摘要：介紹了我國太陽能熱水器建筑一體化發(fā)展的背景及歷史沿革；論述了國內(nèi)在太陽能熱水
器與建筑一體化方面的研究現(xiàn)狀，并分析了國內(nèi)太陽能熱水器與建筑一體化的發(fā)展動向及其市場前景。
關(guān)鍵詞：太陽能；熱水器；建筑一體化。
0 引言
在能源危機和環(huán)境污染的雙重壓力下，太陽能作為一種取之不盡且無污染的能源，已成為當前國際能源開發(fā)利用領(lǐng)域中的新熱點。太陽能熱水器在太陽能熱利用領(lǐng)域中，技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛，產(chǎn)業(yè)化進程最迅速。但由于國內(nèi)太陽能熱水器生產(chǎn)廠商與建筑師在如何實現(xiàn)太陽能熱水系統(tǒng)與建筑物有機結(jié)合方面的研究力度不夠，既影響了太陽能熱水器的進一步普及，又影響了城市的景觀。本文將重點介紹國內(nèi)在太陽能建筑一體化方面的研究現(xiàn)狀，分析太陽能熱水器建筑一體化的發(fā)展動向及市場前景。
1．我國太陽能熱水器建筑一體化發(fā)展的背景與歷史沿革
我國地處北緯18o－54o之間，幅員廣闊，年日照時間大于2000 小時的地區(qū)約占全國總面積的三分之二，有著十分豐富的太陽能資源。在能源危機和環(huán)境污染的雙重壓力下，我國的太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。進入上世紀90 年代，我國已建立了全玻璃真空集熱管和平板集熱器工業(yè)。但隨著城市建筑密度的增加及建筑的高層化，如何在建筑物上有限的空間充分利用太陽能資源，并使太陽能熱水系統(tǒng)能夠與建筑物有機結(jié)合，顯得尤為迫切。
為促進太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，1998 年10 月國家經(jīng)貿(mào)委和建設(shè)部在昆明召開了“太陽能技術(shù)與建筑技術(shù)研討會”，提出了我國太陽能系統(tǒng)建筑一體化問題，分析了太陽能系統(tǒng)建筑一體化的必要性及緊迫性。2001 年12 月建設(shè)部在南京再次研討了如何實現(xiàn)太陽能熱水器與建筑有機結(jié)合這一設(shè)計理念。在這種設(shè)計理念的指導下，國內(nèi)太陽能熱利用領(lǐng)域的科研機構(gòu)和企業(yè)都在努力尋求實現(xiàn)太陽熱水器與建筑結(jié)合的方式。
2．太陽能熱水器建筑一體化的研究現(xiàn)狀
隨著社會的發(fā)展，一方面城市住宅建筑日益高度化，傳統(tǒng)太陽能熱水器將面對安裝空間不夠這一嚴峻現(xiàn)實。另一方面，人們對城市景觀日益看重。人們希望太陽能熱水器既能提供生活熱水，同時又不影響城市景觀。為實現(xiàn)熱水器產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，國內(nèi)一些相關(guān)科研機構(gòu)與企業(yè)正致力于太陽能熱水器與建筑一體化方面的研究。這方面的研究主要包括新型集熱器的研制、太陽能熱水器建筑一體化工程實踐及與建筑有機結(jié)合的分體式太陽能熱泵熱水器的研究。
2.1 新型太陽能集熱器的研制
太陽熱水器建筑一體化的要點在于把太陽熱水器視為建筑的一部分，在工程設(shè)計、設(shè)備安裝、設(shè)備色彩、工程尺度等方面與建筑的功能、造型、色彩、風格、質(zhì)感等和諧一致。目前普遍采用的平板型集熱器及真空管集熱器，難以滿足太陽能熱水器建筑一體化的要求。為實現(xiàn)太陽能集熱器于與建筑的和諧統(tǒng)一，昆明新元太陽能設(shè)備廠研制了一種新型太陽能集熱器—新元熱板（如圖1 所示）。該集熱板可安裝在坡屋面上，作為屋面構(gòu)件，除集熱功能外，還具有建材的圍護、保溫、隔熱、防水等功能，并能在形態(tài)和色彩上與建筑融合。
