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【摘 要】太阳能是一种巨大的、无污染的自然能源,地球每年从太阳获得的能量高达6×1017千瓦小时,比目前人类年消耗的全部能量还多几万倍,是人类取之不尽,用之不竭的新能源,充分的利用太阳能为人类服务,创造低碳生活。本文讨论了太阳能一体化在住宅中的应用,从太阳能热水器一体化住宅的设计原则上讨论了其设计在住宅中表现技术美学是可行的;讨论了太阳能热水器与建筑的三种结合形式,并指出各种形式的优缺点,太阳能一体化在住宅中的应用完全是可行的。
【关键词】太阳能;住宅;一体化;节能
Integration of residential solar energy application
Liu Pu,Wang Zhao-hui,Yu Chun-hong
(1.Zibo Architectural Design Institute Zibo Shandong255200;
2.Zhongcai material incorporated company Zibo Shandong255200)
【Abstract】Solar energy is a huge, pollution-free natural energy, the Earth received from the sun's energy each year up to 6 ×1017 kilowatt-hours than the current total energy consumed by human beings in more than a few times, is the inexhaustible human use of inexhaustible new energy, full use of solar energy for human services, and create low-carbon life. This article discusses the integration of solar energy in residential application, from the integration of solar water heaters for residential design principles discussed in the performance of its technology in the residential design aesthetic is feasible; discussed the three types of solar water heater combined with the building form, and that advantages and disadvantages of various forms of solar energy in residential application integration is entirely feasible.
【Key words】Solar energy;Residence;The integral whole turn;Economy energy
1. 引言
随着能源危机的日益加重以及地球气候变暖,我们应加大推广使用免费的、无污染的绿色能源——太阳能,以缓解危机。我国人口众多,资源相对不足,环境污染严重,能源问题已成为经济和社会发展的重要制约因素。大力开发利用新能源和可再生能源,对于改善以煤炭为主的能源结构、缓解能源生产和使用造成的环境污染、促进经济社会可持续发展具有十分重要的意义[1]。
2. 设计原则
太阳能热水器一体化住宅的造型设计应当充分虑其居住建筑的特点。高层住宅、多层住宅有自己的特点,应当区别对待。
2.1 高层住宅。高层住宅本身就标志着现代科学技术在建筑工程领域的成就,太阳能热水器一体化的设计与之相辅相成[2]。由于管线和住户密度的原因,高层建筑中的太阳能集热器常常安装在墙面和阳台,顶部的集热器只能为上部几层提供热水。我国的高层住宅,特别是塔式住宅,其体形特征多为高耸挺拔。集热器可以集中连续布置,或可以与窗或阳台的凹凸处理结合形成竖向的划分,使整个建筑在垂直方向上形成强烈的韵律感。太阳能热水器的水箱则放置于室内。选用强制循环式或直流式集热器,并采用顶水式的管路。
部分高层住宅,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。太阳能集热器采用了吸收性涂层具备特殊的色泽和质感,将其与高层顶部的电梯间或水箱间结合,可以起到装饰的作用,也能为上部几层的住户提供生活热水。
2.2 多层住宅太阳能热水器一体化设计需从形式和体量出发。由于集热器需要南向的坡屋面或墙作为安装的依托,因此争取尽量多的实体面积和可利用空间就是一体化住宅形体设计的指导思想。通常可以使用退阶或半接地式的设计。通过立体构成的切割手法,使整个体量的横断面类似于台阶或三角形。 太阳能热水器一体化设计还可以借助局部的构件来表达技术特征和现代风格,因为受功能的影响, 多层住宅体型的变化常会受到局限,此时局部的处理和构件的形式将起到重要的作用。
3. 太阳能热水器与建筑结合的形式及特点
3.1 分体壁挂式。
分体壁挂式系统有以下优点:
(1)实现分户管理分户使用,个性化强,物业无管理麻烦。
(2)水箱为承压式,顶水式取水,冷热水压力平衡,用水调节方便。
(3)集热器和水箱均不占用屋面,不影响屋顶防水,不影响后期防水维护,避免影响建筑屋顶造型等建筑风格。
(4)突破了太阳能单机产品自然加热,温度不可控温的难点,保证了承压水箱室内放置的安全性。从技术性方面解决了防冻性和过热性问题。
(5)集热盒采用模具化铝合金拉伸料,支架采用铝合金拉伸料型材,实现了集热器的扁平化设计,重量轻,载荷要求低;外表面可根据建筑风格的颜色做喷塑处理,与建筑整体效果相结合。
