试谈太阳能应用技术

论文导读：引言太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源。而太阳能热水器是目前太阳能热直接利用中最具有代表性的一种装置，它技术成熟、成本低廉、用途广泛、形式多样。
关键词：太阳能，太阳能热水器

　　引言 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源。太阳能的推广应用意义深远，前景广阔。总体来说，太阳能的热利用主要有间接利用和直接利用两种形式。而太阳能热水器是目前太阳能热直接利用中最具有代表性的一种装置，它技术成熟、成本低廉、用途广泛、形式多样。其中，我们最熟悉的一种形式是设在多层建筑屋顶的传统太阳能热水器，仅为人们提供春、夏、秋季的生活洗浴热水，冬季另辅以电热水器作为补充。论文参考网。
　　太阳能热水器的全寿命期费用大大低于电热水器和燃气热水器。据测定，1平方米面积的太阳能热水器可供2-3人使用，相比电热水器年节约500元左右，长期效益十分可观。反言之，一年四季完全利用高品味的电能制取低品味的卫生热水也是与当前的能源政策相背的。
　　因此，为引领、推动这一符合国家产业政策的朝阳行业在聊城地区的正确发展，我们专业人员共同参与、多方调研，对这一新技术的应用推广进行了一番探索、分析。现就主要结果向大家作简单汇报，希望大家多提宝贵意见：
　　一、首先，有必要简单介绍一下上述的传统太阳能热水器。
　　1、它是一种非承压式供水系统，集热器与蓄水箱组合为一体，热水箱为与大气相通的开式系统，其内胆与集热器均不承压。冷水上水管与热水取水管是同一根管路，上水时靠自来水的压力充水，下水（供应热水即取水）时以太阳能热水器的水箱产生的静压力为动力，同时，设一根溢流管以观察热水箱是否充满水（因溢流管仅作为信号管，设计时为降低造价其规格比上水管小一号）。因此，该形式又称为“落水式”系统。
　　2、经分析，认为该系统存在以下问题：一是用户使用不便，上水时需用心关照，用水时又担心热水是否够用，如水箱缺水使真空管处于干烧状态，则会降低其使用寿命――因此，太阳能热水器水箱不宜缺水；二是下层用户有较大的冷水损失（须把立管内的冷水放尽才能用热水）；三是热水箱内冷热水因密度差异而上下分层――热水在上冷水在下，这样造成设于水箱底部的下水管取用的是水箱内最低温度的那部分水，热利用效率低，尤其在少量洗刷用水时特别不便。
　　3、为解决用户上水不便的问题，可在太阳能上水管上安装电磁阀，根据水箱水位自动控制上水及停水，取消信号管。其造价约700元左右。更加智能的电磁阀还可根据水箱水温控制进水量，使用户水温恒定。
　　4、上述第二和第三个方面的问题可在使用和设计时采取措施改进：当少量洗刷用水时，可通过开启上水管阀门，而使用溢流管的热水－－类似于承压系统的“顶水式”。因溢流管管口设于热水箱顶部，故使用的是最高温度的热水，另溢流管下水无冷水损失。但同时，使用时也要注意两个方面的问题：一是因为上水的压力（自来水压力）大于溢流管下水压力（水箱与用水点的高差产生的静压力），加上溢流管管径较小，为防止屋顶溢流损失，上水阀不可全开；二是由于水箱内水位波动和溢流立管容积的蓄水量，溢流管出水较上水管阀门操作有一定的延迟性。
　　5、对应于上述使用方法，设计时亦应有所改进：
　　1）、上水管（阀）与溢流管应在同一个房间（最好在常用的卫生间）。
　　2）、溢流管末端应考虑放置移动式受水容器的空间条件，附近应有地漏。末端不宜加水嘴，以防操作不当造成溢流损失。移动式受水容器较之固定式卫生器具的优点主要是使用灵活，便于清洁。
　　3）、为便于使用，设计时可考虑溢流管与上水管同径甚至大一号。
　　6、针对非承压式系统存在的问题，有些厂家研制开发出承压式系统（依然是落水式），热水箱为闭式系统，内胆和真空管应能承受0.5MPa的压力。上水管从水箱底部进水，出水管从从水箱上部顶压出水。但该系统由于价格太高，对于适应传统太阳能热水器的用户不易接受，其推广应用受到限制。
　　二、对相当一部分场所如：高层住宅、宾馆客房、高校宿舍，由于受屋顶面积、上水压力、管路布置及运行管理等诸方面的制约，传统太阳能热水器已不能满足需要。论文参考网。目前，市场上已有多种分体式太阳能热水器投入使用，其主要特点是太阳能真空管集热器与储热水箱分开设置，太阳能真空管集热器根据需要设于屋顶或南向立面上，储热水箱置于屋顶水箱间、室内卫生间或阳台上，集热器与水箱之间通过自然或机械循环加热冷水，另水箱内设有电辅加热器，以弥补冬季太阳能热利用的不足。现以十二层的小高层住宅为例，对几种新型的太阳能热水器系统进行论证分析：
