太陽能熱水系統(tǒng)中的給排水設計分析

余紫紋

浙江金瑞建筑設計有限公司 310004

摘要：伴隨人們物質文化生活水平的持續(xù)提升，能耗問題更加突出。太陽能為取之不盡、用之不竭的環(huán)保清潔能源，因此應成為未來重點發(fā)展的方向。給排水設計工作中良好的應用太陽能熱水系統(tǒng)，將有效地節(jié)約能源，保護生態(tài)環(huán)境。本文根據(jù)作者實際工程經(jīng)驗并結合國家規(guī)范要求，針對當前建筑太陽能熱水系統(tǒng)的給排水設計方面進行了分析和總結。

關鍵字：太陽能；熱水系統(tǒng)；給排水設計

太陽能是目前最豐富的可再生能源，在發(fā)電、取暖、供水等方面取得了廣泛應用。太陽能既是一次能源，又是可再生能源。太陽能資源豐富，既可免費利用，又無需運輸，對環(huán)境又無任何污染。如何合理、有效利用太陽能技術，已成為不可改變的趨勢。在國家大力提倡低碳環(huán)保的前提下，住宅太陽能熱水系統(tǒng)開始大量應用在新建住宅上面。因此，如何合理進行建筑太陽能熱水系統(tǒng)給排水設計是當前的首要問題和任務。

一、系統(tǒng)選型

（一）分散供熱水系統(tǒng)

1. 緊湊式（落水法、頂水法）

6層及其以下建筑應優(yōu)先采用此系統(tǒng)；集熱系統(tǒng)采用自然循環(huán)、直接加熱方式；集熱器及熱水箱位于屋面；可根據(jù)用戶需要設置輔助加熱系統(tǒng)；落水法熱水器冷水進水與熱水出水共用一根管道，手動控制熱水器的補水，采用非承壓水箱，依靠熱水箱與用水點的高差供水，無防凍措施，無熱水計量問題。頂水法采用承壓水箱，依靠冷水系統(tǒng)壓力將熱水頂出供水，熱水器自動補水，可根據(jù)需要設置防凍、防過熱措施。

2. 分離式（直接換熱、間接換熱）

適用于集熱器及熱水箱位置受限制的建筑；集熱系統(tǒng)采用強制循環(huán)；集熱器可位于屋面、墻面、陽臺等，熱水箱的位置可位于陽臺、衛(wèi)生間；采用承壓式水加熱器，依靠冷水的供水壓力供熱水，無熱水計量問題；可根據(jù)用戶需要設置輔助加熱系統(tǒng)；設置防凍、防過熱措施。如圖1所示。

圖1 層面分體太陽能熱水系統(tǒng)圖

（二）集中—分散供熱水系統(tǒng)

適用于6 層以上住宅；集熱系統(tǒng)采用強制循環(huán)，間接加熱系統(tǒng)；集熱器可位于屋面、墻面，加熱器位于住宅衛(wèi)生間或陽臺。采用承壓式水加熱器，依靠冷水的供水壓力供熱水，無熱水計量問題；可根據(jù)用戶需要設置輔助加熱系統(tǒng)；設置防凍、防過熱措施。如圖2所示。

圖2 陽臺分體太陽能熱水系統(tǒng)圖

（三）集中供熱水系統(tǒng)

適用于公共建筑，多層住宅，高層住宅；集熱系統(tǒng)采用強制循環(huán)，直接（間接）加熱系統(tǒng)；集熱器可位于屋面、墻面，屋面設置熱水箱。采用非承壓水箱，依靠熱水箱與用水點的高差供水或采用熱水供水泵，對于住宅需設置熱水表計量；需要設置可靠的輔助加熱系統(tǒng)；設置防凍、防過熱措施。

二、集熱器的安裝布置

集熱器安裝傾角（集熱器與水平面的夾角）宜等于當?shù)鼐暥龋蝗缦到y(tǒng)側重在夏季使用，其安裝傾角等于當?shù)鼐暥葴p10°；如系統(tǒng)側重在東季使用，其安裝傾角等于當?shù)鼐暥燃?0°。當采用水平熱管集熱器時，安裝傾角可以為0°。當采用熱管式集熱器時，安裝傾角不得小于10°。