同其它集熱器相比，新元熱板具有模塊化和建材化等特點。新元熱板具有固定的厚度和寬度，其長度可在9 米范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，并可根據(jù)建筑設(shè)計要求適量彎曲、起翹、透光、截角。此外，由于具有集熱、防水、保溫、隔熱等功能，該熱板既具有太陽集熱器功能, 又能獨立構(gòu)成建筑物的太陽能屋面或墻面。
2.2 太陽能熱水器建筑一體化工程實踐
由新元熱板和相關(guān)部件組成的太陽熱水系統(tǒng)與建筑結(jié)合，構(gòu)成了一種特別的坡屋頂太陽熱水器一體化建筑。在由云南紅塔屋業(yè)發(fā)展公司開發(fā),云南省設(shè)計院設(shè)計的昆明紅塔金典園住宅區(qū)及由昆明市官度區(qū)土地房屋開發(fā)經(jīng)營總公司開發(fā),昆明官房建筑設(shè)計有限公司設(shè)計的云南蒙自紅竺園住宅區(qū)成功地安裝了由新元熱板和相關(guān)部件組成的太陽能熱水系統(tǒng)。該種太陽熱水系統(tǒng)按建筑單元設(shè)計，集熱板安裝在建筑坡屋面上，外觀、色彩、尺度與建筑協(xié)調(diào)，熱水箱和相關(guān)設(shè)備放置在建筑樓梯間頂部的設(shè)備間中，避免了以往太陽能熱水系統(tǒng)對城市景觀所造成的破壞。
此外，此種太陽熱水系統(tǒng)要求與住宅建筑統(tǒng)一設(shè)計，同步施工。熱水系統(tǒng)水管布置于建筑墻體內(nèi)，既減少了系統(tǒng)的熱損，又避免了以往安裝太陽能熱水器水管時穿墻打洞所造成的不安全因素。
2.3 與建筑結(jié)合的分體式太陽能熱泵的研究
傳統(tǒng)的太陽能熱水器，一方面受氣候的影響，不能全天候有效運行，年熱水提供率低。另一方面，由于住宅建筑的日益高層化，傳統(tǒng)太陽能熱水器將面對安裝空間不夠這一嚴峻現(xiàn)實。所有這些，極大地阻礙了太陽能熱水器的進一步普及。在此種背景下，研制能與建筑有機結(jié)合的、全天候的太陽能熱水器將具有廣闊的市場前景。太陽能熱泵熱水器能很好地滿足這一要求。上海交通大學教育部太陽能發(fā)電與制冷工程研究中心研制了一種直膨式太陽能熱泵熱水器（如圖3 所示）。該熱泵熱水器考慮到對于高層或多層建筑非頂層用戶普遍存在的集熱器安裝問題，將太陽能熱泵熱水器樣機設(shè)計成分體式結(jié)構(gòu)，即將太陽能集熱器/蒸發(fā)器作為一個單獨部件，根據(jù)實際情況，可傾斜安裝在南向屋頂之上，也可掛裝在建筑物南向外墻或陽臺之上。壓縮機、冷凝器、儲熱水箱等作為另一個整體放置在室內(nèi)，既便于系統(tǒng)的控制和維修，又可減少水箱的散熱損失；室內(nèi)外部件之間采用制冷劑管路連接。同傳統(tǒng)的太陽能熱水器相比，分體式太陽能熱泵熱水器不僅大大簡化了系統(tǒng)的安裝過程，降低了安裝費用，而且易與建筑實現(xiàn)一體化集成，尤其適合于高層或多層建筑。
3．太陽能熱水器建筑一體化進程中的研究動向及市場前景
3.1 研究動向
由于能源危機的影響，建筑節(jié)能已引起世界各國的普遍重視。傳統(tǒng)的壓縮式空調(diào)系統(tǒng)，不僅消耗常規(guī)能源，而且污染環(huán)境。因此，研究新型清潔、節(jié)能的采暖及制冷裝置，勢在必行。現(xiàn)行的太陽能熱水系統(tǒng)，尚不能滿足建筑采暖、空調(diào)的雙重功能。另一方面，研究表明太陽能制冷在技術(shù)上是完全可行的。為進一步擴大太陽能熱水系統(tǒng)的市場份額，一些研究機構(gòu)及太陽能設(shè)備生產(chǎn)廠家正致力于以下方面的研究:
