太阳能在建筑节能中的应用

太阳能在建筑节能中的应用 李怀恩 新奥集团太阳能有限公司 概述 随着社会的进步，建筑能源消耗量也迅速增加。国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右， 美国占40%。我国建筑能耗统计数据不多，按广义能耗统计，1995年建筑能耗占总能耗的41.7%，其中建筑物运 行能耗占15.8%，建材生产能耗占24.5% ,建筑施工能耗占1.5%。另一方面，我国的温室气体排放量仅次于美国， 居世界第二位，环境保护形势严唆。世界各国都已经认识到推动现代文明的常规能源带来的环境危机和储量危机， 已经日益威胁到人类的生存。开发新的替代能源，构筑可持续发展的能源基础，将是一种必然的选择。世界上大 多数国家开始实施新建筑的强制性节能，新能源和可再生能源的利用，尤其是太阳能在住宅中的应用也被提 上了议事日程。现在欧洲及美国、日本等国已出现了太阳热水、太阳能采暖一降温、太阳电池发电与建筑一体化 的新型示范性建筑。可以预见，21世纪太阳能建筑在能源、环境和经济的可持续发展进程中，必将起到重要的 作用 在建筑物的运行能耗中，生活热水和采暖占了能源消耗的很大比重。随着经济水平和生活水平的提高，人们 对热水的需求越来越大。热水不仅用于沐浴，还要洗衣、洗酗,温水冲车等。家庭热水中心的拥有者得到的不仅 是舒适的享受，也体现了一种健康的绿色文明。可以说生活热水的使用是衡量生活水平和社会文明程度的标志。 那么生产生活热水要消耗多少能源呢?据有关资料表明，在发达国家，生活热水所消耗的能源已占能源消耗总量 的25-30%，除少量是集中供应热水外，大多是在用高品位的电能或燃气来生产低品位的热水，浪费特别惊人。许 多工业化国家，太阳能热水器已列为与建筑配套的卫生设备的一部分。 配备太阳能热水器。 例如在以色列，凡是新建的私人住宅必须 我国正处在向小康水平迈进的重要阶段，人们在逐渐满足了住房需求之后，生活热水已逐渐成为人们生活的 必需。从节能、环保和改善人们生活条件等因素考虑， 据中国农村能源行业协会2000年产业发展报告， 在住宅中采用太阳能热水器提供生活用热水已是大势所趋。 2000年的太阳能热水器总销售量已经达到610万平方米， 总保有量达到2600万平方米，成为名副其实的世界上最大的太阳能热水器应用国。太阳能热水器市场近几年之 所以取得较快的扩张，主要得益于以下几个因泰 资源丰富。中国具有丰富的太阳能资源和良好的开发利用基础。 据统计，中国的太阳能年辐照总量超过520万千焦/平方米。年日照时数在2200小时以上的地区占国土面积的 三分之二以上，这些都为中国的太阳能发展与普及提供了良好的资源基础。 构造原理 太阳能热水器是利用集热器吸收阳光，并将光能转化为热能，再通过储热箱将热水储存备用的全套装置。经 过多年的研究和开发，中国的太阳能热水器产品已形成真空管、平板型和闷晒型三大技术主流。 一目前，除小型家用太阳能热水器外，大型太阳能热水系统工程已广泛应用于学校、机关、宾馆等公共场所。 414 ~~~~~~~，喇， .~~，一，，.月，.，.曰.. 一 — — 筑 龙 网 ww w. zh ul on g. co m Administrator 新建图章 会 W7黔1A; P,&V9 2001lf-)} - }设备篇) 太阳能热水器集热工程 要使太阳能热水器真正与建筑有机结合在 一起，必须把它作为建筑的一个组成部分、与建筑达成完美统一。 针对这种情况，新奥集团太阳能有限公司开发了多种可灵活应用于各种建筑物的全新太阳能热水器产品，主要 有:内插U形管式双循环太阳能热水器/系统;分体壁挂式双循环太阳热水器:热管承压式太阳热水器;真空储 热式太阳热水器 I.