建筑应用太阳能热力系统的发展之路探讨
随着国家节能减排力度的不断加大，各地政府加大了建筑应用太阳能的推广宣传和政策扶持力度，但是建筑市场似乎对太阳能热力系统热情不高，大多处于被动接受，而不是主动配合的状态，究竟哪些因素影响制约了建筑应用太阳能热力系统，未来太阳能热力系统应该如何发展，通过观察，笔者总结出以下几点。、影响建筑应用太阳能热力系统因素。
1.客观因素
建筑应用太阳能热力系统是近几年才重视和发展起来的。由于我国目前还没有对建筑应用太阳能热力系统进行系统研究的机构，因此建筑应用太阳能热力系统在我国目前尚处于探索阶段，还没有完全定型的产品和成套的技术标准为建筑设计提供设计依据与参数。太阳能热力系统设计施工方案的不协调大大影响了建筑外观。太阳能热力系统主要是以建筑节能为目的、以与建筑相结合为内容、以满足建筑热水需要为目标的建筑配套热力系统。太阳能热力系统要让建筑商便于安装，让使用者使用方便，还要便于管理，这就需要设计者在研究和设计太阳能热力系统方案时进行周密考虑，提供成熟的适合与各种建筑配合、能满足各种不同建筑需要的系列产品与技术，让建筑商、使用者信赖和接受。
2.主观因素
在实际使用中，太阳能热力系统的运转、维护、管理是影响建筑应用太阳能热力系统的关键因素。太阳能热力系统的使用效果与寿命、主要构件的更换周期、机械和控制设备的故障以及运转维护管理成本，是影响建筑管理和建筑使用者使用太阳能热力系统的主观因素。因此，优化系统结构，提高系统性能，减少因太阳能热力系统的安装、运转、维护、周期性更换给建筑带来的破坏和影响，降低太阳能热力系统的投资、运转、维护和管理成本以满足与建筑相结合的需要就显得尤为重要。
围绕满足建筑节能、与建筑相结合、建筑生活热水这3方面的需要是我们要研究和解决的问题。要遵循高效低耗、长寿耐久、安全可靠、经济实用等原则。太阳能热力系统必须能充分体现故障率低，运转、维护、管理成本低的优势。系统的运行费用要低于其他常规能源，与其他常规能源相比，要有很好的性价比和良好的节能性与经济性，这样，才能让建筑市场对太阳能热力系统由被动接受转为主动选择。要获得建筑市场的青睐与认可，太阳能热力系统运行安全可靠，无故障、免维护、管理简单、管理成本低等至关重要。假如太阳能热力系统的安装仅仅是为建筑增加大量机械设施，还存在诸多不安全因素和风险，施工成本以及后期运转管理费用高，那么这项工作将会很难继续开展下去。
二、解决思路
1.找准切入点
面对以上问题，应该从哪里入手呢?笔者认为找出矛盾和问题的所在，关键找准切入点，遵循“简单有效”的设计理念，避免将系统复杂化。目前，太阳能热利用发展较成熟的是与人们生活密切相关的太阳能热水器。我们所做的研究无论是哪种方式、哪种形式都是围绕太阳能热水器的结构形式不利于与建筑相结合、不利于集中供热水，或为解决运行过程中存在的诸多疑难问题和技术缺陷开展的。笔者通过对太阳能热水器的分析研究发现，尽管太阳能热水器在建筑上应用存在诸多问题，但结构紧凑、集储热一体，无需机械循环，没有管道循环热损，有利于保温等特点是我们可以肯定和借鉴的地方。问题的产生主要与太阳能热水器的加热和运行方式有关，如改变其加热和运行方式，将太阳能热水器的储热水箱改为列管式换储热水箱、变落水式为压供水式，并进行横向扩容就可以构成一套以结构简单紧凑、节能适用高效、安全稳定可靠的太阳能热力系统。这对解决太阳能热水器存在的诸多疑难问题可起到牵一发而动全身的效果。若根据建筑屋面结构特点和与建筑相结合的需要对太阳能热水器结构外形进行改变，将建筑上屋面结构作配合性调整，实现与建筑相结合是完全可行的。
2.选用列管式换储热水箱的理由换热器是一项比较成熟的技术，应用范围较广，很多热水系统的储热水箱都采用盘管式换储热水箱。但是若用作集储热一体的太阳能换储热水箱则以卧式为好。
储热水箱改直热为换热能解决太阳能热水器的诸多疑难问题和技术缺陷，换热效率自然就成了解决问题的关键。那么盘管式和列管式这两种换热器的主要区别在哪里呢?影响换热效率除材料因素外，主要与换热面积和换热管的管壁和形状有关。换热效率与换热面积成正比，换热面积越大管壁越薄，换热效率越高。
