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1、太阳能热水系统设计与分析-给排水设计专项课题第一章、太阳能建筑的发展目标1、建筑能耗根据我国的统计要求，建筑能耗一般指建筑使用能耗，即建筑物在使用过程中所消耗的能源，包括照明、电器、采暖、制冷、设施、热水、炊事等。2000年的统计结果表明，尽管我国民用建筑的整体舒适度低于世界各发达国家，但我国的建筑能耗已经占到当年全社会终端能源消耗的278，接近发达国家(1/3左右)的水平。采暖和空调为主的建筑能耗已占10以上。2、能源现状 根据美国、日本和Shell、BP等公司预测，世界化石燃料生产和消耗峰值在20202030年之间。我国人口众多，人均能源资源占有量低于世界人均值，而且能源经济可开发剩余采储
2、量的资源保证程度仅为129.7年。3、CO2减排压力 有关资料显示，世界各国建筑能耗中排放的C02约占全球排放总量的1/3。其中，住宅约占2/3，公共建筑占1/3。 对未来CO2排放的预计是，如果不采取措施，50年后，大气中的CO2含量是现在的3.5倍，如果积极采取各种清洁能源替代技术，在25年内就可以看到明显效果，在50年内可把CO2的含量降低到目前的水平。 对可再生能源减排潜力的系统研究表明，太阳能光热光伏应用和太阳能建筑对于CO2减排的贡献，从2010到2030年间，可达到1.515.30TtC/a。 我国具有丰富的太阳能资源，年日照时数在2200小时以上地区约占国土面积的2/3以上。对
3、太阳能应用的预测结果为，在正常发展和生态驱动发展两种模式下，2050年我国太阳能利用在总能源供给中分别达到4.7和10。其对我国未来CO2减排的潜力估计是，到2010年以后，太阳能利用对减排开始有较明显作用，2020年以后开始有较显著作用。4、太阳能建筑 定义：综合考虑社会进步、技术发展和经济能力等因素，在建筑的策划、使用、维护以及改造等活动中，主动与被动地利用太阳能的建筑统称为太阳能建筑。我国太阳能建筑领域中技术最成熟、应用范围最广、产业化发展最快的是家用太阳热水器(系统)，其次是被动式采暖太阳房。 我国在太阳能建筑领域进行了长期的、积极的研究与实践。包括太阳能光热、光伏设备设施厂家在内，各
4、地政府、研究机构、设计院以及开发企业等在不同层面、不同区域、不同建筑上做了大量细致的研究、开发、设计、建设工作。5、太阳能建筑的技术途径 太阳能建筑的应用领域包括建筑的使用功能及业主对于安全、便利、舒适、健康的环境需求。 太阳能建筑的技术途径包括了被动应用、主动应用和综合应用等多种途径。如从保温隔热材料的开发、自然采光通风功能的实现、太阳能光热光伏技术的应用到遮阳、光影和舒适环境的创造，全方位地综合应用太阳能资源，就目前发展最快的太阳能光热利用而言，包括低温利用、中温利用和高温利用等多层次能源效率利用形式；而太阳能光伏利用也将在太阳能建筑一体化上表现出更为广阔的发展前景。6、制约太阳能建筑发展
5、的因素尽管国家和行业主管部门已经出台了一系列法规、标准，如节约能源法、民用建筑节能管理规定、不同地区的节能设计标准等，除成本、技术、市场等制约因素外，管理体制过于分散、激励政策体系不健全、全民教育与理念传播不够等都是制约太阳能建筑发展的相关因素。当前，太阳能建筑的理念推广比具体某项技术或产品的推广更加迫切。7、太阳能建筑发展策略7.1 太阳能建筑的发展思路 在各级政府的政策导向和激励机制的基础上，提高职业培训和公众教育程度，加强产品(系统)检测认证和建筑准入制度，完善规范标准及相关技术规程，发挥从企业到业主等各个层面的积极性，共同推进太阳能建筑的有序健康发展。7.2太阳能建筑的发展策略7.2.
