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探討高寒地區(qū)太陽能與建筑結(jié)合模式

來源：新能源網(wǎng)
時(shí)間：2015-03-06 16:36:52
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探討高寒地區(qū)太陽能與建筑結(jié)合模式摘要：本文概括市場(chǎng)上主要使用的熱水器：電熱水器、燃?xì)鉄崴鳌⑵胀ㄌ柲軣崴?、空氣源熱泵與建筑結(jié)合的優(yōu)缺點(diǎn)和以山西大同為例的高寒地區(qū)的氣候狀況，針對(duì)

摘要：本文概括市場(chǎng)上主要使用的熱水器：電熱水器、燃?xì)鉄崴?/strong>、普通太陽能熱水器、空氣源熱泵與建筑結(jié)合的優(yōu)缺點(diǎn)和以山西大同為例的高寒地區(qū)的氣候狀況，針對(duì)大同市區(qū)地理氣候條件，提出了在城市根據(jù)樓層的高低采用集中集熱,分戶儲(chǔ)熱式太陽能熱水器和陽臺(tái)壁掛式太陽能熱水器。 　　0引言 　　由于化石燃料的枯竭和生態(tài)環(huán)境的污染和破壞，人們尋找綠色能源逐漸代替常規(guī)能源，其中太陽能被看作是最有前途的可持續(xù)新型能源。隨著城鎮(zhèn)化速度的加快，人口數(shù)量的增長(zhǎng)，高層建筑群逐漸成為城鎮(zhèn)居民主要的居住模式。那么高層建筑居民使用熱水引起外界的關(guān)注，現(xiàn)在市場(chǎng)上主要使用的熱水器：電熱水器，燃?xì)鉄崴?，太陽能熱水器，空氣源熱泵。下面結(jié)合山西大同市區(qū)的具體地理氣候條件，探討與之能較好匹配的太陽能熱水器類型。 　　1各種熱水器的優(yōu)缺點(diǎn)和山西大同市區(qū)氣候特點(diǎn) 　　1.1各種熱水器的優(yōu)缺點(diǎn) 　　雖然電熱水器能為居民提供生活所需熱水，但是電熱水器結(jié)構(gòu)性能的缺陷和保護(hù)措施不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致漏電安全事故。常年使用內(nèi)部零件老化，產(chǎn)品壽命短，占用室內(nèi)空間。由于大量用電會(huì)增加環(huán)境負(fù)擔(dān)，所以我們努力探求安全的，可持續(xù)的太陽能熱水器。 　　燃?xì)鉄崴魇褂玫娜剂鲜强扇夹詺怏w，它有安全隱患，如果安裝在室內(nèi)使用時(shí)關(guān)閉門窗，通風(fēng)不良，那么會(huì)引起CO、煤氣中毒，安裝在室外影響家居空氣質(zhì)量。 　　因?yàn)槭褂每扇夹詺怏w，他的安裝要求較高，需要在墻上打洞安排氣扇，不同的燃?xì)?，其燃燒器形狀，噴嘴大小，燃?xì)馔ǖ澜孛娣e等都不一樣。在使用時(shí)要排出大量的廢氣，廢氣中除了CO2以外，還有沒有完全燃燒的產(chǎn)物CO，使用年限比較短，一般是六年左右，并且使用不可再生的一次性燃料，給環(huán)境增加負(fù)擔(dān)。 　　雖然空氣源熱泵產(chǎn)生多倍熱量，生產(chǎn)足夠的熱水，而且耗電僅有電熱水器的1/4。但是它的體積大，對(duì)外界環(huán)境依賴大，一般工作溫度在-5℃～40℃，如果在低于日平均氣溫0℃運(yùn)行，空氣源熱泵不僅運(yùn)行不良，穩(wěn)定性差，而且存在結(jié)霜問題，效率低并且有噪音，不銹鋼內(nèi)膽的缺陷一直沒有得到根本性的解決，壓縮機(jī)易燒壞等問題。 　　太陽能熱水器把太陽光能轉(zhuǎn)化成熱能，將水從低溫加熱到高溫，以滿足人們?cè)谏睢⑸a(chǎn)中熱水的使用，太陽能產(chǎn)熱系統(tǒng)是由集熱器，儲(chǔ)水箱，支架以及相關(guān)附件組成，其中全集熱器起關(guān)鍵的作用，由于受安裝面周圍物的影響，安裝緯度的影響，以及必須考慮寒冷天氣液態(tài)水的熱漲冷縮，防止真空管受冷爆管等，所以我們要努力探求一種更加方便，耐用，安全，節(jié)能，環(huán)保，低碳的新型太陽能熱水器。 　　一般情況下：北方地區(qū)使用太陽能熱水器和電熱水器，南方地區(qū)使用空氣能太陽能熱水器和燃?xì)鉄崴鳌? 　　1.2山西大同市市區(qū)地理氣候條件 　　大同市位于山西省北部大同盆地的中心、黃土高原東北邊緣，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季漫長(zhǎng)且寒冷干燥，夏季短暫且溫?zé)岫嘤?