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太阳能热水系统的综合应用论文本文由szwben008贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 太阳能热水系统的综合应用 史哲文 长江大学工程技术学院城市建设系 摘要: 摘要:随着我国经济的发展,能源作为经济和社会发展的重要物质基础,其需求出现了一 个持续增长的态势, 尤其是近年来伴随着我国迅速发展的建筑业同时也带来了建筑能源的迅 猛增长.建筑能耗已接近全国总能耗的百分之三十,并将持续增加,随着人们生活水平的提 高和小康社会的建设,人们对生活热水的需求量将会越来越大.而我国既是一个煤炭,石油 以及天然气等常规能源消耗的大国, 又是常规能源资源短缺的国家, 以常规能源为主的能源 结构产生大量的污染物, 给我国整体环境造成了巨大的污染, 一次性能源为主的能源开发利 用模式与生态环境矛盾的日益激化,使人类社会的可持续发展受到严峻挑战.因此,大力开 发利用清洁可再生能源太阳能是优化能源结构, 改善环境, 促进经济社会可持续发展的战略 之一.其中太阳能热水系统的综合应用即是太阳能合理利用的典范.目前,太阳能热水系统 在住宅工程中已有较大规模的应用, 但是在与建筑的一体化设计方面还很不成熟, 在实际工 程应用中也出现了许多问题. 如何在建筑设计中解决应用太阳能热水系统带来的一系列构造 变化,是目前急需解决的问题. 关键词: 关键词:太阳能,太阳能热水系统,系统应用,系统分类 1.太阳能热水系统分类 太阳能热水系统分类 太阳能热水系统一般包括太阳能集热器,储水箱,循环泵,电控柜和管道等.太阳能热 水系统按照其运行方式可分为四种基本形式:自然循环式,自然循环定温放水式,直流式, 和强制循环式,目前我国家用太阳能热水系统多采用强制循环式或定温放水式.另外,无论 家用太阳热水器或公用太阳能热水系统, 绝大多数都采用直接加热的徨方式, 即集热器内被 加热的水直接进入储水箱提供使用. 2.建筑一体化太阳能热水系统设计途径 建筑一体化太阳能热水系统设计途径 太阳能热水系统与建筑有机整合一体化设计, 成为建筑不可分割的一部分. 要使太阳能 热水系统真正与建筑有机的结合在一起, 需要系统与建筑的整合一体化设计, 即在设计建筑 开始, 将太阳能系统所包含的所有内容都当作建筑不可或缺的元素加以考虑, 使之成为建筑 组成的一个部分,而不是附加的多余构件. 2.1 太阳能热水系统与建筑有机整合一体化 首先日照条件好,不受朝向影响,不易受到遮挡,可以充分地接受太阳辐射;其次系统可以 紧贴屋顶结构安装,减少风力的不利影响;再次可以代替保温隔热层遮蔽屋面,减少屋顶夏 天的热负荷. (1)太阳能装置与坡屋顶的结合. 坡屋面是近十几年来低层和多层住宅的主流形式, 在坡屋面住宅太阳能热水器与建筑一 体化设计中,最重要的是南向坡面的利用.由于南向坡面倾角大多与集热器角度接近,所以 能较好地体现集热器与建筑结合的效果. 建筑设计宜根据集热器接收阳光的最佳倾角,即当地纬度10.来确定坡屋面的坡度, 如建筑设计对坡屋面的造型或空间有特殊要求, 亦可根据坡屋面的坡度调整集热器角度. 