基于太陽能的建筑熱水供水系統設計研究

摘要：太陽能是一種清潔能源，陽能供熱水系統的引入從宏觀層面能夠有效的降低建筑的整體能量需求，對當前環境下的節能減排起到積極的作用，在微觀層面則可以為建筑使用者節約部分電能消耗，進而在后續的使用成本方面提供更為具有競爭力的使用環境。

關鍵詞：太陽能;建筑;熱水供水系統;設計

引言

隨著能源緊張以及節能減排政策的落實，越來越多的建筑采用太陽能集中熱水供水整合系統的設計。此種設計由于能夠有效的降低建筑能耗，并為建筑用戶提供必要的熱水供應而受到廣泛的歡迎與關注，而在實際的設計與操作過程中還存在一定的不規范現象。因此，本文對此進行了分析。

一、基于太陽能的建筑熱水供水系統設計

1.1建筑太陽能熱水供水系統的結構設計

建筑熱水供水系統主要由進水部分、加熱部分、供水部分組成，因此，設計基于太陽能的建筑熱水供水系統的時候，也要從這幾個方面人手。首先，對進水部分進行設計的時候，主要采取單向閥門的形式，并要綜合考慮建筑體髙度、自來水管線以及壓力等因素，確保管線連接的科學性;其次，對加熱部分進行設計的時候，需要全面考慮太陽能真空管加熱手段、水箱儲水能力等因素，同時也要注意集熱器的布置排列;最后，對供水部分進行設計的時候，因考慮重力勢能來設計水箱高度，確保水箱可自動供水，通常不單設水泵，所以需要在結合冷水管、熱水管之后再規劃設計，并要采取封閉管道、獨立管道進行優化，以確保管道的整體合理性，為后期使用及維護奠定良好基礎。

1.2建筑太陽能熱水供水系統的水箱設計

對水箱進行設計的時候，需要考慮水箱體積、水箱熱補償以及水箱保溫效果三個方面的因素。首先，水箱體積。水箱體積通常設計為熱水需求量的40%，以在確保熱水供應的基礎上減少成本;其次，水箱熱補償。建筑熱水通常是需要晚上大量供應，而這一時間段太陽能利用率較低，幾乎為0，因此，此時主要是使用水箱存儲的熱水，可采取電能補償作業的方式;最后，水箱保溫效果。通常采取普通保溫方法，也就是在水箱外表面包裹保溫材料。同時，也可以采取真空包裹保溫方法，也就是在水箱外側設置真空層來達到隔溫保暖的效果。

1.3建筑太陽能熱水供水系統的定溫循環系統設計

對進水部分進行設計的時候，應及時給予差額補水管理，確保水箱、上水管之間的有效連接，這種方式下，能夠為差額補水過程提供良好的作用，保障冷水能夠快速與水箱內部的熱水混合起來，提高溫度的均一性提升加熱效率。定溫循環系統設計過程中，還要采取循環加熱方法，在外界驅動下，使水源循環流動，并依次流經集熱器、加熱管，使水溫逐漸提高。采取循環加熱方法，可以得到理想的效果，即使太陽能等級達不到要求，也可確保熱水供應，具備較強的穩定性，還不會導致熱水總量減少。與此同時，采取循環加熱方法，可快速提高新進涼水的溫度，不會導致水箱整體溫度的大幅度波動。

1.4建筑大陽能熱水供水系統的集熱器排列設計

集熱器排列是建筑太陽能熱水供水系統結構設計中的重要部分，可采取并聯或者是串聯的形式，不同形式各有自身獨特的特點。并聯方式下，可以確保一定時間內低溫熱水的大量供應;串聯方式下，可采取循環加熱方法來對水進行加熱。通常來說，建筑熱水供水系統主要采取強制循環法來對水進行加熱，所以并聯方式、串聯方式的熱水貢獻基本相同。實際設計時，可不考慮并聯方式、串聯方式的加熱特點，僅考慮建筑外立面結構以及建筑體高度等因素來選擇集熱器的排列布置方式。此外，集熱器排列設計中，若是外界頂部空間比較充分，則可采取并聯方式、串聯方式相混合的方法。對于建筑立面的集熱器，則需要采取串聯方式。

二、基于太陽能的建筑熱水供水系統的參數設置

2.1平均日用水量

太陽能作為一種清潔可再生能源，具有間歇性的特征，白天利用率較高，夜晚利用率幾乎接近0，但是，建筑熱水供水系統必須為全天供應，在計算用水M的時候，不可以瞬時參數為準，應當計算平均日用水量，充分考慮當地氣候、居民習慣等因素，并參考《建筑給排水設計規范》的要求，來選取日熱水用量定額參數。一般執行如下標準：對于局部熱水供應系統，居民平均日用水量以每人每天33升為準;對于集中熱水供應系統，居民平均曰用水量以每人每天40？50升為準。

2.2大陽能保障率

建筑人陽能熱水供水系統在運行過程中，不可避免地會出現一定的損耗，因此，也要考慮太陽能保障率方面的因素，以避免這種損耗對熱水供應產生的影響。通常，太陽能保障率與系統能量轉換率、水箱保溫效果以及管道保溫效果等因素相關。結合當下應用較為廣泛的熱管真空管，假設要求出水溫度為70攝氏度、進水溫度為20攝氏度，那么陽關等級C級、建筑太陽能熱水供水系統的太陽能保障率為每年每平方米1249千瓦時，則可滿足要求。

2.3冷水、熱水溫度

冷水、熱水溫度的選擇，應充分考慮節能、防腐、細菌繁殖等因素。建筑熱水供應系統的冷水溫度，通常按照當地年平均氣溫計算，但溫度在20～30攝氏度的時候，細菌繁殖速度較快，因此，最好將冷水溫度設置為20攝氏度以下。建筑太陽能熱水供水系統的熱水溫度通常較低，單日用水量較大，因此水箱內部置換頻率較快，可減少病菌的繁殖，且若是幾天沒有用熱水，那么水箱內部溫度則會維持較髙水準，天氣比較晴朗的情況下甚至可以達到70攝氏度，可避免細菌的生長。

三、總結

本文針對太陽能建筑熱水供水系統進行設計，在設計研究的過程中分別對其設計的重要參數進行了確定，并針對系統的不同部分進行了具體的設計;目前，國內基于光伏的太陽能發電以及太陽能熱水技術已經相對成熟，具有大規模應用的條件。因此，基于太陽能的建筑熱水供水系統的整合與設計符合當下的建筑給排水設計主流，也是后續的設計發展的必然趨勢。

參考文獻：

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[2]鄒晶.基于太陽能的建筑熱水供水系統設計研究[J].江西建材，2014（19）：18.

[3]劉素娟，包天悅.高校太陽能集熱供水系統改造[J].計算技術與自動化，2013（2）：44～47.

（作者單位：中油遼河工程有限公司環境工程所）

作者簡介：張曉翔（1989.09.19），性別：男;籍貫：遼寧丹東;民族：漢;學歷：本科、學士;職稱：工程師;職務：公用工程給排水設計;研究方向：注水及污水處理、給排水及消防。