　　1、据初步了解，目前应用最广泛、技术最成熟的形式是集中式太阳能热水系统，其基本工作原理是：将集热器直接置于楼顶平面或在楼顶专门制作用于安装集热器的钢结构飘板，兼顾了建筑风格的美学要求；屋面露天或水箱间内放置蓄热水箱；水箱内用浮球阀控制水位，随用随补；集热器与热水箱之间通过机械循环泵完成冷热水的交换，为减少无效冷水损失，热水箱与用户之间也设有循环泵，以保证末端热水供应的可靠性，循环泵均采用定时定温自控措施，以节约运行费用；各用户设有水表进行用水计量。
　　该系统形式的主要优点是：便于集中管理，运行安全可靠；造价较低，户均初投资约3500元；因是机械循环，无效损失少；便于与建筑构件整合设计，增加整体的美观效果。
　　该系统形式最大的缺点是当入住率较低时，其总体运行管理费用（主要是管理人员和循环泵）分摊给30％以内的用户，就非常不合算，增加了物业管理的困难。例如：青岛市千禧龙花园就是一个典型的例子。
　　因此，该系统形式比较适合于集体公寓、学生宿舍、医院病房及宾馆客房等集中性强的场所，系统使用率高，末端用户计量又不要求十分精确。据调查，应用该系统的主要工程有：青岛市千禧龙花园；省交警培训中心；省建筑大学梅园1＃学生宿舍；济南市金马大酒店；聊城市公安交警小区（正施工中，尚未运行）等。
　　2、为避免邻里之间相互干扰，方便物业管理，针对开发住宅入住率低的特点，很多厂家研发生产了分户独立的承压式太阳能热水器，且已有大量的用户正在使用，技术可靠，运行稳定。论文参考网。其基本工作原理是：将集热器壁挂于每户南向阳台拦板或窗间墙上，热水箱根据需要置于阳台或卫生间内；加热介质在集热器与水箱内加热盘管间封闭循环，按其循环动力又可分为带水泵的机械循环形式和不带泵的自然循环形式；加热盘管间接加热水箱冷水，用户可利用自来水压力把水箱内加热后的热水顶压至器具配水点，管路暗敷于地面垫层或墙内，不影响室内美观。
　　该系统形式的主要优点是：各住户分散独立管理，互不影响；集热器与建筑南立面有机结合，充分利用空间，点缀装饰，效果突出；循环管路短，顶压出水，热利用率高。两种循环方式（集热器与水箱内加热盘管间的循环）相比，机械循环系统其技术更加成熟，运行更可靠，热水量及水温更加有保证，实际用户更多，经实测，循环泵采用定时定温自控措施后，其电力费用也非常有限。对自然循环系统而言，由于受层高的制约，其由位能形成的循环动力非常有限，太阳辐射强度对系统的影响很大，热水量及水温波动大，对更适合的介质尚处于研究阶段，用户较少。
　　据初步调查，机械循环系统形式的分户太阳能热水器每套价格约8000元左右；自然循环系统形式的分户太阳能热水器每套价格约5000元左右。对开发成本而言相对较高。
　　该系统形式较适合于无屋面集热器安装面积的别墅、开发的高档多层住宅及高层住宅。据调查，应用该系统的主要工程有：济南军分区高层住宅，皇明集团职工公寓。在北京及南方城市有较多用户。
　　 3、经分析认为：对建科置业小高层住宅工程，如屋面面积足够、卫生间内管道布置条件许可，则传统落水式太阳能系统应用在小高层住宅中的方案从技术上是可以解决的。具体设计原理和应用流程为：高区（上五层）从户内系统直接引出太阳能上下水管，其用法同多层住宅；低区（下五层）户内其它器具配水直接由市政供水系统供应，太阳能上（下）水管可从高区供水主立管通过单独水表引入户内，其操作方式同多层住宅。该系统形式投资低，操作方式已得到适应，运行管理方便。但其缺点是下几层的冷水损失较大，上几层卫生间内管道较多。
　　三、其实，太阳能应用正开启了多元化发展的局面。就太阳能直接供暖系统来说，随着节能建筑的实施和节能技术的深入推广，这一技术应用逐步成为可能，据权威部门测定，以聊城地区的五层住宅建筑而言，当仅在屋面设置集热器时，利用太阳能采暖可节能73.72％，当在屋面和南墙面面积的1/2均设置集热器时，利用太阳能采暖则可节能85.05％。太阳能光伏发电技术而今也有很成功的试验成果，随着科技进步，相信这一利国利民的技术应用会离我们越来越近，零能耗建筑已不是个别先例；间接利用的太阳能热泵技术应用也有了实质性的进展。
　　结语 太阳能应用推广功在当代，利在千秋。建筑由于有了太阳能热水器，不仅具备了高科技内容，也有了相应的高科技气息的外在表现形式。同时，太阳能热水器与建筑的整合、一体化设计又是不同方面的参与者，包括太阳能系统的制造企业、房地产开发商、建筑师及各专业的设计师之间的互动过程，因此，需要大家的积极关注、共同探索，才能创造出更多的以人为本的和谐建筑精品出来。