住宅太陽能熱水系統(tǒng)的種類及選用

張 媛 媛

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

住宅太陽能熱水系統(tǒng)的種類及選用

張 媛 媛

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

對屋面系統(tǒng)、陽臺系統(tǒng)、墻面系統(tǒng)三種住宅太陽能熱水系統(tǒng)進行了研究，并以某住宅為例，對各系統(tǒng)的設(shè)備及管道安裝形式作了闡述，根據(jù)每個系統(tǒng)的特點確定了相應(yīng)的適用范圍，以合理選用和設(shè)計太陽能系統(tǒng)。

太陽能，熱水系統(tǒng)，屋面，貯水

在能源日益缺乏、環(huán)境污染嚴重的當今社會，能源問題已成為世界性的問題，向新能源過渡的時期遲早要到來。太陽能作為一種普遍、無害、巨大、長久的新能源已成為人類使用能源的重要組成部分，并不斷得到發(fā)展。將太陽能用于加熱熱水是早期最廣泛的太陽能應(yīng)用，現(xiàn)如今全世界已經(jīng)有數(shù)百萬太陽能熱水裝置。近年來中國政府也強制要求部分日照條件好的地區(qū)新建的有熱水系統(tǒng)的項目必須設(shè)計太陽能熱水系統(tǒng)。對于設(shè)計人員來說根據(jù)建筑特點合理的選用和設(shè)計太陽能熱水系統(tǒng)，才能讓太陽能發(fā)揮最大的節(jié)能效率。

首先判斷一座建筑是否有條件使用太陽能熱水系統(tǒng)，要看其是否滿足以下要求：1)建筑物的朝向宜為南北向或接近南北向。2)建筑的體型和空間組合應(yīng)使太陽能集熱器接受更多的陽光。3)集熱器設(shè)置位置應(yīng)滿足太陽能集熱器不小于4 h日照時數(shù)要求。如果一座建筑滿足以上要求即可以設(shè)計太陽能熱水系統(tǒng)，否則將不適用。

目前住宅太陽能分三種系統(tǒng)：屋面系統(tǒng)、陽臺系統(tǒng)、墻面系統(tǒng)，詳見表1。

圖1～圖7以多層住宅為例簡單示意了各系統(tǒng)的設(shè)備及管道安裝形式。

通過圖1可以看出屋面整體式系統(tǒng)為單家單戶熱水系統(tǒng)，各自獨立使用。整體式太陽能熱水系統(tǒng)由室內(nèi)機、太陽能熱水器、視屏控制系統(tǒng)、管道系統(tǒng)以及其他部件組成。這種系統(tǒng)在多層住宅中常見。多層住宅由于層數(shù)少，一般為6層左右，而且總戶數(shù)少故屋面有足夠的面積放置各戶的太陽能熱水器一體機。這種系統(tǒng)要求有上下立管的管井，每戶需要從屋面下兩根立管到戶內(nèi)。如果各戶立管集中設(shè)置則需要一個很大的管井，如果各戶分散設(shè)置則需要占室內(nèi)空間。所以如果將此系統(tǒng)用于高層住宅將面臨3個問題：1)立管數(shù)量多；2)立管過長熱損失加大；3)高層住宅戶數(shù)多、屋頂面積小(高層住宅屋面有消防疏散的作用，故太陽能集熱器安裝時應(yīng)考慮留出足夠的消防疏散通道寬度)不足以放下每戶的太陽能熱水器一體機。所以本系統(tǒng)適用于低層、多層系統(tǒng)，其優(yōu)點是分戶控制便于管理。

圖2為屋面分散集熱、分戶貯水系統(tǒng)。分散集熱、分戶貯水太陽能熱水系統(tǒng)是指采用分散的各戶自設(shè)的太陽能集熱器和分散的各用戶自設(shè)的貯水箱供給各個用戶所需的系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由分體的集熱器、熱水貯水箱、管道、加壓泵、控制器及其他裝置組成。其特點是采用防凍液作為循環(huán)介質(zhì)，冬季無需防凍；貯水箱設(shè)于各戶內(nèi)，節(jié)省樓頂面積。但此系統(tǒng)同樣需要有從屋頂至室內(nèi)的集熱器供水管與集熱器回水管，所以如果將此系統(tǒng)用于高層住宅同樣將面臨三個問題：1)立管數(shù)量多；2)立管過長熱損失加大；3)高層住宅戶數(shù)多、屋頂面積小不足以放下每戶的太陽能熱水器一體機。