（1）與熱泵結(jié)合，冬季室內(nèi)地板采暖，全年供生活熱水的住宅太陽能復(fù)合熱水系統(tǒng)的研究
與常規(guī)的空調(diào)機組、電加熱器相比，太陽能地板采暖復(fù)合熱水系統(tǒng)不僅可以節(jié)約高品位的電能，而且，由于地板采暖溫度波動較少，可有效提高人體舒適度。此外，我國有著十分豐富的太陽能資源，年日照時間大于2000 小時的地區(qū)約占全國總面積的三分之二；另一方面，我國絕大部份地區(qū)冬季較寒冷。隨著人們生活水平的提高，冬季采暖的能耗將逐步增加。因此，順應(yīng)建筑節(jié)能的潮流，研制太陽能地板采暖復(fù)合熱水系統(tǒng)，將進一步擴大太陽能熱水器的市場份額。
（2）基于建筑一體化的太陽能冷暖空調(diào)與熱水復(fù)合系統(tǒng)的研究太陽輻射能與制冷用能需求在時間和地域上的分布規(guī)律高度匹配。因此，開發(fā)太陽能熱驅(qū)動的冷暖空調(diào)與熱水復(fù)合系統(tǒng)，部分替代夏季白晝電網(wǎng)電力空調(diào)峰值負荷及冬季供暖，對人居環(huán)境保護和緩解城市電網(wǎng)峰負荷具有重要意義。隨著太陽能吸收式制冷及吸附式制冷研究的進一步深入，太陽能熱水器與吸收式或吸附式制冷裝置有機結(jié)合的太陽能冷暖空調(diào)與熱水復(fù)合系統(tǒng)，將逐漸成為太陽能熱水器的另一發(fā)展方向。上海交通大學教育部太陽能發(fā)電與制冷工程研究中心在該方面進行了深入的研究，目前已成功研制出了太陽能冰箱熱水器復(fù)合機[7]。該復(fù)合機在提供生活熱水的同時，還可有效制冷。
此外，在太陽能熱水器建筑一體化進程中，傳統(tǒng)的太陽熱水器的角色發(fā)生了根本變化，由相對獨立、與建筑開發(fā)商毫無關(guān)聯(lián)、可任意安裝的一個裝置，變換為與建筑密不可分的建筑構(gòu)件。因此，太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計、營銷、安裝驗收、售后服務(wù)等環(huán)節(jié)需要太陽能設(shè)備生產(chǎn)及安裝廠家、建筑規(guī)劃設(shè)計部門、建筑開發(fā)商等共同參與、共同探索及共同完善。住宅建設(shè)管理等職能部門將對太陽熱水器的安裝制定相關(guān)的法規(guī)，以引導太陽能熱水器行業(yè)的健康發(fā)展。
3.2 市場前景
隨著人們生活水平的提高，建筑能耗已接近發(fā)達國家水平。為減少建筑能耗，建設(shè)部制定了«建筑節(jié)能技術(shù)政策1996－2010»，將太陽能熱利用納入國家建筑節(jié)能的范疇，為太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了政策基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計，1995－2000 年間，全國新建住宅55 億平方米，到2010 年新建住宅將增至150 億平方米[1]。按20％的新建住宅安裝這種基于建筑一體化的太陽能熱水系統(tǒng)計算，其市場前景十分廣闊。
4．結(jié)語
隨著社會的發(fā)展，一方面城市建筑密度日益增加，樓宇日益高層化，有限的建筑空間難以安裝足夠多的傳統(tǒng)的太陽能熱水器。另一方面，傳統(tǒng)的太陽能熱水器在一定程度上影響城市景觀。太陽能熱水器建筑一體化是綠色能源和新建筑理念的有機結(jié)合。在國家政策的引導下，太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的有機結(jié)合，將成為未來太陽能熱水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
