1、住宅建筑太阳能热水系统设计选型摘要 本文剖析了国内住宅建筑太阳能热水系统应用中存在的问题，列举了几种太阳能热水系统型式，并分析其在不同住宅类型中的适用性，以供设计参考。关键词 住宅 太阳能热水系统 设计选型Model Selection in Designing Solar Hot Water System for Residential BuildingsAbstract This article analyzes problems of solar hot water system (SHWS) while being applied in residential buildings in
2、 our country, and lists some models of SHWS, also their applicability for different residential buildings are analyzed for purpose of design reference.Keywords residential building solar hot water system model selection in design0 前言随着国民经济的高速发展和居民生活舒适性要求的提高，住宅生活热水的巨大能耗与常规能源紧缺之间的矛盾日益凸现，同时伴随常规能源消耗带来的环
3、保问题也引发人们高度关注。我国具有得天独厚的太阳能资源条件，在国家营造节能、环保大背景下，建筑行业开始探索以太阳能利用作为解决这一问题的新途径。太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源，国内住宅太阳能热水利用调查1和国外的工程实践表明，通过太阳能光热利用技术为住户提供质优价廉的生活热水，是解决能源紧张和居民生活舒适度这一矛盾的有效方法。2006年1月1日实施的可再生能源法，以立法的方式保证了太阳能在建筑中的应用：“在建筑物的设计和施工中，为太阳能利用提供必备条件。” 1 住宅太阳能热水系统应用中存在的问题目前，太阳能热水器在住宅工程中已有较大规模的应用，尽管热水器产品以及某些部件已有较高的技术水平
4、，但是在与建筑的整合技术方面还很不成熟，在实际工程应用中也出现了许多问题，这些问题都在一定程度上制约了太阳能光热技术在住宅中的推广应用与发展，突出表现在以下几方面：1.1 太阳能热水器“视觉污染”大量的“后装式”太阳能热水器，由于缺乏与建筑的一体化2设计，往往对建筑外观或者整个小区美观形成视觉污染，而且对建筑结构、屋面防水等方面都会造成不利影响，业主安装太阳能热水器时遭遇物业管理公司、邻里阻拦等而引起的纠纷时有发生，甚至有些地方建设主管部门也曾无奈地颁布了对太阳能热水器的禁令。1.2 热水供水品质低太阳能热水器行业和建筑行业间协调不够，导致太阳能专业要求与建筑给排水等专业要求不相符合，这给太阳
5、能热水系统造成了先天不足：如供水不稳定、冷热水压力不平衡、控制混乱等，供应的热水品质不高。1.3 节能效果不明显由于设计不合理以及运行管理不当等原因，使系统节能效果不明显，达不到预期的经济效益，这也给太阳能热水系统的推广造成一定的阻力。1.4 物业管理困难对于集中集热、集中供热水的住宅太阳能热水系统，一方面系统的产权归属难明确，另一方面，在小区入住率不高或系统节能效果不明显等情况下，物业管理公司在对系统运行产生的费用进行分摊时，常常与业主间产生纠纷，甚而有业主自行安装其它热源的家用热水器，拒绝使用太阳能热水系统，致使系统运行管理举步维艰，甚至陷于绝境3。以上问题，多数是由于太阳能热水系统在设计
6、、施工上滞后于建筑的设计与施工造成的。甚至有些太阳能热水系统根本无专业设计，或在设计中对系统与建筑的整合、系统的运行管理模式等方面欠考虑。因此，解决这些问题的关键是太阳能热水系统与建筑“同步设计、同步施工”，根本上应从太阳能热水系统的设计入手。本文试从型式选择上探讨太阳能热水系统的设计，管窥之见，呈诸同仁，抛砖期以引玉耳。2 适合于住宅建筑的几种太阳能热水系统型式太阳能热水系统按贮热水箱有承压式和无压式之分，按集热系统与热水供应系统的换热方式有直接换热和间接换热之分，按贮热水箱和集热器的位置关系有紧凑式（整体式）、分离式和闷晒式之分，按供水范围有集中供热水和分散供水（局部供水）之分，按集热系统
7、和热水供应系统之运行方式都有自然循环、强制循环、不循环（直流式）之分4，因此太阳能热水系统有多种组合型式可供设计之选。设计者应综合考虑建筑的类型、用户用热水习惯、经济承受能力、系统的管理模式等因素，设计不同档次和供热水平的太阳能热水系统。笔者在分析住宅建筑的特点之基础上，列举几种与之相适应的太阳能热水系统型式，供设计者参考，如表1。表1中型式二型式四的图式中均采用间接换热，换热效率低于直接换热，其优点是有利于保证水质，在北方地区集热工质中还可加入防冻液以利于防冻，当然设计者可以根据实际情况采用直接换热的形式。另外，类型一、二、三、五可根据户内热水支管长短情况，由用户决定是否设置户内强制循环。太
