關(guān)于太陽能與建筑相結(jié)合的幾點建議
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2013-07-09 12:59:02 字體：
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提要：目前國內(nèi)太陽能與建筑相結(jié)合的主要研究方向是平板型太陽能熱水器，而且還為此專門成立了平板集熱器專業(yè)委員會。因為建筑應(yīng)用太陽能熱水的不連續(xù)性，在用水少的時間段，為保持熱水溫度，對系統(tǒng)儲熱箱進(jìn)行加熱，容易形成加熱—冷卻—再加熱。
目前國內(nèi)太陽能與建筑相結(jié)合的主要研究方向是平板型太陽能熱水器，而且還為此專門成立了平板集熱器專業(yè)委員會。但是，要解決太陽能與建筑相結(jié)合僅此不夠。目前亟待解決的問題是如何提升太陽能熱水系統(tǒng)的工作性能與熱效率。以下是筆者就太陽能與建筑相結(jié)合提出的幾點建議，僅供廣大讀者參考。
一成立專門的組織與研究機(jī)構(gòu)
平板太陽能熱水器適宜與建筑結(jié)合，應(yīng)該進(jìn)行重點研究和推廣。但它畢竟是集熱器的一種集熱形式，是為太陽能與建筑相結(jié)合的需要而衍生的一種產(chǎn)品技術(shù)。盡管是技術(shù)攻關(guān)和推廣的重點，但是因為太陽能與建筑相結(jié)合是涉及兩個行業(yè)（太陽能熱利用行業(yè)和建筑行業(yè)），需要兩個行業(yè)共同配合才能實現(xiàn)太陽能與建筑相結(jié)合。
我國目前還沒有一個專門機(jī)構(gòu)對太陽能與建筑相結(jié)合的工作進(jìn)行系統(tǒng)的組織與研究。行業(yè)內(nèi)企業(yè)各自為戰(zhàn)，在研究和設(shè)計太陽能與建筑相結(jié)合方案時考慮角度各有側(cè)重，很難形成一個真正意義上的太陽能與建筑相結(jié)合。因此要做好這項工作，主要的問題是解決兩個行業(yè)的溝通與協(xié)調(diào)。因此在機(jī)構(gòu)設(shè)置上要突出溝通和協(xié)調(diào)這兩個重點。
二建立協(xié)調(diào)機(jī)制
要搞好協(xié)調(diào)就要建立相應(yīng)的協(xié)調(diào)機(jī)制。筆者認(rèn)為2個行業(yè)成立太陽能與建筑相結(jié)合專家協(xié)調(diào)委員會或類似的專門機(jī)構(gòu)來落實太陽能熱利用行業(yè)與建筑行業(yè)的溝通與協(xié)調(diào)，對產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)行梳理，制定發(fā)展規(guī)劃。理順關(guān)系，互相配合，爭取少走彎路，提高效率，加快太陽能與建筑相結(jié)合的進(jìn)程。
三把實用放在 位，結(jié)構(gòu)形式放在第二位
太陽能與建筑相結(jié)合，受多方面因素影響。單純采取某一項措施解決某一個問題就能達(dá)到目的是 能的。要把各種因素綜合起來考慮，從細(xì)處著眼；要考慮太陽能熱水系統(tǒng)與建筑相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式和建筑空間的綜合利用；要考慮投資、設(shè)計、施工、安裝、成本和系統(tǒng)后期運轉(zhuǎn)管理等各個環(huán)節(jié)和因素；要考慮集熱、儲熱、系統(tǒng)設(shè)置、管道輸送、輔助加熱和使用等等。
