太陽能熱水瓦的可行性研究與市場前景分析

廣西大學 ■ 袁合濤 李蔚藍 李靖鴻

一 引言

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，更是一種清潔環保、零排放的安全能源。自日本大地震致核泄露以來，能源安全一直是人們關注的焦點，能源的安全性將逐漸成為人們選擇能源的標準之一，尤其是安全能源在建筑中的應用更是倍受矚目，而太陽能正是具備安全和節能這兩項關鍵性優點，是綠色建筑與建筑節能的首選能源。

太陽能熱利用是太陽能應用的重要形式之一。近年來，隨著社會的發展，科技的進步，太陽能熱利用產業處于前所未有的市場機遇中，以太陽能熱水器為主的太陽能熱利用產品取得了突飛猛進的發展。而今太陽能熱利用的新形式陸續出現在市場上，如太陽能空調、太陽能空氣集熱器、太陽能中高溫集熱器、太陽能干燥器、太陽房、太陽能溫室、太陽灶、太陽能熱發電等。這些熱利用的形式短期內在綠色建筑與建筑節能中還難以起到很大的作用。正因為如此，“太陽能與建筑一體化”一直還僅僅是一句口號。“瓦”是房屋的主要部件之一，太陽能熱水瓦的出現無疑會成為綠色建筑與建筑節能的黃金搭檔，同時綠色建筑與建筑節能也將會成為太陽能熱利用推廣應用的主戰場。

二 太陽能熱水瓦的工作原理與結構部件

太陽能熱水瓦是一種由吸熱板芯、上瓦蓋板和下瓦托盤三大部件組成的可吸收太陽輻射熱能的瓦式建筑構件。可與其他部件共同組成一個完整的太陽能熱水生產供應系統。

工作原理：太陽能熱水瓦在太陽光的照射下，太陽能輻射透過上瓦蓋板投射在表面有選擇性吸收涂層的吸熱板芯上，大部分紅外線與紫外線被吸熱板芯吸收后轉換為熱能，并傳遞給吸熱板芯內的傳熱工質，傳熱工質的溫度緩慢升高，并通過保溫管道進行熱能輸出的反復過程。

吸熱板芯的主要功能是吸收熱量，由吸熱板和流道兩部分組成。吸熱板一般采用德國進口真空磁濺射鍍藍鈦涂層，吸收比α≥0.92、發射比ε≤0.08、基材一般為0.2～0.3mm銅板或0.3～0.4mm鋁板；流道通常為管徑ˉ20mm或ˉ22mm，壁厚0.6～0.8mm的紫銅管，銅管與吸熱板之間采用綠色熱能技術激光焊接，導熱性能好，熱損失小，抗撕拉力強，不破壞吸熱涂層。

上瓦蓋板主要功能是保護吸熱板，抗外力沖擊，并與下瓦托盤形成溫室效應，由透明蓋板和密封膠條兩部分組成。透明蓋板通常是3.2mm或4mm厚的超白布紋鋼化玻璃，透光率ζ≥0.9，玻璃強度可抗直徑30mm以下的冰雹襲擊；密封膠條通常為EPDM材質，有一定的彈性，防老化，有較強的密封性能。

下瓦托盤主要功能是吸熱板的載體，由托盤、保溫層和壓條組成。托盤通常是用鋁或鍍鋅板一體沖壓拉伸而成，形成方形餐盤形狀，將吸熱板芯置于其中，厚度一般在1.2～1.8mm；保溫層的主要功能是抑制吸熱板通過傳導向周圍環境散熱，通常所用材料有巖棉、聚氨酯發泡、酚醛樹脂等；壓條主要用于上瓦蓋板與下瓦托盤的連接，材質一般為1.2～1.5mm厚的電泳鋁合金，色彩可調。

三 太陽能熱水瓦的常規分類與一般規格

太陽能熱水瓦一般分為普通型太陽能熱水瓦和光電型太陽能熱水瓦。

普通型太陽能熱水瓦是指熱水瓦壓上沒有夜間美化功能的一般熱水瓦，屬于中低端產品，用于滿足大眾化的需求。

光電型太陽能熱水瓦是指在普通型太陽能熱水瓦的基礎上，為了滿足部分高端客戶的需求，在熱水瓦四周壓條上加貼大小適合的光伏組件并配LED彩色燈，達到既能產熱水又能在夜間亮化的目的。