(6)在太阳能水箱内设置专用的电辅助加热器舱。电热器通过热辐射加热舱内空气,空气热对流加热舱体,舱体通过热传导加热水箱内的水。实现水电分离,使用更安全。
但是分体壁挂式系统又有以下不足:
(1)集热器要根据建筑的阳台、墙面的尺寸来确定合理的集热面积与水箱的配比,现场条件不同时,保持固定的配比可能使同一栋楼的不同住户的产水量不同。
(2)集热器与水箱的距离不能太远,过长的距离将造成大量的热量损失。
(3)水箱必须高于集热器,距离愈大高差越大,才能保证设备的正常热传递。在实际布置时,有些情况需要建筑提供一定的现场条件。
3.2 集中式。
采用集中式系统,由四大部分组成:集热部分、储热部分、循环管路部分和控制部分。集中集热,强制换热,集中储水,分户供应,设备的综合利用率较高。全自动控制系统也可实现无人化管理。
集中式系统有以下几个优点:
(1)系统集热效率高,集热器、水箱布置灵活,热水资源容易平衡利用,设备利用率高,热水综合成本较低。
(2)控制灵活,全自动运行,也可通过远程控制实现物业集中管理。
(3)集热器的布置不影响建筑立面,同时集热器的布置替代了屋顶造型花架,节省了建筑费用,同时解决了集热器与建筑的有机结合。
同时集中式系统又有以下不足:
(1)强制循环集中式系统要求系统配件的可靠性强,个别配件如有问题会影响整个单元或整栋楼的业主的热水供应,影响面大。强制循环和恒温恒压供水需消耗少量的电能。
(2)关于采用集中式系统,用来作为住宅分户供热水,需要考虑计量、收费和维护等问题。该系统用水量与系统运行费用成反比。
3.3 屋顶单机。
屋顶单机分为两大类产品,一类是承压全自动产品,二类是非承压落水产品。
(1)承压全自动产品的水箱能够承受一定的压力,采用冷水顶热水出的取水方式,冷热水压力相同,水温调节方便,使用舒适;集热管一般不与水直接接触,单根管破损亦不会造成跑水的现象。
(2)非承压落水产品,最早最简单的结构形式,采用真空玻璃管直接插在水箱内,靠硅胶圈密封,单根管损坏则系统瘫痪;需配套电子控制系统使用,易出现误操作或失灵,后期维护量较大,存在一定的安全隐患,对使用安全性要求不高时一般采用[3]。
屋顶单机系统有以下特点:
(1)屋顶采光一般较好,采光效果一致性较强,集热效率高,屋顶面积足够的话,水箱容量可设计成较大的容量。
(2)产品一户一台,分户使用分户管理,使用维护方便。
(3)适用于多层住宅的配套,不适合高层的配套。
(4)后期的维护量较大,尤其是室外冷热水管路保温伴热的部位,易出现冻裂和烫坏管件的可能。
(5)不同产品的太阳能单机外形差不多,整体外观效果一般。
采用屋顶单机作为建筑一体化的做法,目前不是太阳能与建筑一体化的较好的解决方式。
4. 结语
加快太阳能技术的开发和推广应用,是同时实现节能与环保,实现人类的可持续发展必由之路。因此,我们有大力推广太阳能光热运用的先天条件,以缓解日益加重的能源危机,以及减少温室气体的排放量,为我们的子孙后代留下一片碧水蓝天。目前,我国全国人大立法机关已开始启动《可再生能源法》立法工作,太阳能热利用将进入有法可依的新纪元;同时随着城市建设发展的需要,太阳能与建筑一体化的进程越来越快。
参考文献
[1] 朱云飞, 《关于集中太阳能热水系统设计的研讨》
[2] 袁莹、王国栋等,《集热器构件化-太阳能与建筑一体化的必由之路》
[3]黎 阳; 《太阳能工程简介》,大成国际
[文章编号]1006-7619(2010)05-27-468
【关键词】太阳能;住宅;一体化;节能
Integration of residential solar energy application
Liu Pu,Wang Zhao-hui,Yu Chun-hong
(1.Zibo Architectural Design Institute Zibo Shandong255200;
2.Zhongcai material incorporated company Zibo Shandong255200)
【Abstract】Solar energy is a huge, pollution-free natural energy, the Earth received from the sun's energy each year up to 6 ×1017 kilowatt-hours than the current total energy consumed by human beings in more than a few times, is the inexhaustible human use of inexhaustible new energy, full use of solar energy for human services, and create low-carbon life. This article discusses the integration of solar energy in residential application, from the integration of solar water heaters for residential design principles discussed in the performance of its technology in the residential design aesthetic is feasible; discussed the three types of solar water heater combined with the building form, and that advantages and disadvantages of various forms of solar energy in residential application integration is entirely feasible.
