試析給排水設計中太陽能熱水系統的應用

顧臻榮

摘 要：在給排水設計中應用太陽能熱水系統，一方面可以大大減少二氧化碳的排放量，對地球大氣環境的保護意義重大；另一方面通過對太陽能的充分利用，降低常規能源的消耗以緩解能源危機的威脅。而現階段太陽能熱水系統在我國給排水設計中的應用還存在諸多問題，為此本文將就此展開探討。

關鍵詞：給排水設計；太陽能熱水系統；節能

中圖分類號：TU822 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）04-0117-02

1 給排水設計中太陽能熱水系統的應用要求及存在問題

1.1 應用要求

第一，24h熱水供應不斷。資料表明，居民日常生活熱水主要用于洗浴。生活用水高峰時段一般為19點至23點，出水溫度一般設定為40～50℃，保證全天24小時的熱水供應。

第二，節水、節能。太陽能熱水系統若安裝在屋頂，熱水器到用水點距離過長，低層用戶需放掉很多無效冷水，造成浪費，此外管道過長也會造成熱損。因此，應盡量設置在用水點附近，縮短管線長度，并做好管道保溫。也可采用循環系統，使傳熱工質不斷循環加熱，保證管道內的工質溫度水平。

第三，冬季正常使用。在冬季寒冷地區使用的太陽能熱水系統，需做好管道保溫、防凍措施，一旦管道凍裂會引起整個系統的崩潰。和直接循環系統相比，間接循環系統用戶用水不與傳熱介質接觸，只在貯水箱內通過換熱器接收熱量；傳熱介質中可加入防凍液保證系統在冬季正常運行。

第四，熱量分配均勻、易于收費管理。集中熱水供應系統必須考慮用戶熱水用量的計量方式和收費辦法。輔助能源費折合到系統熱水單價中，各戶熱水成本需隨著輔助熱源用量的不同而不同。若平攤費用，會造成付費不公平的問題。因此，集熱器之間以及集熱器和貯水箱之間宜采用同程連接，各用水末端水流阻力相近，相對于系統管路的位置基本相同，保證對每戶供熱的均衡。輔助加熱系統分戶設置，輔助能源費由各戶自己承擔。

1.2 存在問題

現階段給排水設計中應用太陽能熱水系統時，由于建筑本身因素或者太陽能熱水設備的因素導致應用時遇到如下突出問題：

首先，建筑設計完全沒有安裝太陽能熱水器的準備，所以其安裝起來對建筑的結構和外觀有一定的影響。

其次，一些建筑屋頂設計缺乏統籌，管線、支架外露、各種風帽以及通氣管布置雜亂現象，并且各居民用戶自行安裝，不同的形式、品牌、規格、位置的太陽能熱水器造成建筑外觀雜亂。

再次，分戶式熱水系統占據大部分，該系統適用于分散用戶，但對于集合住宅而言，該系統總體造價高、布置分散且零亂，不易于建筑一體化的設計。

最后，目前生活熱水使用時間分配沒有一個明確的規定，往往系統都是按照全年24小時運行進行設定，通過調查多數系統冬季運行難以滿足用戶的用熱需求，同時夏季系統還會出現過熱的情況。另外，一些全天運行的系統，在白天所收集的熱量到了晚間也不足以滿足用戶需求。

2 給排水設計中太陽能熱水系統的應用改善

2.1 集熱器的合理選擇

真空管型和平板型是現階段我國采用較多的兩種太陽能集熱器，表1為兩種集熱器的特征及安裝使用特點。從集熱性能而言，真空管型在冬季要優于平板型，春秋兩季大體相同，而夏季平板型占優，具體選擇時參考如表2所示的選擇。

2.2 與建筑的結合方式

（1）與屋頂結合。容易形成自然壓頭，管路系統形式比較靈活，集熱器類型選擇方面有較大的自由度，日照條件好。此外，太陽能熱水系統與屋頂的結合還有利于緊貼屋頂安裝，減小了風力的影響，還能起到隔熱層的作用。（2）與陽臺和立面墻結合。該方式主要是考慮高層建筑中低層住宅管道長度或屋頂沒有安裝空間的因素。熱水系統以分體式為主要方式，貯熱水箱安裝在室內。該太陽能熱水系統集熱器位于各住戶外墻或陽臺，對其他住戶沒有影響，同時由于集熱器安裝都比較近，管路的連接比較簡單，管道短，熱損失少。（3）與遮陽板結合。通過這種形式的應用，使該裝置達到夏季防曬作用，并且有效的利用了空間，達到合理高效的吸收太陽輻射。

