摘要：自地球誕生生命以來，太陽能就成為人類使用的重要能源，隨著科技的進(jìn)步與社會(huì)的發(fā)展，太陽能的利用越來越受到社會(huì)的重視，太陽能與建筑一體化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的重要設(shè)計(jì)理念。各地住建部門陸續(xù)出臺(tái)方案，要求太陽能與建筑同步設(shè)計(jì)、同步施工、同步驗(yàn)收，將太陽能作為建筑的部品部件，充分融入建筑。我們通過多年的實(shí)踐與探索，在中國(guó)科技大學(xué)及中國(guó)南平鋁業(yè)的輔導(dǎo)及支持下，成功開發(fā)了一款太陽能與建筑充分一體化的“陽臺(tái)護(hù)欄式太陽能熱水器”，該項(xiàng)目成功獲得了“住建部低碳技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目”。

　　關(guān)鍵詞：護(hù)欄式太陽能熱水器;太陽能陽臺(tái)熱水器;太陽能與建筑一體化

　　引言

　　隨著國(guó)家城鎮(zhèn)化建設(shè)的發(fā)展，城市樓層越造越高，樓頂?shù)拿娣e已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)全樓層的用戶安裝太陽能的需求，因此太陽能行業(yè)已經(jīng)由傳統(tǒng)的樓頂真空管式太陽能，轉(zhuǎn)變?yōu)殛柵_(tái)壁掛平板式太陽能，充分利用用戶的陽臺(tái)護(hù)欄，安裝太陽能熱水器，以達(dá)到家庭熱水需求的目的。

　　而此類外掛的陽臺(tái)護(hù)欄外側(cè)的平板集熱器，有相當(dāng)一部分，未曾形成充分有效的設(shè)計(jì)，與建筑的結(jié)合還是不能達(dá)到完美，基于此，從平板集熱器有效地結(jié)合陽臺(tái)護(hù)欄方面入手，將平板集熱器與陽臺(tái)護(hù)欄有機(jī)結(jié)合，設(shè)計(jì)出該款“陽臺(tái)護(hù)欄式太陽能熱水器”，經(jīng)過嚴(yán)格的設(shè)計(jì)、討論、檢測(cè)、安裝及調(diào)試等各項(xiàng)工作后，終于該示范小區(qū)已經(jīng)成功交付，勢(shì)將掀起行業(yè)的太陽能與建筑一體化應(yīng)用的升級(jí)浪潮。

　　1項(xiàng)目及系統(tǒng)概況

　　1.1項(xiàng)目概況

　　位于安徽省蕪湖市的某地產(chǎn)開發(fā)住宅項(xiàng)目“沁園小區(qū)”(項(xiàng)目名稱)一期11-17號(hào)樓，共計(jì)462戶，從項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初，我司與該項(xiàng)目設(shè)計(jì)院共同研究討論，將太陽能熱水器融入建筑設(shè)計(jì)，最終于2018年4月份順利驗(yàn)收交付。

　　1.2設(shè)計(jì)依據(jù)

　　本項(xiàng)目依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50300-2013《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的基本原則以及GB/T18713-2002《太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及工程驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》，結(jié)合實(shí)際情況和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。GB/T20095-2006《太陽能熱水系統(tǒng)性能評(píng)定規(guī)范》;GBJ15-88《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》;GB50364-2005《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》;GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》;GB50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》;GB50096-2011《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》;GB50352-2005《民用建筑設(shè)計(jì)通則》;GB50368-2005《住宅建筑規(guī)范》;JGJ113-2015《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》;GB5009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》;GB5011-2016《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》;GB50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》;GB/T6424-2007《平板型太陽集熱器》;GB50057《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》。

　　1.3設(shè)計(jì)參數(shù)

　　1.3.1自然氣象參數(shù)

　　安徽省東南部，長(zhǎng)江三角洲平原腹地，亞熱帶濕潤(rùn)氣候，光照條件充足，平均溫度15~16℃，日照時(shí)數(shù)2000小時(shí)左右;33°傾斜輻照量為18.25MJ/㎡，50°輻照量為17.04MJ/㎡，水平面上年太陽輻照量4200~5000MJ/㎡。

　　(1)該系統(tǒng)的形式與分體式陽臺(tái)壁掛太陽能熱水器形式一樣，則陽臺(tái)壁掛太陽能熱水器的相應(yīng)特點(diǎn)，本系統(tǒng)自然傳承，恒溫恒壓供水成為本系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。

　　(2)為了與建筑充分結(jié)合且更加美觀，我們?cè)O(shè)計(jì)并隱藏了循環(huán)管道，添置微型循環(huán)泵，提升集熱效果的同時(shí)，有效地將管道從預(yù)埋的墻體中及護(hù)欄欄桿中隱藏。為了減少因集熱器豎直帶來的集熱效果的影響，我們通過增大集熱器面積及添置微型循環(huán)泵的途徑，補(bǔ)償并提升集熱效果，故此這成為了系統(tǒng)集熱的一大特點(diǎn)。

