太阳能热水器在住宅建筑中的应用

太阳能热水器在住宅建筑中的应用

摘要:太阳能是一种可再生的清洁能源，被誉为21世纪最有希望的能源，目前我国绝大部分住宅都没有配备生活热水系统，当前，实现太阳能热水器与住宅建筑设计的一体化也是太阳能热水器在住宅建筑应用中的一个必然趋势，本文作者对相关问题进行了探讨。

关键词:太阳能热水器；住宅建筑；一体化

Abstract: solar energy is a renewable clean energy, is known as the 21 st century most promising energy, at present, China’s most of the house are not equipped with living hot water system, the current, realize the solar energy water heater and residential building design is the integration of the solar energy water heater in the residence of the application of building a modern trend, the author related problem was discussed.

keywords: the solar energy water heater; Residential construction; integration

引言

从环保、节能、使用绿色能源等方面考虑，在住宅中推广使用太阳能热水系统来为居民提供生活热水已经是社会前进的必然。近年来，太阳能热水系统在研制开发、商品化生产、市场开拓等方面已取得了长足的进步，从平板式集热器到真空玻璃管集热器，从紧凑式热水系统到分体式热水系统，不同型号的太阳能热水器广泛地应用在大江南北、城市乡村。

一、太阳能热水器简介

太阳能热水器种类繁多，按照太阳能集热器种类来区分，可分为真空管式和平板式；按照结构区分，可分为一体式和分体式；按照制作工艺区分，可分为承压式和非承压式。按承压式样不同区分，可分为一体承压式和分体承压式。按非承压式给水方式不同区分，可分为手动上水和自动上水。按一体承压式热转换不同区分，可以分为储热水箱承压换热和热水管网承压换热。按分体承压式储水箱数量不同区分，可分为单个换热和组合换热。不同的太阳能热水器适合不同的住宅建筑和不同的使用要求。例如：非承压式手动上水，价格低、安装方便，适用于多层建筑顶层且对热水温度要求不高者使用；非承压式自动上水，可保证太阳能热水器热水箱内有足够的水，避免手动上水太阳能热水器热水箱内热水用完忘了上水，使太阳能热水器无法产热水。一体承压式太阳能热水器适用排屋、别墅、多层农居对热水水温水压要求高者使用。分体承压式太阳能热水器适合排屋、别墅、农居小区、多层住宅、小高层住宅等对热水水温水压要求高并满足建筑美学要求者使用。

二、我国住宅太阳能热水器现状与发展

据统计，我国目前各类太阳能热水器生产厂家有4000家， 总年产量超过400万m2（采光面积）。全国太阳能热水器实用总量1413万m2，为3000万城乡居民提供生活热水。随着我国人民生活水平的提高和生态意识的加强，在住宅中加装太阳能热水器已经越来越为人们所接受。对于一般小康住宅来说，家庭日常能耗的20%-30%用于生活热水，这为各类热水器提供广阔的生存空间。太阳能热水器特点是基本不耗费能源， 运行费用为零。太阳能系统的经济可行性主要取决于当地太阳能资源、气候状况、装置的能源转换效率和造价以及用户负荷特性等三个方面。在满足前两个条件的情况下，用户负荷特性与太阳能资源匹配往往成为太阳能系统与其他种类热水器竞争的关键因素。我国一般家庭生活热水负荷为25-30L/（d•人），对于一个四口之家， 配备2 m2左右的太阳能热水

器可以满足要求。目前随着我国的新建住宅面积的快速增长，生活热水相应大幅增加，太阳能热水器行业也将面临更大的市场和发展机遇。

三、太阳能热水器与建筑一体化的设计问题

目前我国太阳能热水器在住宅建筑中应用尚处于初级阶段，只是被简单的当作一个家用设备，而有与建筑有机的结合。所以太阳能的集热性能没有得以完全发挥。要摆脱目前的状况，必须把太阳能设备与住宅本体融为一体，实现太阳能热水器与住宅的一体化设计。

太阳热水器系统与住宅一体化是指住宅在开发设计时把太阳能热水系统作为建筑的一个子系统，在设计、施工、验收、管理方面与土建同步进行，从而与建筑形成一个整体。当前，实现太阳能热水器系统与住宅建筑的一体化设计是太阳能热水器在住宅建筑中更加广泛地运用的一个基本趋势。

3.1 太阳能热水器系统与住宅一体他的基本思路

太阳能热水器系统在住宅建筑中应用，要求在设计中要充分考虑太阳热水系统的特点，与建筑的其它设施相协调。太阳能集热系统的设置不应影响建筑的美观，应遵循整合一体化设计思路，将太阳能集热系统作为建筑构件元素来考虑，与屋面瓦、窗户、墙面等建筑构件有机的结合在一起进行整合设计，使之与建筑巧妙而有机的结合在一起，成为建筑组成的一部分，而不是附加的多余构件。太阳能集热系统这种高科技内容的加入使建筑呈现全新的造型与外观，增强了建筑的表现力。

另外，建筑设计时应合理设计管道位置，预埋安装和维护太阳能集热器所需的相关部件，不破坏防水层，结构计算需考虑系统各部分的负载，不应超过建筑物的设计承载能力。

在施工过程中注意各种建筑设备系统的协调和配合。

3.2 太阳能热水器系统与住宅一体化的优点

l、运用建筑一体化技术，可以避免太阳能热水器后置安装所带来的穿墙打洞、乱拉管线等影响市容市貌的问题，使太阳能热水系统成为建筑物的构件。

2、更方便的采用自动控制技术，实现自动上水、止水，自动显示水温、水位，同时可以采用光电互补技术，阴雨雪天正常运行。

3、太阳能集热设备与建筑完美结合、融为一体，可以实现节能环保绿色生态小区的理念。

3.3 太阳能热水器系统与住宅一体化的技术选择

针对不同的气候条件、建筑结构以及用户对热水的需求状况，太阳能热水器系统与住宅一体化有多种技术选择。热水器产品可选用平板型热水器和真空管热水器；热水器的循环方式有自然循环和强制循环；按供热方式可分为分户式系统供热、集中式系统供热；太阳能集热器可放置在屋顶、阳台和墙面。确定太阳能热水器一体化建筑的技术路线时要综合考虑技术进步和市场承受力的问题。

