淺析太陽能與建筑一體化

【摘要】傳統能源日趨貧乏甚至枯竭，建筑節能顯得尤為重要，而太陽能與建筑一體化是解決建筑節能的根本途徑。本文通過調查利用太陽能熱水器的主要問題，發現解決這些問題的根本途徑是太陽能與建筑一體化，所以重點提出發展太陽能與建筑一體化的幾點思路。

【關鍵詞】建筑節能；太陽能與建筑一體化

隨著傳統能源的日趨貧乏甚至枯竭，新能源的開發利用顯得尤為重要。目前建筑能耗成為中國最大的能耗構成，占社會總能耗的30%以上，我國單位建筑能耗是發達國家的3倍，每年我國新建建筑竣工約20億平方米，在已建成的近400億平米的建筑中，99%為高能耗建筑，用電高峰期相當于10個三峽電站滿負荷輸出。

筆者認為太陽能與建筑一體化是解決節能建筑的根本途徑-用1%的建筑成本解決10%的建筑能耗。用太陽能打造“低碳住宅”勢在必行，但由于各種原因，太陽能裝置在安裝使用上存在著諸多問題，特別體現在太陽能裝置沒能與建筑完美結合。因此，太陽能與建筑一體化的研究有著重要的現實意義。

1. 太陽能熱水系統簡介

太陽能作為一種新能源，是一種清潔無污染的可再生能源。太陽能熱水系統是以吸收太陽輻射能為熱源，將太陽能轉化為熱能以達到加熱水的目的，太陽能熱水器就是利用溫室原理，把太陽能轉變為熱能，并向水傳遞熱量，從而獲得熱水的一種裝置。溫室原理簡單來說就是指由于對流、輻射損失減少，使熱量聚積，溫度逐漸升高的一種自然現象。太陽能熱水器就是太陽光透過玻璃進人密封的集熱器內，大部分能量被集熱器內的黑色吸收體吸收，然后將熱量傳給冷水，冷水加熱后重量變輕，自動流入水箱上部，水箱下部的冷水由于密度大而自動流入吸熱體繼續獲得熱量，周而復始，水箱內的全部冷水將被加熱。

2. 我國目前太陽能熱水系統的主要形式

目前相對成熟和普及的形式是太陽能熱水器，主要是利用太陽能提供生活熱水，筆者稱之為太陽能熱水器。據分類要素的不同，太陽能熱水系統可以按以下幾種形式進行分類。

2.1按集熱器類型分類。

（1）平板型：太陽能熱利用系統中，接受太陽輻射并向其他傳熱工質傳遞熱量的非聚光型部件，其中吸熱體結構基本上為平板型。在眾多分體式太陽能熱水器中最值得一提的就是壁掛分體式太陽能熱水器，集熱構件可以安裝在南向墻面或陽臺等任何適當位置，不受屋頂面積的限制，可以有效的解決高層、小高層建筑對太陽能熱水系統的安裝需求，在建筑的一體化設計方面優勢也十分明顯，目前已逐漸成為我國高層、小高層住宅太陽能熱水利用的趨勢。

（2）全玻璃真空管型：該集熱器由內外兩層玻璃管構成，內管外表面涂有高吸收率和低反射率的選擇性吸收膜，夾層之間抽成高真空，水在內管內進行加熱。但同時存在著不承壓、易破損的缺點，如果一根管損壞就會因為漏水問題而導致整個系統無法正常運行。

（3）金屬——玻璃真空管型：其優點是真空管散熱少，并提高了產品運行的可靠性。主要包括U形管真空管和熱管式真空管兩種類型。

2.2按集中程度。

（1）戶式太陽能熱水系統也稱為分散式。

是一種以住戶為單位安裝的太陽能熱水系統。根據熱水系統結構不同，又可以分為“一體式”和“分體式”關鍵要縮短集熱器與用水房間的距離，縮短系統管路的長度。

（2）集中式中央太陽能。

（3）集中——分散式。

即集中集熱、分戶儲熱、分戶輔助加熱系統，它保留了獨立的戶用水箱，而將集熱器統一安裝共用，實現系統的共享。一般按住宅單元把太陽能集熱器集中布置在屋頂，儲熱供熱水箱分散在各用戶內。系統主要由屋面上的太陽能集熱器，集熱循環泵，緩沖水箱，換熱循環泵和戶內的儲熱水箱，循環管路組成。

3. 我國目前利用太陽能熱水系統存在的主要問題

3.2破壞了建筑結構與功能，集熱器簡單的安裝在住宅屋面，支架與屋面之間缺乏有效的節點設計，極易破壞屋面防水層功能且太陽能熱水器與住宅建筑連接不牢固，造成熱水器高空墜落事件不絕于報端。2009年6月，徐州屋頂熱水器被狂風吹落墜到居民樓東側的路面上，當場砸壞一輛銀灰色轎車的擋風玻璃，所幸沒造成人員傷亡。

3.3太陽能熱水器集熱裝置的顏色比較單一（目前只有單一的黑灰色），建筑師在進行一體化設計時，選擇空間小，設計思路有限。

3.4高層建筑越來越多，限制了傳統太陽能熱水器的使用。直插式真空管熱水器安裝在屋面，低層由于管路過長，因此需要排干管路中的冷水才能接觸到熱水，從而造成了浪費與不便。