与 坡屋顶组成一体的太阳能集热器, 其主要特点是在做好防水处理的屋面上, 铺设屋面与集热 器共用的防渗漏的隔热保温层, 在隔热保温层上放置太阳能集热部件, 这种屋面由于综合使 用材料,不但降低了成本,单位面积上的太阳能转换设施的价格也可以大大降低,有效地利 用了屋面的复合功能. (2)太阳能装置与平屋顶的结合. 在住宅平屋面上设置集热器, 对住宅的朝向无特殊要求, 集热器支架与屋面的连接构造 简便,系统管线易隐蔽,对建筑立面无影响,且屋面便于上人安装维护.随着住宅建造水平 的提高,平屋顶形式向多样化发展,集热器可与女儿墙,楼梯间,构架等元素组合,创造出 多样的造型.集热器在平屋面上设置需注意,集热器在平屋面应整齐有序排列,前后两排之 间应留有足够的间距,以满足当地 4h 的集热器日照条件.集热器以一定规律排列,使建筑 轮廓线丰富. 2.2 太阳能装置与墙面的结合 对于多层住宅而言, 外墙是与太阳光接触面积最大的外表面. 单从太阳能利用角度而言, 太阳能集热器可以结合集热墙设计, 让整个墙体都成为集热器; 或者作为附属构件依附于外 墙表面.考虑到住宅立面,一般采用后一种方式与墙面结合. 在多层住宅中,把集热器设置在建筑外墙面上具有管线较短,安装,检修方便等优点, 且能补充屋面上摆放集热器面积的不足. 集热器设置在外墙面上的方式较适于局部热水系统 的管理,维护. 住宅建筑南向外墙面非常有限,设置在外墙面的集热器要处理好与阳台,窗,空调机位 等住宅立面元素的关系. 集热器设置在墙面上,特别是镶嵌在墙面时,在保证建筑功能需求的前提下,尽量安排 好集热器的位置(窗间或窗下) ,调整集热器与墙面在立面上的比例,并将集热器与墙面外 装饰材料的色彩,分格有机结合,处理好集热器与周围墙面,窗户的分块关系.建筑设计应 为墙面上集热器的安装,维护提供安全便利的条件. 3. 太阳能热水系统与建筑构件结合一体化 将多层住宅中大量重复的建筑构件如遮阳板,阳台等与太阳能装置有机整合. 3.1 太阳能装置与阳台的结合 集热器设置在住宅建筑阳台栏板上的方式也是一种重要的发展趋势, 集热器, 贮热水箱, 空调室外机等设备可利用阳台空间集中统筹布置. 多层住宅中,安装在屋顶上的集热器对于下部楼层的用户连接管道较长,热损失大.相 比之下安装在阳台上的集热设备则具有便于察看,连接管道短,土建工程量少等优点.经常 设计与封闭阳台结合为一体的太阳能热水器, 在框体内下部固定太阳能集热器, 中部为窗户, 上部装着带保温壳体的储水箱, 集热器通过窗户两侧的连接管分别与储水箱连通, 集热器中 的水受太阳辐射升温与水箱中的水循环换热, 热水由出水口流出供洗浴之用, 冬季还可开启 活动保温后盖向室内供暖. 它充分利用建筑结构特点, 改变了现有太阳能热水器独立安装的 形式,既为用户提供了洗浴用水,又起到封装阳台的作用,不影响通风透光,并且具有重量 轻,安装简便,造价低,外形美观等优点.但与阳台结合的热水器存在着在纬度较低地区的 建筑南墙上,夏季集热量不高及自然水压低的缺点.故通常可用于较高纬度地区,并可采用 不需将水箱置于热水器之上的直流式热水系统或加设小水泵解决上述矛盾. 3.2 太阳能装置与遮阳的结合 比较理想的一种情况是将支架安装在窗户的上方, 除支架外其余部分可以收起. 夏天使 用时,将集热器设置适当位置和角度,在集热同时起到窗户遮阳的作用.在冬天,将集热器 收起来,紧贴窗上墙面,不影响窗户的采暖采光,也不耽误集热器的工作.在外挑支架上设 有档位, 可使集热器在不同季节分别处于最佳的倾角. 集热器的打开和收起可利用下端的拉 杆完成. 