2.3 住宅太陽能熱水系統選擇方式

節水節能、經濟實用、安全簡便、便于計量應作為住宅太陽能熱水系統的設計的原則。針對不同的住宅建筑，選用的系統形式也各不相同。需要根據應用建筑的特點來進行設計分析。

2.3.1 多層住宅

屋面面積在多層住宅中比較充裕，系統選擇方式可以多變，根據住戶熱負荷量來設置集熱面積。同時可以使用的形式為分離式、強制循環的太陽能熱水系統和集中式太陽能熱水供應系統。該兩種方式有自己的特點，具體說來：

第一，分離式、強制循環的太陽能熱水系統。該模式的優點為：儲水箱離用水點近，戶內支管管路短；冷熱水系統水力平衡，便于調節；系統單元設備的產權明確，由各使用居民承擔。缺點如下：該系統需要設置管道循環泵，會產生電耗，同時有噪音影響；每戶需要設置上下循環管，占地面積大，影響公攤區域。

第二，集中式太陽能熱水系統。該模式的優點為：一對一的對應形式，節電降噪；管路設置少，節約公共管道面積和管材；物業統一維護、管理。缺點如下：該系統需要獨立水箱間，并且計量收費，受到物業管理水平和居民的繳費意識影響；大容積的承壓貯熱水箱投資較高。

2.3.2 小高層、高層住宅

小高層、高層屋面集熱裝置的安裝面積有限，以集中太陽能熱水系統為優先考慮方案，也可以考慮陽臺欄板型或墻面安裝集熱器的局部太陽能熱水系統。

在使用集中式熱水系統時，需要考慮兩方面因素：其一，集熱器宜布置在小區內的供熱站附近，為小區供應熱水時減小熱損失；其二，當供熱水系統為單棟或一個單元供應時，集熱器宜在屋面布置，同時貯熱水箱以就近布置為原則，并且保證其分區與供水系統一致。

2.3.3 別墅

大部分別墅用于度假使用，并不長期居住。由于其用水間斷性，無人居住不使用熱水。有人居住時，要求熱水舒適性高，并且用水量大。所以在設置太陽能熱水系統時宜采用強制循環、分離式系統，在室外只需集熱器安裝，同時考慮水質衛生和冬季防凍需求，采用防凍工質二次換熱形式。

3 案例

案例為宜興某度假村獨棟客房（類似別墅）。采用集中集熱-集中儲熱的太陽能熱水系統，并采用燃氣熱水爐為輔助熱源，集熱板設置在屋頂。

太陽能熱水系統設計。

用水人數：按3床位，用水定額：120L/每床位每日；

設計熱水溫度：60℃，設計冷水溫度：5℃；

太陽能集熱器方位角與建筑同方位，為南偏西0度；太陽能集熱器的傾角建議范圍為當地緯度29.8°，集熱器平鋪安裝于屋面上，此時。

客房熱水平均負荷為420L/d。

直接加熱系統集熱面積：

AJC===9.2m2

實際設計集熱器采光面積采用10m2（采用2m2集熱板5塊），不足部分采用輔助熱源補充。

燃氣熱水爐作為輔助熱源，設置儲水罐。當冬天氣溫低，太陽能加熱不能滿足要求時，開啟燃氣熱水爐加熱。

4 結語

本文力爭通過給排水設計中太陽能熱水系統的合理設計，提高太陽能供熱水系統使用的舒適度，降低工程造價，從而使太陽能供熱水系統與燃氣熱水器、電熱水器相比，具有在相同的經濟成本的情況下，有更高的舒適度，以更快的推廣太陽能技術的應用。

參考文獻

[1]李益勤，楊培云.建筑太陽能熱水系統的設計比選[C]//全國給水排水技術信息網41屆技術交流會論文集，2013：72-75.