太阳能热水系统与建筑一体化设计探讨.doc

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太阳能热水系统与建筑一体化设计探讨

太阳能热水器与建筑一体化，至少应包括以下四个方面内容：

1.在外观上，实现太阳能热水器与建筑的完美结合，合理摆放太阳能集热器，无论在屋顶或立面墙上都要使太阳能集热器成为建筑的一部分，实现两者的协调与统一。

2.在结构上，妥善解诀太阳能集热器的安装问题，确保建筑物的承重、防水等功能不受影响，还要充分考虑太阳能集热器抵御强风、暴雪、冰雹等的功能。

3.在管道布局上，合理布置太阳能循环管路以及冷热水供应管路，尽量减少热水管路的长度，建筑物中都要事先留出所有管路的通口。

4.在系统运行上，要求系统可靠，稳定、安全、易于安装、检修、维护，合理解诀太阳能与辅助能源的匹配，尽可能实现系统的智能化全自动控制。

5.在使用寿命上，

目前，中国太阳热水器产业存在的问题主要表现在：

l全玻璃真空管是中国太阳热水器主要产品，虽然具有抗冻、高效等优点，但是存在承压能力差、易破碎漏水、不易与建筑结合等问题。

近几年来虽然出现了一些解决上述问题的方法和产品，但并未彻底解决产品和系统的可靠性和经济性问题。

l由于近年来全玻璃真空管及其太阳热水器生产技术的完善和公开，越来越多的小企业进入太阳热水器产业。

再加上产业管理滞后，使整个产业陷入无序竞争的境地，各企业竞相压价，虚假广告随处可见，大中型企业面临严重的威胁。

l在世界太阳能市场始终以平板型太阳热水器为主导产品的形势下，近年来中国平板型太阳热水器的产量却逐年减少，市场份额更是不断下降，这使得中国太阳热水器市场现状与当前世界太阳能市场主流形成了鲜明的反差。

l太阳热水器产品的质量监督和管理不力，国家级太阳热水器产品质量检测中心至今尚未建成，太阳热水器产品质量认证工作更未开展，因而假冒伪劣产品充斥市场，严重影响到太阳热水器在消费者中的声誉。

l太阳热水器与建筑一体化尚处于起步阶段，无论从系统开发、产品标准、设计规范、安装经验、宏观管理等方面都严重滞后。

各个企业的产品互换性差，不便于标准化设计；建筑设计单位缺乏相关的设计规范，不敢贸然设计。

l中国地域辽阔，气候差别很大，建筑形式多样，目前在太阳能与建筑一休化方面还缺乏成功的、可供学习和参考的样板；因而虽然不少房地产开发商对此很感兴趣，但由于看不到成功的样板，不敢轻易投资。

l中国的太阳能目前主要用于生活热水，太阳能热水和采暖组合系统还很少，太阳能制冷则更少，这在一定程度上也影响了太阳热水器产业的发展。

中国太阳热水器产业面临的机遇集中表现在：

l随着中国经济的快速发展及人民生活水平的逐步提高，农村城市化的速度将不断加快，农村（包括小城镇）对太阳热水器的需求也将不断加大，这将是今后中国太阳热水器急剧增长的市场。

l在城区实行的“煤改气{油、电}”等强制性环保措施，使宾馆等商业性单位的能源费用大幅上涨，为了降低运行费用，越来越多的单位将会安装太阳热水系统，因而太阳热水工程的需求量将会急剧增加。

l绿色环保已深入人心，节能与环保已成为今后住宅建设的主题。

太阳热水器将由现在的主要由用户购买，逐步转变为主要由房地产开发商在开发房屋时跟建筑统一设计，统一采购，同步施工，这将给太阳热水器产业带来巨大的市场潜力。

主要挑战

在进一步分析中国太阳热水器产业面临的主要挑战时，特别在深入分析实现太阳热水器与建筑一体化所遇到的主要障碍时，有必要对不同的群体分别进行考察。

这些群体包括：

太阳热水器企业、房地产开发商、建筑设计单位、质量监督机构、各级政府部门等。

1.太阳热水器企业（包括生产厂家、安装公司等）

l生产厂家还没有与建筑一体化的市场压力

l太阳能产品还不能适应与建筑一体化的要求

l建筑物有其自身的特点，要能够与建筑很好地结合的太阳集热器产品必须满足建筑的要求，如摆放位置、固定、防漏、检修、更换、颜色、外形等诸多方面。

目前国内的太阳集热器产品在此方面考虑的较少，无法很好满足建筑的要求。

例如：

真空管集热器的防漏水问题、承受压力问题、可靠性问题、外形与建筑结合的美观性问题等；平板集热器的固定问题、连接问题、摆放形式问题、热性能的提高问题，生产工艺的完善问题等。