　　(3)最終從南外立面看，太陽能與建筑完美結(jié)合，造型設(shè)計(jì)、色調(diào)、與建筑預(yù)埋件的連接等，均成為建筑的一部分，是本系統(tǒng)最大的特點(diǎn)。

　　1.4與建筑結(jié)合的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　1.4.1陽臺(tái)護(hù)欄橫桿與建筑側(cè)墻的節(jié)點(diǎn)采用預(yù)埋的螺栓，加定制鋁合金護(hù)套連接的方式。從陽臺(tái)側(cè)立面混凝土預(yù)埋φ12*100的外螺紋螺栓，左右兩個(gè)立面各三顆。安裝時(shí)套上定制的鋁合金護(hù)套，然后螺帽收緊固定。

　　1.4.2陽臺(tái)兩端主立桿與建筑水平面的節(jié)點(diǎn)在陽臺(tái)水平地面，指定位置處(即沒根立桿落腳處)預(yù)埋兩根φ12*100外螺紋螺栓，兩根立桿共計(jì)四顆預(yù)埋螺栓，與立桿內(nèi)襯鋼管連接固定。

　　1.5負(fù)荷計(jì)算結(jié)果

　　1.5.1結(jié)構(gòu)計(jì)算依據(jù)及結(jié)論

　　計(jì)算依據(jù)：GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》;GB50429-2007《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》;GB50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》;JGJ102-2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》。A.陽臺(tái)太陽能建筑一體化系統(tǒng)的太陽能玻璃集熱板支承框架同時(shí)兼作陽臺(tái)欄桿。B.計(jì)算軟件：PKPM，對(duì)構(gòu)件自重及陽能玻璃板重量作用和風(fēng)荷載作用分別建模計(jì)算。C.荷載取值：太陽能玻璃集熱板總重，0.5kN。D.風(fēng)荷載取0.45kN/m2，體型系數(shù)取1.3，相乘得0.585kN/m2作為面荷載加在太陽能玻璃集熱面板上。E.陽臺(tái)太陽能系統(tǒng)欄桿構(gòu)件均為鋁合金材質(zhì)，為6063牌號(hào)T5，壁厚取2mm�？估�、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為90MPa，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為55MPa，彈性模量7000MPa。上述計(jì)算取值滿足要求。

　　2維修方案

　　本“陽臺(tái)護(hù)欄式太陽能熱水器”在設(shè)計(jì)之初，就強(qiáng)調(diào)便于售后維修，一體化護(hù)欄，萬一集熱器內(nèi)側(cè)紫銅管流道滲漏，或者多年后集熱板玻璃破損，該如何售后維修，故此經(jīng)多次設(shè)計(jì)碰撞及試驗(yàn)，最終確定基本為裝配式護(hù)欄集熱器。首先，護(hù)欄主橫桿，由于靠?jī)啥四Ｌ坠潭ǎ�而兩�?cè)模套又是與墻體預(yù)埋件螺栓連接，故此護(hù)欄主橫桿可以直接拆卸。其次，當(dāng)護(hù)欄主橫桿拆卸后，我們的太陽能集熱平板就可以從三邊卡套式邊框中向上抽出，這樣集熱平板即可以抽出維修或更換。

　　3優(yōu)劣勢(shì)分析

　　3.1優(yōu)勢(shì)

　　該產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)在于與建筑完美結(jié)合，相應(yīng)導(dǎo)熱介質(zhì)的循環(huán)管路全部隱藏在鋁合金護(hù)欄的腔體內(nèi)，且鋁合金的護(hù)欄美觀性好、安全性高。為實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)勢(shì)，我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的幾方面難題。一來，平板集熱器通常是80mm的厚度，但是考慮到用戶的舒適度，我們將集熱平板的厚度設(shè)計(jì)到60mm，這對(duì)平板集熱器內(nèi)側(cè)的板芯流道及保溫提出了很高的要求。二來，為了達(dá)到平板集熱器與護(hù)欄可拆卸連接形式，我們跟南平鋁業(yè)集團(tuán)商議多次開模試驗(yàn)，最終開出了近十套鋁合金模具。

　　3.2劣勢(shì)

　　太陽能集熱器完全垂直安裝，存在集熱效率低的問題，有其是夏季太陽高度角較大，集熱平板所得熱效率較低，但畢竟是夏季，環(huán)境溫度較高，而上午6:00-10:00時(shí)段及15:00-19:00時(shí)段的陽光，集熱器足以將熱量傳遞至水箱，滿足熱水洗浴，實(shí)踐證明滿足用戶需求。冬季相對(duì)太陽能照射角較小，雖然其輻照強(qiáng)度不如夏季，但是就平板集熱器而言，冬季光照時(shí)段較長(zhǎng)，同樣可以滿足洗浴熱水的熱量需求。

