高層住宅建筑節(jié)能中太陽(yáng)能熱水器的應(yīng)用
關(guān)鍵詞：高層建筑；建筑節(jié)能；太陽(yáng)能熱水器
隨著國(guó)家對(duì)建筑節(jié)能要求的不斷深入以及人們環(huán)保意識(shí)的逐漸提高，人們對(duì)新建居住建筑的能耗要求越來(lái)越嚴(yán)格，包括減小建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)、限制居住建筑體形系數(shù)、積極利用太陽(yáng)能等一系列措施被提出，這其中太陽(yáng)能應(yīng)用作為其中重要的一種節(jié)能措施越來(lái)越被大家所關(guān)注。目前，居住建筑中太陽(yáng)能應(yīng)用主要在3個(gè)方面：太陽(yáng)能生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)；太陽(yáng)能光伏電系統(tǒng)；太陽(yáng)能熱水輔助供暖系統(tǒng)。其中又以太陽(yáng)能生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)為主要代表。
目前，有兩種方式的太陽(yáng)能熱水器可以應(yīng)用于高層居住建筑當(dāng)中，一種是在屋面設(shè)置集中太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)，集熱器及水箱集中設(shè)置，利用強(qiáng)制循環(huán)將熱水送至各用戶，這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是一次性投資比較節(jié)省，對(duì)建筑物立面的影響比較小，可以充分利用太陽(yáng)光；缺點(diǎn)是系統(tǒng)比較復(fù)雜，而且不能利用現(xiàn)有的給水管網(wǎng)壓力，在利用太陽(yáng)能的同時(shí)又耗費(fèi)了高品位電能；另一種是分體壁掛陽(yáng)臺(tái)式太陽(yáng)熱水器系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是安裝比較簡(jiǎn)便，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可以充分利用給水管網(wǎng)壓力，缺點(diǎn)是總體投資高，影響建筑物立面效果，熱效率不高，利用太陽(yáng)光有限。本文將著重介紹這兩種太陽(yáng)熱水器系統(tǒng)的性能比較與選擇。
1介紹太陽(yáng)熱水器系統(tǒng)的分類
集熱器有：平板型、全玻璃管型、假熱管、水平熱管、熱管式真空管；
循環(huán)方式：分體壁掛陽(yáng)臺(tái)式太陽(yáng)熱水器系統(tǒng)為自然循環(huán)，集中太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)為重力循環(huán)結(jié)合機(jī)械循環(huán)；運(yùn)行介質(zhì)有：水、集熱介質(zhì)；使用方式：承壓、非承壓集熱系統(tǒng)。
2太陽(yáng)熱水器系統(tǒng)的性能比較
2.1集熱器性能比較
1.平板型集熱器的工作原理，是讓陽(yáng)光透過(guò)蓋板（一般為鋼化玻璃）照射在表面涂有高太陽(yáng)能吸收率涂層的吸熱板上，吸熱板吸收太陽(yáng)能輻射能量后溫度升高，一方面將熱量傳遞給集熱器內(nèi)的介質(zhì)（也可以是水），使介質(zhì)溫度升高，另一方面也向四周散熱。由于吸熱板與蓋板之間存在著空氣夾層，會(huì)產(chǎn)生對(duì)流散熱，金屬吸熱板與金屬邊框又會(huì)產(chǎn)生傳導(dǎo)散熱。因此，平板型集熱器存在著集熱快，散熱快，效率受環(huán)境溫度影響大等問(wèn)題。而且平板型集熱器集熱的排管內(nèi)易產(chǎn)生水垢，由于集熱管管徑較小，一旦被水垢堵住，會(huì)妨礙水的流動(dòng)，降低集熱效果。