四、我国推进太阳能热水器与建筑一体化的与措施

4.1 制定优惠调动各方面的积极性

国家应采取一定的优惠和鼓励措施，推动太阳能热水器与建筑一体化进程。如对

于具备较好利用太阳能气象条件的地区，将太阳能利用作为新建建筑的审批立项的考察条件之一，对太阳能热水器与建筑一体化结合的项目采取优先审批、减少税费、补贴、低息贷款等等。调动社会各界尤其是房地产开发商投资运用这项新技术的积极性，使这项技术尽快地在全国推广。

4.2 制定相关的标准图及规范

要组织建筑行业和太阳能行业的专家对太阳能热水系统与建筑一体化作专项研究，制定相关的标准图及规范。有关部门要迸一步完善相应的标准法规，由建筑设计和太阳能方面的专家共同研究制定太阳能产品与建筑相结合的相关技术标准和规范，把太阳能集热器作为建筑构件编制进建筑标准图册，从图册中应该可以查找各地区的日照小时数、辐射强度、对应每种集热器在不同地区、不同季度、不同方位角、不同倾角、不同出水温度下的平均产热水量、产品的尺寸等数据，并制定相应的操作规程、质量验收标准，使之真正成为建筑行业的配套设备，使建筑设计、产品开发和建筑旌工都进入规范化的轨道。

对于太阳能集热器生产厂家，应做到产品的供应、安装、调试、维修的一条龙服务。努力提高太阳能产品技术水平和适应性。要加强科研攻关，解决产品中存在的档次低、系统运行可靠性差和使用操作复杂的技术难题，实现自动化、智能化运行，同时做到与其他热源相结合。

另外，应深入研究在不同地区的太阳能生活热水系统中使用太阳能和使用其他辅助能源的比例关系。在日照小时数和辐射强度充足的地区，太阳能生活热水系统应采用以太阳能为主，辅以其它能源补充的传统形式。而在日照小时数和辐射强度不足的地区，应转变太阳能使用观念，采用以其他能源为主，辅以太阳能的形式。

同时，太阳能热水系统产品在保证功用性能的前提下，应增强适应性和通用性，尽量做到模块化，标准化、系列化以及多元化，应利于为建筑与太阳能系统的一体化设计提供更多的选择条件，要充分考虑建筑的屋面、遮阳板、墙面、阳台等建筑部位的特点，并根据不同热水器的性能和技术要求，使太阳能热水系统产品可以与这些构件结合成为一个有机的整体。

4.3 要加大宣传和引导力度

要像重视常规能源那样重视太阳能的开发利用，要对建筑业从业人员特别是建筑设计人员进行太阳能相关技术的培训，使他们能自觉的将这项新技术运用到设计当中。

太阳能热水器与建筑一体化设计，是多学科、多方面参与合作的综合性事业，这种研究、生产、应用密切结合的事业需要太阳能技术专家、建筑师、建筑材料等相关专业人士以及房地产开发商共同参与、共同努力、共同创造。同时也需要太阳能系统的制造企业和建筑设计部门密切合作、相互配合，才能真正达到太阳能热水器与建筑一体化设计的目标。

建筑师在太阳能利用的工作中担负着重要的责任。但如何将太阳能利用的设计理念贯穿和融入建筑作品之中，是需要重点解决的问题。因此，要加强这方面的引导和培训，在高等院校对建筑系的学生要开设这方面的课程；要对建筑工程设计人员进行太阳能热水器知识培训，在注册建筑师的继续教育中增加这方面的内容，以培养建筑师的节能意识和设计能力，使之有能力参与到这项工作中去。

为了达到太阳能热水器与建筑一体化设计的目标，建筑师要了解不同类型的太阳能热水器(包括其工作原理、技术要求等)，然后才能与其设计的建筑(如建筑所处地理纬度和气候特点、建筑造型、平面布局和功能、热水器的布置位置及固定方式、材料及构造节点、

管道敷设的方式、位置等)进行综合考虑，做出既有利于太阳能热利用设备的安装使用，又不影响建筑整体形象和使用功能的、合理的建筑设计。

太阳能热水器的设计和生产厂家也可以从建筑设计人员那里获得建筑对其设备要求的反馈信息，并据此做出改进，生产出符合建筑使用要求的产品。这样的双向交流能使热水器产品与建筑物之间逐步达到完美的统一，使太阳能热水器与建筑物的有机结合不断得到改进和发展，这样才能推动太阳能热水器产品在建筑上的推广应用。

结束语

总之，如果能把既有住宅安装太阳能热水器作为建筑一体化改造工程来考虑，那么不但可以提高建筑与设备的整体质量，减少荷载和材料用量，而且可以降低综合成本，提高构造的合理性。

参考文献

1、李道增，21世纪生态建筑与可持续发展，建筑新技术，北京：中国建筑工业出版社，2002。

2、郑瑞澄，中国太阳能与建筑相结合的基本概念，中国建设信息阳光能源，2002(3)。

3、杨维菊，太阳能热水器与建筑一体化的探讨，华中建筑，2007，1。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。