8、阳能是一种低密度、间歇性的能源，受天气条件、日照情况的影响较大，为使住宅太阳能热水系统稳定供应热水，一般都需设置电力或燃气等辅助热源。对于分户供热水的系统型式，应尽可能分户设置辅助热源及循环泵，以免造成运行费用计费的纠纷。表1 几种太阳能热水系统型式及特点编号基本图式主要特点型式一1. 各户自成系统，相互独立，集热贮水一体，计量方便2. 水箱不承压，冷、热水压力不易平衡，但造价较低3. 集热资源不共享，利用效率低4. 水箱与坡屋面建筑结合效果差5. 建筑层数较大时，立管需占用较大公用面积型式二1 各户自成系统，相互独立，计量方便，集热与贮水分离，贮热水箱设置位置如低于集热器，需另加设循环泵 2
9、 水箱承压，冷、热水压力易平衡，但造价高3 集热资源不共享，利用效率低4 采用合适集热器，通过建筑设计可与建筑立面完美结合5 高层建筑底部楼层应注意遮光影响型式三1 各户自成系统，相互独立，供水是否循环可由用户自定，计量方便，集热与贮水分离，通常贮热水箱低于集热器，集热须强制循环 2 水箱承压，冷、热水压力易平衡，但造价高，且需设置水箱间3 集热资源不共享，利用效率低4 采用合适集热器，通过建筑设计可与坡屋面完美结合，5 建筑层数较大时，立管需占用较大公用面积型式四1 集中集热，集中供水，集热与贮水分离，集热与供水均需强制循环。2 每户分设冷、热水表计量，热水收费可能引起管理层面的纠纷3 分户
10、热水支管不能循环，否则可能引起计量混乱4 水箱承压，为保证冷、热水压力平衡，高层建筑冷、热水分区须一致，且不同分区应分设集热罐5 集热与贮热资源共享，利用效率高6 集热器和贮热罐设置位置的设计自由度较大，通过建筑设计可以和建筑实现一体化7 立管数量少，节省公用面积型式五1 集中集热，每户户内分设贮热水罐，间接换热，集热系统分户设置循环泵，每户供水独立，计量方便2 水箱承压，造价高，但冷、热水压力易于平衡3 集热资源共享，利用效率高4 集热器设置位置的设计自由度较大，通过建筑设计可以和建筑实现一体化5 立管数量少（2根），节省公用面积3 不同类型住宅建筑太阳能热水系统设计选型随着住宅建筑在建筑高
11、度、外观、内部使用功能、装修档次等方面都向着多元化方向发展，逐步形成了多种住宅类型，以迎合不同人群的需求。要使太阳能热水系统在住宅建筑中得到普遍推广，技术层面上必须考虑如何使太阳能热水器与不同类型住宅建筑在设计中实现完美的结合，并最大程度上达到节能、环保、高品质供应热水之目的。另外，管理层面上，住宅小区的物业管理水平也是太阳能热水系统选型时不可忽视的因素之一。笔者就几中不同类型住宅建筑，分析表1中所列举之太阳能热水系统型式，其适用情况如下：3.1 别墅别墅是高档住宅建筑，一般层数为23层，各户独立，私密性好，宜考虑每户设置独立的太阳能热水系统。别墅的套内卫生间数较多，人均热水用量大且用水不均匀
12、性较大，但人均屋面面积大，可以考虑屋面设置较大面积的集热器。别墅的立面和屋面形式比较多样化，目前国内新建别墅以坡屋面居多，太阳能热水系统可以采用型式三，分离式贮热水箱通常低于集热器，需设循环泵，可以在坡屋面下空间内设置设备间，水箱及循环泵置于其内，可以保证建筑外观不受破坏。对于平屋面别墅且有女儿墙遮挡时，则可以考虑采用型式一。3.2 多层住宅我国多层住宅通常是指层数9层的住宅建筑，屋面面积一般足够集热之用，应优先采用屋面集热。平屋面多层住宅太阳能热水系统可以采用型式一，为避免入户检修，宜在公用面积内设置专用管井，将各套上下水立管合并设于其内。坡屋面多层住宅可以采用型式三，各户系统独立，可在坡屋
13、面下设公用设备间，以设置分户水箱及循环泵；如设置公用设备间有困难，可考虑采用型式五。3.3 高层住宅高层住宅公用面积一般都比较紧张，型式一或型式三之太阳能热水系统，需要较多公用面积作为热水立管专用管井之用，而且底部楼层的分户支管很长，不利于节能，因此不推荐采用。高层建筑热水用水人数多，屋面面积往往不足集热面积之用，型式二采用阳台或墙面式集热器，无需屋面集热及公用管井，可以采用。但南侧有其他建筑遮挡时，底部楼层集热效果将受到影响。型式四或型式五如全部采用屋面集热器，集热面积不足，可以进行适当改进：采用屋面集热器和上部楼层阳台或南墙面集热器联合集热，下部楼层阳台或墙面需采取巧妙的立面处理，以保证外
14、立面的统一。3.4 小高层住宅小高层住宅层数介于多层和高层住宅之间，一般为1015层左右。如屋面面积足够集热之用，太阳能热水系统选型方法与多层住宅相类，没有足够的公用面积作为管道井时，可考虑采用型式四或型式五。屋面面积不足时，太阳能热水系统选型参考高层住宅选型方法。另外，因故难以设置屋面集热器的情况下，型式二对于各类住宅都是适用的，但须保证集热器不被遮挡。对于物业管理水平高的住宅小区，如在管理层面能妥善解决太阳能热水系统运行费用之分摊问题，除别墅外的各类住宅均可采用型式四。参考文献1 国家住宅与居住环境研究中心 住宅太阳能热水系统整合设计 北京：中国建筑工业出版社20062 谭艳平太阳能热水器与建筑一天化设计的研究浙江大学硕士学位论文 2005,023 廖金荣对多层和小高层住宅中太阳能热水集中供应系统的探索以南宁市翡翠园小区为例企业科技与发展 2007，12 4 郑瑞澄主编民用建筑太阳能热水系统工程技术手册 北京：化学工业出版社 2006
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