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關于太陽能與建筑相結合的幾點建議
2012-04-23

 

提要:目前國內太陽能與建筑相結合的主要研究方向是平板型太陽能熱水器,而且還為此專門成立了平板集熱器專業委員會。因為建筑應用太陽能熱水的不連續性,在用水少的時間段,為保持熱水溫度,對系統儲熱箱進行加熱,容易形成加熱—冷卻—再加熱。

目前國內太陽能與建筑相結合的主要研究方向是平板型太陽能熱水器,而且還為此專門成立了平板集熱器專業委員會。但是,要解決太陽能與建筑相結合僅此不夠。目前亟待解決的問題是如何提升太陽能熱水系統的工作性能與熱效率。以下是筆者就太陽能與建筑相結合提出的幾點建議,僅供廣大讀者參考。

成立專門的組織與研究機構

平板太陽能熱水器適宜與建筑結合,應該進行重點研究和推廣。但它畢竟是集熱器的一種集熱形式,是為太陽能與建筑相結合的需要而衍生的一種產品技術。盡管是技術攻關和推廣的重點,但是因為太陽能與建筑相結合是涉及兩個行業(太陽能熱利用行業和建筑行業),需要兩個行業共同配合才能實現太陽能與建筑相結合。

我國目前還沒有一個專門機構對太陽能與建筑相結合的工作進行系統的組織與研究。行業內企業各自為戰,在研究和設計太陽能與建筑相結合方案時考慮角度各有側重,很難形成一個真正意義上的太陽能與建筑相結合。因此要做好這項工作,主要的問題是解決兩個行業的溝通與協調。因此在機構設置上要突出溝通和協調這兩個重點。

建立協調機制

要搞好協調就要建立相應的協調機制。筆者認為2個行業成立太陽能與建筑相結合專家協調委員會或類似的專門機構來落實太陽能熱利用行業與建筑行業的溝通與協調,對產品技術進行梳理,制定發展規劃。理順關系,互相配合,爭取少走彎路,提高效率,加快太陽能與建筑相結合的進程。

把實用放在第一位,結構形式放在第二位

太陽能與建筑相結合,受多方面因素影響。單純采取某一項措施解決某一個問題就能達到目的是不可能的。要把各種因素綜合起來考慮,從細處著眼;要考慮太陽能熱水系統與建筑相結合的結構形式和建筑空間的綜合利用;要考慮投資、設計、施工、安裝、成本和系統后期運轉管理等各個環節和因素;要考慮集熱、儲熱、系統設置、管道輸送、輔助加熱和使用等等。

通過提高集熱效率、提高儲熱保溫效果、減少熱損失、提高太陽能熱水利用率等多種措施來提高太陽能熱水系統的熱效率。通過對系統合理的配置,簡化系統設置,減少不必要的運轉機械和控制裝置,降低不必要的運轉、輔助加熱耗能及運轉維護費用等,以降低后期管理費用和熱水成本。中國農村能源行業協會太陽能熱利用專業委員會主任羅振濤對太陽能與建筑相結合的理念做了詳細的解讀:“我們可以追求使太陽能與建筑物更好更完美地結合在一起。但我們產品本身的技術和功能才是更重要的。優質、高效、安全、物美價廉的產品固然重要,但集熱技術、儲熱技術及輔助能源技術才是更重要的。把結構形式放在第二位,實用才是第一位。”

堅持效率優先的原則

在集熱產品技術的選擇上,我們應本著效率優先的原則。畢竟我們所研究的方向不是單純的建筑構件,而是有著建筑構件功能易于與建筑結合,有著雙向作用的太陽能熱水系統。所以它的熱效率和使用效果都是我們應該優先考慮的。尤其讓太陽能熱水器冬天好用是我們考慮的重點。從我國目前應用的平板型集熱器和全玻璃真空太陽能集熱器兩大主流集熱技術來看,平板集熱器的主要問題在集熱效率上。而恰恰平板集熱器冬天的效率比較低。真空管集熱器的主要問題在與建筑的結合上。真空管熱水器是我國的傳統優勢,這些年來真空管集熱技術取得了很大的發展,如能在此基礎上根據建筑應用太陽能的規律和特點解決好熱水器在使用中存在的問題,根據我國國情和建筑結構特點解決好熱水系統與建筑的有效結合,就能很好地實現各種太陽能熱水器的有效使用。

從建筑設計上提高真空管集熱效率

我國建筑以坡面屋居多,而且坡面屋有利于真空管集熱器的集熱與安裝。統一集熱位置,使真空管集熱器與坡屋面結合,有利于集熱效率的提高和集熱器的安全穩定。影響熱水器在建筑上應用的主要問題在于,真空管集熱器的結構形狀不利于與建筑結合。

