谷秀志

（北京建筑材料科學(xué)研究總院北京100024）

簡(jiǎn)論太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑一體化技術(shù)的有效應(yīng)用

谷秀志

（北京建筑材料科學(xué)研究總院北京100024）

人們使用太陽(yáng)能由來(lái)已久，特別是近些年，隨著電子智能的不斷發(fā)展，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值也不斷受到黨和政府的高度重視。本文立足于太陽(yáng)能與建筑一體化的實(shí)際情況，深入探討如何同時(shí)施工和設(shè)計(jì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑，以此實(shí)現(xiàn)雙方的一體化，從而實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的目的，為在建筑上太陽(yáng)能的利用拓展更大的發(fā)展空間。

太陽(yáng)能；建筑；一體化；節(jié)能2015年11月，我國(guó)部分省份遭遇到嚴(yán)重霧霾侵襲，上百個(gè)大中型城市的空氣受到污染，嚴(yán)重危害到人民群眾的身體健康。加大節(jié)能降耗的力度，實(shí)現(xiàn)能源消耗強(qiáng)度下降，已經(jīng)勢(shì)在必行。太陽(yáng)能的擴(kuò)大使用不斷被各級(jí)政府和民眾提及。太陽(yáng)能作為清潔可再生能源取之不盡用之不竭，是人類未來(lái)最可靠、最期盼的能源之一。

目前，對(duì)于太陽(yáng)能的利用主要集中在生活熱水方面，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)已經(jīng)成為在太陽(yáng)能利用中最成熟、最廣泛的應(yīng)用技術(shù)，尤其是其在產(chǎn)業(yè)化方面具有的無(wú)可比擬的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，使得該系統(tǒng)已經(jīng)成為熱帶、亞熱帶以及溫帶人類必不可少的生活組成部分，在亞寒帶及寒帶的應(yīng)用也取得了不錯(cuò)的效果。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的使用除天氣情況外，限制更少，如果在初裝上得當(dāng)，后期只有少量的維護(hù)成本，相比于燃?xì)狻㈦姛崴鞯拈L(zhǎng)期付費(fèi)使用，具有非常大的優(yōu)勢(shì)。以此可以看出，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在初裝上的重要意義以及商業(yè)價(jià)值，而初裝最重要的一部分就是如何實(shí)現(xiàn)與建筑的一體化。

1　太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑一體化應(yīng)用的理念

太陽(yáng)能與建筑一體化的內(nèi)容涵蓋多個(gè)方面，最主要的目的在于將太陽(yáng)能光熱系統(tǒng)作為建筑整體的一部分去建設(shè)。這其中不僅要求不能破壞和影響建筑的外觀與結(jié)構(gòu)，而且要達(dá)到節(jié)能和滿足使用功能的目的。因此，一個(gè)主要的理念就是將太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)同步考慮，達(dá)到兩者的和諧統(tǒng)一。在設(shè)計(jì)中，其核心的部分就是集熱器的放置，涵蓋面積、角度、美觀等多個(gè)因素，只有使得集熱器的安裝與建筑物的屋面形式相符合，才能達(dá)到集熱器成為屋面的一部分，較好實(shí)現(xiàn)一體化目標(biāo)。另一個(gè)重要的組件是太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)水箱的合理放置，房屋面的承重問(wèn)題是需要考慮的問(wèn)題，同時(shí)還要兼顧考慮怎樣與建筑相結(jié)合。要恰當(dāng)解決這個(gè)問(wèn)題，一般采用三種方式，（1）為避免建筑外觀的破壞，加砌與建筑外觀一致的護(hù)攔，將之放置在建筑屋頂露天平臺(tái)的樓梯間上。（2）在沒(méi)有屋頂露天平臺(tái)的其他單元，為了在建筑外面看不到熱水箱，保持建筑外觀協(xié)調(diào)和諧，可以在樓梯間頂部專門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)放置熱水箱閣樓，這樣也可以增加整個(gè)建筑的美觀度。（3）針對(duì)別墅的建筑，為了良好的隱蔽性，符合外部美觀的需要，一般將熱水箱放置在地下車庫(kù)，既可以方便日后的維修，又可以完美的利用好空間。

2　是推動(dòng)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的有效途徑

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)占國(guó)土面積2/3左右的地區(qū)，年日照時(shí)數(shù)超過(guò)2200h，這是極為豐富太陽(yáng)能資源。正是基于此，政府在太陽(yáng)能的利用上一直非常重視，將太陽(yáng)能光熱利用納入建筑節(jié)能范疇，可以說(shuō)，這為太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)建筑一體化的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。依據(jù)我國(guó)《2000—2015年新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》要求，到2020年，我國(guó)太陽(yáng)熱水器保有量達(dá)到5.0×108m2。由此可見(jiàn)，在實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能目標(biāo)的進(jìn)程中，太陽(yáng)能光熱技術(shù)的廣泛應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。