通過提高集熱效率、提高儲熱保溫效果、減少熱損失、提高太陽能熱水利用率等多種措施來提高太陽能熱水系統(tǒng)的熱效率。通過對系統(tǒng)合理的配置，簡化系統(tǒng)設(shè)置，減少不必要的運轉(zhuǎn)機(jī)械和控制裝置，降低不必要的運轉(zhuǎn)、輔助加熱耗 運轉(zhuǎn)維護(hù)費用等，以降低后期管理費用和熱水成本。中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會太陽能熱利用專業(yè)委員會主任羅振濤對太陽能與建筑相結(jié)合的理念做了詳細(xì)的解讀：“我們可以追求使太陽能與建筑物更好更 地結(jié)合在一起。但我們產(chǎn)品本身的技術(shù)和功能才是更重要的。 、高效、安全、物美價廉的產(chǎn)品固然重要，但集熱技術(shù)、儲熱技術(shù)及輔助能源技術(shù)才是更重要的。把結(jié)構(gòu)形式放在第二位，實用才是 位。”
四堅持效率優(yōu)先的原則
在集熱產(chǎn)品技術(shù)的選擇上，我們應(yīng)本著效率優(yōu)先的原則。畢竟我們所研究的方向不是單純的建筑構(gòu)件，而是有著建筑構(gòu)件功能易于與建筑結(jié)合，有著雙向作用的太陽能熱水系統(tǒng)。所以它的熱效率和使用效果都是我們應(yīng)該優(yōu)先考慮的。尤其讓太陽能熱水器冬天好用是我們考慮的重點。從我國目前應(yīng)用的平板型集熱器和全玻璃真空太陽能集熱器兩大主流集熱技術(shù)來看，平板集熱器的主要問題在集熱效率上。而恰恰平板集熱器冬天的效率比較低。真空管集熱器的主要問題在與建筑的結(jié)合上。真空管熱水器是我國的傳統(tǒng)優(yōu)勢，這些年來真空管集熱技術(shù)取得了很大的發(fā)展，如能在此基礎(chǔ)上根據(jù)建筑應(yīng)用太陽能的規(guī)律和特點解決好熱水器在使用中存在的問題，根據(jù)我國國情和建筑結(jié)構(gòu)特點解決好熱水系統(tǒng)與建筑的有效結(jié)合，就能很好地實現(xiàn)各種太陽能熱水器的有效使用。
五從建筑設(shè)計上提高真空管集熱效率
我國建筑以坡面屋居多，而且坡面屋有利于真空管集熱器的集熱與安裝。統(tǒng)一集熱位置，使真空管集熱器與坡屋面結(jié)合，有利于集熱效率的提高和集熱器的安全穩(wěn)定。影響熱水器在建筑上應(yīng)用的主要問題在于，真空管集熱器的結(jié)構(gòu)形狀不利于與建筑結(jié)合。
我們應(yīng)該跳出太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)框架，從系統(tǒng)的角度去考慮這個問題。將朝陽坡屋面底板的結(jié)構(gòu)形狀根據(jù)太陽能與建筑相結(jié)合的要求做相應(yīng)改變，在設(shè)計和澆筑屋面底板時預(yù)留儲熱箱底座，原真空管熱水器根據(jù)配合的需要對熱水箱的圓柱截面形狀和與真空管的連接位置做適當(dāng)調(diào)整與改變，以適應(yīng)與坡屋面結(jié)合的需要。去掉熱水器支架以屋面為依托，利用不銹鋼屋面預(yù)制板對屋面底板進(jìn)行處理。這樣既可以通過不銹鋼板的反射和烘托提高真空管集熱效率，又可以通過不銹鋼反射板對屋面起到防水和保溫的作用，而且還可以提高施工效率，減輕建筑主體承重。
六提高太陽能熱效率方便后期管理
在系統(tǒng)設(shè)置上，筆者認(rèn)為要提高太陽能熱效率方便后期管理。在功能和管理的設(shè)置上，將系統(tǒng)和用戶終端進(jìn)行分離。系統(tǒng)以改造后的集熱管熱水器為基礎(chǔ)，熱水箱橫向擴(kuò)容借鑒列管式換熱器的結(jié)構(gòu)形式，對儲熱箱內(nèi)部進(jìn)行改造，構(gòu)成換熱式系統(tǒng)共用儲熱箱。系統(tǒng)儲熱箱通過集熱管的加熱介質(zhì)對換熱管內(nèi)的水進(jìn)行加熱。
以往集熱管熱水器使用過程中的諸多問題如承壓、防凍、爆管脫管、結(jié)垢、控制失靈、使用千滾混合水等問題都可以通過換熱的形式來解決，而且還可以提高太陽能熱能的利用效率，簡化后期用水計量的管理。真空管與列管式換熱器都是成熟的技術(shù)，它們的效果毋庸置疑。當(dāng)然換熱與直熱效率有差異。由于建筑用熱水的特點是不連續(xù)性和不規(guī)律性，如果采用共用水箱適當(dāng)增加換熱面積、液水比例合理、換熱管排列形式得當(dāng)，滿足人們的使用應(yīng)該是沒有問題的。
