浅谈太阳能热水器与建筑一体化

浅谈太阳能热水器与建筑一体化

摘要简要介绍了目前太阳能热水器与建筑一体化的几种方式，并对其优缺点进行了分析。

关键词太阳能热水器建筑一体化集热器

1 引言

在跨入21世纪之际，人类将面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在有限资源和环保严格要求的双重制约下,发展经济已成为全球热点问题。而能源问题将更为突出，不仅表现在常规能源的匮乏不足，更重要的是化石能源的开发利用带来了一系列问题，如环境污染、温室效应等都与化石燃料的燃烧有关。目前的环境问题，很大程度上是由于能源特别是化石能源的开发利用造成的。因此，人类要解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能以其独具的优势，其开发利用必将在21世纪得到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担纲重任，成为21世纪后期的主导能源。

本文仅就太阳能热水器与建筑一体化进行简要介绍。

2 太阳能热水器与建筑结合的形式

我国太阳能热水器的年销量和保有量都是世界第一，太阳能热水器及系统是太阳能利用行业中技术最成熟、推广应用范围最广、经济效益也最显著的实用技术产品。

就目前而言，太阳能热水器与建筑结合的形式主要有以下三种：

（1）屋顶单机——多层住宅

（2）分体壁挂式——多层、高层住宅

（3）集中式——多层、高层住宅或公共建筑

3 各种安装形式的特点

太阳能热水器安装形式比较：

3.1屋顶单机

屋顶单机分为两大类产品，一类是承压全自动产品，二类是非承压落水产品。

承压全自动产品的水箱能够承受一定的压力，采用冷水顶热水出的取水方式，冷热水压力相同，水温调节方便，使用舒适；集热管一般不与水直接接触，单根管破损亦不会造成跑水的现象。

非承压落水产品，是目前较普通的产品，最早最简单的结构形式，采用真空玻璃管直接插在水箱内，靠硅胶圈密封，单根管损坏则系统瘫痪；需配套电子控制系统使用，易出现误操作或失灵，后期维护量较大，存在一定的安全隐患，对使用安全性要求不高时一般采用。

屋顶单机系统有以下特点：

（1）屋顶采光一般较好，采光效果一致性较强，集热效率高，屋顶面积足够的话，水箱容量可设计成较大的容量。

（2）产品一户一台，分户使用分户管理，使用维护方便。

（3）适用于多层住宅的配套，不适合高层的配套。建筑为平屋顶时，不影响立面效果，建筑为坡屋顶时，对立面的影响较大。建筑屋顶预留太阳能安装基础，保证后期屋顶防水的维护方便。需要建筑预留管道井和电线管，需要建筑屋顶有足够的可用布置空间。

（4）后期的维护量较大，尤其是室外冷热水管路保温伴热的部位，易出现冻裂和烫坏管件的可能。

（5）不同产品的太阳能单机外形差不多，整体外观效果一般。

采用屋顶单机作为建筑一体化的做法，目前不是太阳能与建筑一体化的较好的解决方式。

3.2分体壁挂式

分体壁挂式系统有以下优点：

（1）实现分户管理分户使用，个性化强，物业无管理麻烦。

（2）水箱为承压式，顶水式取水，冷热水压力平衡，用水调节方便。解决了屋顶放置空间邻里关系问题、低层住户开阀门长时间排冷水问题、顶层住户热水压力不足问题、通风道排气堵塞性问题等诸多使用方便性和物业管理性问题。

（3）集热器和水箱均不占用屋面，不影响屋顶防水，不影响后期防水维护，避免影响建筑屋顶造型等建筑风格。

（4）突破了太阳能单机产品自然加热，温度不可控温的难点，保证了承压水箱室内放置的安全性。从技术性方面解决了防冻性和过热性问题。

（5）集热盒采用模具化铝合金拉伸料，支架采用铝合金拉伸料型材，实现了集热器的扁平化设计，重量更轻，载荷要求更低，与建筑结合更容易；外表面可根据建筑风格的颜色做喷塑处理，可很好的与建筑整体效果相结合。

（6）在太阳能水箱内设置专用的电辅助加热器舱，舱体表为搪瓷涂层，舱内配有电热器、陶瓷骨架、电控器等装置。电热器通过热辐射加热舱内空气，空气热对流加热舱体，舱体通过热传导加热水箱内的水。真正实现水电分离，使用更安全。

同时分体壁挂式系统又有以下不足：

（1）集热器要根据建筑的阳台、墙面的尺寸来确定合理的集热面积与水箱的配比，现场条件不同时，保持固定的配比可能使同一栋楼的不同住户的产水量不同；在现场面积一定的情

况下，所配水量有一定的局限性。需要建筑主体尽量朝南，偏东或偏西不超过10°，偏斜角度太大，影响集热器集热效率。

（2）集热器与水箱的距离不能太远，过长的距离将造成大量的热量损失。

（3）水箱必须高于集热器，距离愈大高差越大，才能保证设备的正常热传递。在实际布置时，有些情况需要建筑提供一定的现场条件。

壁挂式系统对建筑南立面的开发利用为太阳能产品与建筑一体化提供了很好的思路。3.3集中式

采用集中式系统，由四大部分组成：集热部分、储热部分、循环管路部分和控制部分。集中集热，强制换热，集中储水，分户供应，设备的综合利用率较高。全自动控制系统也可实现无人化管理。

集中式系统有以下几个优点：

（1）系统集热效率高，集热器、水箱布置灵活，热水资源容易平衡利用，设备利用率高，热水综合成本较低。

（2）控制灵活，全自动运行，也可通过远程控制实现物业集中管理。

（3）集热器的布置不影响建筑立面，同时集热器的布置替代了屋顶造型花架，节省了建筑费用，同时解决了集热器与建筑的有机结合，可称得上国内新能源利用的样板项目。

同时集中式系统又有以下不足：

（1）强制循环集中式系统要求系统配件的可靠性强，一个配件如有问题会影响整个单元或整栋楼的业主的热水供应，影响面大。强制循环和恒温恒压供水需消耗少量的电能。

（2）关于采用集中式系统，对于系统本身来讲没有问题，只需要考虑集热器与建筑的结合方式（不影响建筑风格），以及布置方式。但用来作为住宅分户供热水，需要考虑计量、收费和维护等问题。该系统用水量越高，系统运行费用越低，系统用水量越少，运行费用越高。目前国家没有明确的热水价格，高了用户不容易接受，低了物业效益受一定的影响。

如果能解决集热器与建筑物外形结合的问题，集中式系统也是解决太阳能产品与建筑一体化的一种好的方式。

4结语

过去，太阳能热水器厂商把主要精力放在产品技术的开发、更新换代和市场竞争上，忽视了一个非常关键的问题：那就是如何在建筑这个载体上更加合理的、充分的利用太阳能资源，使太阳能产品能够规范地与建筑相结合。由于整体上缺乏太阳能行业与建筑行业的相互配合，太阳能系统设计与建筑设计不同步，使太阳能技术孤立于建筑功能、结构、美学等因素之外，影响了太阳能建筑一体化的进程。

当前，太阳能与建筑结合成为太阳能界和建筑界共同的呼声和互动的新潮。笔者认为要使太阳能真正与建筑有机地结合在一起，必须是从建筑设计和产品设计入手，把太阳能热水器作为建筑的一个组成部分，即太阳能建材。包括太阳能系统的类型、器件、流程等，都要同建筑材料和建筑用设备、门窗一样，以满足建筑的基本要求为前提进行设计、加工，生产出适用于太阳能建筑的产品为太阳能建筑的设计服务。