免维护抗冻高效平板太阳能在建筑一体化中的运用
姚卫国 2012.08.18
嘉兴煜腾新能源科技有限公司 yuteng@led-cn.net
1 引言
当今世界能源已经成为全球的热点、焦点问题。世界各国都面临着资源和环保的双重压力，人类社会的可持续发展遭遇了空前的挑战。太阳能是取之不尽用之不竭清洁能源，是人类理想的替代能源。太阳能唱主角的新能源时代初见端倪。在太阳能产业高速发展的今天，太阳能光热技术的开发和推广应用还存在某些不足，其中包括“太阳能与建筑一体化”等问题。
2太阳能与建筑节能
建筑节能在国家能源节约战略中有着重要地位。建筑能耗占总能耗的 25～40%，与交通运输和工业一同被列为三大耗能用户, 在建筑能耗中，空调制冷、供暖和热水占 75%。2005 年底全国城乡房屋建筑面积共计为 448 亿㎡，到2011 年底已达到 535 亿㎡，建筑耗能正在大幅度地增长，使日益紧张的能源形势雪上加霜。国务院《节能中长期专项规划》要求“十二五”期间建筑节能实现节约2亿吨标准煤的规划目标。太阳能是最为方便、最有前途、可再生的建筑能源。我国太阳能资源极为丰富，年太阳能辐照总量大于 502 万kJ/㎡、年日照时数超过 2200h的地区占国土面积 2/3 以上，国家已将太阳能热利用纳入了建筑节能范畴，为太阳能热水系统建筑一体化奠定了重要的政策基础。按我国《2000-2015 年新能源和可再生能源产业发展规划》要求，我国太阳热水器保有量到 2015 年达到 2.7 亿m2，2020年达到 5.0 亿m2，而 2005 年我国太阳能热水器的保有量仅 7500 万m2
（见图 1），
太阳能热水器将为建筑节能目标的实现起着至关重要的作用。浙江省的太阳能热水系统历经了20多年的发展，已经具有了不小的规模，目前的拥有量约为800万M2，浙江省的人口约5000万，人均拥有量约为0.16M2。2007年以来在政府政策的推动下，发展尤为迅速，表1和表2是浙江省太阳能行业协会提供近两年来各地原有和新装太阳能热水器的数量。
（见表 1）
（见表 2）
3与建筑一体化是太阳能发展的趋势
目前家用的太阳能热水器主流产品——真空管太阳热水器由于集热采用热虹吸循环，用水采用落水式，结构采用水箱高置、真空管直插式，热水器只能高高地架在屋顶或楼顶，摆放非常零乱，破坏了建筑美观（如图 1、图 2），影响了城市形象，故而不少城市或物业部门明令禁止太阳能热水器安装。还有一种是管板型的普通平板太阳能热水器,他的缺点是,集热效率低,热损大,焊接点多,易泄露,铜铝焊接易脱落,直接走水不抗冻,维护率高等问题.显然，现有常规产品自身的结构缺陷已经成为太阳能热水器大规模推广的技术瓶颈，要想从根本上突破，必须开发分体式构件型系列新产品，实现太阳能与建筑一体化。随着《可再生能源法》的施行，太阳能与建筑一体化被摆上了重要的战略高度。国家发改委、商务部、建设部以及中国可再生能源协会等相关团体，也相继出台了一些措施，对太阳能与建筑一体化进程给予了有力推进，各地政府纷纷出台相关鼓励政策，但是由于缺乏配套的产品而落实困难，收效甚微。面对越来越强烈市场的需求，太阳能界和建筑界已经高度重视并开始互动，专家呼吁:“尽快开发出与建筑很好结合的太阳能产品与系统，要加强技术创新，加速太阳能产业与建筑的结合、太阳能与建筑一体化的新产品开发、生产。”太阳能与建筑一体化已经成为太阳能热利用和建筑节能的发展趋势。