　　因?yàn)?ldquo;陽臺(tái)護(hù)欄式太陽能熱水器”中的平板集熱器是垂直安裝，我們采取了兩方面有效措施來提升集熱效果。一方面，我們通過增大平板集熱器集熱面積，通常100升水箱需要1.8㎡以上集熱面積，而我們實(shí)際采用的是2.4㎡以上的集熱面積。二者，強(qiáng)制微循環(huán)泵的增加，也大大增加了集熱板芯內(nèi)的介質(zhì)循環(huán)次數(shù)。這兩者也是設(shè)計(jì)時(shí)考慮對(duì)垂直集熱器安裝缺陷的補(bǔ)償方式。

　　4系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保效益與經(jīng)濟(jì)效益分析

　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50801《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)得出本項(xiàng)目的節(jié)能環(huán)保效益如表所示：按照每平方米每小時(shí)集熱量按一般情況2.88MJ(800W·h/㎡)以上(較好情況約為1000W·h/㎡以上，日照強(qiáng)度最好時(shí)集熱量可達(dá)1300W·h/㎡以上——標(biāo)準(zhǔn)值)全年平均日照8小時(shí)計(jì)算，當(dāng)?shù)赜行��?yīng)用時(shí)間300天。則2.88MJ/㎡熱量×41%系統(tǒng)效率×8小時(shí)×300天×(2.52㎡×462戶)=3299363.02MJ。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值：每噸標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值是29308MJ，每噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)產(chǎn)生2.62噸二氧化碳，產(chǎn)生0.0085噸二氧化硫，則3299363.02MJ÷29308MJ=112.6噸標(biāo)準(zhǔn)煤。減少二氧化碳排放約計(jì)294.75噸。減少二氧化硫排放約計(jì)0.96噸。經(jīng)濟(jì)效益：0.8kW·h/㎡熱量×41%系統(tǒng)效率×8小時(shí)×300天×(2.52㎡×462戶)=916489.73kW·h現(xiàn)居民用電價(jià)格為0.54元/kW·h=494904.45元/年。

　　5論證與推廣

　　(1)產(chǎn)品經(jīng)住建部門委托專家進(jìn)行論證。經(jīng)多次與本項(xiàng)目設(shè)計(jì)院交流探討，認(rèn)真考慮護(hù)欄相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及圖集，我司向當(dāng)?shù)刈〗ú块T提出申請(qǐng)，對(duì)款產(chǎn)品的功能性及安全性進(jìn)行論證并準(zhǔn)予推廣。自2017年末到2018年初，住建部門先后兩次組織專家對(duì)該款產(chǎn)品進(jìn)行論證，最終確定為“該太陽能集熱板作為陽臺(tái)護(hù)欄的功能性完備，安全性可靠”。相應(yīng)主辦的市圖紙審查中心審查合格并建議住建部門予以推廣。(2)該款產(chǎn)品在“第十四屆中國(guó)國(guó)際太陽能熱利用品牌博覽會(huì)”舉辦的“2017年中國(guó)太陽能熱利用與多能源互補(bǔ)新產(chǎn)品交流展示活動(dòng)中”榮獲“創(chuàng)新獎(jiǎng)”。

　　6總結(jié)

　　伴隨著太陽能建筑應(yīng)用規(guī)模的迅速發(fā)展，我國(guó)的太陽能建筑應(yīng)用水平在不斷提高，從屋頂真空管式到陽臺(tái)壁掛平板式，再升級(jí)到本實(shí)用案例的“陽臺(tái)護(hù)欄式太陽能熱水器”的應(yīng)用形式，我國(guó)的太陽能建筑一體化應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入新時(shí)代，再與可實(shí)現(xiàn)的家居“職能化”的相結(jié)合，我們的未來生活將更加美好!

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　　摘要：在夏季陽光直射下露天停放汽車內(nèi)，由于“孤島效應(yīng)”，車內(nèi)氣溫持續(xù)升高，高溫易導(dǎo)致車輛自然，也使進(jìn)入車內(nèi)駕駛者感到非�？釤帷ａ槍�(duì)上面的問題設(shè)計(jì)了一款基于太陽能電池供電的駐車空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)智能控制蓄電池的充放電;根據(jù)車內(nèi)溫度控制風(fēng)機(jī)的功率，通過實(shí)現(xiàn)車內(nèi)外空氣交換循環(huán)使車內(nèi)溫度始終保持適宜狀態(tài)，而且可以通過手機(jī)GSM遠(yuǎn)程操控。經(jīng)過不斷地測(cè)試，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)設(shè)功能，安裝簡(jiǎn)單方便，解決了夏季開車的煩惱，也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的社會(huì)效益。