2.全玻璃管由內(nèi)、外兩層玻璃構(gòu)成。內(nèi)管外表有高吸收率和低發(fā)射率的選擇性吸收涂層，夾層之間抽成高真空。形狀類似一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的暖水瓶膽，水注滿在內(nèi)管內(nèi)吸收陽(yáng)光被加熱。全玻璃管具有價(jià)格便宜、安裝強(qiáng)度低的優(yōu)點(diǎn)，還可以平貼在墻面上，美觀性好。但由于自身結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，可靠性差，如果一根損壞，由于該處漏水，而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行；還有安全隱患，尤其是放在陽(yáng)臺(tái)上，一旦炸管或遭到樓上墜物破損，對(duì)下面的行人容易造成人身傷害。再有，水箱無(wú)法承壓。
3.假熱管雖然可以解決全玻璃管炸管的問(wèn)題，但它必須豎置，陽(yáng)臺(tái)立面尺寸很小，這樣就需要很多支短管滿足集熱面積的需要，相比長(zhǎng)管而言，換熱端數(shù)量增加了3倍以上，效率下降明顯，冬季效果大打折扣。同時(shí)，其外層還是全玻璃管，強(qiáng)度低，同樣存在很大的安全隱患。
4.水平熱管也有兩種，一種假熱管，另一種與桑普真熱管結(jié)構(gòu)相同。水平熱管可以水平放置，長(zhǎng)度方向沒(méi)有限制，所以減少了換熱點(diǎn)，效率提高�？梢云劫N墻面，美觀不遮光，也沒(méi)有炸管問(wèn)題，墜物損壞的可能性也減小了。其傳熱方式中，最先進(jìn)的一種是用另一熱管導(dǎo)熱棒，效率較高。系統(tǒng)可靠性較好，但代理商反映：導(dǎo)熱棒直接進(jìn)入水箱，結(jié)垢嚴(yán)重，效率下降較快，兩年后尤為嚴(yán)重，而且難以拆卸。
5.熱管式真空管是近年來(lái)開(kāi)發(fā)出的一種金屬—玻璃結(jié)構(gòu)的真空管。主要由熱管、吸熱板金屬翼片（帶涂層）、真空玻璃管3部分組成，其工作原理是：太陽(yáng)光透過(guò)玻璃管照射到吸熱板上，吸熱板吸收的熱量使金屬管內(nèi)的工作介質(zhì)汽化，被汽化的介質(zhì)升到冷凝端，放出汽化潛熱后冷凝成液體，同時(shí)加熱水箱或聯(lián)箱中的水，介質(zhì)又在重力作用下流回?zé)峁艿南露�，如此重�?fù)工作，不斷的將吸收的輻射能傳遞給需要加熱的介質(zhì)（水）。這種單向傳熱的特點(diǎn)是熱管性能所決定的。為了確保熱管的正常工作，熱管真空管與地面角度應(yīng)大于10°。熱管是一種效率很高的換熱元件，在熱管式真空管集熱器安裝初期，其熱效率比較高，但其換熱性能會(huì)隨時(shí)間的推移而降低。由于熱管內(nèi)是集熱介質(zhì)，所以不會(huì)產(chǎn)生水垢，但在熱量的冷凝端，由于熱管本身工作原理，該處的溫度一般均會(huì)超過(guò)65℃，與水接觸的地方會(huì)產(chǎn)生大量的水垢，而且垢層厚度增加很快，極大的降低集熱效率。
2.1循換方式分析
分體壁掛陽(yáng)臺(tái)式太陽(yáng)熱水器系統(tǒng)為自然循環(huán)，這種方式簡(jiǎn)便易行，可以充分利用給水管網(wǎng)壓力，經(jīng)濟(jì)節(jié)能；集中太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)為重力循環(huán)結(jié)合機(jī)械循環(huán)，需在供熱干管或入戶支管上設(shè)置減壓閥，在屋頂或樓層內(nèi)設(shè)置循環(huán)水泵，系統(tǒng)比較復(fù)雜，能源浪費(fèi)比較嚴(yán)重。
2.3使用方式分析
1.分體壁掛陽(yáng)臺(tái)式太陽(yáng)熱水器系統(tǒng)基本使用純承壓型水箱，可以較好地解決出水壓力，使用舒適，操控方便。優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，但也要解決生產(chǎn)成本高的問(wèn)題。一臺(tái)120升容量的搪瓷內(nèi)膽承壓水箱，其價(jià)格約在1000元以上，投資比較大。
