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太阳能集中热水系统与建筑一体化的应用与发展 - 厦门谷佳能源科技有限公司-中央净水器 中央热水器 安通纳斯净水器 格兰富水泵增压泵循环泵 太阳能热水器 空气能热水器 康佛乐热水器 百乐满热水器 工业水处理 海水淡化 金属加工水处理
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太阳能集中热水系统与建筑一体化的应用与发展
双击自动滚屏 发布者:admin 发布时间:2011-05-08 0:19:23 阅读:3253次 【字体:

    摘要:近年来,随着人们对可再生能源的应用越来越重视和太阳能热水市场的迅速发展,如何较好设计与实现太阳能热水系统与建筑的有机结合是个新课题。太阳能热水系统的安装涉及到建筑的结构设计,必须考虑建筑的外观、承重、管路和电气等因素。本文根据最近我国对太阳能与建筑一体化建设的政策性引导,以建筑整体设计与安装太阳能集中热水系统为目的,结合目前太阳能集中热水系统在建筑一体化中的应用,对太阳能集中热水系统的发展进行了阐述,对目前研究的一些前沿和热点进行了介绍,并对其应用过程可能出现的问题进行了探讨。
    关键词:太阳能 建筑一体化 集中热水 节能建筑  智能控制


    一、前言 
    一直以来,太阳能等可再生能源在建筑技术上的完美应用都是企业梦寐以来的追求,太阳能与建筑结合创造的低能耗高舒适度的健康居住环境,不仅让住户家庭生活得更自然更环保,而且能节能减污,对实现社会可持续发展具有重大意义。在人类面临生存环境破坏日益严重和能源危机的今天,如何开发利用环保节能的住宅配套部品就成了一个焦点话题。太阳能作为一种免费、清洁的能源,在住宅建筑中的利用,将关系到可持续发展的战略,可谓意义深远。经过全世界各国科研工作者数年的研究和开发,太阳能的利用已取得显著成果并转化为生产力。在我国,太阳能热水器在全行业中现已拥有企业超过千家,推广应用范围也在不断扩大。而太阳能与建筑的结合,也在住宅建设中越发呈现出其不可替代的地位,并成为住宅建设中的一个最新亮点。
    二、太阳能热水系统与建筑结合的政策引导
    根据《武汉市建委关于在新建建筑工程中推广使用太阳能热水系统的指导意见》(武建[2008]5号),自2008年4月1日起,凡在武汉行政区划范围内具备太阳能集热条件的新建12层及以下住宅、医院病房楼、学校宿舍楼、宾馆饭店、健身中心、游泳馆(池)等热水需求较大的建筑,以及政府机关和政府投资的建筑、新农村建设中的农民居住用房等建筑工程,应与太阳能热水系统同步设计、施工、验收和投入使用。http://www.hotwater.cn
      今后,可再生能源应用技术将成为建筑行业的热点,小高层(8—12层的住宅建筑)及以下居住建筑与医院、学校、饭店、游泳池、公共浴室等热水消耗大户,将全部要求采用太阳能集中热水系统,并进行一体化设计、安装。具备条件的民用建筑要积极采用土壤源、浅层水源和污水源等热泵技术供热制冷,居住建筑楼梯间与民用建筑的庭院应积极采用太阳能光伏技术照明。各地要做到可再生能源技术与建筑工程同步设计、同步施工、同步验收、同步交付使用。对应不采用可再生能源技术的民用建筑,原则上不得通过施工图审查。对擅自取消可再生能源技术应用的工程项目,不予通过建筑节能专项验收。对已建成的民用建筑,鼓励业主单位在不影响建筑物质量、安全和建筑环境景观的前提下安装符合技术规范和产品标准的太阳能利用系统。整幢建筑物加装太阳能热水系统的,要征得小区业主委员会同意,物业服务公司要积极支持并指导安装应用太阳能热水系统。
    三、太阳能热水系统与建筑结合的方式
    从太阳能热水系统的集热和热水供应方式可划分为三种方式:分散供热水系统、集中供热水系统和集中-分散供热水系统,下面对这三种安装方式进行详细介绍。
    3.1分散供热水系统
    分散供热水系统指采用分散的太阳能集热器和分散的贮水箱供给各个用户所需热水的小型系统,也就是通常所说的家用太阳能热水器。其特点是建筑的每个住户或用户拥有独立的太阳能集热和供热水装置,不同住户或用户间的太阳能热水装置彼此没有关联。图1所示为分户集热和供热水系统中的一个住户的装置示意图。http://www.hotwater.cn