以往的不成功在于換熱面積或液水比例不合理或者是換熱管排列形式不當(dāng)。該系統(tǒng)集熱管與公用儲熱箱一體，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，承擔(dān)太陽能加熱、換熱、儲熱和輸送的任務(wù)。可簡化系統(tǒng)設(shè)置，減少因循環(huán)需要而設(shè)置的系統(tǒng)控制裝置和運轉(zhuǎn)機(jī)械，保持系統(tǒng)的自然循環(huán)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，實現(xiàn)無機(jī)運行。減少因循環(huán)造成的熱損失、運轉(zhuǎn)機(jī)械及控制裝置的運轉(zhuǎn)耗能和因故障導(dǎo)致的維修和管理費用，宜于后期集中管理。用戶用水控制終端承擔(dān)輔助加熱和調(diào)控的功能，而且還有對管道內(nèi)的冷水循環(huán)加熱和在管網(wǎng)供水壓力不足時進(jìn)行增壓供水等功能，在以往的太陽能與建筑相結(jié)合方案中大多數(shù)是在儲水箱和系統(tǒng)儲水箱中進(jìn)行輔助加熱。
因為建筑應(yīng)用太陽能熱水的不連續(xù)性，在用水少的時間段，為保持熱水溫度，對系統(tǒng)儲熱箱進(jìn)行加熱，容易形成加熱—冷卻—再加熱。造成無效輔助加熱耗能和系統(tǒng)輔助加熱耗能的管理難度。如將系統(tǒng)輔助加熱改為用戶終端即時輔助加熱和調(diào)控，用戶根據(jù)需要對水溫進(jìn)行調(diào)控，用多少水加熱多少水，隨用隨加熱可降低輔助加熱的無效耗能，減少后期管理費用降低熱水成本。用戶終端由用戶管理產(chǎn)生的一切費用由用戶承擔(dān)，大大降低了后期集中管理的難度。
七關(guān)于中高層建筑安裝太陽能熱水器的建議
屋面安裝集熱器僅能滿足十二層以下建筑熱水的需求，要滿足中高層建筑太陽能熱水的需求還需以壁掛太陽能熱水器加以輔助。在這里需要說明的是以往壁掛式太陽能熱水系統(tǒng)是一戶一機(jī)安裝，集熱面積和安裝上受到很多制約。筆者的建議是屋面集熱器承擔(dān)上面十二層的熱水供應(yīng)，十二層以下太陽能熱水器的任務(wù)由壁掛式太陽能熱水系統(tǒng)來完成，將所有十二層以上樓房南墻朝陽面（若前無樓房遮擋可適當(dāng)降低），除陽臺和窗口（ 為飄窗）空調(diào)安裝口以外的空間全部用集熱器予以鑲嵌，以樓層單元為單位由集熱器和儲熱箱組成的一體熱水系統(tǒng)固定在墻體上。這樣可以加大集熱面積，提高太陽能熱水利用率，減少水箱對建筑有效空間占用，而且集熱器還對建筑起到一定的裝飾作用。
上述建議有待于業(yè)內(nèi)專家和領(lǐng)導(dǎo)的研究。以太陽能熱水系統(tǒng)與建筑相結(jié)合和后期運轉(zhuǎn)、使用、管理為著眼點進(jìn)行考慮，立足于溝通與協(xié)調(diào)。這些問題的解決都需以建筑為基礎(chǔ)需要太陽能行業(yè)與建筑行業(yè)密切配合。從設(shè)計入手，做到熱水系統(tǒng)與建筑同步設(shè)計，保持結(jié)構(gòu)技術(shù)方案的一致性與設(shè)計、施工、安裝、后期運轉(zhuǎn)管理等各環(huán)節(jié)的連慣性，是解決太陽能與建筑相結(jié)合技術(shù)問題的關(guān)鍵。筆者在《太陽能與建筑相結(jié)合的探討》（《中國太陽能工程》2011年第11期）一文中，對按照上述思路構(gòu)成的太陽能與建筑相結(jié)合方案進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和論證，這些問題在該方案中都得到了很好的解決并申請了國家專利，能實實在在地解決太陽能與建筑相結(jié)合很多實際問題。以上建議希望能為業(yè)內(nèi)專家和領(lǐng)導(dǎo)提供一些參考。