器與建筑一體化方面的研究現(xiàn)狀，并分析了國內(nèi)太陽能熱水器與建筑一體化的發(fā)展動向及其市場前景。
關(guān)鍵詞：太陽能；熱水器；建筑一體化。
0 引言
在能源危機和環(huán)境污染的雙重壓力下，太陽能作為一種取之不盡且無污染的能源，已成為當前國際能源開發(fā)利用領(lǐng)域中的新熱點。太陽能熱水器在太陽能熱利用領(lǐng)域中，技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛，產(chǎn)業(yè)化進程最迅速。但由于國內(nèi)太陽能熱水器生產(chǎn)廠商與建筑師在如何實現(xiàn)太陽能熱水系統(tǒng)與建筑物有機結(jié)合方面的研究力度不夠，既影響了太陽能熱水器的進一步普及，又影響了城市的景觀。本文將重點介紹國內(nèi)在太陽能建筑一體化方面的研究現(xiàn)狀，分析太陽能熱水器建筑一體化的發(fā)展動向及市場前景。
1．我國太陽能熱水器建筑一體化發(fā)展的背景與歷史沿革
我國地處北緯18o－54o之間，幅員廣闊，年日照時間大于2000 小時的地區(qū)約占全國總面積的三分之二，有著十分豐富的太陽能資源。在能源危機和環(huán)境污染的雙重壓力下，我國的太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。進入上世紀90 年代，我國已建立了全玻璃真空集熱管和平板集熱器工業(yè)。但隨著城市建筑密度的增加及建筑的高層化，如何在建筑物上有限的空間充分利用太陽能資源，并使太陽能熱水系統(tǒng)能夠與建筑物有機結(jié)合，顯得尤為迫切。
為促進太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，1998 年10 月國家經(jīng)貿(mào)委和建設(shè)部在昆明召開了“太陽能技術(shù)與建筑技術(shù)研討會”，提出了我國太陽能系統(tǒng)建筑一體化問題，分析了太陽能系統(tǒng)建筑一體化的必要性及緊迫性。2001 年12 月建設(shè)部在南京再次研討了如何實現(xiàn)太陽能熱水器與建筑有機結(jié)合這一設(shè)計理念。在這種設(shè)計理念的指導下，國內(nèi)太陽能熱利用領(lǐng)域的科研機構(gòu)和企業(yè)都在努力尋求實現(xiàn)太陽熱水器與建筑結(jié)合的方式。
2．太陽能熱水器建筑一體化的研究現(xiàn)狀
隨著社會的發(fā)展，一方面城市住宅建筑日益高度化，傳統(tǒng)太陽能熱水器將面對安裝空間不夠這一嚴峻現(xiàn)實。另一方面，人們對城市景觀日益看重。人們希望太陽能熱水器既能提供生活熱水，同時又不影響城市景觀。為實現(xiàn)熱水器產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，國內(nèi)一些相關(guān)科研機構(gòu)與企業(yè)正致力于太陽能熱水器與建筑一體化方面的研究。這方面的研究主要包括新型集熱器的研制、太陽能熱水器建筑一體化工程實踐及與建筑有機結(jié)合的分體式太陽能熱泵熱水器的研究。
2.1 新型太陽能集熱器的研制
太陽熱水器建筑一體化的要點在于把太陽熱水器視為建筑的一部分，在工程設(shè)計、設(shè)備安裝、設(shè)備色彩、工程尺度等方面與建筑的功能、造型、色彩、風格、質(zhì)感等和諧一致。目前普遍采用的平板型集熱器及真空管集熱器，難以滿足太陽能熱水器建筑一體化的要求。為實現(xiàn)太陽能集熱器于與建筑的和諧統(tǒng)一，昆明新元太陽能設(shè)備廠研制了一種新型太陽能集熱器—新元熱板（如圖1 所示）。該集熱板可安裝在坡屋面上，作為屋面構(gòu)件，除集熱功能外，還具有建材的圍護、保溫、隔熱、防水等功能，并能在形態(tài)和色彩上與建筑融合。
