高层建筑中太阳能热水器的应用

　　摘要：本文阐述了现在高层建筑中供暖时，利用两种高层太阳能热水供应系统供暖，并对如何选择高层太阳能热水供应系统提出了建议。

　　关键词：高层建筑,建筑节能,太阳能热水器

　　太阳能(Solar Energy)，一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下和对环境污染严重的情况下，随着国家对建筑节能要求的不断深入以及人们环保意识的逐渐提高，考虑到太阳能的环保和能源的无尽使用，人类才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。由于人们对新建居住建筑的能耗要求越来越严格，包括减小建筑物围护结构传热系数、限制居住建筑体形系数、积极利用太阳能等一系列措施被提出，这其中太阳能应用作为其中重要的一种节能措施越来越被大家所关注。目前，居住建筑中太阳能应用主要在3个方面：太阳能生活热水供应系统;太阳能光伏电系统;太阳能热水辅助供暖系统。其中又以太阳能生活热水供应系统为主要代表。

　　目前，有两种方式的太阳能热水器可以应用于高层居住建筑当中，一种是在屋面设置集中太阳能热水供应系统，集热器及水箱集中设置，利用强制循环将热水送至各用户(即：太阳能热水器--太阳能热水器 (Solar water heater)是指以太阳能作为能源进行加热的热水器。是与燃气热水器、电热水器相并列的三大热水器之一)，这种系统的优点是一次性投资比较节省，对建筑物立面的影响比较小，可以充分利用太阳光;缺点是系统比较复杂，而且不能利用现有的给水管网压力，在利用太阳能的同时又耗费了高品位电能;另一种是分体壁挂阳台式太阳热水器系统，这种系统的优点是安装比较简便，系统简单，可以充分利用给水管网压力，缺点是总体投资高，影响建筑物立面效果，热效率不高，利用太阳光有限。本文将着重介绍这两种太阳热水器系统的性能比较与选择。

　　1、介绍太阳热水器系统的分类

　　集热器有：平板型、全玻璃管型、假热管、水平热管、热管式真空管;

　　循环方式：分体壁挂阳台式太阳热水器系统为自然循环，集中太阳能热水供应系统为重力循环结合机械循环;运行介质有：水、集热介质;使用方式：承压、非承压集热系统。

　　2、太阳热水器系统的性能比较

　　2.1集热器性能比较

　　1).平板型集热器的工作原理，是让阳光透过盖板(一般为钢化玻璃)照射在表面涂有高太阳能吸收率涂层的吸热板上，吸热板吸收太阳能辐射能量后温度升高，一方面将热量传递给集热器内的介质(也可以是水)，使介质温度升高，另一方面也向四周散热。由于吸热板与盖板之间存在着空气夹层，会产生对流散热，金属吸热板与金属边框又会产生传导散热。因此，平板型集热器存在着集热快，散热快，效率受环境温度影响大等问题。而且平板型集热器集热的排管内易产生水垢，由于集热管管径较小，一旦被水垢堵住，会妨碍水的流动，降低集热效果。

　　2).全玻璃管由内、外两层玻璃构成。内管外表有高吸收率和低发射率的选择性吸收涂层，夹层之间抽成高真空。形状类似一个细长的暖水瓶胆，水注满在内管内吸收阳光被加热。全玻璃管具有价格便宜、安装强度低的优点，还可以平贴在墙面上，美观性好。但由于自身结构的问题，可靠性差，如果一根损坏，由于该处漏水，而导致整个系统无法运行;还有安全隐患，尤其是放在阳台上，一旦炸管或遭到楼上坠物破损，对下面的行人容易造成人身伤害。再有，水箱无法承压。

　　3).假热管虽然可以解决全玻璃管炸管的问题，但它必须竖置，阳台立面尺寸很小，这样就需要很多支短管满足集热面积的需要，相比长管而言，换热端数量增加了3倍以上，效率下降明显，冬季效果大打折扣。同时，其外层还是全玻璃管，强度低，同样存在很大的安全隐患。

　　4).水平热管也有两种，一种假热管，另一种与桑普真热管结构相同。水平热管可以水平放置，长度方向没有限制，所以减少了换热点，效率提高。可以平贴墙面，美观不遮光，也没有炸管问题，坠物损坏的可能性也减小了。其传热方式中，最先进的一种是用另一热管导热棒，效率较高。系统可靠性较好，但代理商反映：导热棒直接进入水箱，结垢严重，效率下降较快，两年后尤为严重，而且难以拆卸。