3.5直接暴露于外部的管路在冬季存在凍裂或結冰的隱患。一般使用太陽能熱水器的住戶，每年冬季結冰后管道無法解凍導致無法使用。

3.6因一次性投資大，居住建筑小區整體安裝使用太陽能熱水系統的比率低，尤其是房地產開發項目開發商一般不主動采用，而被要求采用時，也會盡量少安裝。這一情況成為太陽能熱水系統建筑應用的瓶頸。

3.7已經安裝太陽能熱水系統的很多的項目，太陽熱水系統的設計、安裝往往在建筑設計完成后，或者土建竣工后，甚至住宅使用后才考慮，帶來最大的問題是太陽能熱水系統與建筑不能很好結合，集熱板直接安裝在屋面上，影響屋面的功能，管線明敷凌亂，存在安全隱患。

筆者認為實現太陽能熱水系統與建筑一體化，是解決以上問題的關鍵。

4.7加裝電輔助加熱設施，以便在陰天和日照不足的情況下獲得溫度適宜的生活熱水。

5. 太陽能熱水系統與建筑一體化進一步的思考

5.1太陽能熱水與建筑一體化不是簡單的“相加”，而是根據節能、環保、美觀和經濟適用的總體要求，將太陽能熱水系統作為建筑的一種體系進入建筑領域，納入建設工程基本建設程序，同步設計、同步施工、同步驗收，與建設工程同時投入使用，同步后期管理，使其成為建筑有機組成的一種概念。“太陽能熱水系統與建筑結合”至少包括以下四個基本含義：

（1）在外觀上，實現太陽能熱水系統與建筑的完美結合，合理擺放太陽能集熱器，無論在屋頂或立面墻上，都要使太陽能集熱器成為建筑的一部分，實現兩者的協調與統一。（2）在結構上，妥善解決太陽能集熱器的安裝問題，確保建筑物的承重、水等功能不受影響，還要充分考慮太陽能集熱器抵御強風、暴雪、等的能力。

（3）在管路布局上，合理布置太陽能循環管路以及冷熱水供應管路，盡量減少熱水管路的長度，建筑物中都要事先留出所有管路的通口。

（4）在系統運行上，要求系統可靠、穩定、安全，易于安裝、檢修、維護，合理解決太陽能與輔助能源的匹配，盡可能實現系統的智能化自動控制。

5.2值得欣喜的是2011年8月23日，由新浪地產網、中國太陽能熱利用產業協會主辦、天辰TCBCI協辦的太陽能與建筑一體化行業沙龍將在北京海航大廈召開。協會專家、太陽能企業、開發商以及建筑設計師共聚一堂，齊議太陽能如何實現建筑一體化、太陽能產品如何應用于城市建筑等行業熱點問題。

5.3這說明太陽能熱水系統與建筑一體化已引起某些社會團體的重視，盡管有些政策性規定，但社會上相關參與部門未引起足夠重視。筆者認為雖然上述部分問題已解決，但僅僅是“水來土淹”不能治本。從更深層次來解決這些問題，真正實現一體化尚需從以下幾個方面思考：

（1）政策扶持力度不夠，一方面，政府相關部門應給予充分重視，在現有政策基礎上根據目前及今后發展趨勢制定更嚴格的強制性政策來引導各參與主體。從基建程序上控制開發商必須從方案階段就要充分考慮太陽能，最后在竣工驗收階段控制具體落實情況。另一方面，政策之初采取獎勵等手段，從政策方面調動相關參與各方的積極性。即制定獎懲分明的有效政策，雖然媒體等積極推廣宣傳，但太陽能建筑的一次性投入成本相對較高，國家財政應采取相應的獎勵措施，通過經濟手段的介入，提高開發商推廣使用太陽能建筑的熱情和積極性。

（2）政策制定后應有相應的配套文件，制定出相應的圖集和施工、驗收規范，并且形成體系，與建筑、水電、暖通等專業相互配套，做到有法可依。

（3）應當成立一個機構，長期協調、調度組織太陽能研發單位、開發商、建筑設計研究院進行互動式研發。

（4）整體上缺乏太陽能行業與建筑行業的相互配合。建筑師、房地產開發單位和太陽能生產廠家密切合作，從住宅規劃設計階段入手考慮太陽能熱水系統的實施方案，做到太陽能熱水系統與住宅建筑同步設計、同步施工、同步驗收。

（5）積極促進太陽能熱水系統部件向建筑構件化發展，將其自然和諧的融入“建筑語匯”，使一體化設計后的太陽能系統以嶄新的面貌出現。

（6）增加技術投入，從提高集熱器的集熱效率、儲水箱的保溫性能、管路系統的保溫抗凍能力等方面入手，進一步提高我國太陽能熱水系統的整體水平。

（7）集熱構件的工廠化、標準化、規模化，新型太陽能建筑材料尚待進一步開發。

6. 太陽能與建筑一體化的高級階段展望

太陽能熱水器在提供生活熱水基礎上向采暖發展，使集熱器與墻面保溫系統充分結合，面積足夠及集熱技術提高后提供采暖熱負荷及電負荷。

參考文獻

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