太陽(yáng)能熱水器在設(shè)計(jì)之初，就已經(jīng)將建筑當(dāng)作不可缺少的元素加以考慮。（1）外觀上考慮到集熱器和水箱的問(wèn)題，在建設(shè)布置上就要求達(dá)到與屋頂調(diào)和統(tǒng)一，尤其是重視使太陽(yáng)能集熱器成為陽(yáng)臺(tái)或墻面建筑的一部分。（2）結(jié)構(gòu)上考慮到建筑的承重、防水等功能，妥善解決了太陽(yáng)能熱水器的安裝問(wèn)題,并充分考慮了太陽(yáng)能熱水器抵御自然災(zāi)害的能力。（3）管路的布置上如何減少熱水管路的長(zhǎng)度問(wèn)題是一個(gè)技術(shù)重點(diǎn)，這就需要考慮好太陽(yáng)能循環(huán)管路、冷熱水供應(yīng)管路的布置，其基礎(chǔ)就是要在建筑上事先留出所有管路的接口和通道。（4）運(yùn)行上要保證方便快捷的安裝、檢修，同時(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定也很重要，還要盡可能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)控制，這些都要將建筑物的各類因素考慮進(jìn)去?？傊挥袑?shí)現(xiàn)上述四個(gè)方面與建筑的完美結(jié)合，才是真正的太陽(yáng)能與建筑一體化，才能推動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)和行業(yè)的快速發(fā)展。

但是，由于長(zhǎng)期處于不完善的發(fā)展階段，加之行業(yè)的迅速壯大，在太陽(yáng)能各類產(chǎn)品應(yīng)用中，出現(xiàn)了系統(tǒng)和形式相對(duì)都比較單一的情況。還有部分企業(yè)，由于沒(méi)有真正太陽(yáng)能與建筑一體化應(yīng)用的理念進(jìn)行操作，只考慮了自身的因素，而忽視了與建筑的結(jié)合，導(dǎo)致了太陽(yáng)能熱水器的安裝沒(méi)有規(guī)則，這些都嚴(yán)重影響了建筑的結(jié)構(gòu)安全及外部形象。因此，開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能產(chǎn)品變的相當(dāng)迫切，如若能統(tǒng)一考慮建筑物與太陽(yáng)能熱水設(shè)施，將其進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，這樣做的結(jié)果就是既能提供生活便利，又能保證建筑物的整體性和美觀性不受破壞。

3　太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑結(jié)合方式的確定

太陽(yáng)能與建筑的結(jié)合模式直接受到太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的運(yùn)行方式的確定的影響。

3.1太陽(yáng)能集熱器與平屋頂?shù)挠袡C(jī)結(jié)合

平屋頂有其自身特點(diǎn)，在集熱器放置上有很大優(yōu)勢(shì)。可以采用兩種形式，（1）在支座內(nèi)預(yù)埋鋼板,上面焊接螺栓固定熱水器，也就是鋼筋混凝土支座與結(jié)構(gòu)層一起澆筑。其中最重要的就是做好支座防水。支座防水的重點(diǎn)在于附加防水層，在設(shè)計(jì)上需要做空鋪，這個(gè)寬度不應(yīng)小于250 mm。值得注意的是，在收頭處理時(shí)，雨水可能會(huì)從開(kāi)口處滲入防水層下部，要注意避免這個(gè)問(wèn)題。防止卷材防水層收頭翹邊，可以應(yīng)用壓條釘固定或用密封材料封嚴(yán)卷材防水層。（2）針對(duì)后加熱水器,可以使用預(yù)制混凝土支座。現(xiàn)在比較實(shí)用而且經(jīng)常使用的支座，一般在200 mm的高度、寬度。在建筑支座時(shí)，要注意伸出屋面的管線,通過(guò)預(yù)埋穿屋面套管來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)套管可采用鋼管或PVC管材。另外，應(yīng)預(yù)留凹槽以助于用密封材料封嚴(yán)套管四周的找平層。

3.2太陽(yáng)能集熱器與坡屋頂?shù)慕Y(jié)合

3.2.1屋頂飄板太陽(yáng)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

這種設(shè)計(jì)不僅可以滿足太陽(yáng)能采暖要求，而且還能滿足制冷需求。在結(jié)構(gòu)上，采用屋頂架設(shè)飄板鋼結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)上，采用儲(chǔ)熱水箱、溴化鋰吸收式制冷機(jī)組、太陽(yáng)能集熱器系統(tǒng)、管路配件及控制系統(tǒng)。集熱系統(tǒng)采用的504臺(tái)熱管型集熱器，主要是20支2.1m真空管，外形尺寸2277mm×1606mm，輪廓采光面積為2.90m2共分成6套系統(tǒng)，采光面積可以達(dá)到1461m2；這里面需要使用制冷功率為141kW的溫水型吸收式制冷機(jī)2臺(tái)，9t的集熱水箱和防過(guò)熱水箱各1個(gè)。在運(yùn)行上，由于集熱器安裝在建筑屋頂飄板上，熱量通過(guò)集熱器收集，再經(jīng)板式換熱器換到集熱水箱內(nèi)，產(chǎn)生高溫?zé)崴Ｏ募局评鋾r(shí)，吸收式溴化鋰制冷機(jī)獲得水泵輸送的83℃～88℃的高溫?zé)崴炙魇盏綑C(jī)組產(chǎn)生的7℃～12℃冷凍水，室內(nèi)的制冷采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)進(jìn)行。冬季采暖時(shí)，熱量通過(guò)集熱器收集，通過(guò)板式換熱器將熱量換到集熱水箱內(nèi)，然后直接供給用戶冬季采暖，從而在小區(qū)內(nèi)能源的綜合可持續(xù)利用方面發(fā)揮重大作用。

