郭艺丹
【摘 要】针对近几年高层建筑纷纷安装壁挂式太阳能供热但利用率低，产生的经济效益有限的情况下，客观详细的分析了壁挂式太阳能优缺点、太阳能和其他能源组合作为热源的研究现状，为提高太阳能热利用提供参考。
【关键词】太阳能；多能源组合；热水供应；清洁能源
【Abstract】In recent years，high-rise buildings have been installed wall-mounted heating，but the utilization rate is low，resulting in limited economic circumstances，the objective and detailed analysis of the advantages and disadvantages of wall-mounted solar energy，solar and other energy sources as a heat source research status，Heat utilization provides a reference.
【Key words】Solar energy；Multiple energy mix；Hot water supply；Clean energy
0 引言
太阳能热水器具有节能、环保、安全的优点，越来越受到用户和太阳能厂商的青睐。近几年，随着新建楼层越来越高，传统的屋顶太阳能热水系统难以满足居民生活需求，平板阳台壁挂式太阳能（以下简称壁挂式太阳能）应运而生，因为政府对太阳能热水项目的鼓励和强制规定，有不少新建地产项目纷纷给高层住户装上了壁挂式太阳能。
但也出现有不少住户将崭新的太阳能储水罐拆除掉，安装燃气热水器的现象。政府大力扶持、开发商花钱装太阳能而住户不领情的尴尬局面，对高层安装壁挂式太阳进行客观的分析是必要的，文章对壁挂式太阳能的优缺点及多能源组合做了详细的分析，为提高壁挂式太阳能的热利用提供参考。
1 正文
现在市场上占主导地位的太阳能热水器主要有平板型和真空管型两种，真空管式太阳能，其热效率高、保温性好，但管内存水、抗冻性差，且玻璃管内壁易结垢，不易清除，全玻璃真空管式如果一支管破碎后，整个系统将不能使用；热管真空管式太阳能受热管工质的循环次数有限，从而影响其使用寿命[1]。壁挂式太阳能属于分离式太阳能热水系统，水箱放置在阳台内，集热器安装位置不局限于屋顶，也可以放置建筑南里面阳台上，深受高层建筑用户欢迎。
1.1 壁挂式太阳能优缺点
优点：
1）安装不受楼层限制，多用于高层建筑。
2）承压运行，出水压力足（冷水压力必须足），可多点供水。
3）相比屋顶太阳能，进水管道距离短，放少量的冷水就可出热水。
4）利用太阳能提供热源，不需要燃气和电力，节省能源，同时既安全又环保。
缺点：
1）容积小，基本维持在80--100升（屋顶太阳能最小的也得160升，16只管）
2）温度低，最高温度不会超过75℃，冬季不用辅助电加热基本维持在30℃--40℃
3）因为是承压运行就需要凉水顶热水才可以使用，一旦凉水压力低，就不能使用热水。
4）太阳能受地域、天气等影响较大，不能很好地满足用能需求。
太阳能无处不在，随处即可开发利用且无需运输，能量巨大，绿色、无污染，取之不尽、用之不竭，我国已经把大力推动、发展新能源、可再生能源作为国家的一项重大战略任务[2]。湖北省武汉市规定，自2013年7月1日起，武汉市内新建、改建、扩建18层及以下建筑，太阳能热水系统须达到100%；18层以上建筑，太阳能热水系统须达到30%。政府这样简单的硬性规定，开发商粗放的大资金投入壁挂式太阳能，所带来的经济效益也非常有限。
一方面，太阳能受季节、气候特点的影响，如果只采用太阳能供热，无法满足住户的热水需求，冬季太阳能集热箱出水温度低，末端负荷基本靠电辅助加热；另一方面，在日照强的天气里，由于壁挂式太阳能是凉水顶热水才能使用热水，洗浴时热水的使用，大量的凉水注入太阳能储水罐，罐内热水温度下降很快，满足不了多人洗浴，而且洗浴时热水温度变化要不断调节水龙头冷热水方向，影响洗浴舒适度。况且赶上南方的梅雨季节，太阳能的辐射几乎为0，太阳能热水供应根本满足不了需求。
另外对于成片的高层住宅群，由于楼宇间的遮挡，住在低层的住户所安装的集热器不能接受到充分的日照，因此低层用户更难达到理想的使用效果，导致其运行效率低下，必须采用辅助加热措施。
目前壁挂式太阳能辅助加热装置一般为电加热，而电多是由煤燃烧发出的热能转化来的，代价较高。这种方式效率低且不符合节能减排理念，一般不建议采用电作为辅助能源。
因此，要更好地满足用户24小时用热需求，太阳能与其他能源互补使用已成为一种必然趋势。多能源集成热水系统既可以单独工作，也可根据用户需求自由组合，能够弥补不同能源间的缺陷，实现大幅度节能减排的目标。
1.2 多能源辅助太阳能供热组合方式
