我國太陽能熱水系統現狀分析

我國城市的可持續發展面臨著經濟、環境以及能源三重壓力。此種狀況下大力發展及綜合利用可再生清潔能源，對改善城鎮居民的生活用能源結構和總體能源消費水平，推進城市建筑現代化水平具有重要意義。

一、我國太陽能技術的發展現狀

我國的太陽能的建筑應用研究相較發達國家來說起步比較晚，普遍開始于上世紀的70年代末，80年代后才重點發展了被動式的太陽能采暖技術。進入90年代太陽能熱水器進行了大力推廣其使用效果獲得了全社會的普遍認可。90年代末期，我國在太陽能利用技術綜合應用上開始獲得了長足的發展，期間建成了多座例如太陽能光熱、光電轉換技術進行了廣泛應用的公共建筑及居住建筑。目前國內對普及型太陽能熱水器的研究比較深入，安裝應用也比較廣泛，我國已經成為世界上最大的太陽能熱水產品產銷國。我國大部分地區具有豐富的太陽能資源。據全國近700個氣象臺站的長期實測所積累得到的數據資料表明，全年日照時間最長的地區照射時長可達到有2800～3300h，年日照時數大于2200h﹙每天日照時數大于6h﹚的地區，占到了國土面積的2/3以上。全國面積內年輻照總量大約為3340～8360MJ/㎡，其每平方米每年可產生相當于110 kg～280kg標準煤燃燒所產生的熱量。除四川盆地及其毗鄰地區以外，我國的絕大部分地區太陽能資源豐富程度超過了國外同緯度的地區的太陽能資源分布。

太陽能建筑的發展過程中可分為三個階段。

第一階段稱為被動式太陽房，此體系是通過建筑物朝向以及與周圍環境的合理布置，獲得內部空間與外部形體的巧妙布局，輔以及建筑材料、結構及構造的恰當選擇，使整個體系在冬季能夠集取、保特、貯存、分布太陽熱能熱量，從而解決了建筑物的寒冷季節采暖問題；同時在夏季其結構構件又能遮蔽強烈的太陽輻射，并散逸室內的熱量，從而使建筑物自然降溫。該設計的基本理論思路是控制陽光與空氣在恰當的時間進入到建筑內并儲存和分配熱空氣。體系的設計原則有：要有有效的絕熱圍護外殼，有足夠大的集熱外表面積，室內盡可能多的布置儲熱體，以及主次房間平面位置要布置合理。它包括了五種基本形式：太陽窗式、集熱蓄熱墻式、附加溫室式、屋頂池式和對流回路式。

第二階段稱為主動式太陽房，這是一種以太陽能外部集熱器、內部管道、散熱器、風機或著泵以及蓄熱裝置等部分組成的強制循環太陽能綠色采暖系統或與吸收式的制冷機組成的太陽能供暖和空調的建筑。主動式所采用的太陽能供暖系統主要有以下：熱風集熱式的供熱系統、熱水集熱式地板輻射的采暖系統、太陽能空調系統、地下蓄熱式的供冷暖系統等。主動式的太陽能采暖，是利用外部能源（通常是電）啟動風機或者水泵，將熱水或者熱空氣從太陽能集熱器傳送到與其分開的儲熱器或者采暖房間，或是在儲熱器或采暖的房間進行傳遞。主動式的太陽房設計則是以太陽能的集熱器、管道、散熱器、風機、泵以及儲熱裝置等組成的強制循環的太陽能采暖的系統。按集熱器和集熱介質的不同，它可以分為多種系統形式。相對于被動式的采暖系統來說，主動式的系統較復雜，其造價也比較高，多應用于大型的公共類建筑。它也有五種基本形式：液體平板型的集熱器式、空氣平板型的集熱器式、集聚型的集熱器式、熱泵式和太陽能熱泵式。第三個階段的發展則是利用太陽電池等光電的轉換方式為建筑物提供所需要的全部能源，完全是用太陽能滿足建筑物的供暖、空調、照明和用電等一系列的功能要求，所謂“零能房屋”。

