郭藝丹

【摘 要】針對(duì)近幾年高層建筑紛紛安裝壁掛式太陽(yáng)能供熱但利用率低，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益有限的情況下，客觀詳細(xì)的分析了壁掛式太陽(yáng)能優(yōu)缺點(diǎn)、太陽(yáng)能和其他能源組合作為熱源的研究現(xiàn)狀，為提高太陽(yáng)能熱利用提供參考。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能；多能源組合；熱水供應(yīng)；清潔能源

【Abstract】In recent years，high-rise buildings have been installed wall-mounted heating，but the utilization rate is low，resulting in limited economic circumstances，the objective and detailed analysis of the advantages and disadvantages of wall-mounted solar energy，solar and other energy sources as a heat source research status，Heat utilization provides a reference.

【Key words】Solar energy；Multiple energy mix；Hot water supply；Clean energy

0 引言

太陽(yáng)能熱水器具有節(jié)能、環(huán)保、安全的優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到用戶(hù)和太陽(yáng)能廠商的青睞。近幾年，隨著新建樓層越來(lái)越高，傳統(tǒng)的屋頂太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)難以滿足居民生活需求，平板陽(yáng)臺(tái)壁掛式太陽(yáng)能（以下簡(jiǎn)稱(chēng)壁掛式太陽(yáng)能）應(yīng)運(yùn)而生，因?yàn)檎畬?duì)太陽(yáng)能熱水項(xiàng)目的鼓勵(lì)和強(qiáng)制規(guī)定，有不少新建地產(chǎn)項(xiàng)目紛紛給高層住戶(hù)裝上了壁掛式太陽(yáng)能。

但也出現(xiàn)有不少住戶(hù)將嶄新的太陽(yáng)能儲(chǔ)水罐拆除掉，安裝燃?xì)鉄崴鞯默F(xiàn)象。政府大力扶持、開(kāi)發(fā)商花錢(qián)裝太陽(yáng)能而住戶(hù)不領(lǐng)情的尷尬局面，對(duì)高層安裝壁掛式太陽(yáng)進(jìn)行客觀的分析是必要的，文章對(duì)壁掛式太陽(yáng)能的優(yōu)缺點(diǎn)及多能源組合做了詳細(xì)的分析，為提高壁掛式太陽(yáng)能的熱利用提供參考。

1 正文

現(xiàn)在市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位的太陽(yáng)能熱水器主要有平板型和真空管型兩種，真空管式太陽(yáng)能，其熱效率高、保溫性好，但管內(nèi)存水、抗凍性差，且玻璃管內(nèi)壁易結(jié)垢，不易清除，全玻璃真空管式如果一支管破碎后，整個(gè)系統(tǒng)將不能使用；熱管真空管式太陽(yáng)能受熱管工質(zhì)的循環(huán)次數(shù)有限，從而影響其使用壽命[1]。壁掛式太陽(yáng)能屬于分離式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，水箱放置在陽(yáng)臺(tái)內(nèi)，集熱器安裝位置不局限于屋頂，也可以放置建筑南里面陽(yáng)臺(tái)上，深受高層建筑用戶(hù)歡迎。

1.1 壁掛式太陽(yáng)能優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

1）安裝不受樓層限制，多用于高層建筑。

2）承壓運(yùn)行，出水壓力足（冷水壓力必須足），可多點(diǎn)供水。

3）相比屋頂太陽(yáng)能，進(jìn)水管道距離短，放少量的冷水就可出熱水。

4）利用太陽(yáng)能提供熱源，不需要燃?xì)夂碗娏Γ?jié)省能源，同時(shí)既安全又環(huán)保。

缺點(diǎn)：

1）容積小，基本維持在80--100升（屋頂太陽(yáng)能最小的也得160升，16只管）

2）溫度低，最高溫度不會(huì)超過(guò)75℃，冬季不用輔助電加熱基本維持在30℃--40℃

3）因?yàn)槭浅袎哼\(yùn)行就需要涼水頂熱水才可以使用，一旦涼水壓力低，就不能使用熱水。

4）太陽(yáng)能受地域、天氣等影響較大，不能很好地滿足用能需求。

太陽(yáng)能無(wú)處不在，隨處即可開(kāi)發(fā)利用且無(wú)需運(yùn)輸，能量巨大，綠色、無(wú)污染，取之不盡、用之不竭，我國(guó)已經(jīng)把大力推動(dòng)、發(fā)展新能源、可再生能源作為國(guó)家的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略任務(wù)[2]。湖北省武漢市規(guī)定，自2013年7月1日起，武漢市內(nèi)新建、改建、擴(kuò)建18層及以下建筑，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)須達(dá)到100%；18層以上建筑，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)須達(dá)到30%。政府這樣簡(jiǎn)單的硬性規(guī)定，開(kāi)發(fā)商粗放的大資金投入壁掛式太陽(yáng)能，所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益也非常有限。

