探讨栏杆式太阳能系统设计

摘要：栏杆式太阳能系统基本集中在阳台栏杆，很少涉及集中集热、集中供热热水工程，本文主要针对集中集热、集中供热热水工程设计栏杆式太阳能系统，丰富栏杆式太阳能系统的设计思路。 　　0引言 　　近年来，国内不少厂家开始注重太阳能与建筑相结合，涌现出许多大胆的创新设计方案，特别是栏杆式太阳能系统。从目前市场来看，栏杆式太阳能系统基本集中在阳台栏杆上，很少涉及集中集热、集中供热热水工程，本文主要针对集中集热、集中供热热水工程进行栏杆式太阳能系统设计，对太阳能系统设计进行探讨研究，丰富栏杆式太阳能系统的设计思路。 　　1设计理念 　　栏杆式太阳能系统，采用太阳能集热器、光伏组件品替代部分传统栏杆材料，与栏杆有机结合，相辅相成，达到安全防护和美化装饰基本功能的同时，还能利用太阳能，达到节能环保的目的。 　　2设计思路 　　栏杆式太阳能系统，重点解决太阳能集热器、光伏组件与栏杆相结合的问题，设计时以栏杆相关设计规范和太阳能相关设计规范为前提，充分考虑安全、适用、美观、节能、节省空间和施工方便等因素。 　　栏杆有漏空栏杆和实体栏杆两类。漏空栏杆由立杆、扶手组成，部分加设横档、花饰。实体栏杆由栏板、扶手构成。根据材料的不同栏杆分为：木制栏杆、石栏杆、不锈钢栏杆、铸铁栏杆、铸造石栏杆、水泥栏杆、组合式栏杆等；从与太阳能集热器结合的角度来看，宜采用金属栏杆，如不锈钢栏杆、铝合金栏杆。 　　目前市场上太阳能集热器主要有真空管型和平板型，真空管集热器虽然价格较低但结构强度较低容易爆管存在一定的安全隐患，栏杆则重在保证安全，因此，从安全角度讲，使用平板集热器是最佳的选择，此外，平板集热器也易于与栏杆固定安装。 　　通过实例具体探讨栏杆式太阳能系统的设计，主要是光热系统设计，本项目位于广东省珠海市，楼高3层，主要为办公楼工作人员提供生活热水，日用水量0.8t/d，采用栏杆式太阳能系统。 　　2.1系统设计 　　本项目采用集中集热、集中供热、直接换热的热水系统，考虑阴雨天气阳光不足的影响，系统设置辅助加热系统，是1台空气源热泵。为保证用户24h用水需求，系统采用双水箱设计，即加热水箱和保温水箱，当加热水箱水温达到设定值时，通过控制器自动控制，进入保温水箱存储。为保证管网末端水温，设置回水系统，同时增设水泵，以保证楼顶供水压力。 　　太阳能热水系统的集热器采光面积可根据系统的换热方式、日平均用水量、用水温度、当地日均太阳辐照量、太阳能保证率、集热器全日集热效率等参数进行计算，还需考虑集热器垂直安装导致集热效率偏低的影响从而进行面积补偿，为保证集热效果，本项目集热器选用蓝膜涂层。 　　经计算，所需集热器面积不足以替代整个栏杆，余下部分则采用光伏组件，即光伏板，光伏组件选用非晶硅，但是光伏组件必须在满足热水需求的前提下进行辅助设计。本系统采用智能化控制，优先利用太阳能资源。 　　2.2布板设计 　　对于太阳能平板集热器，市场上常见工程板和阳台板，规格为2000mm×1000mm 或2400mm×800mm，厚度60mm～80mm，这些规格的平板集热器不便于与栏杆立柱安装固定，循环管道开口位置也不便于管道连接和暗铺隐藏，因此需要对集热器的结构和尺寸进行重新设计。栏杆柱的间距一般为0.5m～2m，对于本项目应充分考虑集热器加工工艺和现场房屋栏杆长度，集热器尺寸设计为1200mm×635mm×50mm，循环口改在下部，集热器边框四周改为薄边设计，以便与栏杆支柱相固定。光伏板长度尺寸和宽度尺寸应与集热器尺寸相同。 　　栏杆选用不锈钢圆柱形，除具有良好的力学性能、抗腐蚀能力外，安装施工方便，圆柱形扶手握起来舒适。栏杆立柱使用膨胀螺栓固定，集热板和光伏板左右各采用两个夹码，通过螺栓螺母紧固在支柱上，集热板、光伏板与栏杆相结合如图1所示。 图1集热板、光伏板与栏杆相结合 　　集热器循环口与系统循环管之间采用不锈钢波纹管连接，如图2所示，管道及布线完成后，使用铝塑板进行包装暗埋，以保证栏杆式太阳能系统的美观性。 　　因光伏板、光热板表面颜色有差异，为保证整体美观性，光伏板、光热板间隔布置，同时为有效利用太阳能，集热板和光伏板主要集中布置在南向，整体完工如图3所示。 图3整体完工 　　3结语 　　通过一年的实际运行，整个栏杆式太阳能系统运行稳定、节能效益明显、安全可靠、具有推广性。本文所述设计方法适用于低层建筑且用水量不大的工程项目，比如办公楼、工厂洗漱间，优点在于节省屋顶栏杆材料，节省屋顶空间，并且节能环保，不足之处在于因集热器和光伏板垂直放置，使得太阳能利用率降低。另外，建议栏杆式太阳能系统在项目前期规划时应与建筑主体工程同步规划、同步设计，以保证项目整体性。（珠海兴业新能源科技有限公司吕龙龙）