建筑能耗中热水系统占据了绝对的主导地位，同时热水系统与采暖系统结合使用相对更为常见，这主要是因为采暖系统主要是利用太阳能产生的热水进行供暖，因此采暖系统常与热水系统一起使用。太阳能热水系统与其他能源进行联合运用的组合方式主要有：电辅助太阳能热水系统；燃气辅助太阳能热水系统；地源热泵-太阳能组合式供暖；空气源热泵辅助太阳能联合供热；太陽能与热网互补供暖系统。
1.2.1 电辅助太阳能热水系统
目前在高层建筑上安装的平板壁挂式太阳能均采用电辅助太阳能热水系统。因为太阳能的间歇性，通过电加热辅助太阳能供应热水，解决了传统太阳能热水系统不能24h运行的缺点。但这种热水系统仍然需要消耗大量的电能，能源浪费问题依然存在[3]。
1.2.2 燃气辅助太阳能热水系统
燃气热水器是较早投入使用的热水器，其燃气可采用天然气和液化气。燃气热水器具有即开即用，出水快，洗浴方便快捷的优点，但耗能较大[4]，而且燃气热水器在使用过程中，产生一氧化碳和硫化气体等废气，易造成有害气体聚积和氧气缺乏，从而引发人体中毒。基于节能环保和经济效益的考虑，燃气辅助太阳能热水器的应用受到一定的限制。
1.2.3 地源热泵-太阳能组合式供热
地源热泵-太阳能采暖系统由地源热泵和太阳能作为热源，通过地源热泵、太阳能集热器、水箱、连接管道、控制系统和发热末端等构成。将太阳能所采集的热源和地源热泵采集的热源通过管道将热源储存在水箱内，然后通过热水输送到发热末端，提供建筑供热的需求[5]。但地源热泵需要地下埋管，初期投入大，适合别墅群住户，一般高层住户无法安装。
1.2.4 空气源热泵辅助太阳能联合供热
空气源热泵是以空气作为热源进行供热的装置，能够以较低的能量消耗，实现把低温位热能输送至高温位，利用自然资源中的热量，很好地满足了用户热负荷的要求[6]。太阳能和空气能都属于清洁能源，如果将空气源热泵与太阳能热水系统联合供热，以最优的模式运行，不仅最大程度利用了太阳能，且有效地减少了对电能的消耗，对更好地节约能源、保护环境有着重大意义[7]。空气源热泵在0℃以下，易出现结霜问题，因此空气源热泵辅助供热太阳能供热水系统节能性和经济效益均较显著， 是适宜在南方推广的供热供暖系统。
1.2.5 太阳能与热网互补供暖系统
随着能源短缺及供暖需求的增大，已有热网无法满足小区供暖需求，可以将太阳能与热网互补联合供暖，互补供暖系统主要由太阳能集热系统、热泵机组系统和热网系统组成。为了确保末端热用户的供暖需求，从能耗和经济性两个方面分析，设计热网承担大部分热负荷，太阳能作为辅助补热系统，研究结果表明，当室外太阳辐照度足够时，出水平均温度提高了，平均COP值由 3.167 增加到 4.65，热网的供暖时间得以增加[8]。
多能源辅助太阳能供热组合方式能够更加有效的利用太阳能源，缺点是前期投入较大，但后期使用成本低，加上政府有力的扶持，值得推广应用。
1.3 壁挂式太阳能主要研究参数
太阳能热水器冬季出水温度低，一般天气只有20℃左右，远远达不到55℃的要求。因此冬季使用太阳能供热、供暖必须结合其他热源辅助加热，而太阳能和何种热源结合，要考虑辅助热源的安装成本、运行成本，项目实施地的太阳能辐射量，太阳能集热器的热转换效率、水箱的保温性能和日照遮挡问题等，这些是影响太阳能热水器使用效率的关键要素，这也是今后太阳能供热、供暖研究的主要参数。
此外，怎样将太阳能的能量进行储存已经成为国际性课题，跨季节太阳能蓄热系统已经在欧洲一些国家实施并开展。
2 结论
综上研究，壁挂式太阳能作为一种新型能源，已经受到我国政府的高度关注，而壁挂式太阳能的缺点限制了它的使用时间和范围，多能源辅助太阳能供热方式能够很好的解决这种问题，将壁挂式太阳能和其他热源结合起来为用户提供绿色、清洁、高可靠性、高性价比的供热、供暖系统成为研究热点，该类研究对于降低建筑物的能源消耗，增大社会效益具有重要意义。
【参考文献】
[1]李善可.太阳能——水源热泵辅助供暖系统的研究[D].沈阳建筑大学，2011：7-10.
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[3]铁燕，罗会龙.空气源热泵辅助供热太阳能热水系统技术经济性分析[J].制冷与空调，2009（8）：33-35.
[4]叶远璋，唐晓峨.太阳能辅助加热的燃气热水器：中国，201289201[P].2009-08-12.
[5]张丽娟.太阳能和地源热泵采暖系统初步设计[J].山西建筑，2012（3）：144-145；
[6]王新如，潘嵩，许传奇.低温太阳能热水辅助空气源热泵系统的节能研究[J].制冷与空调，2015，v.15（10）：22-25.
[7]杨俊.空气源热泵与太阳能熱水系统集成设计探究[J].科技视界，2015（22）：263.
[8]郝红，付晓晨，冯国会.太阳能——地源热泵与热网互补供暖系统的仿真性能研究[J].流体机械，2014：80-84.
[责任编辑：田吉捷]
