談太陽能技術在民用建筑中的應用

邱海博

(中海地產西安有限公司，陜西西安 721020)

太陽能是一種人類取之不盡用之不竭的干凈能源，太陽能在建筑中的應用是現階段太陽能應用中最為廣泛、最具發展潛力及市場的新領域。文中將太陽能的利用與建筑物的設計相結合，以滿足現代建筑的舒適性要求和能源方面的需求，從而實現了太陽能在民用建筑中充分利用，達到了降低建筑物能耗及節約能源的目的。

1 技術簡介

1.1 定義及工作原理

太陽能是全球普遍推廣的一種潔凈、環保的能源。在利用太陽能的系統中，負責接收太陽能熱能并向導熱介質中傳遞熱量的部件，被稱為太陽能集熱器。太陽能熱水系統通過太陽能集熱器吸收太陽可見光和近紅外光(簡稱短波段)，將冷水加熱供給居民進行使用。其主要特點是經濟實惠、高效節能、安全、衛生、無污染，具有良好的經濟效益和社會效益。

1.2 集熱器分類及其特點

目前，市場上主要太陽能集熱器有三種，分別為金屬平板型、全玻璃真空管和真空熱管型。三種太陽能集熱器各有優缺點，由于用途不同、性能不同，三種不同形式的太陽能集熱器分別適用于不同的地區，發揮著不同的功能。1)金屬平板型太陽能集熱器：板芯采用銅鋁復合工藝將兩鋁片與一根銅管軋制在一起，達到兩種金屬完全融合，再用高壓氣體將銅管吹脹。選擇性吸熱涂層采用陽極氧化工藝。優點是熱效率比較高，產生的熱水量也很大，承壓能力好，夏季耐空曬性好，供熱水整體穩定可靠，維護成本低;缺點是不具有抗凍能力，熱損耗大。2)全玻璃真空管太陽能集熱器：其主要原理是太陽光透過外玻璃管照射內管吸涂層上，將太陽能轉換為熱能，然后加熱管內的水。由于夾層是真空，有效地降低向外熱輻射損失。具有較強的抗凍能力，熱損耗較少，效率較高。3)真空熱管太陽能集熱器：實質是真空玻璃管與平板式的結合，包括：熱管、吸熱板、真空管。太陽光透過玻璃照射到集熱板上，將熱管里的介質加熱汽化，介質汽化后上升到頂端冷凝端，在這里被液化，同時放出熱量，以此加熱水。介質又重新流下，如此循環，不斷將熱量從太陽光中帶入水中。真空熱管太陽能集熱器抗凍性好，適合在我國寒冷(0℃ ～40℃)地區使用。承壓能力好，夏季耐空曬性好，維護成本低，同時啟動快，加熱的熱水溫度高。缺點是成本較高。

2 系統分類及成本估算

以全玻璃真空管太陽能集熱器為例。

2.1 采用分戶設置太陽能熱水器，電或燃氣輔助加熱

采用分體承壓式真空管太陽能熱水器，優點是熱效率較高，每戶自成系統，操作簡單方便，定位較高，常用于別墅項目。

2.2 采用集中供水，分戶計量，集中輔助加熱

其主要特點是住戶共同合用太陽能熱水，需要分攤公共的運行費用(主要是輔助加熱費用)，用戶可以很方便的使用太陽能熱水。估算每戶成本約0.6萬元(國產品牌，燃氣輔助加熱)。

2.3 集中供水，分戶計量，家庭輔助加熱

其主要特點是住戶共同合用太陽能熱水，但當太陽能不足時，由住戶自家的加熱設備進行輔助加熱，不需另收集中加熱能源的費用，且成本較低，估算每戶成本約0.4萬元。

至于采用何種系統，需要根據不同項目的特點，采用合適的太陽能熱水供水方案，做到既滿足政府節能驗收的相關要求和住戶的使用功能，又能節約工程投資。

3 主要材料、設備要求

1)工程質量符合GB 50364-2005民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范、GB 50015-2003建筑給水排水設計規范、GB 50242-2002建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規范、GB 50268-97給水排水管道工程施工及驗收規范等規范要求，符合國家現行技術標準、工程質量評定標準及其操作規程的要求。2)集熱器要求。a.采用成熟且經國家有關部門檢測合格的全玻璃真空管太陽能集熱器。b.應提供集熱器原產地證明書和產品檢測報告。3)管材及其閥門要求：給水循環管采用不銹鋼管，管道保溫宜采用橡塑保溫，保溫厚度不小于3 mm。4)儲熱水箱采用不銹鋼板(或組合式)水箱，內壁應衛生、無毒，且應能承受熱水的最高溫度：內膽采用不銹鋼板制作;保溫層為聚氨酯保溫層，厚度不小于80 mm，外包為0.3 mm鋁板。