图1 分散供热水系统示意图

    建筑整体设计需要考虑的因素如下:
    产品选型:在建筑的朝向和太阳能集热条件满足最佳条件的情况下,采用成套装置设计安装,此时,通常使用的平板、全玻璃真空管和热管式家用太阳能热水器均适用于分户集热和供热水系统。但由于建筑的地理条件原因使建筑不能适用常规条件时,需要考虑储热水箱和太阳能集热面积的匹配,通过热水器生产厂家定做产品。采用自然循环的产品,储热水箱的位置要高于集热器,分体式产品则没有限制,但要安装循环泵。
    管路设计:不同类型太阳能热水器产品的管路设计有所不同。承压式产品为双管路设计,分冷热水管路;非承压式产品既可双管路,亦可单管路设计,要根据产品型号确定。
    辅助能源:由于在阴雨或没有阳光时,太阳能不能提供热量,设计太阳能热水系统时必须考虑辅助能源设计。使用具有电辅助加热功能的产品需要考虑匹配电源设计,设计采用没有电辅助加热功能的产品时,则需要考虑太阳能热水系统与室内燃气或电热水器的衔接问题。
    适用建筑:该系统一般设计安装在低层和多层住宅建筑。
    3.2集中供热水系统http://www.hotwater.cn
    集中供热水系统指采用集中的太阳能集热器和集中的贮水箱供给一幢或几幢建筑物所需热水的系统。其特点是以一个单元或整栋建筑为单位共用一套太阳能热水系统,共用太阳能集热器和储热水箱,如图2示。

图2 集中集热供热水系统示意图

    设计需要考虑的几个因素如下:http://www.hotwater.cn
    产品选型:这种系统的一般没有成套产品,设计时首先需要确定单位太阳能集热面积与热水量的匹配值。如果建筑的太阳能集热条件满足最佳条件时,根据集热器生产厂家的额定值确定单位集热面积的热水设计量;否则需要通过编程或计算软件确定单位集热器面积与热水量的匹配值。一旦确定匹配值,可计算出建筑的太阳能集热总面积和储热水箱的总容量,并进一步设计安装太阳能集热器的建筑面积和放置储热水箱的位置,同时考虑集热器与储热水箱的连接管路,集中集热供热水系统都需要使用循环泵,因此,还要设计循环泵使用的电源。根据实际情况,太阳能集热的运行方式可选用自然循环、强制循环或直流式方式;供水可采用承压、非承压或者水泵加压等方式。一般全玻璃真空管不能直接承受较大的压力,平板型集热器和热管式真空管可设计承压系统使用。
    管路设计:集中集热供热水系统的管路设计比较简单。但由于多个住户可共用一条热水主管,需要考虑管路热水循环设计、保温和热水计量问题。
    辅助能源:集中使用燃气、燃油和电锅炉以及热泵作为辅助加热装置时,设计需要考虑相应的燃气、燃油和电供应问题;设计采用单个住户室内使用辅助能源加热方式时,需要考虑太阳能热水系统与室内燃气或电热水器的衔接问题。
    适用建筑:该系统一般适合设计安装在低层、多层和满足条件的高层住宅建筑,更适用安装宾馆、学校和公共浴室等公共建筑。
    3.3集中—分户供热水系统
    集中-分户供热水系统指采用集中的太阳能集热器和分散的贮水箱供给一个单元或一幢建筑物所需热水的系统。在分户集热供热和集中集热供热的基础上综合延伸出来的一种太阳能热水系统与建筑结合方式,其特点是以一个单元为设计单位安装太阳能热水系统,共用集热器,每个住户拥有独立的储热水箱,如图3所示为集中集热分户供热水系统,图4所示为集中集热集中-分户供热水系统。http://www.hotwater.cn

