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摘要：近年来随着国家大力推进建筑节能、环境保护工作.可循环再生、无污染、投入少的太阳能逐渐得到重视而在我国建筑领域中太阳能技术最成熟、应用范围最广，产业化发展最快的应当是太阳能热水系统。本文即详细阐述了太阳能技术在建筑热水系统设计中的应用。
关键词：太阳能；建筑；热水系统；壁挂炉；节能
中图分类号：TK511文献标识码：A
太阳能技术概述
（一）太阳能产生的原理
太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳向宇宙空间发射的辐射功率约为3.8×1023kW的辐射值，其中20亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的太阳能，30%被大气层反射，23%被大气层吸收，其余的到达地球表面，其功率约为8×1014kW，地球轨道上的平均太阳辐射强度约为1367W/m2，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量，可见太阳能的能量有多么巨大。
（二）太阳能的利用
1、光热利用
将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气等加以利用。
2、光电利用
利用光伏板组件，在阳光下便会产生直流电加以利用。
3、光化学利用
利用太阳光的照射，使某些物质发生化学反应，进而得到新物质加以利用。
（三）太阳能的特点
1、太阳能的优点
太阳能资源丰富，取之不尽，用之不竭，在使用过程中不会产生废物，对自然环境没有任何污染；太阳能可以免费使用，又无需运输，长期的经济效益较高。目前为止，利用的太阳能仅是其中的很少部分，而今后随着科技的进步，太阳能逐步市场商业化，将带动相关产业的飞速发展，潜力巨大。
2、太阳能的缺点
受条件限制较大，太阳能因地而异，因时而变，一次性投资较大。
太阳能技术应用于建筑热水系统中存在的问题
近年来，太阳能特别是太阳能热水系统在建筑领域发展迅猛。相比而言，太阳能热水系统构造简单、技术含量不高、生产投入不大、与消费者日常生活使用关系密切因此较早得到广大人民群众的认可。
在看到太阳能应用存在美好前景的同时，我们也应看到目前存在的一些问题。
（一）缺乏统一规划设计、影响城市景观
一些地方城市对新建居民小区在规划和建筑设计阶段没有做出安装太阳能热水系统的要求，不少居民在建筑完工交付使用后，出于经济节约的角度出发自发地在小区楼顶安装太阳能热水系统。
而对一些老旧的居民小区因为缺乏统一规划和设计，居民也多自发安装。这样安装在屋顶的太阳能热水器先天不足，没有合适的安装位置和朝向，高低不一、大小不等，显得杂乱无章，影响了城市的美观。
（二）存在安全隐患
自发安装的太阳能热水系统，不管是新建建筑还是既有旧建筑，都缺乏足够的安装位置、缺乏统一规划、设计，加之施工队伍的良莠不齐，对建筑外墙甚至结构有一定的影响，在建筑防水、承重等方面留下隐患。居民自行安装，还容易造成防风与避雷等方面的安全隐患。
（三）受益群体不集中
目前太阳能的应用大多仅局限于居民个人，大多数居民使用太阳能热水系统是出于个人家庭的考虑对现有热水系统加以改造或增加，还仅仅是个人行为，整个建筑乃至整个居民小区统一规划、统一设计、整体配套充分合理利用太阳能的少之又少。另外居民小区建筑屋顶所有权存在争议，后期物业管理、维护留下诸多问题。
太阳能技术在建筑热水系统中的应用
（一）太阳能热水系统的选择
由于太阳能系统集热的不均匀性，使太阳能系统的热水供应具有不稳定性，即夏季供水温度高，冬季供水温度低；晴天供水温度高，阴天供水温度低；白天供水温度高，晚上供水温度低。因此，全年运行的集中式太阳能热水供应系统需要补充热源。
目前，补充热源主要是燃油炉或燃气炉，也有用电进行的，由于燃气炉(统指燃气热水器、燃气壁挂炉、燃气锅炉)能够非常迅速方便地为人们提供热水，或在提供热水的同时提供采暖，因此以太阳能供热为主、家用燃气壁挂炉为辅的供热联合系统在北方较为实用。