太陽能熱水瓦的規格一般為1000mm×1000mm×100mm，1m2大小的規格便于搬運和安裝，特殊規格也可根據不同的房屋需求特殊定制。

四 太陽能熱水瓦的功能與特點

太陽熱水瓦具有廣泛的用途，不但具有傳統瓦的遮雨遮陽功能，還具有生產熱水、隔熱、抗強風、隔噪音等其他更多功能。

(1)生產熱水：太陽能熱水瓦最重要的功能之一就是生產熱水，將適量的太陽能熱水瓦用防腐V型材相連形成雨水槽，并用EPDM做好銜接密封，用銅雙接連接流道后，再與水箱、控制柜、水泵、管路等部件組合后形成一個完整的熱水生產供應系統，為客戶提供安全舒適的熱水享受。

(2)遮雨遮陽：太陽能熱水瓦上瓦蓋板材質為超白布紋鋼化玻璃，下瓦托盤為鋁或鍍鋅板，有很高的強度和硬度，耐腐蝕、耐老化、密封性好，具有普通瓦片的遮雨遮陽功能。

(3)隔熱：與普通瓦相比，太陽能熱水瓦還有一個最大的功能就是隔熱。太陽能熱水瓦內的吸熱板芯會吸收太陽輻射到瓦片上的大部分熱量，炎熱的夏季能起到非常好的隔熱作用，隔熱性能優于普通瓦。

(4)抗強風：太陽能熱水瓦由于自重較大，若安全牢固地固定在鋼結構上，抗擊強風性能比普通瓦片強。

(5)隔燥音：太陽能熱水瓦由于較厚且其中有介質循環，能夠隔離冰雹撞擊、馬路嘈雜等環境噪聲，從而保證頂層住戶的安靜生活。

(6)更多用途：如果大面積安裝太陽能熱水瓦，熱量充足還可采取更多的熱利用形式，如太陽能采暖、太陽能干燥、太陽能空調、太陽能熱發電等，凡是能用得上熱能的地方都可直接或間地由太陽能熱水瓦來提供熱源。

表1 太陽能熱水瓦的基本技術要求

五 太陽能熱水瓦的基本技術要求

由于其特殊功能性，太陽能熱水瓦的外觀、耐壓性、耐凍性和吸熱性等技術指標都有明確的技術要求，如表1所示。

六 太陽能熱水瓦的基本技術參數及試驗

根據太陽能熱水瓦的工作原理、結構部件、一般規格、基本技術要求、建筑一體化等因素，確定以下標準配置為試驗品基本技術參數，如表2所示。

基于以上太陽能熱水瓦試驗品的基本技術參數，進行如下試驗項目，并得出試驗結果，詳見表3。

表2 太陽能熱水瓦試驗品的基本技術參數

表3 太陽能熱水瓦的試驗方法及結果

七 太陽能熱水瓦的經濟性分析

太陽能熱水瓦具有的生產熱水、遮雨遮陽、隔熱、隔噪音、抗強風等諸多功能決定了其具有較強的經濟性，特別是生產熱水的功能是普通瓦所不具有的。太陽能熱水瓦的經濟性主要體現在生產熱水方面，下面以生產熱水為例對其進行經濟性分析。

以廣西南寧及類似地區氣象條件為參照，南寧市屬南亞熱帶季風氣候，光照充足，夏季炎熱多雨，冬季溫暖少雨。根據南寧市氣象部門氣象記錄，南寧市歷年平均氣溫為21.6℃；7月份最熱，月平均氣溫28.4℃，極端最高氣溫40.7℃；1月份最冷，月平均氣溫12.6℃，全年太陽有效利用天數約270d。

太陽能熱水瓦因全年季節、環境溫度和光照時間的不同，其熱水產量也會隨之而變化。每m2太陽能熱水瓦在不同季節熱水產量見表4。

如果按每人每日平均熱水用量為60L，則一個三口之家每日每戶的熱水用量為180L，如果冷水的年平均溫度為16℃，則每戶全年熱水負荷為1.35×107kJ。每m2太陽能熱水瓦可替代150kg標準煤，相當于147kWh電量，熱水(50℃以上)產量平均約80L。各類熱水設備運行經濟性比較見表5。

