關于住宅類高層建筑太陽能集熱系統若干問題的討論

王珂　陳文浩

摘 要：隨著人們節約意識越來越強，如今太陽能集熱系統已經開始廣泛適用于高層住宅建筑中，作為可再生能源的太陽能，其應用已經成為人們日常生活中不可缺少的主要內容。本文將會就高層住宅建筑太陽能集熱系統的相關問題進行討論。

關鍵詞：太陽能；高層建筑；應用

1 太陽能集熱系統簡介

一般地，太陽能集熱系統是由集熱器、保溫水箱、自動上水控制箱、循環泵、控制系統以及相關的管路配件等組成的，其主要工作原理是通過集熱器吸收太陽能輻射，轉化成熱能，把冷水加熱成熱水，通過控制系統，由自動上水控制箱實現自動上水，并同時能夠進行溫差循環、管道循環以及定時定溫電加熱等措施，為用戶提供全天候恒溫、恒壓供水以及防凍等功能。

而在工程造價方面，太陽能集熱系統具有一次性投資、運行費用較低的特點，是所有集熱系統和設備中經濟效益是最好的，加上其安全性高、可靠、美觀和無污染等優點，受到廣大人們的歡迎。太陽能集熱系統的形式主要有兩種，分別是分體式強制循環型和聯體式自然循環式。在選擇太陽能集熱系統的形式時，需要根據建筑物的實際情況選擇合適的形式。

2 太陽能集熱系統的優缺點

2.1 太陽能集熱系統的優點

太陽能集熱系統通過利用太陽能把冷水加熱成熱水，能夠節約一次性能源，減少污染的排放加上系統設備工作壽命長，運行安全性能較高，投資回收率較高，系統設備折舊率低等優點，已在全球廣泛地推廣開來。根據相關的統計，太陽能輻射每年到達地球表面大約是全世界所有能量消耗總和的兩萬倍。在1979年，古德曼創造了世界上第一家LUZ的太陽能公司，直到2009年為止，這家太陽能公司的年銷售額已經逼近兩千萬美元了。而在日本，太陽能熱水器的普及率是11%；歐洲國家預計在未來的十年內，太陽能熱水器的普及率將會大23%，而在以色列，太陽能熱水器的普及率更是高達80%。在2013年7月1日，我國武漢市出臺新規，市內新建、改建、擴建的18層及以下建筑，太陽能熱水系統覆蓋率須達到100%；18層以上的建筑，太陽能熱水系統覆蓋率須達到30%。足以可見，我國開始對于太陽能的使用十分重視。隨著技術的成熟，近年來，在我國的太陽能集熱市場中，真空管集熱器和平板集熱器等太陽能集熱系統開始被廣泛地推廣。我國大部分城市都處于光照二類地區，太陽能輻射熱量十分豐富，加上節約能源意識的增強，為推廣太陽能集熱系統提供一定的幫助和平臺。舉個例子，廣東省的深圳市，全年大部分時間都陽光充足，大大地提高了太陽能集熱系統的工作效率。用于住宅類高層建筑的太陽能集熱系統和傳統的單產式太陽能熱水器并不相同。太陽能集熱系統是把整棟住宅樓的熱水循環供應設計成一個整體的熱水供應系統，造價與單產式太陽能熱水器相比較低，便于集中管理和維修。簡而言之，投資成本較低的太陽能集熱系統能夠解決消耗能源與人們對熱水供應需求的矛盾，還可以保護環境，減少污染。

2.2 太陽能集熱系統的缺點

若要在高層住宅類建筑的樓頂安裝太陽能集熱器，在三四月份的梅雨天氣時，日照時間較短，令熱水的溫度無法滿足住戶的需求。再者，安裝太陽能集熱系統施工難度大，屬于技術改造型的工程，對于建筑物所在地區的太陽角、總輻射照度以及太陽能輻射等各種問題都需要進行綜合的考慮和分析。這時候，就需用熱泵、燃料鍋爐或電熱鍋爐等相關設備作為輔助的加熱系統，其中，可把熱泵作為一級輔助加熱系統，而電熱鍋爐作為二級的輔助加熱系統，在節省能源的同時改善太陽能集熱系統的缺點。而且，如今已有新型的熱泵式太陽能熱水系統能夠解決光照不足、向陽角度等問題。