【Key words】Solar energy;Residence;The integral whole turn;Economy energy
1. 引言
随着能源危机的日益加重以及地球气候变暖,我们应加大推广使用免费的、无污染的绿色能源——太阳能,以缓解危机。我国人口众多,资源相对不足,环境污染严重,能源问题已成为经济和社会发展的重要制约因素。大力开发利用新能源和可再生能源,对于改善以煤炭为主的能源结构、缓解能源生产和使用造成的环境污染、促进经济社会可持续发展具有十分重要的意义[1]。
2. 设计原则
太阳能热水器一体化住宅的造型设计应当充分虑其居住建筑的特点。高层住宅、多层住宅有自己的特点,应当区别对待。
2.1 高层住宅。高层住宅本身就标志着现代科学技术在建筑工程领域的成就,太阳能热水器一体化的设计与之相辅相成[2]。由于管线和住户密度的原因,高层建筑中的太阳能集热器常常安装在墙面和阳台,顶部的集热器只能为上部几层提供热水。我国的高层住宅,特别是塔式住宅,其体形特征多为高耸挺拔。集热器可以集中连续布置,或可以与窗或阳台的凹凸处理结合形成竖向的划分,使整个建筑在垂直方向上形成强烈的韵律感。太阳能热水器的水箱则放置于室内。选用强制循环式或直流式集热器,并采用顶水式的管路。
部分高层住宅,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。太阳能集热器采用了吸收性涂层具备特殊的色泽和质感,将其与高层顶部的电梯间或水箱间结合,可以起到装饰的作用,也能为上部几层的住户提供生活热水。
2.2 多层住宅太阳能热水器一体化设计需从形式和体量出发。由于集热器需要南向的坡屋面或墙作为安装的依托,因此争取尽量多的实体面积和可利用空间就是一体化住宅形体设计的指导思想。通常可以使用退阶或半接地式的设计。通过立体构成的切割手法,使整个体量的横断面类似于台阶或三角形。 太阳能热水器一体化设计还可以借助局部的构件来表达技术特征和现代风格,因为受功能的影响, 多层住宅体型的变化常会受到局限,此时局部的处理和构件的形式将起到重要的作用。
3. 太阳能热水器与建筑结合的形式及特点
3.1 分体壁挂式。
分体壁挂式系统有以下优点:
(1)实现分户管理分户使用,个性化强,物业无管理麻烦。
(2)水箱为承压式,顶水式取水,冷热水压力平衡,用水调节方便。
(3)集热器和水箱均不占用屋面,不影响屋顶防水,不影响后期防水维护,避免影响建筑屋顶造型等建筑风格。
(4)突破了太阳能单机产品自然加热,温度不可控温的难点,保证了承压水箱室内放置的安全性。从技术性方面解决了防冻性和过热性问题。
(5)集热盒采用模具化铝合金拉伸料,支架采用铝合金拉伸料型材,实现了集热器的扁平化设计,重量轻,载荷要求低;外表面可根据建筑风格的颜色做喷塑处理,与建筑整体效果相结合。
(6)在太阳能水箱内设置专用的电辅助加热器舱。电热器通过热辐射加热舱内空气,空气热对流加热舱体,舱体通过热传导加热水箱内的水。实现水电分离,使用更安全。
但是分体壁挂式系统又有以下不足:
(1)集热器要根据建筑的阳台、墙面的尺寸来确定合理的集热面积与水箱的配比,现场条件不同时,保持固定的配比可能使同一栋楼的不同住户的产水量不同。
(2)集热器与水箱的距离不能太远,过长的距离将造成大量的热量损失。
(3)水箱必须高于集热器,距离愈大高差越大,才能保证设备的正常热传递。在实际布置时,有些情况需要建筑提供一定的现场条件。
3.2 集中式。
采用集中式系统,由四大部分组成:集热部分、储热部分、循环管路部分和控制部分。集中集热,强制换热,集中储水,分户供应,设备的综合利用率较高。全自动控制系统也可实现无人化管理。
集中式系统有以下几个优点:
(1)系统集热效率高,集热器、水箱布置灵活,热水资源容易平衡利用,设备利用率高,热水综合成本较低。
(2)控制灵活,全自动运行,也可通过远程控制实现物业集中管理。
(3)集热器的布置不影响建筑立面,同时集热器的布置替代了屋顶造型花架,节省了建筑费用,同时解决了集热器与建筑的有机结合。
同时集中式系统又有以下不足:
(1)强制循环集中式系统要求系统配件的可靠性强,个别配件如有问题会影响整个单元或整栋楼的业主的热水供应,影响面大。强制循环和恒温恒压供水需消耗少量的电能。
(2)关于采用集中式系统,用来作为住宅分户供热水,需要考虑计量、收费和维护等问题。该系统用水量与系统运行费用成反比。
3.3 屋顶单机。
屋顶单机分为两大类产品,一类是承压全自动产品,二类是非承压落水产品。
(1)承压全自动产品的水箱能够承受一定的压力,采用冷水顶热水出的取水方式,冷热水压力相同,水温调节方便,使用舒适;集热管一般不与水直接接触,单根管破损亦不会造成跑水的现象。
(2)非承压落水产品,最早最简单的结构形式,采用真空玻璃管直接插在水箱内,靠硅胶圈密封,单根管损坏则系统瘫痪;需配套电子控制系统使用,易出现误操作或失灵,后期维护量较大,存在一定的安全隐患,对使用安全性要求不高时一般采用[3]。
屋顶单机系统有以下特点:
(1)屋顶采光一般较好,采光效果一致性较强,集热效率高,屋顶面积足够的话,水箱容量可设计成较大的容量。
(2)产品一户一台,分户使用分户管理,使用维护方便。
(3)适用于多层住宅的配套,不适合高层的配套。
(4)后期的维护量较大,尤其是室外冷热水管路保温伴热的部位,易出现冻裂和烫坏管件的可能。
(5)不同产品的太阳能单机外形差不多,整体外观效果一般。
采用屋顶单机作为建筑一体化的做法,目前不是太阳能与建筑一体化的较好的解决方式。
4. 结语
加快太阳能技术的开发和推广应用,是同时实现节能与环保,实现人类的可持续发展必由之路。因此,我们有大力推广太阳能光热运用的先天条件,以缓解日益加重的能源危机,以及减少温室气体的排放量,为我们的子孙后代留下一片碧水蓝天。目前,我国全国人大立法机关已开始启动《可再生能源法》立法工作,太阳能热利用将进入有法可依的新纪元;同时随着城市建设发展的需要,太阳能与建筑一体化的进程越来越快。
参考文献
[1] 朱云飞, 《关于集中太阳能热水系统设计的研讨》
[2] 袁莹、王国栋等,《集热器构件化-太阳能与建筑一体化的必由之路》
[3]黎 阳; 《太阳能工程简介》,大成国际
[文章编号]1006-7619(2010)05-27-468