表5中的數據表明，太陽能熱水瓦的運行成本最低，約為電熱設備的25%，燃氣設備的39.6%，空氣源熱泵的62.7%，具有很好的經濟效益。考慮到太陽能熱水瓦的遮雨遮陽、隔熱、隔噪音、抗強風等特性，若能對太陽能熱水瓦進行綜合性利用，與建筑一體化有機結合，在綠色建筑與建筑節能中發揮主力軍的作用，不斷推進其產業化進程，對實現經濟效益與社會效益最大化有著重要意義。

表5 各類熱水設備運行經濟性比較

八 太陽能熱水瓦的市場應用與前景分析

太陽能熱水瓦的應用可節約建筑成本和使用成本。若能與綠色建筑與建筑節能同步規劃、同步設計、同步施工安裝，使太陽能熱水瓦與綠色建筑與建筑節能融為一體，將會有力推動節約型社會建設。

太陽能熱水瓦的應用可美化市容。目前市場上各種太陽能熱水器在屋頂上的安裝處于雜亂無章的狀態，太陽能熱水瓦的應用能夠保持建筑物的整體美觀性不受破壞，從而形成完美的建筑視覺和城市形象。

太陽能熱水瓦的應用可解決高層建筑太陽能的熱水問題。由于高層建筑樓頂面積有限，傳統的太陽能集熱器無法滿足全部用戶的需求，太陽能熱水瓦不僅可裝在屋頂上，也可裝在南墻或陽臺上，既能生產熱水，又能起到裝飾的作用。

太陽能熱水瓦可解決傳統太陽能熱水器當前所面臨的發展瓶頸問題。太陽能熱水器的主戰場一直在農村，在競爭日趨激烈的市場環境中，眾多的太陽能企業已開始走“農村包圍城市的道路”，而對于城市太陽能市場的出路就在于一體化、工程化和城市化，如何實現“三化”，就要靠太陽能熱水瓦(圖3)。對于一些平板太陽能集熱器制造企業來說，他們具有“天生”的獨特優勢，太陽能熱水瓦可以走建材的銷售渠道，避開紅海，另辟蹊徑，開避屬于自己的藍海市場。

太陽能熱水瓦的特性決定了其可以成為太陽能與建筑一體化的有效實施載體，太陽能熱水瓦是一種節能、惠民、綠色、低碳、安全的能源產品，是綠色建筑與建筑節能的首選構件。目前，我國建筑能耗占社會整體能耗的比例不斷擴大，推行建筑節能已經勢在必行。太陽能與建筑一體化是未來綠色建筑與建筑節能的一個必然趨勢，太陽能與建筑一體化的道路也必然會經歷一個漫長的新品推廣、初期應用、技術升級、發展完善的過程。

伴隨著人們對于綠色建筑與建筑節能的追求、低碳生活的渴求以及對高品位熱水生活的需求，太陽能與建筑一體化會越來越受到重視，太陽能熱水瓦也將開辟一個全新的太陽能熱利用應用領域，具有廣泛的發展空間和巨大的市場潛力。如果說有房就有頂，有頂就有熱水瓦，那市場潛力更是不可估量。

九 結語

太陽能熱水瓦的出現使太陽能與建筑一體化從一個艱難漫長的“相加”過程轉變為“相融”。如果能將太陽能熱水瓦納入綠色建筑與建筑節能體系，成為綠色建筑與建筑節能的一個標準化部件，成為綠色建筑與建筑節能的有機構成要素，那么相關規劃和設計單位就可以從規劃、設計開始將太陽能熱水瓦作為一個不可或缺的結構要素考慮進去，盡可能將包括太陽能熱水瓦在內的整個太陽能熱水系統融入綠色建筑與建筑節能中去，使安全能源得到最大化的利用，使太陽能熱水瓦成為綠色建筑與建筑節能不可分割的一部分，真正實現太陽能與建筑一體化。

實現太陽能與建筑一體化的和諧之美，大力開發太陽能安全能源的利用形式，持續推動綠色建筑與建筑節能工作，對于貫徹落實科學發展觀，建設資源節約型、環境友好型社會，促進經濟可持續發展有著重要的意義。