太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

摘要：當(dāng)今社會(huì)，太陽能熱水系統(tǒng)有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，充分有利于生態(tài)平衡，一方面可以節(jié)約能源，另一方面可以減少對(duì)常規(guī)能源的耗費(fèi)、對(duì)環(huán)境的污染。因此，本文介紹了太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求并且系統(tǒng)地分析了太陽能熱水系統(tǒng)中各個(gè)部件的設(shè)計(jì)原則，從而使太陽能熱水系統(tǒng)在建筑中能夠合理地運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：熱水系統(tǒng)；太陽能；設(shè)計(jì)

1 太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求

太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)納入建筑的工程設(shè)計(jì)，進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃統(tǒng)一設(shè)計(jì)，并且應(yīng)符合國家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。首先，太陽能熱水系統(tǒng)內(nèi)置加熱系統(tǒng)，應(yīng)保證安全可靠，須帶有保證安全使用的裝置，并根據(jù)使用地域的不同，采取防凍、防過熱、防結(jié)霜、防雷、抗風(fēng)、抗雹、抗震等一系列技術(shù)措施；第二，太陽能熱水系統(tǒng)在選擇系統(tǒng)型式和安裝位置時(shí)，需要根據(jù)建筑物的使用功能、使用者的用水或供熱要求、空間地理位置、冷暖氣候條件及安裝條件等綜合性因素，并進(jìn)一步與該建筑物整體及其周圍的環(huán)境相互協(xié)調(diào)呼應(yīng)；第三，如果是直接構(gòu)成簡(jiǎn)直圍護(hù)結(jié)構(gòu)的集熱器或者是安裝在建筑物上的太陽能集熱器，應(yīng)設(shè)置防止太陽能集熱器損壞后的部件墜落傷人的安全保障措施，并應(yīng)設(shè)置有防止熱水滲透的安全保障措施；第四，對(duì)于建筑物上安裝的太陽能熱水系統(tǒng)，不可以影響到相鄰建筑物的日照標(biāo)準(zhǔn)；第五，太陽能熱水系統(tǒng)中的集熱器、貯水箱、支架等主要部件，應(yīng)具有不少于10年的正常使用壽命，其熱性能應(yīng)滿足國家相關(guān)的太陽能產(chǎn)品現(xiàn)行設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；第六，對(duì)于建筑單體或群體上安裝的太陽能熱水系統(tǒng)，則應(yīng)滿足不少于4h/日的日照時(shí)數(shù)要求，太陽能熱水系統(tǒng)的主要朝向應(yīng)為南向；最后，太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)在便于安裝、使用、保養(yǎng)和維護(hù)的基礎(chǔ)上，盡量滿足安全、實(shí)用、可靠、美觀等四項(xiàng)原則。

2 太陽能熱水系統(tǒng)各部件的設(shè)計(jì)原則

2.1 貯水箱設(shè)置的設(shè)計(jì)原則

（1）太陽能熱水系統(tǒng)的貯水箱，因系統(tǒng)型式的不同，如因分戶貯水、集中貯水的不同而有不同的容積大小。分戶貯水箱容積一般較小，可以為其設(shè)計(jì)單獨(dú)的設(shè)備間，也可將其安置在半地下室、室內(nèi)、陽臺(tái)、閣樓間或技術(shù)夾層等設(shè)備空間內(nèi)。集中貯水箱的容積一般較大，在室內(nèi)安裝此類貯水箱時(shí)，應(yīng)考慮在設(shè)計(jì)中設(shè)置運(yùn)輸通道，可以將水箱整體進(jìn)入安裝地點(diǎn)。對(duì)于大型貯水箱，其設(shè)計(jì)位置應(yīng)保證安全運(yùn)轉(zhuǎn)且便于操作、檢修，可專門設(shè)計(jì)的設(shè)備間，也可設(shè)置在、頂層的設(shè)備間、或技術(shù)夾層中的設(shè)備間。

（2）設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮貯水箱所在位置的載荷要求。

（3）應(yīng)具有良好的排水防水措施。

（4）貯水箱應(yīng)盡量靠近太陽集熱器設(shè)置以減少其連接管道中的熱損耗。

（5）應(yīng)將輔助熱源設(shè)置在靠近貯水箱的位置，或者與貯水箱共同放置在設(shè)備間內(nèi)，并且應(yīng)便于操作及維護(hù)，。

（6）貯水箱周圍及其上方空間內(nèi)，應(yīng)提前預(yù)留有符合相關(guān)規(guī)范要求的安裝、檢修空間，一般情況下此預(yù)留空間應(yīng)不小于600mm。

