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摘要：太阳能热利用作为新能源和应用最便捷的可再生能源越来越受到人们的重视。太阳能热水系统在近十年被广泛用于建筑领域。本文介绍了太阳能热水系统的核心部件集热器的不同类型，并分析了其自身优缺点。对比了不同太阳能热水系统形式的综合特点，并简单分析了在不同住宅类型中的适用性。
关键词：居住建筑；太阳能热水系统；一体
太阳能热利用作为新能源和应用最便捷的可再生能源越来越受到人们的重视。太阳能热水系统作为太阳能热利用的一种，经济上具有竞争力，产业化发展迅速，在近十年被广泛用于建筑领域。为了解决能源危机，实现节能减排的目标，我国正在大力推行建筑节能和绿色建筑工程。随着《能源法》的出台，倡导低碳理念的太阳能热水器的强制安装标准被进一步扩大。
一、太阳能热水系统的结构分类
按照热水系统的整体结构来分，热水系统可以分为自然循环系统和强制循环系统。自然循环太阳能热水系统是指没有外动力推动水流运转的热水系统。这种热水系统的水箱和集热器一般是一体的。强制循环系统是指依靠外动力推动循环换热的热水系统，其各个部件安装位置较为随意，可以分开放置。强制循环太阳能热水器集热器与水箱之间的管路上设置水泵，作为系统中热媒循环的动力。
1、太阳能热水系统集热器分类
国内目前主要的分类形式见下图1-1。
太阳能热利用系统中，接受太阳能辐射并向水传递热量的部件，成为太阳能系统的核心部件。其集热效率、安全性、使用寿命、可维护性、经济性等方面因素影响业主选择。
按集热器吸热体的不同结构分为平板型集热器、全玻璃真空管集热器、金属-玻璃真空管型三大类，每一种集热器都有其自身优缺点。
（1）、平板型集热器
平板型集热器的优缺点分别为：
优点:能承压使用、安装简单方便、易维护、安全性能高、集热效率中等、使用寿命15年以上。平板型集热器与建筑的适配性较强，可以作为屋面板、墙板，成为建筑构配件使用，放置位置灵活，安装维修简单。平板型集热器结构简单、材料为金属材料，结构强度高，维修量少，适用于大面积安装使用。平板型集热器热水温度较低，不易结垢，适用于集中热水供应系统。
缺点：保温性能相对较差，因此在冬天寒冷结冰地区使用需采用防冻措施。高质量的平板型集热器价格较真空管集热器高。
（2）、全玻璃真空管太阳能集热器
真空管集热器的优缺点分别为：
优点：全玻璃真空管太阳能集热器有一定的抗冻能力，适合在冬天气温为0℃到-20℃的地区使用。
缺点：不承压；使用时不能缺水空晒，否则容易爆裂玻璃管；且内外层受冷热应力不均衡时也易损坏；在安装2~3年后，一端进出水的储水结构，管内水结垢现象严重，影响热能吸收；空气易泄漏，使用寿命较短。当某一支损坏时，系统运行面临瘫痪。
（3）、金属-玻璃真空管型
1）热管真空管集热器
热管真空管集热器是一种以金属热管传递太阳热能给水箱中的水加热的集热器，通过循环管路，将热量送入储热水箱。
由于热管的换热性能存在逐年衰减的问题，其制作工艺复杂，热管内真空度难以持久保持，其稳定性有待于进一步验证。且热管容易结垢，一旦结垢换热效果大大降低，影响使用。
2）U型管真空管集热器
U型真空管集热器其特点以工质或直接以水作为传递热能的集热器产品。“U”型管真空管集热器，“U”型管走水，而真空管中不走水，既使真空管破裂，系统也不受影响。
U型管真空集热器优点：承压能力强，加热温度高、防冻性能好；无炸管漏水现象。抗冻、抗风载及抗冰雹冲击能力强。安装维护方便。
U型管真空集热器缺点：Ｕ型管焊点较多，大型系统阻力平衡困难，存在气堵现象；阻力损失较大，水泵能耗较大，集热原理为水-水二次换热，全年集热效率较低。适宜家用或小型集中集热系统。
3）直流管真空管集热器：
直流管真空管集热器采用单玻璃真空管，玻璃管内为真空状态，具有了真空管的特点，避免了空气传热的缺点，因此具有较高的太阳能吸收转换率。其内置平板翅片，又具有了平板式太阳能集热器的优点，可实现水与太阳能一次换热，提高了全年太阳能集热效率[2-5]。
二、居住建筑太阳能系统选择
随着住宅建筑在建筑高度、外观、内部使用功能、装修档次等方面的多元化方向发展，逐步形成了多种住宅类型。太阳能热水系统在住宅建筑中的推广与应用，技术上必须考虑如何使太阳能热水器与不同类型住宅建筑在设计中实现完美的结合，并最大限度上达到节能、环保、高品质供应热水的目的。
常见太阳能系统形式见下表2-1。
表2－1不同太阳能系统综合比较表
综上对比，别墅住宅建筑宜考虑每户设置独立的太阳能热水系统，目前国内新建别墅以坡屋面居多，太阳能热水系统可以采用分散集热分散贮热，可以在坡屋面下空间内设置设备间，水箱及循环泵置于其内，保证建筑外观不受破坏。多层住宅屋面面积一般能够满足集热面积，太阳能热水系统应优先采用集中集热分户贮热。高层住宅的太阳能热水系统，一般屋顶面积紧张，同时高层住宅用水人数多，屋面面积往往无法满足集热面积之用，可以采用分散集热分散贮热，选择阳台或墙面式集热器，但是热效率会随之降低。
结论
本文介绍了太阳能热水系统的核心部件集热器的不同类型，并分析了其自身优缺点。对比了不同太阳能热水系统形式的综合特点，并简单分析了在不同住宅类型中的适用性。别墅宜考虑采用分散集热分散贮热，多层住宅应优先采用集中集热分户贮热。高层住宅的太阳能热水系统可以采用分散集热分散贮热，选择阳台或墙面式集热器。太阳能热水系统在住宅建筑中的推广与应用，技术上必须考虑如何使太阳能热水器与不同类型住宅建筑在设计中实现完美的结合，实现太阳能与建筑一体化，并最大限度上达到节能、环保、高品质供应热水的目的。
参考文献
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[4]刘丽莘.太阳能热水集中供应系统设计[D].西安建筑科技大学.2007，8:13～15
[5]张达.提高太阳能集热器热性能的实验研究[D].内蒙古大学.2009，5:6～14
论文作者:唐瑶
论文发表刊物:《基层建设》2016年35期
论文发表时间:2017/3/27
标签：太阳能论文; 热水论文; 真空管论文; 系统论文; 建筑论文; 住宅论文; 平板论文; 《基层建设》2016年35期论文;