廣西大學(xué) ■ 袁合濤 李蔚藍(lán) 李靖鴻

一 引言

太陽(yáng)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(huán)保、零排放的安全能源。自日本大地震致核泄露以來(lái)，能源安全一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，能源的安全性將逐漸成為人們選擇能源的標(biāo)準(zhǔn)之一，尤其是安全能源在建筑中的應(yīng)用更是倍受矚目，而太陽(yáng)能正是具備安全和節(jié)能這兩項(xiàng)關(guān)鍵性優(yōu)點(diǎn)，是綠色建筑與建筑節(jié)能的首選能源。

太陽(yáng)能熱利用是太陽(yáng)能應(yīng)用的重要形式之一。近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)業(yè)處于前所未有的市場(chǎng)機(jī)遇中，以太陽(yáng)能熱水器為主的太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)品取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。而今太陽(yáng)能熱利用的新形式陸續(xù)出現(xiàn)在市場(chǎng)上，如太陽(yáng)能空調(diào)、太陽(yáng)能空氣集熱器、太陽(yáng)能中高溫集熱器、太陽(yáng)能干燥器、太陽(yáng)房、太陽(yáng)能溫室、太陽(yáng)灶、太陽(yáng)能熱發(fā)電等。這些熱利用的形式短期內(nèi)在綠色建筑與建筑節(jié)能中還難以起到很大的作用。正因?yàn)槿绱?，“太?yáng)能與建筑一體化”一直還僅僅是一句口號(hào)?！巴摺笔欠课莸闹饕考?，太陽(yáng)能熱水瓦的出現(xiàn)無(wú)疑會(huì)成為綠色建筑與建筑節(jié)能的黃金搭檔，同時(shí)綠色建筑與建筑節(jié)能也將會(huì)成為太陽(yáng)能熱利用推廣應(yīng)用的主戰(zhàn)場(chǎng)。

二 太陽(yáng)能熱水瓦的工作原理與結(jié)構(gòu)部件

太陽(yáng)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(yáng)輻射熱能的瓦式建筑構(gòu)件。可與其他部件共同組成一個(gè)完整的太陽(yáng)能熱水生產(chǎn)供應(yīng)系統(tǒng)。

工作原理：太陽(yáng)能熱水瓦在太陽(yáng)光的照射下，太陽(yáng)能輻射透過(guò)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(zhuǎn)換為熱能，并傳遞給吸熱板芯內(nèi)的傳熱工質(zhì)，傳熱工質(zhì)的溫度緩慢升高，并通過(guò)保溫管道進(jìn)行熱能輸出的反復(fù)過(guò)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(guó)進(jìn)口真空磁濺射鍍藍(lán)鈦涂層，吸收比α≥0.92、發(fā)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(shù)激光焊接，導(dǎo)熱性能好，熱損失小，抗撕拉力強(qiáng)，不破壞吸熱涂層。

上瓦蓋板主要功能是保護(hù)吸熱板，抗外力沖擊，并與下瓦托盤形成溫室效應(yīng)，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(qiáng)度可抗直徑30mm以下的冰雹襲擊；密封膠條通常為EPDM材質(zhì)，有一定的彈性，防老化，有較強(qiáng)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(guò)傳導(dǎo)向周圍環(huán)境散熱，通常所用材料有巖棉、聚氨酯發(fā)泡、酚醛樹(shù)脂等；壓條主要用于上瓦蓋板與下瓦托盤的連接，材質(zhì)一般為1.2～1.5mm厚的電泳鋁合金，色彩可調(diào)。

三 太陽(yáng)能熱水瓦的常規(guī)分類與一般規(guī)格

太陽(yáng)能熱水瓦一般分為普通型太陽(yáng)能熱水瓦和光電型太陽(yáng)能熱水瓦。

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

光電型太陽(yáng)能熱水瓦是指在普通型太陽(yáng)能熱水瓦的基礎(chǔ)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(dá)到既能產(chǎn)熱水又能在夜間亮化的目的。

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

四 太陽(yáng)能熱水瓦的功能與特點(diǎn)

太陽(yáng)熱水瓦具有廣泛的用途，不但具有傳統(tǒng)瓦的遮雨遮陽(yáng)功能，還具有生產(chǎn)熱水、隔熱、抗強(qiáng)風(fēng)、隔噪音等其他更多功能。

(1)生產(chǎn)熱水：太陽(yáng)能熱水瓦最重要的功能之一就是生產(chǎn)熱水，將適量的太陽(yáng)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(gè)完整的熱水生產(chǎn)供應(yīng)系統(tǒng)，為客戶提供安全舒適的熱水享受。

