浅析太阳能热水系统设计

摘 要：本文作者分析了太阳能热水在高层建筑中的应用，介绍了几种供应形式及特点，供大家参考。

关键词：太阳能;热水系统;设计

太阳能热水系统与中高层住宅建筑一体化设计是太阳能热水器发展的必由之路，应从住宅建筑设计伊始就将太阳能热水系统包含的所有内容作为建筑不可或缺的设计元素加以考虑，巧妙地将太阳能热水系统的各个部件融入建筑设计之中，使太阳能热水系统成为建筑不可分割的一部分，而不是附加的构件，就如同水、电、暖等专业的设计，与建筑工程统一规划、同步设计、同步施工、同步验收、同步投入使用。

1 太阳能热水系统在中高层住宅建筑中的应用

太阳能作为建筑中可再生能源应用的主要内容，已经得到了越来越多人的认可与关注。在我国，由于土地资源有限，中高层住宅已成为大中城市建设的主要住宅类型。大量省市制订的"强制安装"太阳能热水系统的政策，给太阳能在中高层住宅的应用推广带来了机遇及挑战。

1.1 系统运行方案的选择

目前，太阳能热水系统的主要类型根据集热、储热及供热系统的不同组合形式可分为：集中集热—集中储热辅热系统、集中集热—分户供热辅热系统及分户集热、分户储热辅热系统几种形式。针对中高层住宅，各种不同的系统形式各具有什么样的特点?哪一种系统形式更具优势?这一问题成为中高层住宅太阳能热水系统所需确认的首要问题。

1.2 太阳能集热器的安装位置

太阳能集热器作为太阳能热水系统中的集热关键部件，安装中应满足"采光面充分、方位南向"等技术要求，以最大程度的接收太阳辐射。中高层建筑群中，太阳能集热器可选择的安装位置一般局限在楼顶或阳台等部位，在系统设计上需对场地面积可行性、建筑结构安全性、建筑外观整体性等众多问题进行综合分析。

1.3 水箱设备间的安装位置

中高层住宅中，设备间可利用位置多为楼顶层电梯间或地下室等部位。中高层住宅太阳能热水系统设备间的具体位置选择时，除考虑占地、设备承重等基础因素外，从系统优化角度考虑，还应更多地考虑设备间的位置对系统整体运行效率及费用的影响。

1.4 供水系统的选择

合理的选择热水供应系统是充分利用太阳能的最终关键步骤。中高层建筑供水系统中，存在着供水水压高、压差大、用水峰值变化大、供水管线长等特点，供水系统的设计应根据这一特点，结合太阳能供热的特性,在保证24小时供水品质的同时，优化系统的运行成本，提高供热效率。

2 几种太阳能热水供应方式

2.1 分户式安装太阳能热水器

分户式安装采用自然循环式太阳能热水器,安装在屋顶经特别设计留用的区域里。同一单元住户整齐排放。热水器由住户自行购买安装,开发商预先安装好经保温处理的进出水管(大都两管合一),住户根据自己的习惯使用热水器内热水。水电费用住户自理，管道费用计入购房成本。分户用式热水器的缺点就是管道成本较高,一户一管，管道占的空间大,但使用费处理比较简单。这种形式目前在我国应用较多，特别是别墅、住宅楼顶上面几层用户。

分户式太阳能热水器的集热板与保温水箱组合成套安装。由于设备内热水靠热虹吸作用进行自然循环一一集热板内的水被太阳能加热升温，密度变小，上升进人保温水箱，密度大的冷水从保温水箱内补充进来，再被加热上升，如此循环不息，使整箱水都被加热。所以保温水箱必须设在集热板上方，集热板向上倾斜与水平成30度夹角插人保温水箱。

2.2 集中供热水系统

集中供热水系统是指采用集中的太阳能集热器和集中的贮水箱供给一幢或几幢建筑物所需热水的系统。其特点是以一个单元或整栋建筑为单位共用一套太阳能热水系统，共用太阳能集热器和储热水箱。

这种系统的一般没有成套产品，设计时首先需要确定单位太阳能集热面积与热水量的匹配值。根据实际情况，太阳能集热的运行方式可选用自然循环、强制循环或直流式等方式;供水可采用承压、非承压或者水泵加压等方式。