内擂U形管式主动双衡环太用能热水器系统 川 内插U型管式双循环太阳能热水器系统的优点:集热器与储热水箱分离放置，系统安装不受限制。集 热器可根据建筑物的结构特点灵活安装，达到与建筑物的整体和谐统一。储热水箱采用承压结构设计，水流畅快， 可同时满足多处用水。双循环系统设计彻底解决防冻、防垢问。辅以常规能源可与家庭采暖系统组合使用。 (2)内插U型管式双循环太阳能热水器系统的技术参数 .— 外形尺寸 1992 x 990 x 154mm 集热管规格 中 58 x 1800 使用层高.Om 有效吸热面积1.6mZ 110升 外包装尺寸 2065 x 1035 x 270mm 平均热损系数< 4W..'m2K 吸 收 率 》 90% 发射比<0.07 管程压降0.6米水柱 重 量 59kg 产热水量 执行标准 集热器主要材料 不锈钢/紫铜 空晒温度 240'C 玻璃 高硼硅玻璃 Q/XT05-2001 保质期 3年 内插U形管式双循环太阳能热水器系统运行示意图 这种双循环太阳能热水器系统代表了目前世界上太阳能热 利用的先进水平。系统采用温差式控制器控制运行，当集热器 出口处的温度达到一定的设定值且比储热水箱的水温高出一定 差值时，控制器启动循环泵运行，系统全天耗电量小于0.8kw· h。太阳能集热器、膨胀箱、循环泵，换热器、连接管道等组成 了第一循环回路。太阳集能热器吸收的热量通过第 一循环回路 再把热传给储热水箱中的冷水，将其加热至使用温度。循环传 热介质为防冻液体，可保证在一30℃以下的严寒条件下可靠使 用。 为保证安全。在储热水箱上设置了T/P式安全阀，在系统 管路中设置了膨胀箱。储热水箱中还可选配辅助电加热器等。 415 筑 龙 网 ww w. zh ul on g. co m 下图为内插U形管式双循环太阳能热水器系统在建 筑物上的典型应用，集热器与整个建筑物的结合浑然为 一体。 另外，在不同地区和不同类型的建筑中，还可应用 太阳能进行辅助采暖。根据当地太阳能资源条件，常规能 源供应情况，建筑功能，热负荷和周围环境条件等因素 进行综合经济分析，以确定适宜的辅助热源和合理的太 阳能供暖率。下图为结合壁挂式燃气采暖炉的太阳能辅 助采暖系统示意图。 _ _ 一 ⋯ U形管双循环太阳热水器/系统运行示意图 U形管双循环太阳热水器/系统的实际应用 太阳能热水系统作为最简单、最行之有效的节能设施，应 该是建筑节能的必备项目。太阳能热水系统也只有同建筑业相 结合，才能有更大的市场。为了提高太阳能在建筑上的应用水 平，建设部已将太阳能建筑应用作为建筑节能工作的重要组成 部分，列入建筑节能 “九五计划和2010年规划”中。同时积 极筹备，酝酿实施 “中国住宅阳光计划”，以此来推动太阳能 在住宅建筑中的应用。 存在问题 I.妾国太ATV能热水器行业面筋的问月。 我国太阳能热水器行业发展速度之快，拥有数量之多，生产能力在世界上占首位，受到一些国际组织和一些 国家的关注。近几年来产品技术水平，产品档次虽然有了很大提高，但从总体上说还存在不少问题。主要有以下 几方面:一是应用范围比较窄，只提供家庭或集体洗浴热水;二是产品设计、制造、工艺控制、使用寿命与国外 产品存在差距;三是产品技术标准，手段以及认证管理上不完善;四是与建筑结合上没有很好解决，缺乏统 一的安装。目前，在家用太阳能热水系统中，我国普遍采用的是直插式真空管太阳热水器，安装方式上大多 处于一种事后安装、无序安装的状态。这种安装方式因其设置位置和管线布置难以与建筑平面及空间布局相协调， 不仅破坏了建筑结构的整体形式美，还可能对建筑的构件造成一定程度的损害。而且，这种热水器有其很难克服 的弱点，即冬季容易冻结等缺陷。 2.当前太fill能与建筑有机结合中还存在的问石。 (I)在政策法规方面:首先太阳能热利用行业现在还没有一系列完整的行业标准出台，必须尽快颁布实施国 家标准，使太阳能热利用产品在生产、质检、安装等方面有法可依，有章可循。