(2)遮雨遮陽(yáng)：太陽(yáng)能熱水瓦上瓦蓋板材質(zhì)為超白布紋鋼化玻璃，下瓦托盤為鋁或鍍鋅板，有很高的強(qiáng)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(yáng)功能。

(3)隔熱：與普通瓦相比，太陽(yáng)能熱水瓦還有一個(gè)最大的功能就是隔熱。太陽(yáng)能熱水瓦內(nèi)的吸熱板芯會(huì)吸收太陽(yáng)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(yōu)于普通瓦。

(4)抗強(qiáng)風(fēng)：太陽(yáng)能熱水瓦由于自重較大，若安全牢固地固定在鋼結(jié)構(gòu)上，抗擊強(qiáng)風(fēng)性能比普通瓦片強(qiáng)。

(5)隔燥音：太陽(yáng)能熱水瓦由于較厚且其中有介質(zhì)循環(huán)，能夠隔離冰雹撞擊、馬路嘈雜等環(huán)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(yáng)能熱水瓦，熱量充足還可采取更多的熱利用形式，如太陽(yáng)能采暖、太陽(yáng)能干燥、太陽(yáng)能空調(diào)、太陽(yáng)能熱發(fā)電等，凡是能用得上熱能的地方都可直接或間地由太陽(yáng)能熱水瓦來(lái)提供熱源。

表1 太陽(yáng)能熱水瓦的基本技術(shù)要求

五 太陽(yáng)能熱水瓦的基本技術(shù)要求

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

六 太陽(yáng)能熱水瓦的基本技術(shù)參數(shù)及試驗(yàn)

根據(jù)太陽(yáng)能熱水瓦的工作原理、結(jié)構(gòu)部件、一般規(guī)格、基本技術(shù)要求、建筑一體化等因素，確定以下標(biāo)準(zhǔn)配置為試驗(yàn)品基本技術(shù)參數(shù)，如表2所示。

基于以上太陽(yáng)能熱水瓦試驗(yàn)品的基本技術(shù)參數(shù)，進(jìn)行如下試驗(yàn)項(xiàng)目，并得出試驗(yàn)結(jié)果，詳見(jiàn)表3。

表2 太陽(yáng)能熱水瓦試驗(yàn)品的基本技術(shù)參數(shù)

表3 太陽(yáng)能熱水瓦的試驗(yàn)方法及結(jié)果

七 太陽(yáng)能熱水瓦的經(jīng)濟(jì)性分析

太陽(yáng)能熱水瓦具有的生產(chǎn)熱水、遮雨遮陽(yáng)、隔熱、隔噪音、抗強(qiáng)風(fēng)等諸多功能決定了其具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，特別是生產(chǎn)熱水的功能是普通瓦所不具有的。太陽(yáng)能熱水瓦的經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在生產(chǎn)熱水方面，下面以生產(chǎn)熱水為例對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。

以廣西南寧及類似地區(qū)氣象條件為參照，南寧市屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，光照充足，夏季炎熱多雨，冬季溫暖少雨。根據(jù)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(yáng)有效利用天數(shù)約270d。

太陽(yáng)能熱水瓦因全年季節(jié)、環(huán)境溫度和光照時(shí)間的不同，其熱水產(chǎn)量也會(huì)隨之而變化。每m2太陽(yáng)能熱水瓦在不同季節(jié)熱水產(chǎn)量見(jiàn)表4。

如果按每人每日平均熱水用量為60L，則一個(gè)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(fù)荷為1.35×107kJ。每m2太陽(yáng)能熱水瓦可替代150kg標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于147kWh電量，熱水(50℃以上)產(chǎn)量平均約80L。各類熱水設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性比較見(jiàn)表5。

表5中的數(shù)據(jù)表明，太陽(yáng)能熱水瓦的運(yùn)行成本最低，約為電熱設(shè)備的25%，燃?xì)庠O(shè)備的39.6%，空氣源熱泵的62.7%，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益?？紤]到太陽(yáng)能熱水瓦的遮雨遮陽(yáng)、隔熱、隔噪音、抗強(qiáng)風(fēng)等特性，若能對(duì)太陽(yáng)能熱水瓦進(jìn)行綜合性利用，與建筑一體化有機(jī)結(jié)合，在綠色建筑與建筑節(jié)能中發(fā)揮主力軍的作用，不斷推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，對(duì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益最大化有著重要意義。

表5 各類熱水設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性比較

八 太陽(yáng)能熱水瓦的市場(chǎng)應(yīng)用與前景分析

太陽(yáng)能熱水瓦的應(yīng)用可節(jié)約建筑成本和使用成本。若能與綠色建筑與建筑節(jié)能同步規(guī)劃、同步設(shè)計(jì)、同步施工安裝，使太陽(yáng)能熱水瓦與綠色建筑與建筑節(jié)能融為一體，將會(huì)有力推動(dòng)節(jié)約型社會(huì)建設(shè)。