一方面，太陽(yáng)能受季節(jié)、氣候特點(diǎn)的影響，如果只采用太陽(yáng)能供熱，無(wú)法滿足住戶(hù)的熱水需求，冬季太陽(yáng)能集熱箱出水溫度低，末端負(fù)荷基本靠電輔助加熱；另一方面，在日照強(qiáng)的天氣里，由于壁掛式太陽(yáng)能是涼水頂熱水才能使用熱水，洗浴時(shí)熱水的使用，大量的涼水注入太陽(yáng)能儲(chǔ)水罐，罐內(nèi)熱水溫度下降很快，滿足不了多人洗浴，而且洗浴時(shí)熱水溫度變化要不斷調(diào)節(jié)水龍頭冷熱水方向，影響洗浴舒適度。況且趕上南方的梅雨季節(jié)，太陽(yáng)能的輻射幾乎為0，太陽(yáng)能熱水供應(yīng)根本滿足不了需求。

另外對(duì)于成片的高層住宅群，由于樓宇間的遮擋，住在低層的住戶(hù)所安裝的集熱器不能接受到充分的日照，因此低層用戶(hù)更難達(dá)到理想的使用效果，導(dǎo)致其運(yùn)行效率低下，必須采用輔助加熱措施。

目前壁掛式太陽(yáng)能輔助加熱裝置一般為電加熱，而電多是由煤燃燒發(fā)出的熱能轉(zhuǎn)化來(lái)的，代價(jià)較高。這種方式效率低且不符合節(jié)能減排理念，一般不建議采用電作為輔助能源。

因此，要更好地滿足用戶(hù)24小時(shí)用熱需求，太陽(yáng)能與其他能源互補(bǔ)使用已成為一種必然趨勢(shì)。多能源集成熱水系統(tǒng)既可以單獨(dú)工作，也可根據(jù)用戶(hù)需求自由組合，能夠彌補(bǔ)不同能源間的缺陷，實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能減排的目標(biāo)。

1.2 多能源輔助太陽(yáng)能供熱組合方式

建筑能耗中熱水系統(tǒng)占據(jù)了絕對(duì)的主導(dǎo)地位，同時(shí)熱水系統(tǒng)與采暖系統(tǒng)結(jié)合使用相對(duì)更為常見(jiàn)，這主要是因?yàn)椴膳到y(tǒng)主要是利用太陽(yáng)能產(chǎn)生的熱水進(jìn)行供暖，因此采暖系統(tǒng)常與熱水系統(tǒng)一起使用。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與其他能源進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)用的組合方式主要有：電輔助太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)；燃?xì)廨o助太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)；地源熱泵-太陽(yáng)能組合式供暖；空氣源熱泵輔助太陽(yáng)能聯(lián)合供熱；太陽(yáng)能與熱網(wǎng)互補(bǔ)供暖系統(tǒng)。

1.2.1 電輔助太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)

目前在高層建筑上安裝的平板壁掛式太陽(yáng)能均采用電輔助太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。因?yàn)樘?yáng)能的間歇性，通過(guò)電加熱輔助太陽(yáng)能供應(yīng)熱水，解決了傳統(tǒng)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)不能24h運(yùn)行的缺點(diǎn)。但這種熱水系統(tǒng)仍然需要消耗大量的電能，能源浪費(fèi)問(wèn)題依然存在[3]。

1.2.2 燃?xì)廨o助太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)

燃?xì)鉄崴魇禽^早投入使用的熱水器，其燃?xì)饪刹捎锰烊粴夂鸵夯瘹狻Ｈ細(xì)鉄崴骶哂屑撮_(kāi)即用，出水快，洗浴方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，但耗能較大[4]，而且燃?xì)鉄崴髟谑褂眠^(guò)程中，產(chǎn)生一氧化碳和硫化氣體等廢氣，易造成有害氣體聚積和氧氣缺乏，從而引發(fā)人體中毒?；诠?jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益的考慮，燃?xì)廨o助太陽(yáng)能熱水器的應(yīng)用受到一定的限制。

