即開即熱戶式太陽能熱水系統(tǒng)在高層住宅中的應(yīng)用

□文 /劉海峰

DB-29-1—2013《天津市居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定，12層及12層以下住宅以及經(jīng)計算年太陽能保證率≮50%的12層以上住宅均應(yīng)采用太陽能熱水系統(tǒng)，太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃、同步設(shè)計、同步施工并與建筑物同時投入使用。

1 太陽能熱水系統(tǒng)在高層住宅中的應(yīng)用現(xiàn)狀

相較于其他形式，戶式太陽能熱水系統(tǒng)具有產(chǎn)權(quán)界定清晰、便于維護管理等顯著優(yōu)勢，因此該系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于住宅項目中。但從以往的工程實踐經(jīng)驗來看，該系統(tǒng)在應(yīng)用過程中也同樣存在一些問題。

首先是與建筑一體化效果差。隨著城鎮(zhèn)化速度加快和土地供需矛盾，小區(qū)規(guī)劃設(shè)計的容積率不斷增大，住宅類型從多層建筑逐步轉(zhuǎn)向高層建筑。對于高層建筑而言，狹小的屋面空間無法滿足集熱面積的需求，不得不將集熱器設(shè)置于建筑的其他部位。在無保溫要求的南方地區(qū)，很多項目將集熱器與非封閉的陽臺欄板、石材幕墻等建筑構(gòu)件進行結(jié)合，而在有保溫要求的北方嚴寒地區(qū)，一些項目也將集熱器與建筑外檐百葉等建筑構(gòu)件結(jié)合在一起，均取得了較好的一體化效果。即便如此，由于建筑外檐的個性化問題，很多住宅建筑并不具備上述的條件。因此，大多的做法仍然是像貼膏藥一樣將集熱器直接通過連接件固定在外墻上，與建筑一體化的效果較差。

熱水供應(yīng)系統(tǒng)無法實現(xiàn)即開即熱。大部分項目在配置太陽能熱水系統(tǒng)時，僅僅是將儲水水箱設(shè)置在陽臺內(nèi)墻壁上，再通過管路將熱水引致用水房間。由于陽臺至用水房間的管路一般較長且無法進行熱交換，用戶在開啟淋浴時，管內(nèi)留存的冷水會先期排出。從系統(tǒng)本身的特性來看，在達到預(yù)設(shè)的淋浴溫度前，經(jīng)混水閥門作用而實際排出的冷水量會比管內(nèi)留存的冷水量大得多，既造成了水資源的浪費，同時也使得沐浴者不悅。

2 即開即熱戶式太陽能熱水系統(tǒng)模型

與普通戶式太陽能熱水系統(tǒng)不同，即開即熱戶式太陽能熱水系統(tǒng)在進行模型搭建時就充分考慮和解決了系統(tǒng)的建筑一體化問題以及即開即熱的問題。

作為建筑的一個子系統(tǒng)，太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)與其他子系統(tǒng)一同進行規(guī)劃、設(shè)計、施工和投入使用并與建筑本身進行有機的結(jié)合。與全玻璃真空管型集熱器相比，平板集熱器具有抗沖擊性好、安全性高、便于維護的顯著特點，特別是其外形特征易于與建筑外墻面進行有機結(jié)合，因此，在規(guī)劃和設(shè)計時，應(yīng)優(yōu)先選用平板型集熱器作為集熱的核心部件。

在一些工程實例中，為解決即開即熱問題，部分用戶選擇在用水末端增設(shè)瞬時電熱水龍頭，其實這種方式本身就存在一定的弊端。首先是經(jīng)濟性不合理，通過大功率（一般2～3 kW）瞬時加熱所耗用的電能，不足以抵補所產(chǎn)出熱水的費用，這在大力倡導(dǎo)建筑節(jié)能的社會大環(huán)境下顯然是不合理的。同時應(yīng)引起注意的是，產(chǎn)品質(zhì)量對使用壽命和安全性的影響不容忽視。

在搭建系統(tǒng)模型時，為從根本上解決這一問題，通過延長加熱介質(zhì)管線長度，直接將儲熱水箱設(shè)置在衛(wèi)生間內(nèi)并通過循環(huán)泵站對熱媒進行強制智能強制循環(huán)，見圖1。這種方式既解決了即開即熱問題，又大大提高了熱媒的換熱效率。

圖1 即開即熱戶式太陽能熱水系統(tǒng)