l太阳能系统不能适应与建筑一体化的要求

与建筑结合的太阳热水系统必须可靠、稳定、寿命长，而现有的太阳热水系统采用直接加热热水，且多为敞开式常压系统，在系统的防冻、防垢、自动化运行以及与其它辅助加热设备的结合等方面都有待进一步提高和完善。

l太阳热水器企业中技术人员的专业不配套

太阳能生产企业中技术人员的专业多为机械、热能等，多年来致力于太阳热水器或太阳集热器本体的研制开发。

由于不了解房屋建筑技术，在解决太阳集热器与屋顶或房屋围护结构构造的结合问题时，就会感到有较大难度。

l太阳热水器企业中从业人员的素质较低

l太阳热水器缺乏必要的资金投入

房地产开发商

l对太阳热水器与建筑一体化的必要性认识不足

l对太阳热水器与建筑一体化缺乏了解和鉴别

l较难找到与建筑很好结合的太阳能产品和系统设计

由于目前没有相应的设计标准作规范，建筑设计单位不能提供系统技术设计，太阳能产品企业又没有过硬的、能够与建筑很好结合的太阳能产品，因而对如何在高层住宅、小高层、别墅等不同住宅，以及在坡屋顶、南阳台、立面墙等不同位置安装太阳热水系统，房地产开发商都得不到放心的产品和技术支持。

l太阳热水系统投资难以消化到经济型商品住宅的建筑成本中去

建筑设计单位（包括建筑、结构、给排水等专业）

l跟太阳热水器企业缺乏沟通

中国建筑设计单位过去基本上没有介入太阳热水系统的设计，对太阳热水系统不甚了解，而且在进行太阳热水系统设计时缺乏必要的基础设计参数，也得不到太阳热水器企业给出各自产品比较准确的技术参数，这就使建筑设计人员感到心中无数，导致对没有技术依据的太阳热水系统设计缺乏积极性。

l对太阳热水器产品质量缺乏信心

l对太阳热水器与建筑一体化设计缺乏依据

质量监督机构（包括标准、检测、认证等机构）

l还没有太阳热水器与建筑一体化的规范和标准

l权威性的太阳热水器产品质量检测中心尚未建立

l太阳热水器产品质量认证工作尚未开展

各级政府部门（包括可再生能源、住宅建设等部门）

l对太阳热水器市场宏观调控力度不够

l缺乏制定各种必要的激励政策

l对太阳热水器与建筑一体化的意识不强

一：

平屋顶

热水器直接安装在楼房或者平房的平面式的屋顶上（图1、图2），用钢丝绳或者预制配重件将热水器固定，这种安装方式在当前是最普遍的，热水器对屋顶的要求比较低，在支架下面垫上适当的平板就可以完全保护楼顶的防水层，由于平的屋顶比较宽敞，既便于安装工的安装、维修，也便于用户的日常维护。

二：

斜屋顶

这种热水器的后支腿很短，热水器直接安放在斜屋顶上（图3），热水器的重心很低，它的抗风性、可靠性非常好，皇明公司和房产开发商、建筑设计院合作，先后于2000年和2001年推出了水箱隐藏式（图4）、女儿墙式（图5）、前脊式（图6）太阳热水器，这三种都是在斜屋顶太阳热水器基础上进行改进的产品。

房产开发商和建筑设计院将太阳热水器作为建筑的一个功能性构件来考虑，设计院根据房屋结构结合产品的具体特点做出针对性房屋结构设计，如女儿墙式就是将热水器安装在加固的女儿墙上，前脊式就是在斜屋顶的前脊上根据热水器的尺寸预留出安装支撑，科学地做出相应的安装接口预留、管路布置预留或预埋，结构的优化。