2.集中太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)使用非承壓水箱，并在不承壓的水箱中設(shè)置了換熱盤管，水箱中的水與集熱器進(jìn)行循環(huán)加熱，使用熱水則通過(guò)冷水流經(jīng)盤管與水箱中的熱水進(jìn)行熱交換。這種方法雖然很方便的實(shí)現(xiàn)了承壓使用，但要求水箱儲(chǔ)水溫度很高，而且肯定有換不出來(lái)的熱量。并且要使用電加熱為輔助熱源。
3如何選擇高層建筑太陽(yáng)能熱水器
1.先確定使用哪種系統(tǒng)，兩種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)前文中以說(shuō)明，需設(shè)計(jì)人員斟酌考慮，結(jié)合建設(shè)單位及建筑物的具體情況進(jìn)行選擇。
2.選擇集熱器種類。目前市場(chǎng)上的分體壁掛陽(yáng)臺(tái)式太陽(yáng)熱水器基本上還是熱管式真空管或平板式集熱器，雙回路循環(huán)系統(tǒng)。集中太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)中集熱器選擇基本為平板型、全玻璃真空管型、熱管式真空管。
3.選擇水循環(huán)系統(tǒng)。分體壁掛陽(yáng)臺(tái)式太陽(yáng)熱水器中使用承壓水箱內(nèi)輔助電加熱，利用給水管網(wǎng)壓力保證出水壓力。集中太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)采用非承壓水箱，同時(shí)亦應(yīng)設(shè)置輔助電加熱系統(tǒng)，水路循環(huán)有分區(qū)及不分區(qū)兩種，分區(qū)即按用戶出水壓力限值區(qū)間分為高、低區(qū)，各區(qū)由水箱重力出流保證壓力，在低區(qū)干管上設(shè)置減壓閥；不分區(qū)則是在超壓的每個(gè)用戶支管上設(shè)置減壓閥。
4.關(guān)于集熱器與樓面及屋面的夾角，對(duì)于分體壁掛陽(yáng)臺(tái)式太陽(yáng)熱水器系統(tǒng)和集中太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)這個(gè)夾角是必須有的。對(duì)于分體壁掛陽(yáng)臺(tái)式太陽(yáng)熱水器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，夏季時(shí)，接近正午時(shí)陽(yáng)光幾乎是直射，如果沒(méi)有夾角，集熱板（管）自己就會(huì)遮光，沒(méi)有陽(yáng)光也就沒(méi)有了能量。所以，貼近墻面安裝是不科學(xué)的。僅僅為了不對(duì)下層有遮光作用，或出于其它目的，貼近墻面安裝，都是對(duì)客戶的不負(fù)責(zé)任。另外，遮光只存在于夏季，夏季集熱板遮光，還恰恰起到遮陽(yáng)蓬的作用，冬季沒(méi)有遮光問(wèn)題。對(duì)于集中太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)，平行于屋面則對(duì)上午的陽(yáng)光利用率不夠，而上午太陽(yáng)能集熱器的效率是最高的。
4結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，兩種太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，其選擇要綜合緯度、水質(zhì)、造價(jià)等各方面因素綜合考慮。目前市場(chǎng)上主要太陽(yáng)熱水器還是輔助換熱盤管式，或多或少的都要耗費(fèi)一些電能，我們希望太陽(yáng)能熱水器廠家能加快技術(shù)革新的步伐，早日推出更節(jié)能，更經(jīng)濟(jì)，利用效率更高的太陽(yáng)能熱水器，以促進(jìn)太陽(yáng)能應(yīng)用事業(yè)的發(fā)展，對(duì)國(guó)家節(jié)能政策的落實(shí)起到積極作用。