3 高層住宅建筑設太陽能集熱系統設計建議

3.1 太陽能集熱器的種類

3.1.1 分戶式安裝太陽能熱水器

分戶式安裝采用自然循環式太陽能熱水器，安裝在屋頂的特殊區域中，這個特殊區域是經過特別設計的。同一單元住戶整齊排放。住戶自行購買熱水器并進行安裝，可根據自身的喜好使用熱水器內熱水。但其缺點是管道成本較高，且管道占的空間大。優點是在在使用過程中的費用處理較為簡單。目前在我國使用分戶式安裝太陽能熱水器的人數較多，尤其是別墅、住宅樓頂上面幾層用戶。

3.1.2 集中供熱水系統

集中供熱水系統是指采用集中的太陽能集熱器和集中的貯水箱供給一幢或幾幢建筑物所需熱水的系統，可一個單元或整棟建筑為單位共用一套太陽能熱水系統、太陽能集熱器以及儲熱水箱。一般地，這種系統的沒有成套產品，所以在設計的時候，要先確定單位太陽能集熱面積與熱水量的匹配值，然后根據實際情況，選擇自然循環、強制循環或直流式等方式。集中集熱供熱水系統的管路設計比較簡單。

3.1.3 集中集熱分戶供熱水系統

該形式將集熱器集中布置在屋頂，并在屋面設置水箱間，并且在每家每戶安裝一臺熱、電兩用太陽能水箱，一般而言，這種太陽能水箱的水容量是50～100升。太陽能集熱器采集到的熱量集中儲存于屋頂設備間內的水箱中，并通過管網輸送到每家每戶，不僅保證用戶用熱量均衡穩定，而且為太陽能在民用住宅領域的應用提供了新的途徑。

3.2 設計太陽能集熱器的相關建議

（1）在設計太陽能集熱器的安裝位置的時候，需要對建筑物的方向、地方光照的方向、太陽角、太陽能輻射總能量等進行詳細的了解和分析，對于建筑物向陽的屋頂、墻面、陽臺以及雨棚等地方都是理想的安裝位置。然后根據分析的結果選擇合適的太陽能集熱器種類。安裝前需要對太陽能集熱系統的各個裝置和組成進行充分的了解，努力把太陽能集熱系統的相關設備模塊化、構件化，能夠巧妙地融入到建筑物中，就是最佳的設計方法。

（2）太陽能集熱系統與高層住宅類建筑的設計標準是兩者一體化。就是能夠把太陽能集熱系統和高層住宅建筑充分地結合在一起，這就要求在建筑的最初設計的時候，把太陽能集熱系統及其相關設備融入到建筑設計中，成為住宅建筑的有機部分，在之后的設計、施工、調試以及驗收過程中統一進行。太陽能集熱系統與高層住宅類建筑的一體化設計是指太陽能集熱系統能夠和高層住宅類建筑的外墻、屋面、陽臺以及空調位置一體化，令建筑物給人一個外觀整潔、大方和諧的感覺。

（3）在太陽能集熱系統和高層住宅類建筑的整合設計中，其首選的太陽能熱水系統就是分體式太陽能熱水系統。因為分體式太陽能熱水系統的設備和裝置能夠輕易地進行一體化設計和構件化，靈活地安排太陽能集熱系統的位置，為日后的管理工作和檢查維修提供便利。

4 結 語

高層住宅類建筑的太陽能集熱系統設計不僅需要太陽能熱水器生產企業在設備構件上標準化，還需要建筑師參加到設計和施工的全過程。在設計前，需要根據建筑物的高度、向陽方位、地區日照等具體情況，在保證經濟效益的前提下合理、科學、正確的選出切合實際的太陽能集熱系統，并為太陽能集熱系統設計出合適的保護裝置，同時，也要確保建筑屋面承重、防水等功能不受破壞。

參考文獻

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