太阳能建筑一体化热水硕士学位论文

广西大学硕士学位论文 太阳能建筑一体化热水控制系统的研究

等地区。一类地区海拔高，全年日照时数约为3300h，辐射量相当于284 kg标煤燃烧所发出的热量。

(2) 二类地区是我国太阳能资源较为丰富的地区，主要有山西、河北、宁夏、内蒙古和青海等地区。全年日照时数约为3200 h，辐射量相当于226 kg标煤燃烧所发出的热量。

(3) 三类地区主要有河南、山东、辽宁省、广东、吉林、云南、江苏、陕西、安徽北和福建等地，全年日照时数约为3000 h，辐射量相当于200 kg标煤燃烧所发出的热量。

(4) 四类地区是我国太阳能资源最少的地区，主要有四川省和贵州省。全年日照时数为2200h以下，辐射量相当于170 kg标煤燃烧所发出的热量。

1.2太阳能光热的利用与发展

目前，人们利用太阳能光热最普遍的形式是利用太阳能光热加热冷水。经过世界各国科学家和工程师近百年的努力，太阳能热水技术已成为在太阳能热利用技术上最为成熟、商品化程度最高、经济上最具竞争力的技术。在全世界范围内，各种太阳能热水装置的生产已形成为一个新兴的产业，其广泛运用于人们的生活和某些生产领域。

在欧洲的许多国家，太阳能热水利用不仅仅局限于居民的家庭生活用水，政府通过建造大规模的太阳能热水工程来提供城市用水，把太阳能热水作为市政热水供应的一部分，其运用范围更为广泛并且高端。像丹麦、瑞典这些发达国家都建有大型的太阳能供热水工程。相对于其他形式的能源供热水，太阳能光热利用在能源消耗和环境污染两方面都有巨大的优势。如图1-4所示为用煤炭和太阳能提供热水的效率对比图。

图1-4用煤炭和太阳能提供热水的效率对比图

Fig 1-4 Coal and solar energy to provide hot water efficiency comparison chart

在使用太阳能热水器面积方面，以色列是全球人均使用面积最高的国家。其太阳能热水器的总面积到达350 m2，普及率超过了90%，如表1-1所示为世界各国每千人拥有

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太阳能热水器的面积。

表1-1世界各国每千人拥有太阳能热水器的面积

Table 1-1 Some countries for every 1000 people have solar water heaters in the area 国家 面积/ m2 国家 面积/ m2 以色列 580 丹麦 60 奥地利 265 日本 58 希腊 264 德国 52 澳大利亚 164 美国 40 中国 96 荷兰 13 1.2.1太阳能热水系统国外研究现状

在国外，太阳能热水器产品经历了三个时期，分别是闷晒式、平板式、玻璃真空管式。目前它们产品的发展方向主要集中在如何提高集热器的集热效率。在北美和欧洲的一些国家，太阳能建筑一体化得到了大力的发展和应用，其主要形式为集中集热、集中供热系统和集中集热、分户储热系统，用于供应一栋或几栋楼的热水，配套高性能控制系统和太阳能热水器。欧洲一些国家的太阳能资源虽然不够丰富，但由于化石能源的日益缺乏且人们的环保意识较强，其发展方向主要致力于太阳能热水系统的优化。主要通过软件模拟和分析热水系统内部的运行状态、参数设定，实验测量后进行不同情况的比较，使太阳能热水系统运行效率达到最优。

鉴于国外的太阳能热水系统多是运用于建筑一体化，因此平板太阳能热水系统是其主流产品。平板集热器性能的提高、外观的优化已使得它和建筑完美的结合，它能置于屋顶、镶嵌于墙体和阳台，和建筑适合的融为一体。整个系统主要采用分体式双循环承压的运行方式，通过加有防冻液的工质进行热量交换，既能保障良好的水质也能保证在冬天正常使用热水系统。同时，采用电加热等间接加热方式，保证全天的正常热水使用。其控制系统已经能做到根据太阳辐射量对系统的运行进行实时的监控，有的系统能做到远程监控、集中监控、物联网等技术也运用于其中，能够实时得知系统的运行状况、产生的热水量、减少的碳排放量等相关数据，热水系统朝着集成化、智能化方向前进。 1.2.2太阳能热水系统国内研究现状

