太陽能熱水系統與建筑一體化設計分析

董丹存

摘 要：隨著中國經濟的發展，國內建筑業的競爭也越來越激烈，而建筑業的發展也帶來了很多的能源消耗和污染，因此建筑業得發展趨勢將會逐漸的偏向可持續發展和循環節能這一方向。對于建筑業來說一方面是水資源利用和電能利用，另外的土地資源利用等損耗過大。為了能夠進一步的控制能源的消耗，太陽能的使用非常科學的解決了這一問題。但是隨著建筑業的發展和要求不斷提高 ，太陽能與建筑一體化應用還存在一定的缺陷和不足，基于此，本文分析了太陽能熱水系統與建筑一體化設計，并提出了有效地參考措施。

關鍵詞：太陽能 建筑一體化 熱水系統

引言

太陽能熱水系統能夠有效地將太陽能轉化為熱能，供給人群對熱水的需求。可以極大的降低電能的使用，并且是使用的過程中不會產生任何的污染。太陽能屬于可再生能源，因此太陽能是非常理想的新型能源。在建筑的設計中，采用太陽能進行一體化設計，可以有效的改善建筑的供熱系統，但是目前的太陽能熱水系統應用還是處于比較簡單的層次，還有很多的不足。比如說不能有效的將太陽能轉化為熱能和電能等。因此當下研究太能能熱水系統和建筑一體化設計，對建筑業的發展和國家的可持續發展有著重要的意義。

一、太陽能集熱器的選擇和安裝

1.太陽能集熱器的選擇

太陽能的使用目前已經比較廣泛，但是隨著建筑的要求提高，其太陽能的效率和整體建筑構造的一體化還有待研究。首先太陽能的組成包括集熱器、控制器、輔助加熱器、儲存水箱等，其中主要的制熱手段是集熱器。因此是否能夠將太陽能進行有效地轉化，其集熱器起著非常重要的作用。那么集熱器的選擇是需要根據當地的氣候和環境進行整體考慮。比如在南方，一般溫差不會太大，冬季無重大降雪和冰凍，因此可以采用平板式太陽能集熱器，其性價比高，制熱效率高。而在北方就不一樣，北方的天氣寒冷，冬季常出現大面積冰凍，太陽能集熱器的選擇就需要考慮是否抗凍。真空管式太陽能集熱器具有較強的抗凍性，在北方地區仍能夠完成高效的制熱工作。另外集熱器的選擇還需要考慮其外形的構造和顏色的區分，選擇外形和顏色符合建筑的統一構造的集熱器。

2.太陽能集熱器的安裝

太陽能集熱器安裝時應盡量朝正南方位布置，不可能時，可偏東西向15度以內布置。集熱器與地面傾角的確定：全年使用時，傾斜角等于當地緯度加上10度。春夏秋季使用時，傾斜角等于當地緯度減去5度到10度。

太陽能集熱器前后排不遮陽的最小距離S可以按照以下公式計算：

sin?α=sin? δ sin? ?+cos? δ cos? ? cos? ω，

sin? γ=cos? δ?（cos? ω）?（cos? α） ，S=H?cos? γ∕tgα.

該計算式中：α表示集熱器與地面傾角。Φ表示當地緯度。w表示時角（以太陽時的正午計算，上午為負，下午為正，其數值等于正午時間鐘點數乘以15度）。H表示集熱器前面物體高度。第二個公式中的α表示太陽的高度角（太陽光線與地平面投影之間的夾角）。第二個公式和第三個公式中的γ表示方位角（地平面正南方向與太陽光線在地平面投影間的夾角）。