　　5).热管式真空管是近年来开发出的一种金属—玻璃结构的真空管。主要由热管、吸热板金属翼片(带涂层)、真空玻璃管3部分组成，其工作原理是：太阳光透过玻璃管照射到吸热板上，吸热板吸收的热量使金属管内的工作介质汽化，被汽化的介质升到冷凝端，放出汽化潜热后冷凝成液体，同时加热水箱或联箱中的水，介质又在重力作用下流回热管的下端，如此重复工作，不断的将吸收的辐射能传递给需要加热的介质(水)。这种单向传热的特点是热管性能所决定的。为了确保热管的正常工作，热管真空管与地面角度应大于10°。热管是一种效率很高的换热元件，在热管式真空管集热器安装初期，其热效率比较高，但其换热性能会随时间的推移而降低。由于热管内是集热介质，所以不会产生水垢，但在热量的冷凝端，由于热管本身工作原理，该处的温度一般均会超过65℃，与水接触的地方会产生大量的水垢，而且垢层厚度增加很快，极大的降低集热效率。

　　2.1循换方式分析

　　分体壁挂阳台式太阳热水器系统为自然循环，这种方式简便易行，可以充分利用给水管网压力，经济节能;集中太阳能热水供应系统为重力循环结合机械循环，需在供热干管或入户支管上设置减压阀，在屋顶或楼层内设置循环水泵，系统比较复杂，能源浪费比较严重。

　　2.2使用方式分析

　　1).分体壁挂阳台式太阳热水器系统基本使用纯承压型水箱，可以较好地解决出水压力，使用舒适，操控方便。优点是显而易见的，但也要解决生产成本高的问题。一台120升容量的搪瓷内胆承压水箱，其价格约在1000元以上，投资比较大。

　　2).集中太阳能热水供应系统使用非承压水箱，并在不承压的水箱中设置了换热盘管，水箱中的水与集热器进行循环加热，使用热水则通过冷水流经盘管与水箱中的热水进行热交换。这种方法虽然很方便的实现了承压使用，但要求水箱储水温度很高，而且肯定有换不出来的热量。并且要使用电加热为辅助热源。

　　3、如何选择高层建筑太阳能热水器

　　1).先确定使用哪种系统，两种系统的优缺点前文中以说明，需设计人员斟酌考虑，结合建设单位及建筑物的具体情况进行选择。

　　2).选择集热器种类。目前市场上的分体壁挂阳台式太阳热水器基本上还是热管式真空管或平板式集热器，双回路循环系统。集中太阳能热水供应系统中集热器选择基本为平板型、全玻璃真空管型、热管式真空管。

　　3).选择水循环系统。分体壁挂阳台式太阳热水器中使用承压水箱内辅助电加热，利用给水管网压力保证出水压力。集中太阳能热水供应系统采用非承压水箱，同时亦应设置辅助电加热系统，水路循环有分区及不分区两种，分区即按用户出水压力限值区间分为高、低区，各区由水箱重力出流保证压力，在低区干管上设置减压阀;不分区则是在超压的每个用户支管上设置减压阀。

　　4).关于集热器与楼面及屋面的夹角，对于分体壁挂阳台式太阳热水器系统和集中太阳能热水供应系统这个夹角是必须有的。对于分体壁挂阳台式太阳热水器系统来说，夏季时，接近正午时阳光几乎是直射，如果没有夹角，集热板(管)自己就会遮光，没有阳光也就没有了能量。所以，贴近墙面安装是不科学的。仅仅为了不对下层有遮光作用，或出于其它目的，贴近墙面安装，都是对客户的不负责任。另外，遮光只存在于夏季，夏季集热板遮光，还恰恰起到遮阳蓬的作用，冬季没有遮光问题。对于集中太阳能热水供应系统，平行于屋面则对上午的阳光利用率不够，而上午太阳能集热器的效率是最高的。

　　4、结束语

　　综上所述，两种太阳能热水供应系统各有优缺点，其选择要综合纬度、水质、造价等各方面因素综合考虑。目前市场上主要太阳热水器还是辅助换热盘管式，或多或少的都要耗费一些电能，我们希望太阳能热水器厂家能加快技术革新的步伐，早日推出更节能，更经济，利用效率更高的太阳能热水器，以促进太阳能应用事业的发展，对国家节能政策的落实起到积极作用。

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