，循环泵的功耗高。系统采用承压式的初投资会较高。需要与建筑同步设计施工l工程图示 集中集热分户水箱分户计量的工程实例如下图所示： 3.集中集热集中水箱分户计量l工作原理 集中集热集中水箱分户计量的基本工作原理如下图所示： 这种方案的特点：初投资最经济，易于推广。安装方便，技术成熟，市场广泛。集热系统为非承压型，集中水箱可做成承压或9、非承压的。 其存在问题有：长年运行，集热效率会有所降低。辅助加热、热水计量收费问题较为麻烦，特别是前期入住率不高时，热水的成本较高。集热系统存在漏水的隐患。l工程图示 集中集热集中水箱分户计量的工程如下图所示： 4.普通级联式l工作原理 普通级联式太阳能集中供热系统通过将单台热水器通过管道级联的方式来进行集中供热，这种方案的特点有：经济实惠，安装维护方便；便于推广，主要适合城镇、农村应用；提前结合，最大化的减少了视觉污染； 其存在问题有：产品固有运行方式决定了其安装位置必须高于用水点,从而使产品与建筑的结合方式受到局限。非承压造成热水与冷水压力不均衡，使用舒适度降低。水箱为非承压开口式,长时间10、使用水质卫生得不到保障. 热水器存在着漏水的风险l工程图示 普通级联式产品工程图示如下所示： 四、结束语 太阳能企业的专家要学有关建筑工程设计的基本知识，为设计师提供必要的基础数据，并配合建筑设计开发研制与建筑有机结合的更完美的新产品，新系统等。而从事建筑设计的设计人员同样要学一些有关太阳能热水系统的设计知识，在建筑工程中就像考虑燃煤、或燃油供暖那样考虑太阳能热水器的应用，与工程同步设计。不但考虑太阳能光热元件在建筑上的放置和安装，保证管线的预留，结合建筑做好太阳能光热系统的防风、防冻、防雷等安全防护工怍。太阳能光热器件要建筑构件化，如成为屋面、墙面、阳台、窗子等建筑构件的一个元素，与这些构件整合设计。多元化、系统化，而又符合建筑模数的建筑构件化的太阳能集热器是建筑界和太阳能企业共同追求的目标，这需要两个行业之问进行必要的沟通和了解。只有这样，才能真正达到与建筑的一体化的设计，才能创造出更多的太阳能热水器与建筑的完美结合的建筑物。 参考文献略