太陽(yáng)能熱水瓦的應(yīng)用可美化市容。目前市場(chǎng)上各種太陽(yáng)能熱水器在屋頂上的安裝處于雜亂無(wú)章的狀態(tài)，太陽(yáng)能熱水瓦的應(yīng)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(jué)和城市形象。

太陽(yáng)能熱水瓦的應(yīng)用可解決高層建筑太陽(yáng)能的熱水問(wèn)題。由于高層建筑樓頂面積有限，傳統(tǒng)的太陽(yáng)能集熱器無(wú)法滿足全部用戶的需求，太陽(yáng)能熱水瓦不僅可裝在屋頂上，也可裝在南墻或陽(yáng)臺(tái)上，既能生產(chǎn)熱水，又能起到裝飾的作用。

太陽(yáng)能熱水瓦可解決傳統(tǒng)太陽(yáng)能熱水器當(dāng)前所面臨的發(fā)展瓶頸問(wèn)題。太陽(yáng)能熱水器的主戰(zhàn)場(chǎng)一直在農(nóng)村，在競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的市場(chǎng)環(huán)境中，眾多的太陽(yáng)能企業(yè)已開(kāi)始走“農(nóng)村包圍城市的道路”，而對(duì)于城市太陽(yáng)能市場(chǎng)的出路就在于一體化、工程化和城市化，如何實(shí)現(xiàn)“三化”，就要靠太陽(yáng)能熱水瓦(圖3)。對(duì)于一些平板太陽(yáng)能集熱器制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，他們具有“天生”的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，太陽(yáng)能熱水瓦可以走建材的銷售渠道，避開(kāi)紅海，另辟蹊徑，開(kāi)避屬于自己的藍(lán)海市場(chǎng)。

太陽(yáng)能熱水瓦的特性決定了其可以成為太陽(yáng)能與建筑一體化的有效實(shí)施載體，太陽(yáng)能熱水瓦是一種節(jié)能、惠民、綠色、低碳、安全的能源產(chǎn)品，是綠色建筑與建筑節(jié)能的首選構(gòu)件。目前，我國(guó)建筑能耗占社會(huì)整體能耗的比例不斷擴(kuò)大，推行建筑節(jié)能已經(jīng)勢(shì)在必行。太陽(yáng)能與建筑一體化是未來(lái)綠色建筑與建筑節(jié)能的一個(gè)必然趨勢(shì)，太陽(yáng)能與建筑一體化的道路也必然會(huì)經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)的新品推廣、初期應(yīng)用、技術(shù)升級(jí)、發(fā)展完善的過(guò)程。

伴隨著人們對(duì)于綠色建筑與建筑節(jié)能的追求、低碳生活的渴求以及對(duì)高品位熱水生活的需求，太陽(yáng)能與建筑一體化會(huì)越來(lái)越受到重視，太陽(yáng)能熱水瓦也將開(kāi)辟一個(gè)全新的太陽(yáng)能熱利用應(yīng)用領(lǐng)域，具有廣泛的發(fā)展空間和巨大的市場(chǎng)潛力。如果說(shuō)有房就有頂，有頂就有熱水瓦，那市場(chǎng)潛力更是不可估量。

九 結(jié)語(yǔ)

太陽(yáng)能熱水瓦的出現(xiàn)使太陽(yáng)能與建筑一體化從一個(gè)艱難漫長(zhǎng)的“相加”過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋嗳凇?。如果能將太?yáng)能熱水瓦納入綠色建筑與建筑節(jié)能體系，成為綠色建筑與建筑節(jié)能的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化部件，成為綠色建筑與建筑節(jié)能的有機(jī)構(gòu)成要素，那么相關(guān)規(guī)劃和設(shè)計(jì)單位就可以從規(guī)劃、設(shè)計(jì)開(kāi)始將太陽(yáng)能熱水瓦作為一個(gè)不可或缺的結(jié)構(gòu)要素考慮進(jìn)去，盡可能將包括太陽(yáng)能熱水瓦在內(nèi)的整個(gè)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)融入綠色建筑與建筑節(jié)能中去，使安全能源得到最大化的利用，使太陽(yáng)能熱水瓦成為綠色建筑與建筑節(jié)能不可分割的一部分，真正實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能與建筑一體化。

實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能與建筑一體化的和諧之美，大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能安全能源的利用形式，持續(xù)推動(dòng)綠色建筑與建筑節(jié)能工作，對(duì)于貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。