浅析高层建筑太阳能集热系统的利用 马涛 北京英豪阳光太阳能工业有限公司 工程部 北京 102602 摘 要：为使太阳能得到充分的利用，首先要解决太阳能热水系统与建筑一体化的问题。本文将对太阳能热水系统的运行原理与建筑分类有机结合做重点分析；从民用建筑的使用功能、规模大小、建筑的层数分别与太阳能热水系统结合及运行方式进行阐述。 关 键 词：民用建筑；太阳能热水系统运行方式；设计结合
太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，世界上任何一个国家都可以不加限制的利用。我国太阳辐射总量大约在（3.3-8.4）*106千焦/平米之间,一年获得的太阳能在1016千瓦时以上，相当与1.2*1012吨标准煤所具有的全部能量吨标准煤所产生的全部能量。太阳能资源虽然有丰富、清洁、无需运输等优点，但是在利用时也要充分考虑到它存在的能量密度低、不稳定和不连续等缺点，在利用时也要充分考虑到。 一、太阳能热水系统基本结构及其作用 随着世界能源危机的加重，各国都在寻找可再生能源。我国在寻找可再生资源方面也取得了巨大成就，最突出的表现是太阳能的利用。1979年，我国研制出了{dy}代电镀膜的真空管；1986年完成了磁控溅射镀膜的全玻璃真空集热管。 而我公司在1993年就已完成批量生产磁控溅射镀膜的真空管；1997年开始推出集热模块热水系统工程，即在家用单台的基础上进行改进，用集热模块、储热水箱、支架和系统管路、控制系统、防腐保温等组成太阳能热水系统工程。 太阳能集热模块是太阳能热水工程系统的关键原件，按其结构形式不同可分为平板集热器、真空管式集热器等多种形式。太阳能由于受天气、物理等因素的影响辐照不稳定、不连续、瞬时能量较低必须不断地积累能量，所以要求配置储热水箱；太阳角在不同方位角度各不相同，集热模块要更好的接受阳光，支架就必须结合实际摆放且坚固可靠。 集热模块不断吸热，利用管道、阀门、泵就形成了管路系统；为了保障全天候使用，当太阳能所产的热量不能达到使用温度时就采用辅助加热的方法，最常用的有电加热、燃气加热、燃煤加热等。 太阳能热水工程是依据客户的使用要求设计的，所以有多种不同的运行方式如水温、水量、压力、加热方式及使用时间。这些运营方式可根据需求设计为手动或自动。 二、建筑物的简单分类 民用建筑按照使用功能不同可以分为：居住建筑和公共建筑 ；按照规模的大小可以分为：大量性建筑和大型性建筑；按照民用建筑的层数可以分为：低层建筑、多层建筑，中高层、高层及超高层建筑。这里所说的低层建筑是指1～3层建筑，多层建筑指4～6层建筑，中高层建筑指7～9层建筑，高层建筑指10层以上住宅，公共建筑及综合性建筑总高度超过24米。当筑物高度超过100米时，不论住宅或者公共建筑均为超高层{2} 在民用建筑的众多分类中，太阳能集热模块的安装及使用方法是最为密切的，笔者认为按层数分类最能体现其与太阳能热水系统的能效关系，不同建筑（指按层数分类）安装太阳能热水运行系统的方式不同。要将太阳能与建筑有机的结合在一起，就必须考虑建筑外观、太阳能热水系统的管路、建筑结构、太阳能热水系统的管理。在旧楼改造时要针对不同原有建筑选择最适合的太阳能热水运行系统。 太阳能集热模块一般摆放在楼顶，可以节省空间。对于放置在楼顶的太阳能系统，可根据楼顶的形状来确定太阳能集热模块的布局形状：如果房顶是坡屋顶，可以将横排管的太阳能与屋顶坡面角度相结合摆放；如果是平屋顶可根据实际摆放数量和屋面尺寸，将集热器倾斜安放在屋面上{3}；如果屋面情况复杂，则可以在屋面承重墙上加起钢架，将集热模块按一定角度安装在上面{4}。 三、太阳能热水系统基本运行原理 目前太阳能热水系统主要有以下几种分类：1.按热水的运行方式可分为自然循环系统（利用虹吸原理）、强迫循环系统（利用循环泵）；2.按太阳能加热热水的方式可分为直接加热系统（水被直接加热）、间接加热（水被间接加热）；3.按系统运行的承压情况可分为开放式系统（系统与大气联通）、承压系统（闭路系统）{5}。 此处以太阳能强迫循环系统为例进行重点分析。 太阳能热水系统运行的基本原理: 1.定温放水。在集热模块出口处放一温度感应探头T1,当温度感应探头T1检测到水温达到设定值时，上水电磁阀E1自动打开，自来水进入集热模块将集热模块内的热水顶出；当温度感应探头T1检测到水温低于设定值时，水电磁阀E1会自动关闭，及称为定温放水，如图1所示。 2.温差循环。在水箱内放一温度感应探头T2,当温度感应探头T1检测到的水温和T2检测到的水温的差即|T1-T2|>设定值时，温差循环水泵P1会自动启动将水箱内的水打入集热模块，集热模块内的高温水进入水箱；当|T1-T2|<设定值时寻水泵P1会自动关闭，及称为温差循环，如图1所示。 3.防冻循环。在保温水箱和集热器下循环管道上放一温度感应探头T3,当温度感应探头T3检测到管道温度低于设定值时，循环水泵P1自行启动进行防冻循环；当温度感应探头T3检测到的管道温度高于设定温度时P1会自动关闭循环水泵。一套系统的运行就是由这几个基本原理组装而成。
图1 图2
图1和图2所示的两种系统，结构简单、运行费用低、稳定性好。这两种系统在与建筑结合时主要考虑建筑用水量的大小和用水方式。当用水量集中、用水有时间限制且建筑物是低层建筑时采用图2太阳能热水系统运行模式。当用水量分散，用水无时间限制且建筑物是多层建筑层时适合使用图1所示太阳能热水系统运行模式。
图3 图3所示这套太阳能热水系统是将温差循环和定温放水结合起来使用的，这种系统既适用于低层建筑又能满足多层建筑的要求，还能考虑建筑物的用水量大小和用水方式。 以上三套系统基本上解决了低层建筑和多层建筑使用太阳能热水系统的所有问题。在此运行模式的基础上还可以衍生出多台水箱的供热方式，将大水箱拆分为两个或三个等若干小水箱，以满足不同用水方式的需要。 总之，在安装太阳能集热系统工程时，要充分结合建筑物的结构特点：不同建筑物安装的集热模块规格型号不同、安装集热系统的运行方式不同；要做到充分利用清洁能源而不增加运行成本。 要想达到能效比{zg}的运行方式，与建筑物xx结合，就要不断地改进太阳能集热系统工程的运行系统。 参考文献： 1 《建筑给排水设计规范》GB50015—2003 2 《建筑结构荷载规范》GB50009—2001 3 舒适之.印染热水节能新技术-太阳能热水系统 科技节能 2008.06：38 4 北京英豪阳光太阳能工业有限公司 内部资料 作者简介： 马 涛 （1982-）太阳能利用中级工程师学士学位。从事太阳能热水工程设计、推广工作。北京英豪阳光太阳能工业有限公司工程部 联系电话：010—89220601 skying_tao@163.com |