图 1 安装实例一 图 2 台风过后
4 太阳能建筑一体化国内外发展现状
欧盟在太阳能与建筑一体化的研究及应用方面均处于世界领先地位。主流产品是平板式太阳能热水系统，以分体式双循环承压运行为主。集热器的安装实现了太阳能与建筑的完美结合。建筑一般为尖顶，集热器像天窗一样镶嵌于坡屋面、平铺于屋脊或壁挂于墙体，和建筑融为一体，增加了建筑美观；防水结构设计合理；屋顶承重小；储热水箱在地下室、阁楼或楼梯间隐藏放置，不占室内空间，避免屋顶承重；保温水箱容积比较大，甚至很多家庭使用双水箱；相应的集热器安装面积也较大，从而满足大量的热水需求；热水的用途不仅仅是洗浴，还用来供暖和提供生活用水；其水质保持清洁，达到饮用水标准；平板集热器板芯采用真空溅射选择性涂层，吸收率高，发射率低，耐久可靠，性能指标好；双循环系统以防冻液为工质，保证高寒地区冬季正常使用；辅助能源选用燃气炉、壁炉或电加热器，一般通过换热器间接加热，确保全天候热水供应（见图 3）。
欧共体15国太阳能热水器集热面积正以35%的速度递增，2011年分体式太阳能热水系统总面积将达到8155-10000万m2。（见图4）
欧盟安装有集热器建筑的比例:国外太阳能与建筑一体化的发展得到了政府的大力支持，一般采用高额补贴的办法（补贴30%--40%，德国高达60%）。以色列则采取强制性推广政策，使太阳能热水器的普及率已超过90％，太阳能热水器总面积350万m2，每千人人均580m2，，成为全球人均太阳热水使用面积最高的国家。欧盟15国太阳热水器集热面积正以35%的速度递增，2011年分体式太阳能热水系统总面积将达到8155-10000万m2。
5 太阳能建筑一体化的技术要求
为满足我国太阳能与建筑一体化要求，太阳能热水系统必须采用分体、承压、双循环系统，在产品结构上容易和建筑完美结合，在系统质量和性能上做到高效率，长寿命，免维护，全天候。现在常用的普通太阳能热水器除了前述美观因素以外，安装困难，容易破坏屋面防水层，导致屋面渗漏；上下水管道暴露于室外，热损大，管路冷水多，造成水资源浪费，影响使用；防雷、防风措施不到位存在安全隐患；真空管属于易损件，产品维修率高，尖顶楼房维修困难，还很不安全；高寒地区为防止结冰炸管冬季不得不停止使用……从质量和性能方面都不能满足太阳能与建筑一体化的需要。为克服真空管直插式太阳能热水器的结构缺陷，市场上出现了真空管分体承压式太阳能热水器。业内几家大企业不遗余力地推广宣传，也做了一些示范工程，取得一定成效。但是，由于真空管自身结构和易破碎的缺陷，它的可靠性、美观性，防水性、耐久性、免维护等方面都不能令人放心，事实上也确实存在不少问题；在和建筑的结合方式上，往往不是太阳能和建筑有机结合，而是建筑迎合太阳能，难免有些牵强，也不利于示范、推广。欧盟平板式太阳能热水器占 90%以上的市场份额，给了我们很多启示。通过总结国内外相关实践经验，我们确信由免维护抗冻高效平板集热器组成的分体、承压式太阳能热水系统才是实现建筑一体化的最佳选择。经多年研究发现，免维护抗冻高效平板式太阳能系统优点很多。以嘉兴煜腾新能源科技有限公司的免维护抗冻高效平板式太阳能热水系统为例，其免维护抗冻高效平板式太阳能集热器优点如下:
一:承压能力＞1.5MPa，高于传统的0.6MPa。
二:采用整板黑铬（进口蓝膜）板芯，瞬时效率达83%以上。
三:采用专利导热胶粘接技术，性能更加稳定。
四:采用专利技术整体酚醛衬钢背板，大大提高保温性能。