然而要增加换热面积则需在容量有限的储热水箱内，在管与管之间保持一个合理的间距、换热介质和水，在一定比例下通过适当增加管道长度或调整管道径来实现。因为储热水箱容量有限，截面径不可能做得很大，而盘管盘径也不可能做得很小，要想在有限的储热水箱内做到换热管均布制作，工艺难度大，增加长度受限。另外，要想做小盘径则需通过缩小管径加厚管壁来解决，反之又影响换热效率，而列管式却无此限制。另外，水的运行方式也影响换热效率，由于储热水箱内水的温度是不一致的，底层温度低，由底层向高层温度逐步高，卧式换热水箱若用盘管式，水在换热管内流动时的运行方向为上下旋转运行，在换热水箱内处在一个不断吸收和释放热量的循环过程当中，其换热效率大打折扣。而列管卧式换热水箱因换热管与储热水箱横向平行均布排列，水在管内的运行方向与每组换热管的连接方向同向，这样水的加热运行过程与储热水箱的温度同步，实现即开即水。
通过以上分析发现，同样容量的卧式储热水箱盘管式与列管式换热器对换热效率和热能利用效率的影响不同。
3.调整系统功能太阳能热力系统的能耗主要来源于辅助加热，由于热水使用的不规律性和需求的不一致性，需要系统储热水箱的水保持在一个相对高位的温度范围内，当太阳能集热器提供的热能满足不了需要时则需通过辅助加热来保持温度。在用水少的时间段，系统储热水箱为保持储热水箱热水的温度处在一个加热-缓慢降温-再加热-再降温的循环中，不仅增加了耗能，在管理上也因为用水需求的不一致和加热装置的故障增加了管理难度。为减少系统故障杜绝无效耗能，将系统辅助加热改为用水终端及时辅助加热，将辅助加热、增压和调控功能置于用水终端由用户控制管理。其优点在于淡化系统功能和管理责任，系统仅为建筑使用者搭建一个利用太阳能热力系统进行辅助加平台，用水终端则根据用户的需要和系统提供的热水温度即时开启辅助加热进行调控，还可根据供水管网压力随时开启增压设施保持热水压力，满足建筑使用者不同的使用需求。
三、有益效果
1.满足建筑节能的需要建筑节能，就是在以太阳能为主要能源，满足建筑热水需要的前提下，最大限度地降低其他能源消耗，尽量不用或少用其他能源以达到节能降耗的目的。太阳能热力工程耗能有运转耗能和辅助加热耗能两方面，如果我们在研究节约加热耗能的同时增加了运转和控制耗能，这就使节能的初衷打了折扣。至于加热耗能因为各地气候不同，要想满足热水需求，完全抛开辅助加热不现实，该太阳能热力系统通过提高集热效率，提高储热水箱的保温效果，减少管道循环热损来保持系统的热效率。通过解决集热管中的热水无法使用的问题来提高热能利用率，改储热水箱辅助加热为终端即时辅助加热，减少无效耗能，保持系统的自然循环减少运转，控制耗能等几个方面来实现节能效益的最大化。
2.满足与建筑相结合的需要充分利用屋面空间资源，减少对建筑室内有效空间的占用。通过太阳能与建筑相结合设计，太阳能热力系统的结构形状根据建筑屋面结构特点进行相应调整。太阳能热力系统与建筑同步安装施工，提高施工效率，减轻建筑主体承重，避免因太阳能热力系统安装、二次施工对建筑结构和形象造成破坏，满足与建筑相结合的需要。
3.满足建筑管理需要建筑管理与太阳能热力系统的结构性能、技术状态和产品质量密切相关，需要太阳能热力系统具备系统性、稳定性和安全性等特点。太阳能热力系统的运行方式、运行效果接关系和影响建筑安全和建筑管理成本。相比较系统建设投资，系统的运转、维护、管理成本无疑是一个更加重要和敏感的影因素。为此太阳能热力系统必须以故障率低和运转、维护、管理成本低来满足建筑管理需要。
4.满足建筑生活热水的需要建筑生活热水需要主要是指满足建筑热水使用者需求。对建筑使用者而言，上面的系统设计解决了太阳能热水器由于不能承压运行、不能四季用水、热水使用受容量和时间限制、不能即开即用热水、使用千滚水等使用中存在的问题。为用户提供了一个稳定高效、安全可靠、使用方便、不受季节和气候影响，热水无需重复计量收费，即开即出热水、出水压力大、能满足各种人性化使用需求的热水系统，为其提供经济、卫生、方便、舒适的热水来满足建筑使用者的生活需要。
四、结论
综上所述，由于太阳能热力系统的发展与建筑紧密相连，需有建筑业的大力支持与配合。在市场经济条件下不能完全依靠行政手段来强行推广，我们必须通过练好内功，研发设计出令建筑商能主动接受和配合的太阳能热力系统，或与建筑相结合的技术解决方案，让太阳能热力系统成为建筑不可分割的一部分，以满足与建筑相结合的需要。针对上述太阳能热力系统修改方案，笔者已申报国家专利，希望通过《中国太阳能工程》阐述自己的探讨思路，与业内专家老师共同探讨交流建筑应用太阳能热力系统的发展之路。为促进建筑应用太阳能热力系统事业的发展作出积极的贡献。
来源：太阳能联盟网
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