在建筑總體規劃設計時，除按各種規劃要素進行外，應結合太陽能集熱器的一些安裝要求對建筑物的朝向和間距等進行合理的規劃，提供適當的空間環境，用于布置太陽能熱水器。

二、太陽能熱水系統與建筑一體化設計分析

1.平屋頂的設計和安裝問題

太陽能熱水系統的平屋頂安裝是目前最常用的安裝方式。在實現太陽能熱水系統與建筑一體化設計中應該考慮以下幾個因素。首先是屋面的荷載和結構橋梁的分布情況，屋面正南方向有無建筑物遮擋，水源和電源的配置情況等；另外太陽能熱水系統的安裝應該避免消防通道，不能影響消防設施的正常使用，同時注意安裝規劃；其次太陽能熱水系統的安裝過程中應該計算好相關的安裝位置和方向以及傾角。保證采光和太陽能的吸收；最后還需要考慮設備和管道的布置合理，需要留出足夠的維修保養通道。

2.坡屋頂的設計和安裝問題

隨著目前建筑設計的多樣化，人們對生活水平的提高，坡屋頂建筑設計應用也越來越多。但是坡屋頂的設計在太陽能熱水系統的安裝過程會造成很大的阻礙。可以考慮在房屋設計的過程中，將坡屋頂的朝向規劃到朝南方向。如果不能夠朝向正南方，可惜選擇偏向東西15度以內布置。坡屋面的坡度應該盡量做到等于太陽能集熱器與地面傾斜角度。

另外在安裝太陽能熱水器時，可以采用依附式和嵌入式安裝。市場上目前有一款專門為斜屋頂設計的脊頂式太陽能熱水器。這種熱水器能夠根據不同的區域光照特點進行集熱角度的調整。

3.高層住宅中的設計和安裝問題

高層住宅由于樓層高，能夠接觸光源的空間小。因此在安裝太陽能熱水系統的時候存在很多的問題。首先在安裝的過程中需要布置很多的管道，引起成本的增加，同時高層的安裝存在一定的安全隱患，在維修方面也有一定的困難。

因此在太陽能熱水系統的安裝過程中，必須盡量解決以上的問題，才能達到熱水器高效使用。對高層建筑中太陽能熱水系統的應用，可采用分戶安裝與集體安裝相結合的原則，并采用高效能熱泵作輔助加熱，以改善太陽能的低密度、間歇性和不穩定性等缺點，滿足“全天候供熱”的要求。首先，在屋面設置太陽能一次加熱系統，設計時利用屋面可以利用的地方設置系統的儲熱水箱和集熱器等，輔助加熱可采用高效能空氣源熱泵系統。其次，南面的住戶，設置太陽能二次加熱系統，屋面太陽能熱水系統一次加熱的熱水，通過熱水表后進人用戶太陽能熱水系統，經二次加熱后即可使用。為了有利于一體化設計，住戶太陽能熱水系統設計時應盡量選用新穎、高效和智能型產品，集熱器的色調和造型應盡量滿足建筑立面的要求。

三、太陽能熱水系統的安全與維護

1.防雷問題

太陽能熱水器一般的安裝處于房屋頂部，因此自愛雷雨天氣中，應該規避雷擊的風險。保證使用的安全性。避雷針安裝和布置，應該按照建筑和太陽能熱水系統的一體化構造為基礎，在不影響整體功能的情況下，合理地排布和實施。

2.安全問題

太陽能系統的使用年限一般較長，不能排除安全隱患的產生。包括高溫或者低溫情況下的使用狀況。這就需要檢修人員進行定期的維修和保養，確保太陽能熱水器的正常使用。

結語

隨著可持續發展的腳步，我國的建筑業也逐漸的轉向節能環保。在太陽能的利用上國內已經比較廣泛，特別是制熱技術的應用。隨著人群的生活質量提高。建筑與太陽能熱水一體化呈現必然趨勢，能夠有效地節約能耗，還能綠色環保的長期使用。本文就這一方面做出了分析，并在不同的房屋建筑熱水系統安裝的問題上，提出了有效地參考措施，希望能為相關的建筑部門和企業提供幫助。

參考文獻

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