太阳能热水建筑一体化技术的发展和研究

太阳能热水建筑一体化技术的发展和研究

赵晓辉

中机十院国际工程有限公司深圳分公司518000

摘要：人们使用太阳能由来已久，特别是近些年，随着电子智能的不断发展，太阳能热水系统的应用越来越广泛，其生态价值和经济价值也不断受到党和政府的高度重视。因此，本文主要研究了有关太阳能热水面临的问题和发展，为我国太阳能和建筑一体化技术的应用提供理论依据。

关键词：太阳能；热水系统；建筑；一体化

引言

建筑太阳能技术是太阳能与建筑一体化技术的关键所在。一体化的含义指的是内在的联系和外在的相互结合。何谓建筑与太阳能技术一体化?是不是把建筑和太阳能技术简单的拼凑在一起，答案是否定的。所谓建筑与太阳能技术一体化不是简单的一加一，而是使两种不同的东西有机结合在一起。也就是说从设计伊始，太阳能系统就应当作为建筑不可或缺的设计元素将其考虑在内，并巧妙地融入建筑之中，使太阳能系统成为建筑整体的一部分，而不是胡拼乱凑。总而言之，将太阳能产品及构件与建筑相结合并完美应用才是真正的太阳能技术与建筑一体化。

1太阳能热水系统与建筑一体化设计要素研究

在太阳能热水系统与建筑一体化的设计中，其技术包括太阳能集热器的定位、连接、选型及管路的布置和贮热水箱等方面，这些因素关系着太阳能热水系统在建筑中的技术可行性。具体将从集热器设计、贮热水箱布置、管路布置这三方面展开进行研究。

1.1集热器的设计

太阳能热水系统集热部件太阳能集热器是其核心，对太阳能热水系统中影响最大就是集热部件性能的优劣，整个热水系统与建筑的结合效果都会受到它的布局影响。因此，在保证集热器性能的同时又遵循建筑美学的原则显得尤为重要。虽然应当围绕太阳能集热系统中的集热器来进行的设计，但集热器所收集的太阳能也受其系统其它附件的影响，所以其他附件同样重要，因此何如合理选择与设计要考虑周全。

1.2贮热水箱的布置

在集中供水系统中，贮热水箱体积大、重量沉，水箱自身应有足够的承载能力，且在建筑设计时还应考虑水箱贮满水时的荷载总量。水箱固定在建筑上时，与墙、柱、梁等建筑结构构件相连接比较妥当，以确保牢固度。贮水箱应当具有上、下水管和紧急排水通道，并且能够与辅助能源加热装置连接。布置贮水箱的时候，为了避免管道过长而产生热量损失，应当让集热器和贮热水箱尽量贴近。

1.3管路的布置

目前，大部分住宅已经普遍应用到太阳能热水系统，但是设计人员缺乏相关知识与经验而随意安排布置太阳能用水管路，这不仅会影响水力系统的稳定性、可调性、集热器换热性能，而且也使其管路不能与相关建筑有机结合，从而影响建筑的外观。这就要求住宅在设计确定管路布置的时候，不仅要满足用户的正常使用，而且还要考虑到合理布置与包装，以使得太阳能热水系统与建筑完美得结合。太阳能热水器管路的布置的时候应当尽量做到便于维修又隐蔽安全，若难以做到隐蔽，则应该将管路排列整齐，不占用较大建筑空间。

2新型太阳能热水建筑一体化技术研究

2.1与建筑一体化太阳能双效集热器系统

在太阳能的光热应用中，太阳能热水系统因其制造技术相对简单、成本较低及技术成长较快的特点，一出现便成为太阳能热利用技术中发展最快且应用最广的技术，然而随着其应用的不断发展，其局限性也日益明显：太阳能热水系统应用在冬季严寒的地区时，因气温过低导致系统中的水路结冻而无法正常使用；最传统的安装方式是在建筑屋顶安装系统安，这种安装直接影响建筑的美观性和有损城市风貌，同时也无法满足高层建筑屋顶面积的需求，太阳能热水墙的理念也因此被提出。

太阳能热水墙的提出，一方面能解决了传统安装方式的屋顶面积不足问题，另一方面因为安装方式的改进使得系统更好地与建筑融合，美观性也得以提高。但是，该热水系统在严冬中所面临的的问题仍未有较好的改善。在太阳能直接用于供暖的应用中，出现Trombe墙系统等几种比较典型的太阳能采暖系统。这些太阳能采暖系统既有主动系统也有被动系统，却都只是为实现冬季采暖功能而设计。也确实能为建筑很好地实现冬季的太阳能采暖利用，但因未考虑非建筑采暖期的太阳能利用问题，导致这类太阳能采暖系统只适用于冬季。所以，传统的太阳能采暖系统存在适用地域少、全年对太阳能的有效利用时间短的缺点。

2.2太阳能光伏热水建筑一体化技术

因光伏组件在工作时，其发电效率会因温度的升高而下降，所以在光伏建筑一体化系统（BIPV）中如何使光伏组件维持在较低的工作温度，如何有效利用建筑结构外表面来提高太阳能的光伏、光热综合效率，如何正确评估BIPV系统的性能等问题备受关注。太阳能光伏光热建筑一体化技术（BIPV/T），正是基于综合、有效利用太阳能的光伏与光热2种效应的新概念：在建筑表面安装光伏组件或将光伏组件取代建筑结构的外表面，同时在组件背面使用水冷或风冷的方式降温，使光伏系统在产生电能的同时还为建筑提供热水或采暖。由此，BIPV/T系统在降低组件温度以提高光伏发电效率的同时，也有效利用了热能产生热水或热空气，极大地提高了太阳能的利用率。此外，因冷却水或冷气流的流动，可有效改变建筑围护结构的传热、蓄热和热惰性等性能，从而大大改善了室内的热环境。太阳能光伏热水建筑一体化技术作为最典型的BIPV/T技术，成为全球的重点研究之一。

3太阳能热水系统与建筑一体化的节能环保研究

充分利用太阳能以减少消耗常规能源是太阳能热水系统的目标所在。因此对太阳能热水系统进行节能效果和节能效益分析就必不可少。具体将从太阳能热水系统节能效益评估与太阳能热水系统环保效益的评估这两方面展开进行研究。

3.1太阳能热水系统节能效益评估

太阳能热水系统利用可再生的清洁能源，减少不可再生资源的消耗，而节能效益我们将从年节能量、年节能费用、增投资回收期以及系统费效比这四个指标来对太阳能热水系统节能效益进行评估。

3.2太阳能热水系统环保效益评估

环保目的就是减少常规能源的消耗从而使污染物的排放减少，因此其效益评估的主要指标有：二氧化碳、粉尘、二氧化硫及氮氧化物的减排量等。

4结束语

建筑作为太阳能利用的主要载体，在当代倡导可持续发展的环境下，我们应当把更为节能与环保的设计方法即一体化设计与传统的设计施工相融合，利用各种技术手段，将优化与集成技术体系应用到当代太阳能建筑之中，使之形成完善的系统，以便应对我国当代太阳能技术发展。

参考文献：

[1]太阳能热水系统在住宅中的应用探讨[J].金俊飞.江西建材.2017（06）

[2]太阳能热水系统与建筑一体化的实践与设计体会[J].袁新毓.中国建设动态（阳光能源）.2007（02）

[3]太阳能热水系统在住宅建筑应用中存在问题及思考[J].黄健.建材世界.2014（04）

[4]从太阳能热水器与建筑一体化设计谈构建节能型住区[J].刘祥瑞，刘晓燕.住宅科技.2007（08）