，春秋涼爽，四季分明，晝夜溫差較大。年均氣溫5.5℃，極端最高氣溫37.7℃，極端最低氣溫-29.1℃，最冷月為1 月份，平均氣溫-11.3℃；年平均降雨量在400mm；無霜期100～156天。東經(jīng)112°15～114°15，北緯39°00～40°30，平均海拔1056m。 　　1.3山西大同市區(qū)規(guī)劃與建筑節(jié)能相關(guān)部分 　　大同市走節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的集約化道路，堅(jiān)持節(jié)流、開源、保護(hù)并重的原則，堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、人口、資源和環(huán)境相協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型城市。環(huán)境建設(shè)同步規(guī)劃，嚴(yán)格按照規(guī)劃實(shí)施污染物排放總量控制，加強(qiáng)對(duì)煙塵、酸雨、污水防治，創(chuàng)造良好的人居環(huán)境。 　　2新型的太陽能熱水器太陽能集熱器的分類及其特點(diǎn) 　　2.1太陽能集熱器的分類及其特點(diǎn)（如表3所示） 　　2.2新型集中集熱，分戶儲(chǔ)熱式太陽能熱水器的提出與介紹 　　由于常規(guī)太陽能熱水器與建筑結(jié)合容易影響城市美觀，前排熱水器對(duì)后排造成的陰影等問題.該系統(tǒng)針對(duì)上述問題由黃永年專利集中集熱分戶儲(chǔ)熱的太陽能熱水系統(tǒng)和鄒國營、李建平、王國軍專利“一種全承壓式集中集熱、分戶儲(chǔ)熱系統(tǒng)”結(jié)合提出[1-2]。 　　該系統(tǒng)包括：與建筑完美結(jié)合的高承壓太陽能集熱器，熱媒輸送裝置，分戶換熱儲(chǔ)熱水箱（設(shè)有換熱盤管與電加熱器）太陽能集熱器（內(nèi)插金屬流道換熱式全玻璃真空管集熱器），在采光條件好的建筑屋頂集中布置，它將收集到的熱量通過熱媒輸送到每戶的分戶換熱儲(chǔ)熱承壓水箱（帶有熱量鎖閉控制功能的換熱儲(chǔ)熱雙源盤管）中以便加熱每戶的冷水。 　　熱媒輸送裝置是連接新型高承壓太陽能集熱器和各分戶換熱儲(chǔ)熱水箱的集熱循環(huán)管路，它由主管和分支連接管構(gòu)成的等程供水、回水管路，適用于多層、小高層和高層建筑的多點(diǎn)供熱水需求，能夠很好的解決分戶計(jì)量收費(fèi)管理問題。因?yàn)檎婵展芾镌O(shè)置帶換熱翅片的金屬流道，所以它高承壓、可靠，即使個(gè)別真空管破裂，系統(tǒng)照常工作，比較安全。 　　由于真空管里沒有水，所以它不可能結(jié)垢，不爆管，防凍在較低溫度下可以工作，質(zhì)量較輕，可以在大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)平屋面，拱形屋面以及彩鋼板屋面安裝。集熱器的擺放角度范圍廣，與建筑外型可以完美結(jié)合如圖1。 　　真空管集熱器集中集熱，根據(jù)每一戶水箱的需熱量利用智能控制儀將熱量均衡的輸送到水箱，再利用介質(zhì)水流經(jīng)換熱盤管加熱水箱，如遇到陰天，雨雪天電加熱器加熱水箱。自來水從水箱底部流入，熱水從水箱上部頂出。該系統(tǒng)集熱器只傳遞熱量不傳遞熱水，這樣就不需要水泵，減少能量損耗，減輕設(shè)計(jì)質(zhì)量。 圖1集熱器平鋪在屋頂 　　2.3陽臺(tái)壁掛式平板太陽能熱水器的提出與工作原理 　　因?yàn)閭鹘y(tǒng)的太陽能熱水器很不適合在高層屋面上安裝[3]：第一安裝在高層住宅屋頂?shù)奶柲軣崴鞔嬖诠芫€過長(zhǎng)，散熱量過大的因素，對(duì)于住在高層住宅低區(qū)的住戶，安裝這種太陽能熱水器顯然存在技術(shù)難題；第二由于樓層過高，屋頂面積不足以提供足夠的安裝熱水來滿足整棟樓居民使用。所以將太陽能集熱器安裝在住宅樓的陽臺(tái)。第三由于傳統(tǒng)的熱水器容易冬天凍管，夏天炸管，根本不適合安裝在陽臺(tái)上。陽臺(tái)壁掛式太陽能熱水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)建筑與太陽能完美結(jié)合。 　　