太阳能联合供热系统分为两种情况:一是热水供应系统，二是热水供应系统 +采暖系统.太阳能在非采暖季提供基本全部生活热水，连续阴雨天时以辅助热源燃气壁挂炉作为补充；在采暖季与燃气壁挂炉联合供应生活热水和采暖所需热量。生活热水基本由太阳能热水系统供应，太阳能热水系统生活热水负荷和采暖负荷的结合可以使系统效率大为提高，避免因为长期不用热水带来的浪费。由于太阳能热水系统的应用，节约了大量不可再生能源，同时降低了 CO、等有害气体的排放量。
（二）太阳能热水系统的应用原理
太阳能热水系统主要用于提供生活热水和部分采暖负荷，即采用壁挂炉为辅助热源的双效太阳能热水系统。太阳能热水系统原理图如图所示。
图 壁挂炉为辅助热源的双效太阳能热水系统
集热系统为强制循环承压式间接系统，采暖系统采用地板辐射采暖系统。由于地板辐射采暖系统供水温度一般可在 40℃左右，因此集热系统的工作温度可以相应较低。
每栋楼的太阳能集热系统集中设置在屋顶，集热系统按不同楼分别设置。楼内每户设一台燃气壁挂炉、一个贮热水箱和一台集热系统循环泵，生活热水上水通过自来水水压顶水，采暖系统热水循环由壁挂炉所带的循环泵提供动力。
太阳能热水由楼顶集热系统统一制备，由公共的立管通过管井与各户户内系统同程连接。户内的集热系统循环泵采用温差控制，当集热器阵列出口温度与户内贮热水箱底部温度之差高于设定值时户内的集热系统循环泵启动将楼顶产生的热量换入贮热水箱中。
在使用生活热水时，当贮热水箱出水已达到壁挂炉生活热水设定温度时，由太阳能直接提供生活热水，否则启动壁挂炉将水箱出水加热到设定温度后供给用水点。在供暖时，地板辐射采暖系统回水先通过贮热水箱内的换热器换热，如果
供暖系统出水箱后的循环水温度已达到壁挂炉设定的供水温度，则壁挂炉不启动，直接依靠太阳能系统供暖，否则启动壁挂炉将水箱出水加热到设定温度后供给地板辐射采暖系统。
考虑到北方地区的冬天漫长而寒冷，集热系统采用间接系统，热媒采用防冻液，以解决防冻问题。
太阳能热水系统由于每户平均集热面积较大，在非采暖季需要采取措施防止集热系统中水温过高给系统带来伤害并防止烫伤。因此，当户内水箱顶部温度高于设定值时，集热系统循环泵将停止工作，系统处于闷晒状态，集热系统元器件必须以闷晒温度为工作温度选取，以免发生高温下系统元器件的失效。
（三）太阳能热水系统的经济、社会效益分析
1、节能预测分析
采用太阳能热水系统来替代常规的电力或燃气向小区供应生活热水，阴雨天时偶尔需要利用燃气壁挂炉作为辅助热源，生活热水系统常规能源的需求被降低到了最小；采用太阳能热水系统还可以解决部分采暖能耗，具有巨大的節能效应。
2、环境影响分析
通过减少常规能源的消耗，可再生能源系统可以有效减轻对环境的负面影响。太阳能系统在工作过程中不会向周围环境产生任何排放物。
四、太阳能热水系统在建筑领域的未来
（一）应从技术标准的高度解决太阳能热水系统与建筑结合问题
太阳能热水系统与建筑、结构的结合，就是把太阳能热水系统产品作为建筑构件安装，使其与建筑有机结合。不仅是外观、形式的结合，更重要的是技术、质量的结合。这要求有相关的设计、安装、施工与验收标准与之相配套，从技术标准的高度解决太阳能热水系统与建筑结合问题，这是太阳能热水系统在建筑领域得到广泛应用、促进太阳能产业快速发展的关键。
随着太阳能系统与建筑结合技术的发展，人们需要的是不论外观上还是整体上都能与建筑物以及周围环境协调、风格统一、安全可靠、性能稳定、布局合理的太阳能热水系统。
（二）加快太阳能利用系统关键技术研究
太阳能节能技术、节能产品如何与建筑物融为一体，应是太阳能利用技术的努力方向。如何充分利用建筑外立面与顶层最大化利用太阳能；如何既不对建筑结构及材料的使用寿命造成破坏，也不影响建筑的外观效果同时太阳能系统安全可靠、性能稳定具有高耐久度；如何实现太阳能系统与建筑的真正一体结合，实现标准化、模块化、数字化目标，都是今后重点研究方向。
（三）培育和发展太阳能行业的骨干企业
国家可培育和发展一批符合住宅产业现代化要求的产业关联度高、带动能力强的龙头企业建立国家级住宅产业化基地。培育和发展太阳能行业的骨干企业，重点研究太阳能利用系统关键技术，从根本上解决太阳能热水系统与建筑结合的问题，加快促进太阳能技术在建筑与住宅领域中的应用与发展。
参考文献
[1]师红晔.太阳能生活热水系统与建筑结合设计在河湟小区一期工程中的应用[J].价值工程，2011.16.
[2]高军林，刘玉山，吉顶，范国辉.太阳能与建筑一体化的实践[J].节能与环保，2006.11.
[3]张颖，杨建荣，葛曹燕，秦未末.建筑一体化太阳能热水系统运行综合评价[J]. 住宅科技，2008.5.