2.2 太陽集熱器布置原則

（1）集熱器在安裝時(shí)要能夠最大限度地獲得太陽照射。集熱器在安裝時(shí)需要有一個(gè)傾斜的角度，其最佳傾斜角度一般為當(dāng)?shù)鼐暥取?0°。集熱器安裝在坡屋頂時(shí)，屋面的坡度應(yīng)在建筑設(shè)計(jì)階段就考慮集熱器的最佳傾斜角，使得集熱器安裝后可貼敷在屋面上，與屋面成為一體。

（2）應(yīng)在太陽能集熱器附近設(shè)相應(yīng)的給水點(diǎn)及排水設(shè)施。

（3）集熱器安裝要滿足安全堅(jiān)固的要求。集熱器與建筑要有可靠的連接。

（4）太陽集熱器的面積應(yīng)根據(jù)熱水量、建筑允許安裝面積、供水水溫、當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件等綜合因素確定。

（5）集熱器在平、斜屋面安裝時(shí)宜排列整齊，且在前后兩排集熱器之間應(yīng)留有足夠間距，并滿足每天4小時(shí)的日照要求。屋頂樓梯出入口宜作為安裝維修的出入口，屋面為上層屋面。

2.3 管道、管線設(shè)置和選型原則

（1）太陽能熱水系統(tǒng)電器控制線路應(yīng)作相應(yīng)地處理。

（2）管道、管線應(yīng)做到隱蔽、安全且易于檢修，應(yīng)合理有序安排管道走向。豎向管線應(yīng)布置在豎向管道中，且管線應(yīng)在預(yù)埋套管中穿過圍護(hù)結(jié)構(gòu)。做到既不能影響到建筑功能及外觀，又有組織布置。

（3）采用的管材和管件，其管道的工作溫度和工作壓力都應(yīng)符合現(xiàn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求，應(yīng)小于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定的允許工作溫度和壓力。

2.4 與太陽能熱水系統(tǒng)相關(guān)建筑設(shè)備的綜合設(shè)計(jì)原則

太陽能熱水系統(tǒng)不但需要有輔助熱源，而且需要備有相關(guān)的設(shè)施，以此來保證使用者在使用時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需要來方便地獲取熱水。如貯水箱水位觀察儀器、水溫調(diào)節(jié)自動(dòng)控制器、水溫顯示表、計(jì)量裝置、以及一系列泵、閥門等相關(guān)設(shè)備。所以，為確保相關(guān)的輔助設(shè)備可以安全使用的同時(shí)還可以且便于操作及維護(hù)管理，則需建筑設(shè)計(jì)人員妥善安排其空間位置。

對(duì)于系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，應(yīng)本著管路簡(jiǎn)單、方便維護(hù)的原則進(jìn)行布置；集熱器的選用，應(yīng)全面考慮到抗熱沖擊能力、抗凍性能、承壓能力等因素。如平板型集熱器不宜在寒冷地區(qū)使用，則熱管真空管集熱器可優(yōu)先采用為寒冷地區(qū)的大型熱水系統(tǒng)；全玻璃真空管集熱器，可優(yōu)先用于寒冷地區(qū)的小面積熱水系統(tǒng)；此外，氣候特征、用戶特征、運(yùn)行效率、工程造價(jià)等綜合因素，也是熱水系統(tǒng)的選擇時(shí)應(yīng)全面考慮的必要因素，如建筑物正向朝南，南向坡屋面面積有限，由于自然循環(huán)式系統(tǒng)的貯水箱必須置于集熱器的上方，不利于在坡屋面設(shè)置儲(chǔ)水箱，而強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)就能避免這樣的問題，故選用強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)；寒冷地區(qū)應(yīng)采用可靠的防凍方式，采取在太陽能集熱系統(tǒng)中充注防凍液以作為傳熱工質(zhì)的防凍液系統(tǒng)。集熱系統(tǒng)管路和設(shè)備不應(yīng)使用自動(dòng)排氣閥，宜采用手動(dòng)排氣裝置。

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作者簡(jiǎn)介：李婷（1987），女，漢族，內(nèi)蒙古包頭人，本科，助教。