民用建筑太阳能热水系统的应用技术分析

　　摘要：建设资源节约型社会是我国政府根据我国具体国情提出的高瞻远瞩的社会发展模式。在众多的新型能源当中，太阳能源的利用技术获得了比较大的进步，并在生活中获得了广泛地应用。在本文中，笔者就民用建筑太阳能热水系统的应用技术问题进行了分析和研究。
　　关键词：民用建筑；太阳能热水系统；应用技术
　　充分利用太阳能源，不仅有助于实现我国经济发展模式从高碳时代向低碳时代的转变，还能够引导人们的消费模式向低碳消费模式的转变。在众多的新型能源当中，太阳能源的利用技术获得了比较大的进步，并在生活中获得了广泛地应用。在建筑设计时，将太阳能利用技术和建筑进行一体化设计是我们目前需要迫切解决的问题[1]。在民用建筑中，如何实现太阳能热水系统的高效应用颇受社会的关注。总体来看，在民用建筑中应用太阳能热水系统时需要遵循以下原则：因地制宜、经济适用、安全可靠。
　　一、太阳能热水供应系统概述
　　（一）太阳能热水供应系统
　　我国在太阳能的有效利用和推广方面倾注了大量的资金和精力。目前，认知程度最高、应用效益最好、实际应用数量最多的便是太阳能热水器，住建部科技发展促进中心行业发展处处长郝斌在去年举办的国际金属太阳能产业发展联盟筹备会上透露，据不完全统计，全国目前已有13个省22个地市出台了太阳能强制安装政策。因而，太阳能获得了很好的发展，而且民众的认可程度也较高。如果民用建筑的集中供暖系统可以采用太阳能系统或者常规能源和太阳能相结合的方式，则能够取得巨大的节能降耗、降低建筑运行成本、减少环境的污染的效果。
　　太阳能热水系统在生活领域中获得了广泛地应用，主要原因是：首先，生活中需要大量的热水，而太阳能热水系统可以提供每天数吨或者是数十吨的需要量。其次，热水温度一般均能够达到40℃至60℃的要求[2]。再次，供应热水的时间较长，一般可达八个小时（白天）有的甚至可以全天二十四个小时供应热水。最后，能够根据的喜好进行热水温度的调节，而且操作非常方便。
　　（二）太阳能热水供应系统的太阳能集热器分析
　　太阳能集热器是太阳能热水供应系统的关键与核心部件，其主要功能就是收集太阳能。因此，太阳能集热器的性能高低直接关系到太阳能热水供应系统的性能。目前，常见的太阳能集热器主要包括以下几种：第一，全玻璃真空管集热器。该类型集热器适合规模比较小的太阳能热水系统，特别是家庭用的太阳能热水器。全玻璃真空管集热器的成本较低，因而获得了市场的推崇。第二，U型管真空管集热器。该类型集热器主要广泛应用工程当中，替代了传统的全玻璃真空管集热器。U型管真空管集热器虽然有效解决了传统太阳能热水系统的承压运行问题，但是由于热性能较低、系统阻力大，并且安装之后的维护管理不便，因而使用范围不大。第三，平板集热器。该种类型的集热器的应用比较早，但是主要应用于我国的南方，而在我国的北方则应用较少。主要原因是平板集热器的抗冻性能差、热性能季节变化大（高温季节热效率高、低温季节热效率低）以及承压较高。虽然如此，平板集热器如果与建筑相融合，则效果会非常好。第四，热管真空管集热器。该种类型的集热器在市场中应用的最多，也是众多集热器当中，尤其比较突出的一个。一般而言，热管真空管集热器具有非常好的保温效果、非常高的低温热效率、非常低的辐射系数（低于6%）以及非常高的太阳能吸收系数（94%-96%）[3]，同时，该集热器的成本不高，安全和维护均非常方便，并从根本上解决了传统的太阳能集热器在防冻性能、承压能力以及热效率比等方面的不足和劣势，因此，获得了市场的认可。
　　通过以上的分析，我们可以得出如下结论，即平板集热器和热管真空管集热器具有安全、高效、耐久、维护周期长等优点，因而是目前市场上的主流产品。
　　二、民用建筑中的太阳能热水系统应用技术
　　（一）需要依据的规范
　　依据《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》（GB50364-2005）的要求，对太阳能热水系统进行设计，同时并应符合国家现行有关标准的要求[4]。
　　（二）需要明确的民用建筑基本信息