陽臺(tái)平板壁掛式太陽能熱水器[4]通過安裝在陽臺(tái)外的集熱器吸收太陽光，將光能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能傳導(dǎo)到集熱器的銅管，加熱導(dǎo)管介質(zhì)，導(dǎo)管介質(zhì)由于溫度升高，密度減小，就會(huì)產(chǎn)生上升的動(dòng)力被加熱的導(dǎo)熱介質(zhì)通過集熱器與儲(chǔ)熱水箱的連接管進(jìn)入水箱，加熱水箱的水，溫度降低后重力流回集熱器再加熱。 　　對(duì)太陽能熱水器中的循環(huán)系統(tǒng)所做的創(chuàng)新[5]，產(chǎn)生熱水流入水箱，散熱損失較小，故障率低，便于維護(hù)與修理。 　　它的優(yōu)點(diǎn)： 　　第一，整個(gè)熱水過程，不進(jìn)水，不出水，不會(huì)出現(xiàn)冬天爆管夏天炸管。 　　第二，管道中不會(huì)形成結(jié)垢，熱水流出不會(huì)污染。 　　第三，因?yàn)榧療崞髋c儲(chǔ)水箱分離，所以該熱水器安裝能實(shí)現(xiàn)隨意性與美觀性。與建筑完美的結(jié)合。  　　2.4城鎮(zhèn)的建筑模型 　　隨著國家城鎮(zhèn)化速度的加快，大同市區(qū)人口越來越多，土地價(jià)格上漲，人口聚集型小區(qū)，水泥澆灌式高樓逐漸成為趨勢(shì)如圖3，太陽能與建筑的結(jié)合與集成逐漸受到人們的重視。建筑屋頂與墻面，主要包括屋頂設(shè)備房的頂部與設(shè)備房的南面與西面和墻面的南面與西面給太陽能熱水系統(tǒng)提供了場(chǎng)地。 　　3城市PIBV/T 系統(tǒng)的安裝 　　3.1新型太陽能熱水器與建筑結(jié)合的方式 　　隨著建筑樓層的增高與人們生活水平的提高，居民對(duì)生活用水的需求量越來越大，特別在我國發(fā)達(dá)地區(qū)的住宅中其生活用水能耗已占建筑總能耗的20%左右，由于高層建筑的底部容易受其他建筑、設(shè)施、樹木遮蔭，所以高層與超高層樓群安裝集中集熱，分戶儲(chǔ)熱熱水器首先滿足低層居民，在高層居民使用平板型陽臺(tái)壁掛式太陽能集熱器，緩解常規(guī)能源危機(jī)，使可再生綠色能源走進(jìn)人們的生活.根據(jù)城市樓層的高低分別采用集中集熱，分戶儲(chǔ)熱式太陽能熱水器和陽臺(tái)壁掛式太陽能熱水器。 　　1.由于高寒地區(qū)氣溫在冬季極低，使用該系統(tǒng)在極低溫度下不爆管，防凍； 　　2.由于該系統(tǒng)充當(dāng)高層樓幕墻，所以要滿足質(zhì)量輕，高承壓，系統(tǒng)可靠，不結(jié)垢和滿足美學(xué)要求的特點(diǎn)； 　　3.由于樓層較高，所以必須考慮水泵耗電和熱水在管道的熱損； 　　4.由于樓層低部容易受陰影遮擋，所以在樓房低部使用集中集熱，分戶儲(chǔ)熱式太陽能熱水器； 　　5.由于該系統(tǒng)具有集熱面擺放角度范圍廣的特點(diǎn)，所以該系統(tǒng)的真空管可以安裝在平屋面與斜屋面上，與建筑完美結(jié)合； 　　6.在樓層高處由于受其他建筑影響較小，陽光充足，使用壁掛式太陽能熱水器。在多層建筑中使用集中集熱分戶儲(chǔ)熱的太陽能熱水系統(tǒng)。 　　3.2 新型集中集熱，分戶儲(chǔ)熱式太陽能熱水器示意圖 　　該新型的集中集熱，分戶儲(chǔ)熱式太陽能熱水器較普通的太陽能熱水器在設(shè)計(jì)與施工上更簡(jiǎn)便與方便。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖4： 　　3.3太陽能熱水器系統(tǒng)的安裝 　　按照太陽熱水系統(tǒng)手冊(cè)：在有集中熱水供應(yīng)和沐浴設(shè)備的民用住宅建筑物中每人每日使用熱水60L，假設(shè)一棟樓有26層，一層平均有2戶，一戶有三口人。那么總共需要約10t水。 　　4結(jié)語 　　在高層建筑中使用陽臺(tái)壁掛式平板太陽能熱水器和新型集中集熱，分戶儲(chǔ)熱式太陽能熱水器，不僅有良好而環(huán)境效益可以減少二氧化碳、二氧化硫和粉塵的排量，而且可取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。（昝錦羽，劉祖明，張劍鋼　云南師范大學(xué)太陽能研究所云南昆明650092　　李世華　烏海市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站內(nèi)蒙古烏海016000）
熱門標(biāo)簽：太陽能熱水器  水箱  熱水  太陽能  系統(tǒng) 

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