6、1. 成熟的被动太阳能技术与现代的太阳能光伏光热技术的综合利用；7.2.2. 保温隔热的围护结构技术与自然通风采光遮阳技术的有机结合；7.2.3. 传统建筑构造与现代技术和理念的融合；7.2.4. 建筑的初投资与生命周期内投资的平衡；7.2.5. 生态驱动设计理念向常规建筑设计的渗透；7.2.6. 综合考虑区域气候特征、经济发达程度以及建筑特征和人们的生活习惯等相关因素。7.3太阳能建筑的发展目标 综合利用太阳能，满足建筑物对于使用功能和环境功能等方面对于能源供应的需求，以降低建筑能耗在社会总能耗中的比例。因此，进一步考虑将太阳能利用与地热能、风能、生物质能以及自然界中的低温热能等复合能源的利
7、用结合起来，并进行系统的优化配置，满足建筑的能源供应和健康环境的需求，是太阳能建筑发展的最高目标，零排放建筑代表了太阳能综合应用的最高理想。近期研究开发的重点是太阳能热利用产品和系统与建筑一体化。7.4综合确定太阳能建筑发展策略7.4.1. 气候特征和经济发达程度：西部经济欠发达地区，往往又是太阳能资源丰富的区域。依然应以被动利用太阳能建筑为主，加强集热、蓄热、导热等材料和技术的研发与推广；而对于经济发达的沿海地区，夏季炎热、冬季阴冷，又具有冬季采暖、夏季空调的生活需求和经济能力。因此，应积极扩大综合利用太阳能建筑新技术的投资优势，并成为实施太阳能或水源热泵等采暖空调技术示范建筑的首选地区。7
8、.4.2. 生活习惯和经济水平：随着我国社会发展和人民生活水平的不断提高，稳定的热水供应逐步成为居民的基本生活需求之一。这是太阳能热水设备及系统与建筑一体化成为太阳能建筑领域发展最快的主要原因。7.4.3. 建筑特征与政策导向：对于不同的建筑类型和社会功能，在太阳能利用等领域应给予不同的示范导向和税收等激励政策。对于公益性建筑采取强制推行太阳能利用的政策；而对于商业性建筑则给予税收等激励政策；对于量大面广的居住建筑则实行税收激励政策、能源投资机制及业主有偿使用相结合的策略。当然这些策略对于既有建筑的改造同样适用。近期可在选择特殊用途建筑、大型公益性建筑及政府办公建筑等进行示范推广和政策引导。7
9、.4.4. 太阳能建筑技术和体系：编制设计规范、标准及其相关图集，建立产品(系统)检测中心和认证机构，完善施工验收及维护技术规程等，是太阳能利用(如热水供应)列入建筑工程设计环节，并作为一个“专业”纳入建筑工程教育体系的前提。7.4.5. 理念推广：节能生态的教育、生活方式的改变和理念的传播在太阳能建筑发展中的重要性凸现。教育人们了解常规能源的一般知识、太阳能的优越性以及健康的生活方式，是一项全社会的重要任务，各级政府应给予足够的重视，并予以专项资金支持。7.4.6. 太阳能建筑应用技术的研究与推广：针对我国的社会发展、技术进步、经济能力、区域气候、生活需求等因素，以太阳能建筑领域中的热水供应
10、为切入点，扩大太阳能热水供应的既有理念优势，倡导“理念先行、示范突破、政策跟进”的原则，推行“标准设计、检测认证、建筑准入”的机制，分阶段逐步推进太阳能建筑在我国的发展，最终达到太阳能建筑的普及和推广。第二章、太阳能热水器与建筑一体化1、太阳能热水器与建筑一体化 太阳能热水器与建筑一体化概括起来讲，就是将太阳能热水器与建筑充分结合并实现整体外观的和谐统一。具体来讲包括下面几个优点：1.1建筑的使用功能与太阳能热水器的利用有机的结合在一起，形成多功能的建筑构件，巧妙高效的利用空间，使建筑可利用太阳能的部分-向阳面或屋顶得以充分利用；1.2同步规划设计，同步施工安装，节省太阳热水系统的安装成本和建
