高層住宅建筑節(jié)能中太陽能熱水器的應用

　　關鍵詞：高層建筑；建筑節(jié)能；太陽能熱水器

　　隨著國家對建筑節(jié)能要求的不斷深入以及人們環(huán)保意識的逐漸提高，人們對新建居住建筑的能耗要求越來越嚴格，包括減小建筑物圍護結構傳熱系數(shù)、限制居住建筑體形系數(shù)、積極利用太陽能等一系列措施被提出，這其中太陽能應用作為其中重要的一種節(jié)能措施越來越被大家所關注。目前，居住建筑中太陽能應用主要在3個方面：太陽能生活熱水供應系統(tǒng)；太陽能光伏電系統(tǒng)；太陽能熱水輔助供暖系統(tǒng)。其中又以太陽能生活熱水供應系統(tǒng)為主要代表。

　　目前，有兩種方式的太陽能熱水器可以應用于高層居住建筑當中，一種是在屋面設置集中太陽能熱水供應系統(tǒng)，集熱器及水箱集中設置，利用強制循環(huán)將熱水送至各用戶，這種系統(tǒng)的優(yōu)點是一次性投資比較節(jié)省，對建筑物立面的影響比較小，可以充分利用太陽光；缺點是系統(tǒng)比較復雜，而且不能利用現(xiàn)有的給水管網(wǎng)壓力，在利用太陽能的同時又耗費了高品位電能；另一種是分體壁掛陽臺式太陽熱水器系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的優(yōu)點是安裝比較簡便，系統(tǒng)簡單，可以充分利用給水管網(wǎng)壓力，缺點是總體投資高，影響建筑物立面效果，熱效率不高，利用太陽光有限。本文將著重介紹這兩種太陽熱水器系統(tǒng)的性能比較與選擇。

　　1介紹太陽熱水器系統(tǒng)的分類

　　集熱器有：平板型、全玻璃管型、假熱管、水平熱管、熱管式真空管；

　　循環(huán)方式：分體壁掛陽臺式太陽熱水器系統(tǒng)為自然循環(huán)，集中太陽能熱水供應系統(tǒng)為重力循環(huán)結合機械循環(huán)；運行介質(zhì)有：水、集熱介質(zhì)；使用方式：承壓、非承壓集熱系統(tǒng)。

　　2太陽熱水器系統(tǒng)的性能比較

　　2.1集熱器性能比較

　　1.平板型集熱器的工作原理，是讓陽光透過蓋板（一般為鋼化玻璃）照射在表面涂有高太陽能吸收率涂層的吸熱板上，吸熱板吸收太陽能輻射能量后溫度升高，一方面將熱量傳遞給集熱器內(nèi)的介質(zhì)（也可以是水），使介質(zhì)溫度升高，另一方面也向四周散熱。由于吸熱板與蓋板之間存在著空氣夾層，會產(chǎn)生對流散熱，金屬吸熱板與金屬邊框又會產(chǎn)生傳導散熱。因此，平板型集熱器存在著集熱快，散熱快，效率受環(huán)境溫度影響大等問題。而且平板型集熱器集熱的排管內(nèi)易產(chǎn)生水垢，由于集熱管管徑較小，一旦被水垢堵住，會妨礙水的流動，降低集熱效果。

　　2.全玻璃管由內(nèi)、外兩層玻璃構成。內(nèi)管外表有高吸收率和低發(fā)射率的選擇性吸收涂層，夾層之間抽成高真空。形狀類似一個細長的暖水瓶膽，水注滿在內(nèi)管內(nèi)吸收陽光被加熱。全玻璃管具有價格便宜、安裝強度低的優(yōu)點，還可以平貼在墻面上，美觀性好。但由于自身結構的問題，可靠性差，如果一根損壞，由于該處漏水，而導致整個系統(tǒng)無法運行；還有安全隱患，尤其是放在陽臺上，一旦炸管或遭到樓上墜物破損，對下面的行人容易造成人身傷害。再有，水箱無法承壓。

　　3.假熱管雖然可以解決全玻璃管炸管的問題，但它必須豎置，陽臺立面尺寸很小，這樣就需要很多支短管滿足集熱面積的需要，相比長管而言，換熱端數(shù)量增加了3倍以上，效率下降明顯，冬季效果大打折扣。同時，其外層還是全玻璃管，強度低，同樣存在很大的安全隱患。

　　4.水平熱管也有兩種，一種假熱管，另一種與桑普真熱管結構相同。水平熱管可以水平放置，長度方向沒有限制，所以減少了換熱點，效率提高。可以平貼墻面，美觀不遮光，也沒有炸管問題，墜物損壞的可能性也減小了。其傳熱方式中，最先進的一種是用另一熱管導熱棒，效率較高。系統(tǒng)可靠性較好，但代理商反映：導熱棒直接進入水箱，結垢嚴重，效率下降較快，兩年后尤為嚴重，而且難以拆卸。

