谈太阳能技术在民用建筑中的应用

邱海博

(中海地产西安有限公司，陕西西安 721020)

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。文中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。

1 技术简介

1.1 定义及工作原理

太阳能是全球普遍推广的一种洁净、环保的能源。在利用太阳能的系统中，负责接收太阳能热能并向导热介质中传递热量的部件，被称为太阳能集热器。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，市场上主要太阳能集热器有三种，分别为金属平板型、全玻璃真空管和真空热管型。三种太阳能集热器各有优缺点，由于用途不同、性能不同，三种不同形式的太阳能集热器分别适用于不同的地区，发挥着不同的功能。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轧制在一起，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。优点是热效率比较高，产生的热水量也很大，承压能力好，夏季耐空晒性好，供热水整体稳定可靠，维护成本低;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，将热管里的介质加热汽化，介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。介质又重新流下，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抗冻性好，适合在我国寒冷(0℃ ～40℃)地区使用。承压能力好，夏季耐空晒性好，维护成本低，同时启动快，加热的热水温度高。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，常用于别墅项目。

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。估算每户成本约0.6万元(国产品牌，燃气辅助加热)。

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，估算每户成本约0.4万元。

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，做到既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

1)工程质量符合GB 50364-2005民用建筑太阳能热水系统应用技术规范、GB 50015-2003建筑给水排水设计规范、GB 50242-2002建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范、GB 50268-97给水排水管道工程施工及验收规范等规范要求，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。2)集热器要求。a.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。b.应提供集热器原产地证明书和产品检测报告。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3 mm。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80 mm，外包为0.3 mm铝板。

4 安装要求

1)在建筑物上安装太阳能热水器时，应结合建筑形状统筹规划，详细计算，布置应规则有序，同时应便于检修和维护。

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。

3)太阳能热水系统应安装计量装置，本项目只需要设计总的冷水进水水表及其后续的太阳能集热器与热水箱循环管路的安装，分户水表及主循环管道由主包进行安装。系统安装定时定温回水装置。

4)集热器的安装要求：集热器的安装倾角应与当地的纬度一致，本系统侧重在非冬季使用，安装倾角应根据设计采用地方纬度，倾角安装误差控制在±3°以内。

5)基座及支架安装：a.太阳能热水器安装时应与建筑结构可靠连接，其安装所用预埋件在结构施工阶段应根据设计图纸精确定位，准确预埋。b.露出混凝土面的钢基座应做好除锈防腐工作，避免影响使用年限。c.安装在屋面上的太阳能热水器，其基座除了安装牢固外还应做好抗渗防水工作，其防水做法应符合国家现行规范标准GB 50207屋面工程质量验收规范要求。d.太阳能热水器支承系统应与建筑物接地系统可靠连接，其接地性能需符合现行国家规范要求。

6)管路安装要求：a.热水循环管路全部采用不锈钢管，并做好保温。b.管道保温采用优质橡塑保温材料(三元乙丙橡胶EPDM)，外包为0.3 mm铝板包装。c.系统进冷水管前安装冷水过滤器，防止水中杂质进入系统。

7)储水箱要求：a.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10 m。b.储水箱外侧应按照设计要求做好保温工作，储水箱的保温施工必须在其检漏试验完成后进行，保温工作需符合国家现行GB 50185工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准要求。c.金属材质储水箱也需做好接地避雷工作，接地应符合国家现行GB 50169电气装置安装工程接地装置施工及验收规范要求。d.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。

8)循环水泵安装技术要求：a.热水循环水泵采用低转数水泵，要求性能可靠、低噪声、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。b.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ISO 9000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、管材及管件料的来源地。

5 设计要求

1)设计单位需对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)在进行施工图设计时，应注意相关专业的密切配合，如：结构部分必须同设计院进行配合，屋面荷载(主要是水箱的重荷载)的布置必须征得设计院的同意，且需要有防台风设计;电气部分需要提供总的用电量，并注意有防雷和防漏电保护设计;建筑部分需要对集热器的安装保证美观和整齐，并不能在建筑正立面看到集热器和水箱。6)由于辅助加热利用各住户自己的燃气热水器，需要对热水器进水加温控阀进行自动控制。当太阳能热水的末端水温低于40℃时，利用温控阀进行自动切换到热水器进行辅助加热，反之，末端水温高于40℃时，太阳能热水不通过家用燃气热水器，可以直接使用。