同其它集熱器相比，新元熱板具有模塊化和建材化等特點。新元熱板具有固定的厚度和寬度，其長度可在9 米范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，并可根據(jù)建筑設(shè)計要求適量彎曲、起翹、透光、截角。此外，由于具有集熱、防水、保溫、隔熱等功能，該熱板既具有太陽集熱器功能, 又能獨立構(gòu)成建筑物的太陽能屋面或墻面。
2.2 太陽能熱水器建筑一體化工程實踐
由新元熱板和相關(guān)部件組成的太陽熱水系統(tǒng)與建筑結(jié)合，構(gòu)成了一種特別的坡屋頂太陽熱水器一體化建筑。在由云南紅塔屋業(yè)發(fā)展公司開發(fā),云南省設(shè)計院設(shè)計的昆明紅塔金典園住宅區(qū)及由昆明市官度區(qū)土地房屋開發(fā)經(jīng)營總公司開發(fā),昆明官房建筑設(shè)計有限公司設(shè)計的云南蒙自紅竺園住宅區(qū)成功地安裝了由新元熱板和相關(guān)部件組成的太陽能熱水系統(tǒng)。該種太陽熱水系統(tǒng)按建筑單元設(shè)計，集熱板安裝在建筑坡屋面上，外觀、色彩、尺度與建筑協(xié)調(diào)，熱水箱和相關(guān)設(shè)備放置在建筑樓梯間頂部的設(shè)備間中，避免了以往太陽能熱水系統(tǒng)對城市景觀所造成的破壞。
此外，此種太陽熱水系統(tǒng)要求與住宅建筑統(tǒng)一設(shè)計，同步施工。熱水系統(tǒng)水管布置于建筑墻體內(nèi)，既減少了系統(tǒng)的熱損，又避免了以往安裝太陽能熱水器水管時穿墻打洞所造成的不安全因素。
2.3 與建筑結(jié)合的分體式太陽能熱泵的研究
傳統(tǒng)的太陽能熱水器，一方面受氣候的影響，不能全天候有效運行，年熱水提供率低。另一方面，由于住宅建筑的日益高層化，傳統(tǒng)太陽能熱水器將面對安裝空間不夠這一嚴峻現(xiàn)實。所有這些，極大地阻礙了太陽能熱水器的進一步普及。在此種背景下，研制能與建筑有機結(jié)合的、全天候的太陽能熱水器將具有廣闊的市場前景。太陽能熱泵熱水器能很好地滿足這一要求。上海交通大學教育部太陽能發(fā)電與制冷工程研究中心研制了一種直膨式太陽能熱泵熱水器（如圖3 所示）。該熱泵熱水器考慮到對于高層或多層建筑非頂層用戶普遍存在的集熱器安裝問題，將太陽能熱泵熱水器樣機設(shè)計成分體式結(jié)構(gòu)，即將太陽能集熱器/蒸發(fā)器作為一個單獨部件，根據(jù)實際情況，可傾斜安裝在南向屋頂之上，也可掛裝在建筑物南向外墻或陽臺之上。壓縮機、冷凝器、儲熱水箱等作為另一個整體放置在室內(nèi)，既便于系統(tǒng)的控制和維修，又可減少水箱的散熱損失；室內(nèi)外部件之間采用制冷劑管路連接。同傳統(tǒng)的太陽能熱水器相比，分體式太陽能熱泵熱水器不僅大大簡化了系統(tǒng)的安裝過程，降低了安裝費用，而且易與建筑實現(xiàn)一體化集成，尤其適合于高層或多層建筑。
3．太陽能熱水器建筑一體化進程中的研究動向及市場前景
3.1 研究動向
由于能源危機的影響，建筑節(jié)能已引起世界各國的普遍重視。傳統(tǒng)的壓縮式空調(diào)系統(tǒng)，不僅消耗常規(guī)能源，而且污染環(huán)境。因此，研究新型清潔、節(jié)能的采暖及制冷裝置，勢在必行。現(xiàn)行的太陽能熱水系統(tǒng)，尚不能滿足建筑采暖、空調(diào)的雙重功能。另一方面，研究表明太陽能制冷在技術(shù)上是完全可行的。為進一步擴大太陽能熱水系統(tǒng)的市場份額，一些研究機構(gòu)及太陽能設(shè)備生產(chǎn)廠家正致力于以下方面的研究:
（1）與熱泵結(jié)合，冬季室內(nèi)地板采暖，全年供生活熱水的住宅太陽能復(fù)合熱水系統(tǒng)的研究
與常規(guī)的空調(diào)機組、電加熱器相比，太陽能地板采暖復(fù)合熱水系統(tǒng)不僅可以節(jié)約高品位的電能，而且，由于地板采暖溫度波動較少，可有效提高人體舒適度。此外，我國有著十分豐富的太陽能資源，年日照時間大于2000 小時的地區(qū)約占全國總面積的三分之二；另一方面，我國絕大部份地區(qū)冬季較寒冷。隨著人們生活水平的提高，冬季采暖的能耗將逐步增加。因此，順應(yīng)建筑節(jié)能的潮流，研制太陽能地板采暖復(fù)合熱水系統(tǒng)，將進一步擴大太陽能熱水器的市場份額。
（2）基于建筑一體化的太陽能冷暖空調(diào)與熱水復(fù)合系統(tǒng)的研究太陽輻射能與制冷用能需求在時間和地域上的分布規(guī)律高度匹配。因此，開發(fā)太陽能熱驅(qū)動的冷暖空調(diào)與熱水復(fù)合系統(tǒng)，部分替代夏季白晝電網(wǎng)電力空調(diào)峰值負荷及冬季供暖，對人居環(huán)境保護和緩解城市電網(wǎng)峰負荷具有重要意義。隨著太陽能吸收式制冷及吸附式制冷研究的進一步深入，太陽能熱水器與吸收式或吸附式制冷裝置有機結(jié)合的太陽能冷暖空調(diào)與熱水復(fù)合系統(tǒng)，將逐漸成為太陽能熱水器的另一發(fā)展方向。上海交通大學教育部太陽能發(fā)電與制冷工程研究中心在該方面進行了深入的研究，目前已成功研制出了太陽能冰箱熱水器復(fù)合機[7]。該復(fù)合機在提供生活熱水的同時，還可有效制冷。
此外，在太陽能熱水器建筑一體化進程中，傳統(tǒng)的太陽熱水器的角色發(fā)生了根本變化，由相對獨立、與建筑開發(fā)商毫無關(guān)聯(lián)、可任意安裝的一個裝置，變換為與建筑密不可分的建筑構(gòu)件。因此，太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計、營銷、安裝驗收、售后服務(wù)等環(huán)節(jié)需要太陽能設(shè)備生產(chǎn)及安裝廠家、建筑規(guī)劃設(shè)計部門、建筑開發(fā)商等共同參與、共同探索及共同完善。住宅建設(shè)管理等職能部門將對太陽熱水器的安裝制定相關(guān)的法規(guī)，以引導太陽能熱水器行業(yè)的健康發(fā)展。
3.2 市場前景
隨著人們生活水平的提高，建筑能耗已接近發(fā)達國家水平。為減少建筑能耗，建設(shè)部制定了«建筑節(jié)能技術(shù)政策1996－2010»，將太陽能熱利用納入國家建筑節(jié)能的范疇，為太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了政策基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計，1995－2000 年間，全國新建住宅55 億平方米，到2010 年新建住宅將增至150 億平方米[1]。按20％的新建住宅安裝這種基于建筑一體化的太陽能熱水系統(tǒng)計算，其市場前景十分廣闊。
4．結(jié)語
隨著社會的發(fā)展，一方面城市建筑密度日益增加，樓宇日益高層化，有限的建筑空間難以安裝足夠多的傳統(tǒng)的太陽能熱水器。另一方面，傳統(tǒng)的太陽能熱水器在一定程度上影響城市景觀。太陽能熱水器建筑一體化是綠色能源和新建筑理念的有機結(jié)合。在國家政策的引導下，太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的有機結(jié)合，將成為未來太陽能熱水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。