3 系統(tǒng)節(jié)能

即開即熱戶式太陽能熱水系統(tǒng)節(jié)能效率取決于該系統(tǒng)集熱部件的得熱能力、熱媒管線保熱傳熱能力、儲熱水箱熱交換能力。

平板型集熱器主要通過吸熱體涂層進行吸熱，在選用這種類型集熱器時，應(yīng)著重控制吸熱體對太陽能的吸收和反射問題，最大限度提高吸收率，降低反射率。眾所周知，在寒冷的冬季，平板型集熱器基本無法發(fā)揮作用。究其原因，主要是由于平板型集熱器的集熱部件處于開放型環(huán)境，在低溫環(huán)境下吸熱體吸收的熱量未經(jīng)交換便散出去。因此，作為集熱器廠商應(yīng)盡量提高集熱器自身的保熱能力，例如：增加保溫厚度、增加邊框密閉性能、采用中空玻璃蓋板以及改善內(nèi)腔流道等。

系統(tǒng)的熱媒管線較長是造成熱損失的一個主要原因。為使集熱器得的熱能夠快速高效的與儲熱水箱中的冷水進行熱交換，在做好管路保溫的同時，通過在熱媒管路上設(shè)置循環(huán)泵對介質(zhì)進行強制循環(huán)來提高介質(zhì)流動速度。

由于強制循環(huán)的介質(zhì)克服管道阻力能力強，因此儲熱水箱采用銅盤管形式更有利于內(nèi)熱交換。

4 系統(tǒng)節(jié)點設(shè)計

4.1 平板集熱器與外墻體連接

平板集熱器邊框、背板及內(nèi)芯材料均為金屬材質(zhì)，其自身重量較大，因此在設(shè)置于建筑（特別是高層建筑）外墻面時不僅要考慮集熱器與外墻的一體化效果問題，同時也必須充分考慮集熱器在風(fēng)載、雪載等環(huán)境因素共同作用下的防墜落安全問題，應(yīng)確保與墻體的連接件牢固可靠且具備足夠的抗老化、抗銹蝕能力。

綜合考慮上述因素，在進行建筑外墻設(shè)計時，應(yīng)預(yù)先在結(jié)構(gòu)墻體外側(cè)沿集熱器周圈設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土挑檐，在確保承受來自集熱器的最不利載荷的同時，結(jié)合外檐立面裝飾效果綜合考慮挑檐厚度。主體施工時，上下挑檐內(nèi)側(cè)應(yīng)預(yù)埋埋板，在完成外墻保溫及底涂施工后，通過Z型標(biāo)準(zhǔn)掛件將集熱器嵌掛在墻面上。

為便于集熱器安裝，在集熱器與挑檐之間應(yīng)預(yù)留30mm的操作空隙，待集熱器緊固完畢后用泡沫棒塞緊。然后用不銹鋼螺栓將裝飾烤漆鋼固定，周圈縫隙滿打耐候密封膠，見圖2。

圖2 集熱器與外墻緊固

4.2 儲熱水箱的設(shè)置

與普通電熱水器不同，即開即熱戶式太陽能系統(tǒng)的儲熱水箱雖然也設(shè)置于用水點上空，但水箱在位置及高度的選擇上是有條件的。在位置上，首先應(yīng)留足儲熱水箱、太陽能泵站的安裝間距，為便于管路的連接，二者的凈距不宜＜450mm，這在一定程度上限制了儲熱水箱的安裝位置。在安裝高度上，應(yīng)確保太陽能泵站低于水箱液面高度100mm以上，以80 L太陽能水箱為例，太陽能泵站的安裝高度距頂板應(yīng)≮230mm，這在一定程度上限制了衛(wèi)生間吊頂?shù)母叨取?/p>

5 調(diào)試與驗收

系統(tǒng)采用雙循環(huán)管路設(shè)計，集熱器流道、儲熱水箱換熱盤管以及連接管道構(gòu)成介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，水箱內(nèi)膽與冷熱水管構(gòu)成供水系統(tǒng)，這種設(shè)計形式雖然解決了集熱器抗凍問題，但由于連接管件較多，在施工過程中最容易造成介質(zhì)泄漏，從而影響到換熱效果。這也是在后期調(diào)試和驗收階段需要重點檢查的內(nèi)容。

6 結(jié)語

大力發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)是構(gòu)建資源節(jié)約型社會的需要。將太陽能衛(wèi)生熱水系統(tǒng)納入建筑系統(tǒng)進行同步設(shè)計、同步施工、同時投入使用，是實施建筑節(jié)能工程的一個重要組成部分。大力發(fā)展即開即熱戶式太陽能衛(wèi)生熱水系統(tǒng)為高層住宅可再生能源利用提供了一個切實可行的解決方案。