　　需要明确的民用建筑基本信息主要包括以下四点：第一，民用建筑的周围环境。具体内容主要包括：建筑地址、所处纬度、年太阳辐射强度、年日照时间以及年环境温度等；第二，建筑功能。具体内容主要包括：建筑供水方式、用水点位置、用水温度以及最高日热水量等等。第三，建筑安装条件。具体内容主要包括：建筑结构承载力、安装场地的面积大小、场地形状以及遮挡情况等等。第四，明确建筑的辅助热源情况。具体内容主要包括：供电情况及其电价、供气情况及其气价。
　　（三）确定太阳能集热器的种类
　　从安全、高效、耐久、维护周期长等方面考虑，优先选择平板集热器和热管真空管集热器。热管真空管集热器具有非常好的保温效果、非常高的低温热效率、非常低的辐射系数（低于6%）以及非常高的太阳能吸收系数（94%-96%），同时，该集热器的成本不高，安全和维护均非常方便，由于彻底解决了防冻性能、承压能力以及热效率比等问题，因此特别适合用于北方地区。平板型集热器的热性能季节变化大，即高温季节热效率高、低温季节热效率低，并且热传递性能优良、承压高，因此特别适合于南方地区。从市场的分布情况来看，我国的热管真空管集热器市场占有率为80%作用，平板型集热器为20%左右[5]。
　　（四）核算太阳能集热器面积
　　第一，核算直接系统集热器面积。其公式[6]如下：
　　(1)
　　在公式（1）中，代表直接系统集热器总面积（单位：m2）；代表日均用水量（单位：kg）；代表水的定压比热容（单位：kJ/kg•℃）；代表水箱内水的设计温度（单位：℃）；代表水的初始温度（单位：℃）；代表太阳能保证率（％）一般而言，根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性及用户要求等因素综合考虑后确定，最好为30％至80％；代表当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量（单位：kJ/m2）；代表集热器的年平均集热效率，根据经验取值宣为0.25至0.50，具体取值应根据集热器产品的实际测试结果而定；代表贮水箱和管路的热损失率，根据经验取值宜为0.20至0.30。
　　第二，核算间接系统集热器面积。其公式[7]如下：
　　(2)
　　在公式（2）中，代表直接系统集热器总面积（单位：m2）；代表直接系统集热器总面积（单位：m2）；代表集热器的总热损系数（单位：W/m2•℃），通常情况下，平板型集热器取值最好在4至6W/m2•℃，热管真空管集热器取值最好在1至2W/m2•℃，具体数值应根据集热器产品实际测试结果而定；代表换热器传热系数（单位：W/m2•℃）；代表换热器换热面积（单位：m2）。
　　（五）设置太阳能集热器
　　太阳能集热器是太阳能热水供应系统的关键与核心部件，其主要功能就是收集太阳能。因此，正确设置太阳能集热器的位置，不仅能够提高太阳能热水系统的工作效率，也在一定程度上影响建筑的外部观感。设置太阳能集热器的方式主要包括以下几种：首先，将太阳能集热器设置在建筑的平屋面和坡屋面；其次，将太阳能集热器设置在建筑的外墙面上；最后，将太阳能集热器设置在建筑的阳台上。
　　另外，确定集热器的安装倾角。当使集热器的集热效率在夏季最高，安装倾角可由当地纬度减10°进行确定；当使集热器的集热效率在冬季最高，安装倾角可由当地纬度加10°进行确定。
　　
　　参考文献：
　　[1]郑土逢，李明，魏生贤，罗熙，王炳灿.自然循环平板式太阳能热水器水箱放置高度的研究[J].云南师范大学学报（自然科学版），2011，（01）：105-107.
　　[2]李向军.太阳能热水系统的探讨及在工程设计中的应用[A].2008年全国给水排水技术交流会暨全国水网理事会换届大会论文集[C]，2008：222-223.
　　[3]李永华，葛启举.连云港市太阳能热水系统关键参数设计研究[J].淮海工学院学报（自然科学版），2009，（02）：136-137
　　[4]徐斌斌，于忠，张红，曾洵.可再生能源建筑应用示范项目——云南曲靖潇湘新区太阳能热水系统能效测评分析[J].建设科技，2009，(16)：244-245.
　　[5]高汉三，姚小龙.阳台栏板型太阳能热水系统——我国国家康居示范项目的首例应用[J].太阳能，2005，（06）：158-159.

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