太阳能热水器与建筑的有机结合
摘要：建筑节能是近年来世界建筑发展的一个基本趋势，也是当代建筑科学技术的一个新生长点。
关键词：建筑节能，节能途径，太阳能热水器，有机结合
在经历了数次能源危机以及对矿物能源资源的不可回复性和温室效应对生存环境负面影响的认识越来越清楚之后。世界各国提出了控制矿物能源用量的增长，提高用能效率，开发新能源和可再生能源，保护环境的目标。作为耗能大户的建筑业的节能受到极大的关注。建筑节能是近年来世界建筑发展的一个基本趋势，也是当代建筑科学技术的一个新生长点。
充分利用太阳能就是一个建筑节能的突破点。太阳能建筑应用是用太阳能代替常规能源满足居住者舒适要求和使用功能所需的大部分能源供应，从而达到太阳能在建筑中的综合利用。太阳能与建筑结合的利用分为主动利用和被动利用两种。被动利用是通过建筑的平立面的合理设计，对房间的朝向和功能位置进行合理的安排，以便收集更多的太阳能。太阳能热水器系统与建筑结合则是太阳能与建筑结合的一个系统，属主动系统。此系统又分为每户的单独系统和整体的综合系统。前者虽操作起来较容易，目前建筑市场中应用较多，但管道多，管理难，不易做到与建筑的结合。只有后者取代前者才能使太阳能热水器系统与建筑紧密的结合起来。综合系统可分为太阳能集热系统和热水供应系统。集热系统的主要组成部分为：太阳能集热器、辅助加热或换热器储水箱、循环管路、循环泵、控制部件和控制线路。除了集热器外，其余所有部件均是常规建筑水暖设计经常采用的成熟产品，所以必须保证太阳能集热器的性能和质量，才能使之适应建筑一体化的要求。热水供应系统由配水循环管路、水泵、控制阀门和热水计量表组成，与常规的生活热水系统相同。
太阳能热水器系统的特点
太阳能热水器作为太阳能热利用的设备，除具有投资一次性，使用寿命长等优点外，还具有安全、方便、无污染和不需要燃料等优越性。但是，太阳能热水器的推广普及会对传统的建筑设计产生较大的冲击。传统的建筑设计中，一般只考虑冷水、电气、燃气管道，而忽视了生活热水，没有给太阳能热水器预留安装的空间。这样，在建筑建完后安装太阳能热水器就会出现管道布置凌乱，从而带来许多潜在安全隐患。其次，综合系统的太阳能热水器系统会在房地产运作的初期增加一些投资。因此，要达到与建筑一体化的要求，尚有大量的设计和管理工作要做，对太阳能热利用要形成统一的技术标准和规范，才能使太阳能热水器与建筑有机地结合在一起。
太阳能热水器系统的实施
在建筑设计之初必须要求同步进行太阳能热水器系统的设计。为了不影响建筑的美观，可对建筑立面设计作相应的处理。在处理视觉的初期，认为将集热器隐藏在看不到的位置，如沿平屋顶的中心线。当沿屋面北侧设置时，应以女儿墙做遮挡。而近期趋势则将集热器与建筑合为一体，把集热器作为建筑构件使用，比如作为屋顶的一部分，阳台的栏杆，窗上的挑蓬或者其他任何形式的遮阳装置。解决技术设备与建筑造型的关系，是建筑师将面临的问题，这也为建筑设计提供了更高的要求。在设计中要在满足建筑造型的前提下，还要考虑太阳能热水器的运行负荷，预埋的构件满足集热器安装的强度要求，并做好防水处理。其次要预留管道井，设置配水管道，因地制宜选择合适的辅助加热（换热）设备和合理的控制手段［1］。要实现美观适宜的太阳能集热器建筑一体化的平立面设计，做
好集热器和普通建材结合部位的可靠防渗漏处理，在设计系统时，不可过高追求太阳能贡献率，而使太阳能集热器的面积过大，给建筑一体化造成困难。
太阳能热水器的工作原理
A．真空管式太阳能热水器工作原理：
真空管吸热-微循环-保温水箱-测控制系统-用户真空管式太阳能热水器，利用真空管集热，最大限度的实现光热转换，经微循环把热水传送到保温水箱里，通过专用管路至用户。控制系统把自来水通过控制阀，控制仪等送至太阳能以达到自动化控制。辅助电加热安置在水箱里，已备阴、雨、雪天使用，节电90%。并自动化运行。
B．热管承压式太阳能热水器工作原理：真空管吸热-热管传导热-保温水箱-控制系统-用户。（价格较高）热管承压式太阳能热水器，利用真空管集热，内置¤ 型翅片，把高温环境中的热量传给热管、热管迅速将热量传入水箱，特别在多云，辐射强度低的情况下，启动传热快。经连续测试，热管式太阳能热水器，日平均热效率高达56%。
太阳能与建筑一体化依旧障碍重重
太阳能热水器在全国各城市普及的最大瓶颈是城区内楼顶安装有限制。一些老式建筑没有专门设置太阳能热水器的管道，如果要安装得通过烟道，但这容易对烟道造成堵塞。例如目前北京三环以外的城郊装太阳能热水器的还比较多，光热可以逐步代替常规能源，但因其与建筑的结合比较差、三环以里的市中心区利用太阳能几乎不可能。
目前的现状是，太阳能厂家和设计部门、房地产开发商等缺乏沟通，厂家针对设计单位所做的基础工作太少，很多设计师根本不知道太阳能为何物？技术水平如何？能解决什么问题？既然不了解，设计师就无法将其“融入”到建筑中，开发商也不会认可。”北京太阳能研究所高级工程师范立新表示“太阳能与建筑一体化”是今后一段时期内太阳能热水器发展的方向，这已经是行业内管理部门和各企业所达成的共识，政府有关部门也在制定相关的政策和标准推动这个大课题的进程。
太阳能热水器要真正得到推广，应先从两方面入手。一，楼房在设计建造之初就要融入节能的理念，从设计、研发到生产、施工都要将太阳能作为建筑能耗的一部分来考虑。第二方面则应积极地对现有楼房进行建筑安全论证以及相应的改造。据悉，建设部目前正在考虑太阳能与建筑的结合应用问题。比如考虑在斜屋顶、阳台和立面墙安装太阳能集热。
我国的能源需求在不断增长、石化能源消耗带来的环境压力在不断加剧，新能源和可再生能源的开发利用必将越来越受到重视。我国国土辽阔，具有丰富的太阳能源资源。全国有2/3以上地区年辐照总量大于502万千焦/平方米，年日照时数在2200小时以上，具有良好的开发条件和应用价值。资料显示，我国已经成为世界上最大的太阳热水器生产和使用国。2005年全国太阳能集热面积总量已达到6400万平方米，每年可以为国家节省电能近240亿度。
建筑由于有了太阳能热水器，也就有了相应的外在表现形式。由于太阳能热水器在建筑中放置的位置不同，将促进太阳能热水器形式的多元化。反之，多元化太阳能热水器的产品也为建筑师进行建筑设计提供了更多的积极因素。通过此过程，必然会涌现出多姿多彩的太阳能热水器与建筑完美结合的建筑。为此，建筑师应在保证太阳能热水器的功用性能的前提下，尽量做到模数化、标准化、系列化以及多元化，使之可与建筑的屋面、遮阳板、墙面、阳台等构件结合成一个