要使太阳热水器真正地与建筑有 机地结合在一起，就应把它作为建筑的一个有机组成部分即建筑构件来进行设计，同其它建筑构件(如门窗)一样 编制相应的建筑安装标准图，制定相应的质量验收标准。同时作为建筑构件，不仅要考虑其安装部位，还必须考 虑其在相应部位所能综合的相应建筑构件的部分功能〔如防护功能，屋面保温、防水功能)，这样才能使之与建筑 形成有机的整体，保证建筑的整体质量。 (2)在技术方面:太阳能热水系统工程应在建筑物设计开始时就作为建筑物组成部分一同考虑，使其得 到合理的配套使用。太阳能工程技术人员应向建筑设计人员提供原始的技术参数和工艺要求，根据客户使用热水 量要求提出热水箱的外形尺寸和质量，以便建筑设计人员进行载荷计算和合理位置排Ail提供热水器的占地面积， 416 筑 龙 网 ww w. zh ul on g. co m 奋 M黯烈:"b嘿 2001 T-)C}wu} INTERNATIONAL UNION OF BUILDING CENTRES‘设备扁) 安装倾角，使建筑设计人员能够合理地安排基座位置;太阳能技术人员应向水电设计人员提供用户日用热水总量 和热水管道走向及管道保温工艺要求，使设计人员能够采用最合理的管道布置方案，以尽量减少施工成本。太阳 能技术人员并同时提出辅助用电总容量，使其考虑是否设计专用供电线路，以确保系统日后的正常使用。 (3)在施工方面:应配合土建工程进度同步施工，以达到低成本，高质量效果。如果事后安装，必然对建筑 的形象和构件造成一定程度的损害，同时其设置位置和管线布置也难以与建筑平面功能及总体布局相协调。与土 建同步施工后，可根据其进度按设计规范要求对管道井、水箱位置以及集热器底座位置进行合理预留出口、预埋 钢板固定座等，以便保证日后安装的安全性和可靠性。对管道施工应配合指导管道工严格按设计规范要求进行， 特别注意管道保温工艺处理、管道走向及接头质量等。 (4)在安全运行方面:要采取相应的防护措施，确保太阳能热水系统能够长期运行。在沿海地区要考虑抗8 级以上大风的措施。为r系统使用安全可靠，对整个系统特别是对采用辅助电加热系统，应安装漏电保护装置和 防雷装置，以确保整个系统处于保护范围内。 太阳能热利用设备的设计、生产厂家也应从建筑师那里获得建筑对其设备要求的反馈信息，并据此作出符合 建筑使用要求的设计。这样才能推动太阳能热利用设备在建筑上的推广应用，进而促进太阳能产业健康、蓬勃的 发展 作者介绍 新奥集团是一家以洁净能源利用为主导产业的综合性企业集团。新奥集团以改善民众生活环境，提高人 民生活质量为日的。在常规能源利用领域，新奥集团拥有在香港上市的新奥燃气控股有限公司，主要从事城 市天然气利用.在新能源领域新奥集团立足太阳能光热利用领域产品的开发和生产。 新奥集团太阳能有限公司是以太阳能开发、利用为主的中澳合资的高科技企业。集科研、开发、生产、 销售为一体。公司于2000年获得了娜威船级社(DNV)IS09002质量体系认证证书及中国电工产品长城认证 证书。公司生产的新奥向日葵牌太阳热水器获 “国家住宅与居住环境工程中心推广项目”、河北省“名牌产 品”等殊荣，太阳能热水工程在全国具有较高知名度，拳头产品全玻璃真空集热管达到国际先进水平。公司 自主开发的全玻璃真空储热式太阳热水器和内插U形管式双循环太阳热水器/系统在2001年6月在西安召 开的全国房地行业协会上被中国房地产协会作为 “住宅应新技术(产品)“向全国房地产行业推荐。 地 址:河北省廊坊经济技术开发区华祥路 邮 编:065001 电 话:0316 - 6079954 传 真:0316一6079901 417 筑 龙 网 ww w. zh ul on g. co m