集中集热供热水系统的管路设计比较简单。但由于多个住户可共用一条热水主管，需要考虑管路热水循环设计、保温和热水计量问题。

2.3 集中集热-分户供热水系统

该形式将集热器集中布置在屋顶,在屋面设置水箱间,并且在每家每户安装一台热、电两用太阳能水箱(水箱大小50—100L)。太阳能集热器采集到的热量集中储存于屋顶设备间内的水箱中,并通过管网均匀输送到每家每户,不仅保证用户用热量均衡稳定,而且解决了物业收热水费用难的问题,为太阳能在民用住宅领域的应用提供了新的途径。

该系统适合的建筑类型为小高层、高层住宅,每一套系统集中一套太阳能集热系统,每户一台换热式双能源水箱,每户使用自己的自来水和电辅助加热。天气好日照足,太阳能集中系统提供热源,日照不足时,用户自己启动电辅助加热。其优点为：a.各住户使用自家水箱里的热水和辅助能源,不存在物业分户收取水电费的问题;运行过程中,不存在收费管理问题;b.集热系统的设备利用率较高,设备的初投资略低,维护费用较低。楼面太阳能可由物业负责维护管理;c.不受楼层高低限制,并可以实现太阳能热能资源共享;d.可以根据楼面建筑情况灵活布局,最容易实现与建筑物相协调。

3 重点分析集中集热-分户供热系统的特点

3.1 功能多样,节约能源

集中集热-分户供热太阳能热水系统最终的目的是为用户提供便捷的生活热水,安装在用户卫生间内的太阳能水箱功能多样,它在日照充足时是一个大容量的太阳能热水器,为用户提供免费的热水;在阴雨天气情况下,它又可以是一个大容量的电热水器,用户可以启动电辅助加热,使用十分方便。

3.2 管理便捷,层次分明

集中集热-分户供热太阳能热水系统已经越来越受到开发商的青睐,这种方式将系统划分为两个部分：一次循环系统产权归物业部门管理,由厂家对物业部门承保,而且太阳能集热器及循环控制设备均设置于公共空间,便于物业统一管理和维护,能够更有效地保证系统长期正常运行,在设备使用寿命期限内持续发挥效力,避免了用户因维护成本高所造成的投资浪费;二次户内热水系统产权归业主所有,厂家直接对每一位业主承保,避免物业管理部门与业主之间产生矛盾。

3.3 使用经济

集中集热-分户供热系统太阳能产生的热量是通过换热的方式提供给用户的,故无需物业统一计量收费,且用户公摊费用仅需支付循环水泵的耗电费用,总体使用成本相当低廉。

3.4 利益均衡

近年来城市建设用地日趋紧张,尤其是大中型城市的低密度住宅小区越来越少,而且由于房产过热,为了提高住宅小区的土地利用率,高层住宅小区层出不穷,因此小区内建筑物间相互遮挡不可避免、常规的太阳能热水器和热水系统由于不能够保证各个用户的供热均衡,因此不能够满足用户的使用要求。但集中集热、分户供热太阳能热水系统可以最大限度的实现利益均衡性,即使是住在低层的住户也能享受到从楼顶采集的太阳能所带来的便利和实惠,可以说该系统的成功应用为太阳能在中高层住宅建筑中的应用开辟了新的路径。

3.5 安全可靠

选用热管真空管太阳能集热器安置在楼顶,产品抗冻、防漏、防冰雹,没有坠落隐患,系统整体运行平稳、寿命长。

4 结语

一直以来，太阳能等可再生能源在建筑技术上的完美应用都是企业不懈的追求，太阳能与建筑结合创造的低能耗、高舒适度的健康居住环境，不仅让住户家庭生活得更自然更环保，而且能节能减排，对实现社会可持续发展具有重大意义。随着城市快速发展，建筑用地资源越来越稀少，许多房地产开发商早已经开始建设小高层及高层住宅小区，以提高土地利用率。同时为了节能减排及建筑节能，许多新建住宅建筑考虑采用太阳能热水器来提供生活热水，在新时期，太阳能热水供应成为一个值得设计人员以及建筑商共同探讨的问题。

参考文献：

[1] 李宝山《太阳能热水器与建筑结合所面临的几个问题》可再生能源, 2003

[2] 袁莹 苏粤《太阳能热水器与建筑一体化设计》 华中建筑 2005

[3] 郑瑞澄 《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》化学工业出版社2001

[4] 赵玉文《21世纪我国太阳能利用发展趋势》 中国电力

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