五:采用低铁高透光超白技术和铝压条密封技术，杜绝渗水。
六:无泄漏、无结垢等隐患、系统综合成本低、易于建筑一体化。
七:集热器日有效得热效率年均为65%左右，远远高于国内外传统平板太阳能。
免维护抗冻高效平板太阳能集热器采用新型的微热管阵列技术，比起传统方式，微型热管阵列平板太阳能集热器具有全面积热吸收与热输运的构造，无翅片效应，全面积均温，对流热损小，因而具有较高的热效率。
免维护抗冻高效平板太阳能集热器没有任何焊接部位，全干式连接，全系统与回路无焊接，效率高、响应快，集热器的可靠性极高。可以根据实际需要灵活安装，实现与建筑完美结合。(图七图八为集热器结构图)
图5煜腾阳台壁挂平板集热器 图6煜腾工程别墅型平板集热器
6.与建筑一体化的高效、承压、分体式太阳能热水系统简介
嘉兴煜腾新能源科技有限公司是专注于太阳能技术及节能技术发展的公司，专业从事免维护抗冻高效平板太阳能集热器, 高效平板太阳能热水器的研发、生产、销售、应用、国际贸易、工程安装为一体的高科技企业，公司下属嘉兴煜腾光热集成技有限公司和嘉兴煜腾平板太阳能与建筑一体化研究所,拥有一批行业资深的专业人才及销售网络，有先进的加工设备、装配流水线和完善的检测设备，可以根据客户的要求进行设计和制造，以满足客户需要。公司的核心技术为微热管阵列平板热管,是我公司独立研究开发出来的具有国际领先水平的一种具有超导热性能的导热元件。依靠内部特殊工质的相变传热传质，平板热管的表观热传导率是同样金属材质热传导率的一万倍，是具有同样表面积的传统圆形热管的换热能力的10倍，承压能力是后者的10倍以上。主要产品有免维护抗冻高效平板太阳能集热器、高效平板太阳能空气集热器、建筑一体化阳台分体式平板太阳能热水器，别墅式平板太阳能中央热水系统，一体式平板太阳能及大型工程集中供热系统等。凭借先进的技术及其过硬的品质已经在国内外赢得良好的品牌信誉，产品已经大量出口到德国、法国、西班牙等欧美地区,被广泛应用于建筑一体化、采暖系统、太阳能热水器配套等领域。
公司与中科院浙江分院、浙江大学建筑设计研究院、河北保定太阳能研究所等大专院所建立技术合作关系。已申请20多项技术专利，并已通过ISO9001/14001国际质量和环境体系认证，被浙江省建设厅列为2012年浙江省建设科技项目推广企业,审核通过了建设部(全国保障性用房建设用材优质供应商)等荣誉.并被浙江省太阳能行业协会吸纳为常务副会长单位,新加坡建设局国际开发署亚洲太平洋处指定为中国中新天津生态城合格供应商.公司在太阳能与建筑结合方面，针对不同建筑结构，设计多种方案可供选择；尽可能实现太阳能组件的模块化、多元化和规范化；把太阳能热水系统的各个部件设计成为建筑构件，巧妙地融入建筑之中，成为建筑组成不可分割的一部分，真正与建筑一体化，使分体式太阳能热水系统既美观又可靠（见图 7、图 8）；
图 7 阳台壁挂式太阳能(浙江湖州) 图8 建筑一体化太阳能(江苏无锡)
7. 结束语
“平板太阳能与建筑一体化”是我国建筑节能及太阳能热利用领域目前亟待突破的技术难题。嘉兴煜腾新能源科技有限公司已经捷足先登，开发、研制出了符合我国建筑特色的分体、承压式太阳热水系统并形成产品体系，已在市场上进行推广.这将有利于提升浙江省太阳能热利用行业的技术水平，从而带动长三角地区太阳能产业技术升级，促进华东乃至全国建筑节能事业的发展，将产生巨大的经济效益和社会效益。