集熱器的安裝方位（集熱器采光面法線）宜朝正南或南偏東西30°的朝向范圍內(nèi)設置。集熱器不宜安裝在受建筑自身及周圍設、綠化樹木遮擋的部位，且宜滿足不少于4h 的日照時間。集熱器不應跨越建筑變形縫設置。應根據(jù)集熱器的形式、安裝面積、尺寸大小進行細部設計，確定在其建筑上的安裝位置和安裝方式。集熱器與遮光物或前后排的最小距離應不小于遮光物最高點與集熱器最低點的垂直距離（僅限武漢地區(qū)）。集熱器可通過并聯(lián)、串聯(lián)及串并聯(lián)等方式連接成集熱器組。集熱器組中集熱器的連接盡可能采用并聯(lián)，串聯(lián)的集熱器數(shù)目應盡可能的少。對于自然循環(huán)系統(tǒng)，集熱器組中的集熱器的連接宜采用并聯(lián)。平板型集熱器每排并聯(lián)的數(shù)目不宜超過16 塊，且每個系統(tǒng)全部集熱器數(shù)量不超過24塊。全玻璃真空管東西向放置的集熱器，在同一斜面上多層布置時，串聯(lián)的集熱器不宜超過3塊（每塊集熱器聯(lián)箱長度不大于2..0m）。

三、管路設置

應采取措施保證冷熱水系統(tǒng)壓力平衡，系統(tǒng)冷、熱水壓差不宜超過0.02MPa。管道應采取保溫措施，確保系統(tǒng)的供水溫度。室外管道采用防凍布置，即管路中不得有滯留水的管路死角，按照水可以排出的方向順坡布置。管道設計應合理有效安排走向，室外管線宜隱蔽設置。管線應在預埋的套管中穿越圍護結構。豎向管線宜設計在豎向管道井中，做到安全隱蔽，又便于維護、檢修。室內(nèi)水平管線應隱蔽設置，如采用在樓板和墻體面層中設置水平管道溝槽，管線隱蔽于吊頂內(nèi)等構造措施，隱蔽工程的管線應無接頭。管材選用要點：集熱系統(tǒng)采用的管材及管件應符合現(xiàn)行產(chǎn)品標準的要求。管道的工作壓力和工作溫度不得大于產(chǎn)品標準允許的工作壓力和工作溫度。集熱系統(tǒng)宜選用金屬管材及管件，并應采取防止腐蝕的措施。

四、輔助熱源加熱設備設置

建筑設計中應留有相應的位置，滿足其技術要求，確保輔助熱源設施安全運行及安全操作、維護。輔助熱源應盡量靠近貯熱水箱（罐）設置，并應便于操作、維護。輔助熱源啟動方式分為手動啟動、全日重點啟動和定時自動啟動三種。啟動方式直接關系到太陽能熱水系統(tǒng)的節(jié)能效果，應結合不同的熱水供水方式、采用適宜的控制方式。

五、控制方式

太陽能熱水系統(tǒng)應設置集熱系統(tǒng)運行控制、輔助熱源的自動切換控制、防凍控制、防過熱控制，集中熱水供應系統(tǒng)還應設置熱水循環(huán)控制。控制方式應盡量簡單、可靠，便于用戶操作，宜設置可數(shù)字化顯示的控制儀表盤，重點顯示每日系統(tǒng)的太陽能得熱量、輔助熱源用量、供水溫度、管網(wǎng)溫度、貯熱水箱（罐）溫度等，便于用戶直觀了解該系統(tǒng)節(jié)約的能源量。為保證系統(tǒng)的使用功能及安全，應相應設置電磁閥、溫度控制閥、壓力控制閥、泄水閥、自動排氣閥、止回閥、安全閥等控制元件，產(chǎn)品應符合相關產(chǎn)品標準的要求，并預留檢修空間。

六、結語

合理、有效地利用太陽能技術已成為不可改變的大趨勢。工程設計本身是節(jié)水節(jié)能最核心的內(nèi)容之一。因此，隨著建筑設計工程師的不斷努力和總結改進，建筑太陽能熱水系統(tǒng)及技術將不斷完善和成熟，在建筑住宅中應進一步推廣太陽能熱水系統(tǒng)，使其得到普遍，達到節(jié)能的目的。