浅析太阳能技术在民用建筑中的应用

摘要：太阳能是一种人类取之不尽用之不竭的干净能源，太阳能在建筑中的应用是现阶段太阳能应用中最为广泛、最具发展潜力及市场的新领域。将太阳能的利用与建筑物的设计相结合，以满足现代建筑的舒适性要求和能源方面的需求，从而实现了太阳能在民用建筑中充分利用，达到了降低建筑物能耗及节约能源的目的。

关键词：太阳能、太阳能热水器、太阳能利用与建筑设计相结合、工作原理、成本估算

中图分类号： TK511 文献标识码： A 文章编号：

1 技术简介

1.1 定义及工作原理

太阳能是全球普遍推广一种洁净、环保的能源。太阳能热利用系统中，接受太阳能辐射并向水传递热量的部件，称为太阳能集热器。太阳能热水系统通过太阳能集热器吸收太阳可见光和近红外光（简称短波段），将冷水加热供给居民进行使用。其主要特点是经济实惠、高效节能、安全、卫生、无污染，具有良好的经济效益和社会效益。

1.2 集热器分类及其特点

目前在市场上占主导地位的太阳能热水系统主要有金属平板型、全玻璃真空管和真空热管三种太阳能集热器，各种太阳能集热器各有优缺点。

1) 金属平板型太阳能集热器：

板芯采用铜铝复合工艺将两铝片与一根铜管扎制在一起，达到两种金属完全融合，再用高压气体将铜管吹胀。选择性吸热涂层采用阳极氧化工艺。优点是热效率高，产热水量大，可承压，耐空晒，水在铜管内加热，质量稳定可靠，免维护；缺点是不具有抗冻能力，热损耗大。

2) 全玻璃真空管太阳能集热器：

其主要原理是太阳光透过外玻璃管照射内管吸涂层上，将太阳能转换为转换为热能，然后加热管内的水。由于夹层是真空，有效地降低向外热辐射损失。具有较强的抗冻能力，热损耗较少，效率较高。

3) 真空热管太阳能集热器：

实质是真空玻璃管与平板式的结合，包括：热管、吸热板、真空管。太阳光透过玻璃照射到集热板上，将热管里的工质加热汽化，工质汽化后上升到顶端冷凝端，在这里被液化，同时放出热量，以此加热水。工质又重新流下，如此循环，不断将热量从太阳光中带入水中。真空热管太阳能集热器有很强的抗冻能力，适合在冬天气温为0℃至-40℃的地区使用，可承压，耐空晒，不易爆管；热容量小，启动快，可用于产高温热水、开水；缺点是成本较高。

2 系统分类及成本估算

以全玻璃真空管太阳能集热器为例：

2.1 采用分户设置太阳能热水器，电或燃气辅助加热。

采用分体承压式真空管太阳能热水器，优点是热效率较高，每户自成系统，操作简单方便，定位较高。

2.2 采用集中供水，分户计量，集中辅助加热。

其主要特点是住户共同合用太阳能热水，需要分摊公共的运行费用（主要是辅助加热费用），用户可以很方便的使用太阳能热水。

2.3 集中供水，分户计量，家庭辅助加热。

其主要特点是住户共同合用太阳能热水，但当太阳能不足时，由住户自家的加热设备进行辅助加热，不需另收集中加热能源的费用，且成本较低。

至于采用何种系统，需要根据不同项目的特点，采用合适的太阳能热水供水方案，做到即满足政府节能验收的相关要求和住户的使用功能，又能节约工程投资。

3 主要材料、设备要求

3.1 工程质量符合《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》（GB50364-2005）、《建筑给水排水设计规范》（GB5001 5—2003）、《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB50242-2002）、《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-97）等规范要求，符合国家现行技术标准、工程质量评定标准及其操作规程的要求。

3.2 集热器要求：

1) 采用成熟且经国家有关部门检测合格的全玻璃真空管太阳能集热器。

2) 应提供集热器原产地证明书和产品检测报告。

3.3 管材及其阀门要求：给水循环管采用不锈钢管，管道保温宜采用橡塑保温，保温厚度不小于3mm。

3.4 储热水箱采用不锈钢板（或组合式）水箱，内壁应卫生、无毒，且应能承受热水的最高温度：内胆采用不锈钢板制作；保温层为聚氨酯保温层，厚度不小于80mm，外包为0.3mm铝板。

4 工程安装要求

4.1 安装在建筑物上的太阳能集热器应规则有序、排列整齐，并设置检修通道。

4.2 太阳能集热器和屋顶水箱的安装要考虑不影响建筑物的外立面，尤其是建筑的正立面。

4.3 集热器的安装要求：

1) 集热器的安装倾角应与当地的纬度一致，本系统侧重在夏季使用，安装倾角建议采用地方纬度。

2) 集热器的安装倾角和定位应符合设计要求，安装倾角误差为±3°。

4.4 基座及支架要求：

1) 太阳能热水系统基座应与建筑、主体结构连接牢固，预埋件与基座之间的空隙应采用细石砼填捣密实，并出预埋件定位图。

2) 支承太阳能热水系统的钢结构支架应与建筑物接地系统可靠连接。

4.5 管路安装要求：

1) 热水循环管路全部采用不锈钢管，并做好保温

2) 管道保温采用优质橡塑保温材料(三元乙丙橡胶EPDM)，外包为0.3mm铝板包装。

3) 系统进冷水管前安装冷水过滤器，防止水中杂质进入系统。

4.6 储水箱要求：

1) 储水箱要求布置在屋面，周围应具有相应的排水防水措施，应与底座固定牢靠，储水箱采用不锈钢材质，由于高差不够造成顶层住户的水压太小，因此需要加压供水以保证顶层住户的水压不小于10m。

2) 储热水箱：其重量符合建筑设计要求，壁厚符合国家有关规定，且有防台风避雷功能。

4.7 循环水泵安装技术要求：

1) 热水循环水泵采用低转数水泵，要求性能可靠、低噪音、高效节能。要求有主泵循环工作，循环泵采用一用一备，定时切换水泵。

2) 水泵及配套设备的供货商必须出具厂家委托代理证明书，厂家必须出具ISO9000质量认证证明书；生产厂家出具产品质量出厂合格证、按规范要求本厂试验室检测合格报告和上年度省、市级质量技术监督部门检测报告；生产厂家出具生产线设备的品牌及管材及管件料的来源地。

5 设计要求

1. 设计单位需对的整个项目及每个单元进行方案设计，包括详细的计算书，设备平面布置图、工艺系统图、结构基础图，电气控制图，管道及水箱保温说明，主要设备材料清单等，并附有相关的详图和节点图。

2. 各栋的材料设备表应分栋列表，注意每栋住宅按照每个单元进行设计，自成系统。

3. 为避免由于个别真空管损坏而对整个用水系统造成影响，要求在集热器的连接方式采用并联布置，当一个集热器损坏时，不影响其他集热器的正常使用。

4. 管路设计遵循“水路同程”原则，以保证每组并联的集热器通过的水量基本相同，防止集热器“短路”，提高集热效率，储热水箱尽量靠近上循环管以减少热损,下循环管从集热模块的远端进水。

5. 作者简介；（作者姓名：邱海博，性别：男，籍贯陕西省宝鸡市，出生1974年1月，单位，职称：中级，研究方向：民用建筑技术创新)

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。