3.2.2墻面式集熱系統(tǒng)

將墻面集熱器安裝在陽(yáng)臺(tái)之間墻面外側(cè)的挑板上，放置300L水箱于墻面集熱器后的挑板上。墻面集熱器可以分為外掛式和內(nèi)嵌式兩種。外掛式墻面集熱器外形尺寸為2153mm×2960mm，輪廓采光面積為5.396m2，采用34支1.9m真空管的U型管。內(nèi)嵌式墻面集熱器外形尺寸為2030mm×2760mm，輪廓采光面積為5.076m2，采用32支1.8m真空管的U型管。墻面式集熱系統(tǒng)選用U型管墻面太陽(yáng)能集熱器為集熱元件，為了達(dá)到每天為用戶提供300L熱水的目的，需要采用溫差強(qiáng)制循環(huán)方式。同時(shí)，因?yàn)椴煌鞖獾淖兓?，要保證熱水供應(yīng)，每個(gè)系統(tǒng)應(yīng)配有室內(nèi)機(jī)。另外，在陰雨天太陽(yáng)能不足時(shí)，可開(kāi)啟2.4kW電加熱確保熱水使用。

3.2.3陽(yáng)臺(tái)壁掛式集熱系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由貯熱水箱、影屏智控系統(tǒng)、集熱器、室內(nèi)機(jī)及其管路配件組成，可以將貯熱水箱安裝在陽(yáng)臺(tái)內(nèi)。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的集熱元件可采用U型管，為溫差強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)，每日為用戶提供300L熱水，將影屏智控系統(tǒng)集電視、太陽(yáng)能智能控制儀表以及多媒體影音于一體，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可控全自動(dòng)運(yùn)行。陽(yáng)臺(tái)壁掛式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)可以將集熱器安裝在建筑一步臺(tái)外墻，為達(dá)到輪廓采光面積1.876m2以上，需采用3片12支2.1m真空管的U型管，外形尺寸為994mm×1990mm。另外，也可以采用2片15支2.1m真空管U型管，外形尺寸為1234mm×2290mm，從而將集熱器安裝在封閉陽(yáng)臺(tái)外側(cè)，這樣能夠達(dá)到輪廓采光面積2.356m2。

4　結(jié)語(yǔ)

“太陽(yáng)能與建筑一體化”在太陽(yáng)能利用中占有非常重要的地位，而太陽(yáng)能熱水器作為太陽(yáng)能利用的主要方向，實(shí)現(xiàn)其與建筑的一體化，對(duì)于我國(guó)建筑節(jié)能及太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域，技術(shù)難題的突破可以發(fā)揮重要的作用?？梢哉f(shuō)，太陽(yáng)能熱水器與建筑一體化是太陽(yáng)能熱水器發(fā)展的必由之路。只有在建筑設(shè)計(jì)之初，我們充分認(rèn)識(shí)到太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)是建筑中不可或缺的組成部分，從而將其包含的所有內(nèi)容巧妙地融入建筑設(shè)計(jì)之中,才能夠真正實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑一體化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，才能不斷促進(jìn)我國(guó)太陽(yáng)能使用的規(guī)范化、制度化，才能為節(jié)能社會(huì)、和諧社會(huì)作出更大的貢獻(xiàn)。

[1]楊德山,趙國(guó)華.光熱利用與建筑一體化實(shí)踐[J].建設(shè)科技,2007(24).

[2]田軼威,朱煒.太陽(yáng)能熱系統(tǒng)與建筑一體化研究[J].現(xiàn)代城市, 2008(02).

[3]葛嵐.太陽(yáng)能的利用與建筑一體化[J].安徽建筑,2008(05).

[4]張樹(shù)君.太陽(yáng)能與建筑一體化標(biāo)準(zhǔn)體系[J].建設(shè)科技,2009(02).

[5]毛軍,唐偉偉.太陽(yáng)能與建筑一體化應(yīng)用的研究[J].價(jià)值工程, 2010(29).

[6]何軍林,李遠(yuǎn)方.太陽(yáng)能與建筑一體化漸行漸近[J].建筑工人, 2011(10).

[7]張龍瑞.太陽(yáng)能技術(shù)在建筑中的應(yīng)用及思考[J].裝備制造技術(shù), 2011(08).

[8]李軍,傅曉玉,王振煬.迎著太陽(yáng)前進(jìn)——太陽(yáng)能的建筑科學(xué)應(yīng)用[J].居業(yè),2012(05).