我們應該跳出太陽能熱水器的結構框架,從系統的角度去考慮這個問題。將朝陽坡屋面底板的結構形狀根據太陽能與建筑相結合的要求做相應改變,在設計和澆筑屋面底板時預留儲熱箱底座,原真空管熱水器根據配合的需要對熱水箱的圓柱截面形狀和與真空管的連接位置做適當調整與改變,以適應與坡屋面結合的需要。去掉熱水器支架以屋面為依托,利用不銹鋼屋面預制板對屋面底板進行處理。這樣既可以通過不銹鋼板的反射和烘托提高真空管集熱效率,又可以通過不銹鋼反射板對屋面起到防水和保溫的作用,而且還可以提高施工效率,減輕建筑主體承重。

提高太陽能熱效率方便后期管理

在系統設置上,筆者認為要提高太陽能熱效率方便后期管理。在功能和管理的設置上,將系統和用戶終端進行分離。系統以改造后的集熱管熱水器為基礎,熱水箱橫向擴容借鑒列管式換熱器的結構形式,對儲熱箱內部進行改造,構成換熱式系統共用儲熱箱。系統儲熱箱通過集熱管的加熱介質對換熱管內的水進行加熱。

以往集熱管熱水器使用過程中的諸多問題如承壓、防凍、爆管脫管、結垢、控制失靈、使用千滾混合水等問題都可以通過換熱的形式來解決,而且還可以提高太陽能熱能的利用效率,簡化后期用水計量的管理。真空管與列管式換熱器都是成熟的技術,它們的效果毋庸置疑。當然換熱與直熱效率有差異。由于建筑用熱水的特點是不連續性和不規律性,如果采用共用水箱適當增加換熱面積、液水比例合理、換熱管排列形式得當,滿足人們的使用應該是沒有問題的。

以往的不成功在于換熱面積或液水比例不合理或者是換熱管排列形式不當。該系統集熱管與公用儲熱箱一體,結構簡單,性能穩定,承擔太陽能加熱、換熱、儲熱和輸送的任務??珊喕到y設置,減少因循環需要而設置的系統控制裝置和運轉機械,保持系統的自然循環運轉狀態,實現無機運行。減少因循環造成的熱損失、運轉機械及控制裝置的運轉耗能和因故障導致的維修和管理費用,宜于后期集中管理。用戶用水控制終端承擔輔助加熱和調控的功能,而且還有對管道內的冷水循環加熱和在管網供水壓力不足時進行增壓供水等功能,在以往的太陽能與建筑相結合方案中大多數是在儲水箱和系統儲水箱中進行輔助加熱。

因為建筑應用太陽能熱水的不連續性,在用水少的時間段,為保持熱水溫度,對系統儲熱箱進行加熱,容易形成加熱—冷卻—再加熱。造成無效輔助加熱耗能和系統輔助加熱耗能的管理難度。如將系統輔助加熱改為用戶終端即時輔助加熱和調控,用戶根據需要對水溫進行調控,用多少水加熱多少水,隨用隨加熱可降低輔助加熱的無效耗能,減少后期管理費用降低熱水成本。用戶終端由用戶管理產生的一切費用由用戶承擔,大大降低了后期集中管理的難度。

關于中高層建筑安裝太陽能熱水器的建議

屋面安裝集熱器僅能滿足十二層以下建筑熱水的需求,要滿足中高層建筑太陽能熱水的需求還需以壁掛太陽能熱水器加以輔助。在這里需要說明的是以往壁掛式太陽能熱水系統是一戶一機安裝,集熱面積和安裝上受到很多制約。筆者的建議是屋面集熱器承擔上面十二層的熱水供應,十二層以下太陽能熱水器的任務由壁掛式太陽能熱水系統來完成,將所有十二層以上樓房南墻朝陽面(若前無樓房遮擋可適當降低),除陽臺和窗口(最好為飄窗)空調安裝口以外的空間全部用集熱器予以鑲嵌,以樓層單元為單位由集熱器和儲熱箱組成的一體熱水系統固定在墻體上。這樣可以加大集熱面積,提高太陽能熱水利用率,減少水箱對建筑有效空間占用,而且集熱器還對建筑起到一定的裝飾作用。

上述建議有待于業內專家和領導的研究。以太陽能熱水系統與建筑相結合和后期運轉、使用、管理為著眼點進行考慮,立足于溝通與協調。這些問題的解決都需以建筑為基礎需要太陽能行業與建筑行業密切配合。從設計入手,做到熱水系統與建筑同步設計,保持結構技術方案的一致性與設計、施工、安裝、后期運轉管理等各環節的連慣性,是解決太陽能與建筑相結合技術問題的關鍵。筆者在《太陽能與建筑相結合的探討》(《中國太陽能工程》2011年第11期)一文中,對按照上述思路構成的太陽能與建筑相結合方案進行了詳細的闡述和論證,這些問題在該方案中都得到了很好的解決并申請了國家專利,能實實在在地解決太陽能與建筑相結合很多實際問題。以上建議希望能為業內專家和領導提供一些參考。

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