图3 集中集热分户供热水系统示意图

图4 集中集热集中-分户供热水系统示意图

    设计需要考虑的几个因素为:
    产品选型:这种系统目前还没有成套产品,主要由集热器、储热水箱和系统控制组成,设计时首先需要确定单位太阳能集热面积与热水量的匹配值。根据匹配值,可计算出确定建筑的太阳能集热总面积和每户安装的储热水箱容量,可进一步设计安装太阳能集热器的建筑面积和放置储热水箱位置。储热水箱可在室内或统一放置在屋顶(适用于多层建筑),然后考虑集热器与储热水箱的连接管路,该系统的太阳能集热运行方式一般使用强制循环,因此,还要设计循环泵使用的电源。
    管路设计:管路要根据实际情况设计比,集热器与储热水箱的连接可使用并联与串联的方式,需要考虑管路保温和热水计量问题。
    辅助能源:如果储热水箱配备由内置电辅助加热装置,考虑匹配电源设计;否则,需要考虑太阳能热水系统与室内燃气或电热水器的衔接问题。
    适用建筑:该系统一般适合设计安装低层、多层和具备条件的高层住宅建筑。
    四、太阳能集中热水系统与建筑一体化的结合发展
    建筑由于有了太阳能热水器,也就有了相应的外在表现形式。由于太阳能热水器在建筑中放置的位置不同,将促进太阳能热水器形式的多元化。把太阳能的利用纳入环境的总体设计,把建筑、技术和美学融为一体,太阳能设施成为建筑的一部分,相互间有机结合,通过采用大面阵太阳能集中热水系统,取代了传统太阳能的结构所造成影响,是目前太阳能集中热水系统与建筑一体化的发展方向。
    4.1 太阳能热水系统与建筑美学 
    综合考虑社会进步,技术发展和经济能力等因素,在建筑物的策划、建筑设计、使用、维护以及改造等活动中,主动与被动的利用太阳能的建筑统称为太阳能建筑。我国太阳能建筑领域中技术最成熟,应用范围最广,产业化发展最快的是家用太阳能热水器。在云南昆明,陆良等地,在一些别墅式建筑的屋面,尝试把平板太阳能集热器镶嵌在具有瓦屋面的斜屋顶上,热水箱则隐蔽在斜屋顶的阁楼中,使太阳能热水器与建筑有机结合,外观形象是比较漂亮的,只是适合此类结构的建筑较少,推广应用受到局限。
    如修建多功能休闲亭,该亭集太阳能热水器,光电板和纳凉休闲功能于一体,流线型设计既美观又减少亭子结构的风力和承重荷载,优美的造型为屋顶,建筑物和周围环境增添了一道亮丽的风景,打造出一座别致美丽的楼顶花园,成为融合建筑美学,园林设计和人本文化内涵的典范之作,而且结构简单灵活,安装方便的特点,使之能够自然地与庭院,泳池,花园等场所融为一体。利用太阳能设施完全取代或部分取代屋顶覆盖层,可减少成本,提高效益。http://www.hotwater.cn
 对于安置在屋顶的建筑一体化太阳能热水器,其基本特征是集热器沿屋面布置,集热器作为屋顶覆盖层的一部分或全部。如此结构与传统技术比较,存在的主要问题是“系统的循环问题”、“集热器的形成和结构问题”等。一是对于斜屋顶而言,集热器可以沿屋面倾斜布置,循环问题与传统技术上没有差别;二是对于平屋顶,集热器几乎呈水平布置,基本循环方式虽然仍为自然循环和强制循环两种,但对技术要求有很大的差别。
    4.2太阳能集中热水系统与建筑结合的适应性
    经太阳能企业与建筑界的共同努力,虽然太阳能设备与建筑结合的技术日趋成熟,但太阳能热水器需不断进行技术创新,研发新产品,提高产品与建筑结合的适应性。太阳能热水器与建筑需要一体化,必须实现热水器的分体化,即水箱与集热器的分离,水箱入室,集热器才有可能灵活布置,才有可能实现太阳能热水系统与建筑整合设计的一体化。太阳能集热系统的建筑构件化,如成为屋面、墙面、阳台、窗子等建筑构件的一个元素,与这些构件整合设计。多元化、系统化,而又符合建筑模数的建筑构件化的太阳能集热器是建筑界和太阳能企业共同追求的目标,这需要两个行业之问进行必要的沟通和了解。
    太阳能企业的专家要学有关建筑工程设计的基本知识,为设计师提供必要的基础数据,并配合建筑设计开发研制与建筑有机结合的更完美的新产品,新系统等。而从事建筑设计的设计人员同样要学一些有关太阳能热水系统的设计知识,在建筑工程中就像考虑燃煤、或燃油供暖那样考虑太阳能热水器的应用,与工程同步设计。不但考虑太阳能热水器在建筑上的放置和安装,保证管线的预留,结合建筑做好太阳能热水器防风、防冻、防雷等安全防护工怍。只有这样,才能真正达到与建筑的一体化的设计,才能创造出更多的太阳能热水器与建筑的完美结合的建筑物。
    4.3尽快出台太阳能热水器与建筑一体化的相关法律与技术规程规范
    在当代,太阳能与建筑的发展必须有一定的策略与之相适应。太阳能是推广建筑节能的八大技术之一,推广使用太阳能热水器必将对建筑体系和建筑结构产生一些影响,因此,必须有相关的法规对之进行约束。太阳能热水器影响到建筑承载力、防水、管道布置等一系列问题,需要建筑设计部门统一设计,施工部门统一施工,物业部门统一维护管理,因此不仅需要制定完善规范的太阳能热水器与建筑一体化的技术规范标准,而且要以这些技术标准来规范各部门的工作,才能使太阳能热水器健康发展。
    政府应出台相应的政策,扶持并鼓励太阳能在建筑中的应用,国家宏观管理部门应将节能环保的太阳能作为重点发展的能源产业,把它与煤炭、电力、天然气等能源放置在同等位置,综合均衡考虑其建设与发展,以法规的形式将太阳能热水器纳入建筑设计规划之中。
    五、结束语  
    随着行业的发展,技术的进步和人民生活水平的提高,建筑能耗也随之的提高,日益成为能源供给的沉重负担,因此建筑物对太阳能的充分利用具有重要的经济、社会意义和能源安全的战略意义。
    太阳能集中热水系统与建筑一体化是太阳能热水器发展的必由之路,应从建筑设计伊始就将太阳能热水器系统包含的所有内容作为建筑不可或缺的设计元素加以考虑,巧妙地将太阳能系统的各个部件融入建筑设计之中,使太阳能热水器系统成为建筑不可分割的一部分,而不是附加的构件,就如同水、电等专业的设计,与建筑同步设计,同时施工,同时验收。
    目前,建筑界和太阳能企业之间正在共同努力,出现了一些示范小区,取得了一些成果,但也存在着一些技术上的、政策上的的问题,阻碍着太阳能热水系统与建筑的一体化进程,然而,两者的有机结合终将是发展的必然趋势。

 
 

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