集热板和遮阳板的结合不仅可以为建筑在夏天提供遮阳, 还可以使入射光线变得柔 和,避免眩光,改善室内的光环境,而且可以使窗户保持清洁.但同时应该注意到高效率的 集热系统并非一定是高效率的遮阳系统, 应该对其位置和倾角进行科学的计算和设计. 遮阳 系统是建筑造型艺术的一个组成部分. 随着遮阳在现代建筑中的普及, 建筑师已经把外遮阳 系统作为一种活跃的建筑语素和不可或缺的装饰手段加以组合运用, 创造出了独特的建筑造 型和特殊室内光影效果及空间形态.外遮阳对建筑形态的影响表现在如下四个方面: (1) 韵律美和尺度感连续的窗洞与线式的水平遮阳构件可作为建筑的基本构图要素, 运 用这些线造型打破建筑立面上一成不变的面元素,在优美的线条中,体现出建筑自 身的韵律.同时,通过线造型的间隔和比例可以划分建筑的楼层和高度,增强建筑的尺 度感. 现代建筑中的线式遮阳设施构造日益复杂多样而且形式精巧, 可以大大的丰富建筑立 面细部. (2)光影效果与层次感光线是建筑艺术的灵魂,光线直接参与了方案构思,形象造型, 环境再造,气氛烘托等艺术创作的全部过程.如果说建筑是凝固的音乐,那么光和影则是主 音与和弦,光影的交响能营造出美妙的气氛,能使看似一般的建筑产生戏剧性的变化,甚至 能化腐朽为神奇. 而建筑师对建筑外表面处理方式直接体现他对光价值的理解程度. 借助太 阳能遮阳系统作为重要的光影造型元素, 可以体现现代建筑美学的秩序感和稳定感. 在光影 中,不仅丰富了建筑立面层次和空间领域感,而且强化了建筑刚毅的个性. (3) 虚实对比与凹凸变化不同形式的遮阳板在很大程度上影响了建筑的立面造型, 如果 处理的好,会使建筑更加协调生动.比如,竖向与横向结合的综合式遮阳板既提高了遮阳效 果,又可作为立面从实到虚(实墙到玻璃)二者的过渡部分,强烈的虚实对比赋予建筑鲜明 的个性,充分展示出建筑的结构美. (4)节奏感和动感由于一年中的不同季节,一日中的不同时间,以及天空中的云量的瞬 息变化, 针对不同状况调整遮阳构件的遮阳效果是必不可少的. 可调节式外遮阳的遮阳性能 好,由于可灵活操作,人们可自主对遮阳,对外视线,通风等状况进行调节,所以受到人们 欢迎,而且也是今后遮阳设计的趋势. 3.3 太阳能装置与装饰构件的结合 集热器的利用还可以体现在住宅部件和材料的处理上. 近年多层住宅常在顶部或外凹部 拉梁采用特有的体形或符号来加强标志性, 以避免单调的感觉. 太阳能集热器由于采用了吸 收性涂层而具备特殊的色泽和质感, 其表面非常光亮, 如果将其与住宅的装饰构件结合设计, 可以起到装饰的作用. 4.建筑一体化太阳能热水系统的内涵 建筑一体化太阳能热水系统的内涵 当采用一体化技术时,太阳能系统成为建筑设计的一部分,这样可以提高系统的经济 性,太阳能部件不能作为孤立部件,至少在建筑设计阶段应该加以考虑.而更加合理的做法 是利用太阳能部件取代某些建筑部件,使其发挥双重功能,降低总的造价.具体而言,太阳 能集热器与建筑一体化的优点可总结如下: (1)建筑的使用功能与太阳能集热器的利用有机结合在一起,形成多功能的建筑构件, 巧妙高效地利用空间,使建筑向阳面或屋顶得以充分利用; (2)同步规划设计,同步施工安装,节省太阳能系统的安装成本和建筑成本,一次安装 到位,避免后期施工对用户生活造成的不便以及对建筑已有结构的损害; (3)综合使用材料,降低了总造价,减轻建筑荷载; (4)综合考虑建