　　5.熱管式真空管是近年來開發(fā)出的一種金屬—玻璃結構的真空管。主要由熱管、吸熱板金屬翼片（帶涂層）、真空玻璃管3部分組成，其工作原理是：太陽光透過玻璃管照射到吸熱板上，吸熱板吸收的熱量使金屬管內(nèi)的工作介質(zhì)汽化，被汽化的介質(zhì)升到冷凝端，放出汽化潛熱后冷凝成液體，同時加熱水箱或聯(lián)箱中的水，介質(zhì)又在重力作用下流回熱管的下端，如此重復工作，不斷的將吸收的輻射能傳遞給需要加熱的介質(zhì)（水）。這種單向傳熱的特點是熱管性能所決定的。為了確保熱管的正常工作，熱管真空管與地面角度應大于10°。熱管是一種效率很高的換熱元件，在熱管式真空管集熱器安裝初期，其熱效率比較高，但其換熱性能會隨時間的推移而降低。由于熱管內(nèi)是集熱介質(zhì)，所以不會產(chǎn)生水垢，但在熱量的冷凝端，由于熱管本身工作原理，該處的溫度一般均會超過65℃，與水接觸的地方會產(chǎn)生大量的水垢，而且垢層厚度增加很快，極大的降低集熱效率。

　　2.1循換方式分析

　　分體壁掛陽臺式太陽熱水器系統(tǒng)為自然循環(huán)，這種方式簡便易行，可以充分利用給水管網(wǎng)壓力，經(jīng)濟節(jié)能；集中太陽能熱水供應系統(tǒng)為重力循環(huán)結合機械循環(huán)，需在供熱干管或入戶支管上設置減壓閥，在屋頂或樓層內(nèi)設置循環(huán)水泵，系統(tǒng)比較復雜，能源浪費比較嚴重。

　　2.3使用方式分析

　　1.分體壁掛陽臺式太陽熱水器系統(tǒng)基本使用純承壓型水箱，可以較好地解決出水壓力，使用舒適，操控方便。優(yōu)點是顯而易見的，但也要解決生產(chǎn)成本高的問題。一臺120升容量的搪瓷內(nèi)膽承壓水箱，其價格約在1000元以上，投資比較大。

　　2.集中太陽能熱水供應系統(tǒng)使用非承壓水箱，并在不承壓的水箱中設置了換熱盤管，水箱中的水與集熱器進行循環(huán)加熱，使用熱水則通過冷水流經(jīng)盤管與水箱中的熱水進行熱交換。這種方法雖然很方便的實現(xiàn)了承壓使用，但要求水箱儲水溫度很高，而且肯定有換不出來的熱量。并且要使用電加熱為輔助熱源。

　　3如何選擇高層建筑太陽能熱水器

　　1.先確定使用哪種系統(tǒng)，兩種系統(tǒng)的優(yōu)缺點前文中以說明，需設計人員斟酌考慮，結合建設單位及建筑物的具體情況進行選擇。

　　2.選擇集熱器種類。目前市場上的分體壁掛陽臺式太陽熱水器基本上還是熱管式真空管或平板式集熱器，雙回路循環(huán)系統(tǒng)。集中太陽能熱水供應系統(tǒng)中集熱器選擇基本為平板型、全玻璃真空管型、熱管式真空管。

　　3.選擇水循環(huán)系統(tǒng)。分體壁掛陽臺式太陽熱水器中使用承壓水箱內(nèi)輔助電加熱，利用給水管網(wǎng)壓力保證出水壓力。集中太陽能熱水供應系統(tǒng)采用非承壓水箱，同時亦應設置輔助電加熱系統(tǒng)，水路循環(huán)有分區(qū)及不分區(qū)兩種，分區(qū)即按用戶出水壓力限值區(qū)間分為高、低區(qū)，各區(qū)由水箱重力出流保證壓力，在低區(qū)干管上設置減壓閥；不分區(qū)則是在超壓的每個用戶支管上設置減壓閥。

　　4.關于集熱器與樓面及屋面的夾角，對于分體壁掛陽臺式太陽熱水器系統(tǒng)和集中太陽能熱水供應系統(tǒng)這個夾角是必須有的。對于分體壁掛陽臺式太陽熱水器系統(tǒng)來說，夏季時，接近正午時陽光幾乎是直射，如果沒有夾角，集熱板（管）自己就會遮光，沒有陽光也就沒有了能量。所以，貼近墻面安裝是不科學的。僅僅為了不對下層有遮光作用，或出于其它目的，貼近墻面安裝，都是對客戶的不負責任。另外，遮光只存在于夏季，夏季集熱板遮光，還恰恰起到遮陽蓬的作用，冬季沒有遮光問題。對于集中太陽能熱水供應系統(tǒng)，平行于屋面則對上午的陽光利用率不夠，而上午太陽能集熱器的效率是最高的。

　　4結束語

　　綜上所述，兩種太陽能熱水供應系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，其選擇要綜合緯度、水質(zhì)、造價等各方面因素綜合考慮。目前市場上主要太陽熱水器還是輔助換熱盤管式，或多或少的都要耗費一些電能，我們希望太陽能熱水器廠家能加快技術革新的步伐，早日推出更節(jié)能，更經(jīng)濟，利用效率更高的太陽能熱水器，以促進太陽能應用事業(yè)的發(fā)展，對國家節(jié)能政策的落實起到積極作用。