4 安裝要求

1)在建筑物上安裝太陽能熱水器時，應結合建筑形狀統籌規劃，詳細計算，布置應規則有序，同時應便于檢修和維護。

2)太陽能集熱器和屋頂水箱的安裝要考慮不影響建筑物的外立面，尤其是建筑的正立面。

3)太陽能熱水系統應安裝計量裝置，本項目只需要設計總的冷水進水水表及其后續的太陽能集熱器與熱水箱循環管路的安裝，分戶水表及主循環管道由主包進行安裝。系統安裝定時定溫回水裝置。

4)集熱器的安裝要求：集熱器的安裝傾角應與當地的緯度一致，本系統側重在非冬季使用，安裝傾角應根據設計采用地方緯度，傾角安裝誤差控制在±3°以內。

5)基座及支架安裝：a.太陽能熱水器安裝時應與建筑結構可靠連接，其安裝所用預埋件在結構施工階段應根據設計圖紙精確定位，準確預埋。b.露出混凝土面的鋼基座應做好除銹防腐工作，避免影響使用年限。c.安裝在屋面上的太陽能熱水器，其基座除了安裝牢固外還應做好抗滲防水工作，其防水做法應符合國家現行規范標準GB 50207屋面工程質量驗收規范要求。d.太陽能熱水器支承系統應與建筑物接地系統可靠連接，其接地性能需符合現行國家規范要求。

6)管路安裝要求：a.熱水循環管路全部采用不銹鋼管，并做好保溫。b.管道保溫采用優質橡塑保溫材料(三元乙丙橡膠EPDM)，外包為0.3 mm鋁板包裝。c.系統進冷水管前安裝冷水過濾器，防止水中雜質進入系統。

7)儲水箱要求：a.儲水箱要求布置在屋面，周圍應具有相應的排水防水措施，應與底座固定牢靠，儲水箱采用不銹鋼材質，由于高差不夠造成頂層住戶的水壓太小，因此需要加壓供水以保證頂層住戶的水壓不小于10 m。b.儲水箱外側應按照設計要求做好保溫工作，儲水箱的保溫施工必須在其檢漏試驗完成后進行，保溫工作需符合國家現行GB 50185工業設備及管道絕熱工程質量檢驗評定標準要求。c.金屬材質儲水箱也需做好接地避雷工作，接地應符合國家現行GB 50169電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范要求。d.儲熱水箱：其重量符合建筑設計要求，壁厚符合國家有關規定，且有防臺風避雷功能。

8)循環水泵安裝技術要求：a.熱水循環水泵采用低轉數水泵，要求性能可靠、低噪聲、高效節能。要求有主泵循環工作，循環泵采用一用一備，定時切換水泵。b.水泵及配套設備的供貨商必須出具廠家委托代理證明書，廠家必須出具ISO 9000質量認證證明書;生產廠家出具產品質量出廠合格證、按規范要求本廠試驗室檢測合格報告和上年度省、市級質量技術監督部門檢測報告;生產廠家出具生產線設備的品牌、管材及管件料的來源地。

5 設計要求

1)設計單位需對整個項目及每個單元進行方案設計，包括詳細的計算書，設備平面布置圖、工藝系統圖、結構基礎圖，電氣控制圖，管道及水箱保溫說明，主要設備材料清單等，并附有相關的詳圖和節點圖。2)各棟的材料設備表應分棟列表，注意每棟住宅按照每個單元進行設計，自成系統。3)為避免由于個別真空管損壞而對整個用水系統造成影響，要求集熱器的連接方式采用并聯布置，當一個集熱器損壞時，不影響其他集熱器的正常使用。4)管路設計遵循“水路同程”原則，以保證每組并聯的集熱器通過的水量基本相同，防止集熱器“短路”，提高集熱效率，儲熱水箱盡量靠近上循環管以減少熱損，下循環管從集熱模塊的遠端進水。5)在進行施工圖設計時，應注意相關專業的密切配合，如：結構部分必須同設計院進行配合，屋面荷載(主要是水箱的重荷載)的布置必須征得設計院的同意，且需要有防臺風設計;電氣部分需要提供總的用電量，并注意有防雷和防漏電保護設計;建筑部分需要對集熱器的安裝保證美觀和整齊，并不能在建筑正立面看到集熱器和水箱。6)由于輔助加熱利用各住戶自己的燃氣熱水器，需要對熱水器進水加溫控閥進行自動控制。當太陽能熱水的末端水溫低于40℃時，利用溫控閥進行自動切換到熱水器進行輔助加熱，反之，末端水溫高于40℃時，太陽能熱水不通過家用燃氣熱水器，可以直接使用。