太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化設(shè)計(jì)分析

董丹存

摘 要：隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)建筑業(yè)的競爭也越來越激烈，而建筑業(yè)的發(fā)展也帶來了很多的能源消耗和污染，因此建筑業(yè)得發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)逐漸的偏向可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)節(jié)能這一方向。對(duì)于建筑業(yè)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(jìn)一步的控制能源的消耗，太陽能的使用非?？茖W(xué)的解決了這一問題。但是隨著建筑業(yè)的發(fā)展和要求不斷提高 ，太陽能與建筑一體化應(yīng)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(tǒng)與建筑一體化設(shè)計(jì)，并提出了有效地參考措施。

關(guān)鍵詞：太陽能 建筑一體化 熱水系統(tǒng)

引言

太陽能熱水系統(tǒng)能夠有效地將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，供給人群對(duì)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(huì)產(chǎn)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(shè)計(jì)中，采用太陽能進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，可以有效的改善建筑的供熱系統(tǒng)，但是目前的太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)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(zhuǎn)化為熱能和電能等。因此當(dāng)下研究太能能熱水系統(tǒng)和建筑一體化設(shè)計(jì)，對(duì)建筑業(yè)的發(fā)展和國家的可持續(xù)發(fā)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(jīng)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(gòu)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(chǔ)存水箱等，其中主要的制熱手段是集熱器。因此是否能夠?qū)⑻柲苓M(jìn)行有效地轉(zhuǎn)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(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚝铜h(huán)境進(jìn)行整體考慮。比如在南方，一般溫差不會(huì)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(jià)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(xiàn)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(qiáng)的抗凍性，在北方地區(qū)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(gòu)造和顏色的區(qū)分，選擇外形和顏色符合建筑的統(tǒng)一構(gòu)造的集熱器。

2.太陽能集熱器的安裝

太陽能集熱器安裝時(shí)應(yīng)盡量朝正南方位布置，不可能時(shí)，可偏東西向15度以內(nèi)布置。集熱器與地面傾角的確定：全年使用時(shí)，傾斜角等于當(dāng)?shù)鼐暥燃由?0度。春夏秋季使用時(shí)，傾斜角等于當(dāng)?shù)鼐暥葴p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(jì)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(jì)算式中：α表示集熱器與地面傾角。Φ表示當(dāng)?shù)鼐暥?。w表示時(shí)角（以太陽時(shí)的正午計(jì)算，上午為負(fù)，下午為正，其數(shù)值等于正午時(shí)間鐘點(diǎn)數(shù)乘以15度）。H表示集熱器前面物體高度。第二個(gè)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(gè)公式和第三個(gè)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(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，除按各種規(guī)劃要素進(jìn)行外，應(yīng)結(jié)合太陽能集熱器的一些安裝要求對(duì)建筑物的朝向和間距等進(jìn)行合理的規(guī)劃，提供適當(dāng)?shù)目臻g環(huán)境，用于布置太陽能熱水器。

二、太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化設(shè)計(jì)分析

1.平屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)和安裝問題

太陽能熱水系統(tǒng)的平屋頂安裝是目前最常用的安裝方式。在實(shí)現(xiàn)太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮以下幾個(gè)因素。首先是屋面的荷載和結(jié)構(gòu)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(tǒng)的安裝應(yīng)該避免消防通道，不能影響消防設(shè)施的正常使用，同時(shí)注意安裝規(guī)劃；其次太陽能熱水系統(tǒng)的安裝過程中應(yīng)該計(jì)算好相關(guān)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(shè)備和管道的布置合理，需要留出足夠的維修保養(yǎng)通道。

2.坡屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)和安裝問題

隨著目前建筑設(shè)計(jì)的多樣化，人們對(duì)生活水平的提高，坡屋頂建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用也越來越多。但是坡屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)在太陽能熱水系統(tǒng)的安裝過程會(huì)造成很大的阻礙?？梢钥紤]在房屋設(shè)計(jì)的過程中，將坡屋頂?shù)某蛞?guī)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(nèi)布置。坡屋面的坡度應(yīng)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(shí)，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(shè)計(jì)的脊頂式太陽能熱水器。這種熱水器能夠根據(jù)不同的區(qū)域光照特點(diǎn)進(jìn)行集熱角度的調(diào)整。

3.高層住宅中的設(shè)計(jì)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(tǒng)的時(shí)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(shí)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(tǒng)的安裝過程中，必須盡量解決以上的問題，才能達(dá)到熱水器高效使用。對(duì)高層建筑中太陽能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用，可采用分戶安裝與集體安裝相結(jié)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(wěn)定性等缺點(diǎn)，滿足“全天候供熱”的要求。首先，在屋面設(shè)置太陽能一次加熱系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)利用屋面可以利用的地方設(shè)置系統(tǒng)的儲(chǔ)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(tǒng)。其次，南面的住戶，設(shè)置太陽能二次加熱系統(tǒng)，屋面太陽能熱水系統(tǒng)一次加熱的熱水，通過熱水表后進(jìn)人用戶太陽能熱水系統(tǒng)，經(jīng)二次加熱后即可使用。為了有利于一體化設(shè)計(jì)，住戶太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選用新穎、高效和智能型產(chǎn)品，集熱器的色調(diào)和造型應(yīng)盡量滿足建筑立面的要求。

三、太陽能熱水系統(tǒng)的安全與維護(hù)

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(yīng)該規(guī)避雷擊的風(fēng)險(xiǎn)。保證使用的安全性。避雷針安裝和布置，應(yīng)該按照建筑和太陽能熱水系統(tǒng)的一體化構(gòu)造為基礎(chǔ)，在不影響整體功能的情況下，合理地排布和實(shí)施。

2.安全問題

太陽能系統(tǒng)的使用年限一般較長，不能排除安全隱患的產(chǎn)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(jìn)行定期的維修和保養(yǎng)，確保太陽能熱水器的正常使用。

結(jié)語

隨著可持續(xù)發(fā)展的腳步，我國的建筑業(yè)也逐漸的轉(zhuǎn)向節(jié)能環(huán)保。在太陽能的利用上國內(nèi)已經(jīng)比較廣泛，特別是制熱技術(shù)的應(yīng)用。隨著人群的生活質(zhì)量提高。建筑與太陽能熱水一體化呈現(xiàn)必然趨勢(shì)，能夠有效地節(jié)約能耗，還能綠色環(huán)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(tǒng)安裝的問題上，提出了有效地參考措施，希望能為相關(guān)的建筑部門和企業(yè)提供幫助。

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