11、筑成本，一次安装到位，避免后期施工对用户生活造成的不便以及对建筑已有结构的损害； 1.3综合使用材料，降低了总造价，减轻建筑荷载； 1.4综合考虑建筑结构和太阳能设备协调和谐，构造合理，使太阳热水系统和建筑融合为一体，不影响建筑的外观； 1.5如果采用集中式系统，还有利于平衡负荷和提高设备的利用效率；1.6太阳的利用与建筑相互促进、共同发展，使其节省能源，为民众受益。 总之，经过一体化设计和统一安装的太阳能热水系统，在外观上可达到和谐统一，特别是在集合住宅这类多用户使用的建筑中，改变使用者各自为政的局面，易于形成良好的建筑艺术形象。2、太阳能热水器与建筑一体化设计基本途径与方法 太阳热水器作为
12、一种工业化的技术产品，它与建筑的有机结合，有利于创造富有个性的建筑形体，从而加强住宅的可识别性。图为皇明太阳能集团工程：铜陵世界花园。整齐划一的太阳能热水系统工程，和整洁的建筑、美丽的自然风光完美的结合到了一起，相得益彰，令人赏心悦目。可是我国建筑行业与太阳能热水器的结合刚刚起步，还存在着很多的问题。传统的设计方法是在屋顶上安装太阳能热水器。这是目前最为普及的设计方法，但是它也存在很多的缺陷。装在屋顶上的太阳能热水器存在着连接管道较长，热损失大等缺陷；上屋顶检查或维护较为困难，如果没有统一设计，就会造成布局混乱，与建筑不协调，不美观，破坏建筑形象，影响市容市貌；严重的还会降低太阳能产品在消费者
13、心中的地位。 太阳能热水器安装在建筑物上如果不和谐，就会影响到建筑物的美观和市容的整洁，从某种程度上其实在制约着太阳能热水器与建筑一体化的发展。所以说，力求做到太阳能热水器与建筑以及周围环境的和谐一致，是这项技术的核心所在。 一谈到太阳能热水器与住宅建筑的一体化设计首先就会考虑到外观与风格的问题。太阳热水器一体化住宅不完全是简单的形式观念，关键是要改变现有的住宅内在运行系统。具体的设计原则可以表述为吸取技术美学的手法，体现各类住宅的特点，强调可识别性，利用太阳能构件为建筑增加美学趣味。太阳热水器一体化住宅设计应考虑居住建筑特点如：平立面、结构和造型较规整；房间的功能性较强；住宅造价大的限制。在
14、设计中应注意立面设计力求简单，使立面看上去简洁平整。 集热器是收集太阳能的主要部件，其安装的位置应避免其它建筑、树木及建筑自身遮挡阳光。特别是对于安装在集合住宅南向墙面上的集热器要根据规划中日照间距设置，确定最低的安装高度。 从建筑的角度考虑集热器的维护使用问题，如果集热器安装在平屋顶、阳台等处，维护清洁比较容易进行；如果集热器安装在坡屋顶和南侧窗间墙等处，则要考虑今后使用中的维护问题。根本目的就是为用户的使用和维护提供方便。2.1立面式 住宅上太阳集热器的重复安置可以形成有韵律感的连续立面。可结合住宅的屋顶、阳台和遮阳板的位置设置集热器，以其特有的韵律感形成太阳能建筑的标志性外观。在高层集合
15、住宅中如果利用窗户的不同构图或阳台的处理，更易于塑造竖向的垂直韵律效果。2.2阳台式集热器除了可垂直的排布在窗台之间，还可以与楼房阳台封装结合为一体，带保温壳体的储水箱安装在上层阳台的底部。或采用直流式热水器通过自来水的压力将热水压入设在卫生间、厨房等用水房间的保温水箱内。 在阳台安装的热水器应考虑综合阳台栏板的功能，形成多功能建筑构件，力求实现太阳能热水器和建筑的完美结合，且能最大限度的利用太阳光照，满足多种形式的供水需求。 但是在阳台安装的太阳能热水器仍有不足之处。这种热水器在纬度较低的建筑南墙上安装存在夏季集热量不高的缺点。故通常可用于较高纬度地区，为获得较大的水压，常采用不需将水箱置于热水器之上的直流式热水系统。连接热水器和水箱的管径不宜太粗，以便于保温和减少管内存水量。2.3 遮阳棚式 集合住宅中还可以将太阳集热器与门窗上的遮阳棚相结合。这种热水器的特征在于将集热器安装在窗口上方的遮阳托架上，水箱则设在上层窗坎墙处，在起到遮阳作用的同时为用户提供热水，有效地利用了空间。需要注意的则是要确保安装牢固，以免集热器落下伤人，而由于集热器多是玻璃材质，要考虑在集热器上方加适当的保护措施防止重物砸坏集热器。 综上所述，在我国集合住宅
