住宅建筑太陽能熱水系統的應用探討

【摘要】“十一五”時期，各地區、各部門均認真落實黨中央、國務院的決策部署，把節能減排作為重點工作去抓，而太陽能是一種清潔無污染的可再生能源，在房屋建筑中得到廣泛應用。本文對太陽能熱水系統在住宅建筑應用方面進行探索。

【關鍵詞】太陽能；熱水系統；整合設計；布置形式；集熱面積；熱水量；儲熱水箱；集熱器。

一、太陽能熱水系統組成有：集熱器、貯熱器、熱水輔助加熱裝置以及管路系統。選擇太陽能熱水系統時，應優先選擇運行穩定、計費簡單不會產生計費糾紛，且運行成本低、管理方便的太陽能熱水系統。

二、太陽能集熱系統，按照循環方式可分為自然循環與機械循環系統；按其供水方式可分為直接供水和間接換熱供水系統。

間接供水又可分為下列兩種方式：

1）集水器集熱：經過換熱器加熱冷水至貯熱水箱供給熱水。

2）集水器集熱水做熱媒，經過換熱器間接加熱冷水供給熱水。

三、分戶集熱/分戶水箱/緊湊型產品為目前最常用的太陽能熱水系統，如下圖所示：

本系統中集熱器和儲熱水箱整體設置，儲熱水箱內置電輔助加熱器裝置。集水器接受太陽照射溫度升高，集熱器和儲熱水箱中水的溫度不同的密度差產生對流現象，促使熱水在集熱器與儲熱水箱間自然循環流動，最終加熱儲熱水箱中的水。太陽能系統與電能結合實現全天氣候熱水供應。

太陽能熱水系統集中放置在屋頂，采光效果好，太陽能利用率高。由于其結構簡單，安裝靈活，不論從系統運行管理還是設備安裝上都不會影響其他住戶的利益，也不存在無法計量收費的問題，一切費用均由使用者自己承擔，這種系統形式在已建成的舊建筑中使用較多。舊建筑在建設階段沒有考慮到利用太陽能的因素，故在建筑設計是沒有預留相關管道以及孔洞，給后期改造帶來了不少麻煩，很多住戶把太陽能給水管置于室外外墻，造成建筑外立面的不協調，影響了整個建筑的美觀性。在新建建筑中，建筑設計時充分考慮了利用太陽能的因素，使得屋面太陽集熱器的擺放和建筑的外觀很協調，熱水管道均隱蔽于管道井內，對建筑的立面觀感無任何影響。

該系統形式在新建多層建筑中得到了廣泛的應用，多層建筑的屋面可利用太陽能熱水系統的面積能滿足整棟建筑全部住戶的熱水需要，對于6層以下住宅而言，可在衛生間內預留一根φ100的立管，通至屋面，其中可敷設每戶的太陽能熱水管，這樣做的好處就是能減少很多不必要的供水管道，每戶可根據自己的需要隨時控制整個系統，也不存在使用熱水單獨計費的問題。對于北方地區有冬天會產生結凍的原因，冬天都會管道和集熱器泄空防止凍裂，太陽能都集中在夏季使用，儲熱水箱內的輔助加熱裝置作用不是很大，一般在安裝前期會取消輔助加熱設備，冬天和陰雨天洗浴只能配合戶用電熱器解決。這種系統形式用在多層建筑中是最理想的太陽能熱水系統。

該系統形式雖然簡單實用，但是住戶在使用時不會馬上會有熱水流出，必須把殘留在管道內的冷水排空才會有熱水流出，勢必造成了水資源的浪費。當然利用接水器具把這部分冷水收集起來繼續利用，也不會造成水資源的浪費。

四、分戶集熱/分戶水箱/陽臺壁掛型產品在高層建筑中使用較多，高層建筑屋面面積有限，可利用太陽能熱水系統的面積無法滿足整棟建筑全部用戶的熱水需求，陽臺壁掛型太陽能熱水器無疑是最好的選擇。但是高層住宅一般情況下，3層以下外立面不能保證日照時長，即無法滿足太陽能集熱器的布置要求，3層以下建筑要利用太陽能投資成本以及運行費用較高，熱水計量難度較大，可采用傳統能源電熱水器替代。對于3層以上建筑，采用陽臺壁掛型太陽能熱水器雖然能滿足住戶的用水需要，但對建筑外墻的做法要求較高，集熱器的安裝應該安全可靠，不應存在安全隱患。

分戶集熱/分戶水箱/陽臺壁掛型產品如下圖所示：

本系統中集熱器和儲熱水箱結構分離，儲熱水箱必須置于集熱器上方。儲熱水箱內置換熱裝置和電輔助加熱裝置。集熱器接受太陽照射溫度升高，集熱器和和換熱裝置中的熱媒溫度不同產生密度差，形成對流現象，促使熱媒在集熱器與換熱裝置之間自然流動，熱媒通過換熱裝置與儲熱水箱中的進行熱交換，加熱儲熱水箱中的水。熱水供應應采用頂水式供水，保證了冷熱水供水同源同壓，太陽能系統與電能結合實現全天氣候熱水供應。每戶一套系統，用水和用電分戶計量，住戶可隨住隨用無計費糾紛，便于物業管理。

自然循環系統將貯水箱置于集熱器上方（高度差約為1～1.5米）， 集熱器與貯水箱連接的循環管在限定的距離內（以1～2米為宜）愈短愈好，要求連接應盡量避免直角彎（最小折彎角度為135%%d）。輔助加熱控制預約定時自動加熱功能，當到達設定時間且水溫低于設定溫度時，輔助加熱裝置自動啟動加熱，水溫達到設定水溫時，輔助加熱裝置自動關閉，停止加熱。對于住戶而言，可以根據自己的需要，選擇是否需要輔助加熱控制預約定時自動加熱功能，熱水使用要求較高的用戶可采用輔助加熱控制預約定時自動加熱功能，雖然能在任意時刻及時的使用到熱水，但是電輔助加熱裝置要經常動作，比較浪費電能，不利于節能。熱水使用要求不高的用戶，就可以不采用輔助加熱控制預約定時自動加熱功能，省電，利于于節能。

以上兩種太陽能熱水系統形式是目前最實用的，產生用水糾紛最少的系統形式。每戶一套獨立系統，分戶計量，用戶可根據自己的實際需要自行靈活調節，也影響不到其他住戶的用水要求，產生的費用自行承擔，也便于物業管理。

五、結束語：

通過以上分析對比可以看到，太陽能的每一種應用技術，各有其自身的特點和不同的應用范圍，只有與其他能源互為補充，才能相得益彰。只有合理的應用各系統，才能最大限度的利用太陽能。對于太陽能的開發利用已經成為世界各國索取和利用新能源，進行節能、環保的重要探究項目之一，取得了較大的進展并已進入實用階段。近幾年隨著我國經濟的快速發展和對環境保護的重視，非凡是在今年提出的建設節約型社會的方針后，太陽能作為一種取之不盡用之不竭的新型環保新能源，一種較為簡單、經濟、環保、可靠的改善建筑環境的方法，一種很適合我國經濟目前狀況的熱水供應方式，在我國得到了大力的推廣和廣泛的使用。

參考文獻：

《建筑給水排水設計規范》GB50015-2003（2009年版）

《住宅太陽能熱水系統選用及安裝》11CJ32

《全國民用建筑工程設計技術措施-給水排水》（2009年版）

《太陽熱水系統設計、安裝及工程驗收技術規范》GB/T18713-2003