我国政府一直都非常重视太阳能的开发和利用。虽然整个热水器行业相对于国外起步较晚，但自20世纪80年代起，在太阳能热利用技术中太阳能热水技术的研发已多次列入国家科技攻关项目，技术最为成熟。我国的太阳能热水器技术主要经历了三个发展阶段。

起步阶段，我国太阳能热水器的使用起始于1958年，中国最早的太阳能热水系统

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是分别建于天津大学和北京天堂河农场的浴室，采用的是自然循环式太阳能热水系统，分别由天津大学和北京建筑设计院研制。产业化形成阶段，始于80年代，由于70年代末的世界能源危机，我国政府也采取了相应的应对措施，太阳能热水器这个新兴行业悄然而生，并在太阳能集热器研制方面取得了一定的成果。主要的成就是研制成功了光谱选择性吸收涂层玻璃真空管集热器。快速发展阶段，90年代后期，我国太阳能热水器产业得到了迅速的发展，太阳能产业相关企业达到3000多家。太阳能集热器的年生产量从1998年的350万m2 /年发展到2008年的3100 m2 /年。

通过这三个阶段，我国的太能热水器产业在这二十多年期间，发展迅速，生产了不同型号和规格的太阳能产品，使得我国太阳能热水器的年产量飞速增长，势头迅猛。目前，我国是世界上公认的最大太阳能热水器的生产及应用国，年产量和保有量都居世界第一，占世界总使用量的50%以上。其中全玻璃真空管太阳能热水器已成为我国最具特色的太阳能光热产品，并且相关的太阳能热水器技术的国家标准体系已经基本形成。

在我国，太阳能集热器的效率问题一直是太阳能热水系统中研究的重点对象，涉及到的研究内容是如何提高太阳能光热转换效率。通过开发高吸收、低辐射率的材料，在最大限度吸收太阳辐射的同时尽量的降低其反射会空气中的热量，从而做到更有效的保存已搜集的热量，提高集热器的效率。

近年来随着我国太阳能热水器的发展，太阳能建筑一体化的理念在太阳能研发学术界、生产厂家和建筑设计业达成了共识，与建筑合理的结合已逐渐成为未来太阳能热水器产业发展的方向和关键。太阳能热水器绿色健康、安全节能，越来越多的被广大的消费者所接受，但目前安装的常规太阳能热水器设备一般是在房屋建造好后，将太阳能集热装置通过一些固定手段安装在屋顶上。这样会有一些如，如何抗大风、冰雹等安全问题，同时由于是后期无规律安装，会大大破坏建筑的整体美。同时真空管破碎、漏水、中高层建筑中管道布设等问题也会存在一定弊端。因此为了提高太阳能热水器在中高层建筑的运用和发展，太阳能与建筑结合是必由之路。

目前国内的太阳能热水系统主要应用于低层和多层建筑，并且以真空玻璃管集热器为主。由于我国人多地少，随着城市中高层建筑的快速发展，太阳能热水系统的整体性要求日益凸显。大型公共建筑的集中供水、高级商用建筑的绿色节能需求、民用建筑节能和外观相结合的要求，使得高层建筑的太阳能一体化设计研究越来越受到重视。太阳能建筑一体化也就成了太阳能利用的重要发展方向。

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1.3本章小结

本章通过分析太阳能热水系统的研究现状及发展方向，得出太阳能热水系统作为建筑节能的发展方向，太阳能热水系统建筑一体化将会越来越受到重视和发展。与此同时，由于其相关政策和规范并不完善，控制方式和结构不够合理导致在与建筑结合的过程中出现很多问题。本文基于此背景，开发一种集中供热分户储热太阳能热水系统。

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