1.2.3 地源熱泵-太陽(yáng)能組合式供熱

地源熱泵-太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)由地源熱泵和太陽(yáng)能作為熱源，通過(guò)地源熱泵、太陽(yáng)能集熱器、水箱、連接管道、控制系統(tǒng)和發(fā)熱末端等構(gòu)成。將太陽(yáng)能所采集的熱源和地源熱泵采集的熱源通過(guò)管道將熱源儲(chǔ)存在水箱內(nèi)，然后通過(guò)熱水輸送到發(fā)熱末端，提供建筑供熱的需求[5]。但地源熱泵需要地下埋管，初期投入大，適合別墅群住戶(hù)，一般高層住戶(hù)無(wú)法安裝。

1.2.4 空氣源熱泵輔助太陽(yáng)能聯(lián)合供熱

空氣源熱泵是以空氣作為熱源進(jìn)行供熱的裝置，能夠以較低的能量消耗，實(shí)現(xiàn)把低溫位熱能輸送至高溫位，利用自然資源中的熱量，很好地滿足了用戶(hù)熱負(fù)荷的要求[6]。太陽(yáng)能和空氣能都屬于清潔能源，如果將空氣源熱泵與太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)聯(lián)合供熱，以最優(yōu)的模式運(yùn)行，不僅最大程度利用了太陽(yáng)能，且有效地減少了對(duì)電能的消耗，對(duì)更好地節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境有著重大意義[7]?？諝庠礋岜迷?℃以下，易出現(xiàn)結(jié)霜問(wèn)題，因此空氣源熱泵輔助供熱太陽(yáng)能供熱水系統(tǒng)節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)效益均較顯著， 是適宜在南方推廣的供熱供暖系統(tǒng)。

1.2.5 太陽(yáng)能與熱網(wǎng)互補(bǔ)供暖系統(tǒng)

隨著能源短缺及供暖需求的增大，已有熱網(wǎng)無(wú)法滿足小區(qū)供暖需求，可以將太陽(yáng)能與熱網(wǎng)互補(bǔ)聯(lián)合供暖，互補(bǔ)供暖系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、熱泵機(jī)組系統(tǒng)和熱網(wǎng)系統(tǒng)組成。為了確保末端熱用戶(hù)的供暖需求，從能耗和經(jīng)濟(jì)性?xún)蓚€(gè)方面分析，設(shè)計(jì)熱網(wǎng)承擔(dān)大部分熱負(fù)荷，太陽(yáng)能作為輔助補(bǔ)熱系統(tǒng)，研究結(jié)果表明，當(dāng)室外太陽(yáng)輻照度足夠時(shí)，出水平均溫度提高了，平均COP值由 3.167 增加到 4.65，熱網(wǎng)的供暖時(shí)間得以增加[8]。

多能源輔助太陽(yáng)能供熱組合方式能夠更加有效的利用太陽(yáng)能源，缺點(diǎn)是前期投入較大，但后期使用成本低，加上政府有力的扶持，值得推廣應(yīng)用。

1.3 壁掛式太陽(yáng)能主要研究參數(shù)

太陽(yáng)能熱水器冬季出水溫度低，一般天氣只有20℃左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到55℃的要求。因此冬季使用太陽(yáng)能供熱、供暖必須結(jié)合其他熱源輔助加熱，而太陽(yáng)能和何種熱源結(jié)合，要考慮輔助熱源的安裝成本、運(yùn)行成本，項(xiàng)目實(shí)施地的太陽(yáng)能輻射量，太陽(yáng)能集熱器的熱轉(zhuǎn)換效率、水箱的保溫性能和日照遮擋問(wèn)題等，這些是影響太陽(yáng)能熱水器使用效率的關(guān)鍵要素，這也是今后太陽(yáng)能供熱、供暖研究的主要參數(shù)。

此外，怎樣將太陽(yáng)能的能量進(jìn)行儲(chǔ)存已經(jīng)成為國(guó)際性課題，跨季節(jié)太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)已經(jīng)在歐洲一些國(guó)家實(shí)施并開(kāi)展。

2 結(jié)論

綜上研究，壁掛式太陽(yáng)能作為一種新型能源，已經(jīng)受到我國(guó)政府的高度關(guān)注，而壁掛式太陽(yáng)能的缺點(diǎn)限制了它的使用時(shí)間和范圍，多能源輔助太陽(yáng)能供熱方式能夠很好的解決這種問(wèn)題，將壁掛式太陽(yáng)能和其他熱源結(jié)合起來(lái)為用戶(hù)提供綠色、清潔、高可靠性、高性?xún)r(jià)比的供熱、供暖系統(tǒng)成為研究熱點(diǎn)，該類(lèi)研究對(duì)于降低建筑物的能源消耗，增大社會(huì)效益具有重要意義。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]