[4]王月欣.太阳能热水系统与中高层住宅的完美结合的技术应用[J].黑龙江科技信息，2010.4.
关键词：太阳能；建筑；热水系统；壁挂炉；节能
中图分类号：TK511文献标识码：A
太阳能技术概述
（一）太阳能产生的原理
太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳向宇宙空间发射的辐射功率约为3.8×1023kW的辐射值，其中20亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的太阳能，30%被大气层反射，23%被大气层吸收，其余的到达地球表面，其功率约为8×1014kW，地球轨道上的平均太阳辐射强度约为1367W/m2，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量，可见太阳能的能量有多么巨大。
（二）太阳能的利用
1、光热利用
将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气等加以利用。
2、光电利用
利用光伏板组件，在阳光下便会产生直流电加以利用。
3、光化学利用
利用太阳光的照射，使某些物质发生化学反应，进而得到新物质加以利用。
（三）太阳能的特点
1、太阳能的优点
太阳能资源丰富，取之不尽，用之不竭，在使用过程中不会产生废物，对自然环境没有任何污染；太阳能可以免费使用，又无需运输，长期的经济效益较高。目前为止，利用的太阳能仅是其中的很少部分，而今后随着科技的进步，太阳能逐步市场商业化，将带动相关产业的飞速发展，潜力巨大。
2、太阳能的缺点
受条件限制较大，太阳能因地而异，因时而变，一次性投资较大。
太阳能技术应用于建筑热水系统中存在的问题
近年来，太阳能特别是太阳能热水系统在建筑领域发展迅猛。相比而言，太阳能热水系统构造简单、技术含量不高、生产投入不大、与消费者日常生活使用关系密切因此较早得到广大人民群众的认可。
在看到太阳能应用存在美好前景的同时，我们也应看到目前存在的一些问题。
（一）缺乏统一规划设计、影响城市景观
一些地方城市对新建居民小区在规划和建筑设计阶段没有做出安装太阳能热水系统的要求，不少居民在建筑完工交付使用后，出于经济节约的角度出发自发地在小区楼顶安装太阳能热水系统。
而对一些老旧的居民小区因为缺乏统一规划和设计，居民也多自发安装。这样安装在屋顶的太阳能热水器先天不足，没有合适的安装位置和朝向，高低不一、大小不等，显得杂乱无章，影响了城市的美观。
（二）存在安全隐患
自发安装的太阳能热水系统，不管是新建建筑还是既有旧建筑，都缺乏足够的安装位置、缺乏统一规划、设计，加之施工队伍的良莠不齐，对建筑外墙甚至结构有一定的影响，在建筑防水、承重等方面留下隐患。居民自行安装，还容易造成防风与避雷等方面的安全隐患。
（三）受益群体不集中
目前太阳能的应用大多仅局限于居民个人，大多数居民使用太阳能热水系统是出于个人家庭的考虑对现有热水系统加以改造或增加，还仅仅是个人行为，整个建筑乃至整个居民小区统一规划、统一设计、整体配套充分合理利用太阳能的少之又少。另外居民小区建筑屋顶所有权存在争议，后期物业管理、维护留下诸多问题。
太阳能技术在建筑热水系统中的应用
（一）太阳能热水系统的选择
由于太阳能系统集热的不均匀性，使太阳能系统的热水供应具有不稳定性，即夏季供水温度高，冬季供水温度低；晴天供水温度高，阴天供水温度低；白天供水温度高，晚上供水温度低。因此，全年运行的集中式太阳能热水供应系统需要补充热源。
目前，补充热源主要是燃油炉或燃气炉，也有用电进行的，由于燃气炉(统指燃气热水器、燃气壁挂炉、燃气锅炉)能够非常迅速方便地为人们提供热水，或在提供热水的同时提供采暖，因此以太阳能供热为主、家用燃气壁挂炉为辅的供热联合系统在北方较为实用。
太阳能联合供热系统分为两种情况:一是热水供应系统，二是热水供应系统 +采暖系统.太阳能在非采暖季提供基本全部生活热水，连续阴雨天时以辅助热源燃气壁挂炉作为补充；在采暖季与燃气壁挂炉联合供应生活热水和采暖所需热量。生活热水基本由太阳能热水系统供应，太阳能热水系统生活热水负荷和采暖负荷的结合可以使系统效率大为提高，避免因为长期不用热水带来的浪费。由于太阳能热水系统的应用，节约了大量不可再生能源，同时降低了 CO、等有害气体的排放量。