二、太陽能集熱方式的分類

太陽能集熱器是一種吸收太陽輻射并且將產生的熱能傳輸到傳熱工質的裝置，它是太陽能熱利用的一個關鍵部件，用于吸收太陽能并且將產生的熱能傳輸到傳熱工質。太陽能集熱器大致上有平板型的集熱器（直曬式和透明蓋板式）、真空管型的集熱器、聚焦型的集熱器（點聚焦式與線聚焦式）等基本類型。按照集熱器的傳熱工質類型來分類：液體集熱器（用液體作傳熱工質）和空氣集熱器（用空氣作傳熱工質）。液體集熱器一般是用水作工質，也就是太陽能熱水器，是當前太陽能熱利用中最為重要的一種方式，并且其商業化程度也最廣，應用范圍也廣泛，例如洗浴和供暖等，發展前景廣闊。

按照進入采光口的太陽輻射是否改變方向來分類：聚光型的集熱器、非聚光型的集熱器。聚光型集熱器則是利用反射器、透鏡或者其它的光學器件將進入采光口的太陽輻射改變其方向并且聚集到吸熱體上的太陽集熱器。聚光型集熱器主要用于太陽能中溫高溫熱利用的領域，例如太陽能熱發電、太陽灶等。

按照集熱器內是否有真空空間來分類：真空管集熱器和平板型集熱器。平板型集熱器的發展較真空管集熱器而言發展要早，以其簡單、便宜和安裝方便等在全世界都得到了廣泛的應用。但是由于材料的限制，近年來發展比較緩慢。而真空管集熱器是在平板型集熱器的基礎上而發展起來的一種新型的太陽能集熱裝置，以其卓越的集熱性能與耐候性，在國內的市場上已經遠遠超過了平板型的集熱器。真空管集熱器可分為全玻璃真空管集熱器與熱管式真空管集熱器。

全玻璃真空集熱管是一端開口，另一端密閉成半球型的圓頭，內玻璃管與外玻璃管之間形成的夾層抽成高真空，內玻璃管的外部涂有選擇性涂層，能吸收太陽的輻射，內玻璃管內的水溫度升高后依靠自然對流進入保溫水箱。它應用了真空技術，消除了氣體的對流和傳導熱損失，選擇性涂層的使用讓真空管的輻射熱損降低到了最低，這樣真空管太陽能集熱器既可以在中高溫下運行，也能在寒冷地區的冬季以及日照和天氣多變的地區運行，擴大了應用的領域。

熱管式真空集熱管是真空集熱管中的一種，內部設有金屬吸熱體，主要由玻璃管、金屬吸熱板、熱管、金屬封蓋、消氣劑和彈簧支架等部分組成。工作時，太陽輻射穿過玻璃管后直接投射到金屬吸熱板上，金屬板再將熱量傳導給熱管，熱管內的工質迅速汽化，工質蒸氣在上升到熱管冷凝段后，在比較冷的內表面凝結，再釋放出蒸發潛熱，將熱量傳遞給集熱器的儲熱工質，凝結以后的液態傳熱工質將依靠自身重力再流回到蒸發段，然后重復上述過程。

三、太陽能熱水系統的分類

太陽能的熱水系統是由太陽能集熱元件（玻璃真空管，平板集熱器，熱管真空管以及其它型式的集熱元件）、蓄熱容器（各種型式的水箱、罐）、控制系統（溫感器、水位控制、光感器、電熱元件、電氣元件組合以及顯示器或者供熱性能程序電腦）及完善的保溫和防腐管道系統等有機地組合在一起的，在太陽光的照射下，通過不同的形式的運轉，使太陽的光能充分的轉化為熱能，匹配定量的電力與燃氣能源，就成為了比較穩定的定量能源設備，提供中溫水供人們使用。