这样既能降低成本，又便于热水器在建筑上的安装使用。

三：

别墅

家庭分体热水器在国外应用最广、技术最成熟的、使用最可靠。

它可以实现多管路、24小时大水量供应热水。

现在国际市场的太阳能集热器还是平板式集热器占主导地位，这种集热器虽然效率较高，可由于保温效果不好，限制了系统在寒冷的冬天的使用，皇明公司推出了干插、湿插几种集热器，这种真空管集热器是很有中国特色的，它能够保证系统在环境温度零下30℃的环境下正常工作，提供正常的热水供应，在国际市场均获得好评（图7）。

家庭分体热水器的集热器很好的和建筑结合，集热器贴合在建筑物的屋顶瓦面上（图8），不影响建筑的美观和谐，但由于其结构复杂，价格较高，在国内市场的推广还有一定的局限，主要应用于家庭别墅和复式结构的家庭住宅。

皇明公司的家庭分体热水器在借鉴国外先进经验的基础上增加了定温循环、管路保护的功能，考虑了用户长期出门时系统的安全，保证用户能更安全，更方便的使用。

四：

高楼

现在的大城市十几、二十几层的高楼越来越多，楼顶的面积已经不够所有的用户来安装热水器，而且有些地区买顶楼赠送楼层的政策也使得下面楼层的用户想要安装太阳热水器没有位置！

皇明公司针对市场特点生产了几种阳台式热水器（图9-11），热水器安装在阳台外的预留空间内，或者直接安装在南立墙上，这能够解决很多的想要安装太阳热水器却没有安装地点的用户的烦恼，这几种热水器有的是在家庭分体热水器基础上进行的改进，有的是在皇明公司其它产品上进一步优化的产物，有了各种形式的太阳热水器可为了保证用户能够更安全方便的使用，需要热水器生产厂和建筑设计院、施工单位展开全面的合作，热水器生产厂根据用户的用水情况确定热水器的尺寸、安装位置等参数，建筑设计院要根据太阳能热水器的结构预留安装位置、设计图纸，包括预埋冷、热水管路！

五：

工程

有些高级住宅区现在24小时供应热水，按照实际用量收取水费，这时候热水工程是首要的选择，热水器工程不但能体现生产厂的能力，大大的提高生产厂和销售商的形象，几十台太阳热水器整齐的安装在楼顶非常整齐、气派（图12、图13）。

这样的小区往往都会成为当地的形象工程，房地产的价格也会攀升，而现在国内很多地区越来越多的用户在购买房屋时会把新房的配套设施中是否有太阳能热水器看成一个重要的参考因素。

开始的热水工程只是几台或者几十台热水器在楼顶上采用串联、并联的形式安装，分管路给每个用户供应热水，由于楼顶面积小而用户热水用量大往往会出现热水不够用的现象。

现在皇明公司的工程主要是联集管集热器工程（图14），这种太阳热水系统实现了热水器水箱与集热器的分离，由电脑对整个系统进行控制。

由于热水器集热器的重量较轻，工程安装时不会对房子的屋顶造成破坏，而热水器的集热器是模块化结构，可以任意组装，能够做的很高，不受楼顶面积的限制而且这种热水工程可以实现远程供水，像暖气供热一样不受距离的限制。

太阳能集热器的优越性早为人们所认同，已使用多年。

但在住宅建筑中都将其视为一种设备，支或挂附在建筑物的墙面、屋面上。

其特立独行的模样影响了建筑的观瞻，以至于许多地区从整顿市容的角度出发，要求拆除群众自发安装的太阳能集热装置。

怎样解决好上述问题，即有效利用太阳能又美化建筑环境，这就成了广大业内人士十分关注的问题。

太阳能与建筑一体化是太阳能健康发展的必由之路。

国家发改委、建设部都在热情关注、支持这一事业的发展并相继在全国范围内建立了一批太阳能与建筑一体化试点工程项目，对这一事业的发展起到了协助推动的作用。

北京九阳实业公司和北京天鸿房地产开发有限责任集团公司联合承担的国家发改委、建设部太阳能与建筑一体化试点项目——北京项目，通过双方的密切配合，使项目本身达到非常好的效果，获得了国家发改委组织的外国专家组的一致好评。

下面我们介绍一下我们在工程设计和实践中的一些基本思路和做法。

一、集热产品的选择

集热器产品主要有全玻璃真空管式、热管式和U型管式、平板式几种。

全玻璃真空管式，效率高，四季均可提供生活热水，但与平板式集热器相比，存在一定的安全隐患，即有可能发生爆管的问题。

热管式效率高，系统较成熟，无安