（二）太阳能热水系统的应用原理
太阳能热水系统主要用于提供生活热水和部分采暖负荷，即采用壁挂炉为辅助热源的双效太阳能热水系统。太阳能热水系统原理图如图所示。
图 壁挂炉为辅助热源的双效太阳能热水系统
集热系统为强制循环承压式间接系统，采暖系统采用地板辐射采暖系统。由于地板辐射采暖系统供水温度一般可在 40℃左右，因此集热系统的工作温度可以相应较低。
每栋楼的太阳能集热系统集中设置在屋顶，集热系统按不同楼分别设置。楼内每户设一台燃气壁挂炉、一个贮热水箱和一台集热系统循环泵，生活热水上水通过自来水水压顶水，采暖系统热水循环由壁挂炉所带的循环泵提供动力。
太阳能热水由楼顶集热系统统一制备，由公共的立管通过管井与各户户内系统同程连接。户内的集热系统循环泵采用温差控制，当集热器阵列出口温度与户内贮热水箱底部温度之差高于设定值时户内的集热系统循环泵启动将楼顶产生的热量换入贮热水箱中。
在使用生活热水时，当贮热水箱出水已达到壁挂炉生活热水设定温度时，由太阳能直接提供生活热水，否则启动壁挂炉将水箱出水加热到设定温度后供给用水点。在供暖时，地板辐射采暖系统回水先通过贮热水箱内的换热器换热，如果
供暖系统出水箱后的循环水温度已达到壁挂炉设定的供水温度，则壁挂炉不启动，直接依靠太阳能系统供暖，否则启动壁挂炉将水箱出水加热到设定温度后供给地板辐射采暖系统。
考虑到北方地区的冬天漫长而寒冷，集热系统采用间接系统，热媒采用防冻液，以解决防冻问题。
太阳能热水系统由于每户平均集热面积较大，在非采暖季需要采取措施防止集热系统中水温过高给系统带来伤害并防止烫伤。因此，当户内水箱顶部温度高于设定值时，集热系统循环泵将停止工作，系统处于闷晒状态，集热系统元器件必须以闷晒温度为工作温度选取，以免发生高温下系统元器件的失效。
（三）太阳能热水系统的经济、社会效益分析
1、节能预测分析
采用太阳能热水系统来替代常规的电力或燃气向小区供应生活热水，阴雨天时偶尔需要利用燃气壁挂炉作为辅助热源，生活热水系统常规能源的需求被降低到了最小；采用太阳能热水系统还可以解决部分采暖能耗，具有巨大的節能效应。
2、环境影响分析
通过减少常规能源的消耗，可再生能源系统可以有效减轻对环境的负面影响。太阳能系统在工作过程中不会向周围环境产生任何排放物。
四、太阳能热水系统在建筑领域的未来
（一）应从技术标准的高度解决太阳能热水系统与建筑结合问题
太阳能热水系统与建筑、结构的结合，就是把太阳能热水系统产品作为建筑构件安装，使其与建筑有机结合。不仅是外观、形式的结合，更重要的是技术、质量的结合。这要求有相关的设计、安装、施工与验收标准与之相配套，从技术标准的高度解决太阳能热水系统与建筑结合问题，这是太阳能热水系统在建筑领域得到广泛应用、促进太阳能产业快速发展的关键。
随着太阳能系统与建筑结合技术的发展，人们需要的是不论外观上还是整体上都能与建筑物以及周围环境协调、风格统一、安全可靠、性能稳定、布局合理的太阳能热水系统。
（二）加快太阳能利用系统关键技术研究
太阳能节能技术、节能产品如何与建筑物融为一体，应是太阳能利用技术的努力方向。如何充分利用建筑外立面与顶层最大化利用太阳能；如何既不对建筑结构及材料的使用寿命造成破坏，也不影响建筑的外观效果同时太阳能系统安全可靠、性能稳定具有高耐久度；如何实现太阳能系统与建筑的真正一体结合，实现标准化、模块化、数字化目标，都是今后重点研究方向。
（三）培育和发展太阳能行业的骨干企业
国家可培育和发展一批符合住宅产业现代化要求的产业关联度高、带动能力强的龙头企业建立国家级住宅产业化基地。培育和发展太阳能行业的骨干企业，重点研究太阳能利用系统关键技术，从根本上解决太阳能热水系统与建筑结合的问题，加快促进太阳能技术在建筑与住宅领域中的应用与发展。
参考文献
[1]师红晔.太阳能生活热水系统与建筑结合设计在河湟小区一期工程中的应用[J].价值工程，2011.16.
[2]高军林，刘玉山，吉顶，范国辉.太阳能与建筑一体化的实践[J].节能与环保，2006.11.
[3]张颖，杨建荣，葛曹燕，秦未末.建筑一体化太阳能热水系统运行综合评价[J]. 住宅科技，2008.5.
[4]王月欣.太阳能热水系统与中高层住宅的完美结合的技术应用[J].黑龙江科技信息，2010.4.