所以本系統(tǒng)也不適用于高層建筑,但適用于普通家用，對建筑美觀要求不高，熱水要求低的場所。

圖3是屋面集中集熱、集中貯水系統(tǒng)。集中集熱、集中貯水太陽能熱水系統(tǒng)是指采用集中的布置在平屋面或坡屋面上的太陽能集熱器陣列和集中地布置在地下室、設(shè)備層或者閣樓中的集中的貯水箱供給獨棟或者多棟建筑物使用的熱水系統(tǒng)。從圖3可以看出，此系統(tǒng)是典型的集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)，此系統(tǒng)立管少，不需要太大的管井，且系統(tǒng)可以做到干管循環(huán)，可實現(xiàn)用戶之間熱水的調(diào)劑，適合高層住宅。此系統(tǒng)可以設(shè)計為定時供熱模式和24 h供熱模式。但是此系統(tǒng)需要小區(qū)物業(yè)集中維護管理，集中收取熱水水費及運行費用，故前期投資費用與后期使用費用都比較高，在征得甲方同意并與甲方溝通好運行管理方式的情況下可以選擇此系統(tǒng)。但當用于高層住宅時還應(yīng)考慮屋頂面積是否夠用的問題。集中集熱、集中貯水太陽能熱水系統(tǒng)適用于對建筑物的美觀要求較高、供應(yīng)熱水的規(guī)模比較大、供應(yīng)熱水溫度要求穩(wěn)定的建筑物。住宅使用時需要安裝分戶計量裝置。

圖4是屋面集中集熱、分戶貯水系統(tǒng)。集中集熱、分戶貯水太陽能熱水系統(tǒng)是指采用集中布置在平屋面或者坡屋面上的太陽能集熱器陣列，以及集中設(shè)置的緩沖水箱和分散設(shè)置到各用戶戶內(nèi)的貯水箱供給用戶熱水的系統(tǒng)。圖4與圖3的區(qū)別主要在于圖4熱水貯水箱分戶設(shè)置，圖3熱水箱集中設(shè)置；圖3直接供應(yīng)熱水，圖4分戶提供熱媒。在計量方面，圖3直接計量熱水流量，圖4計量熱媒用量。圖4只能設(shè)計為24 h供熱模式，換熱不換質(zhì)，且要求各用戶有獨立的輔助熱源。同樣當此系統(tǒng)用于高層住宅時還應(yīng)考慮屋頂面積是否夠用的問題。集中集熱、分戶貯水系統(tǒng)適用于建筑美觀要求較高，用水量穩(wěn)定的建筑，住宅使用時需要安裝分戶計量裝置。

圖5圖6都是陽臺壁掛式太陽能熱水系統(tǒng)，其中圖5為陽臺強制循環(huán)系統(tǒng)，圖6為陽臺自然循環(huán)系統(tǒng)。它們的主要區(qū)別在于前者使用機械設(shè)備等外部動力迫使傳熱工質(zhì)通過安裝在陽臺上的集熱器進行循環(huán)，后者利用使傳熱工質(zhì)內(nèi)部的密度變化來實現(xiàn)放在陽臺上的集熱器與貯水箱之間進行循環(huán)。陽臺壁掛式太陽能熱水器屬于分離式太陽能熱水系統(tǒng)，水箱放置在陽臺內(nèi)，集熱器放置在建筑南立面陽臺上，屬于單家單戶熱水系統(tǒng)，各自獨立使用。當建筑物有南向陽臺，且日照時間不小于4 h時可以選用陽臺系統(tǒng)。

當由于美觀等方面的原因，用戶希望把水箱移到衛(wèi)生間或者其他地方，而不是放在陽臺上時，這就使得集熱板與水箱之間不能靠自然循環(huán)的方式來提供熱水，必須要采用強制循環(huán)的方式。強制循環(huán)陽臺壁掛式太陽能熱水器適用于：

1)儲熱水箱的設(shè)置位置離陽臺比較遠的熱水系統(tǒng)，采用強制循環(huán)后儲水箱安裝位置基本不受限制；

2)壁掛式太陽能集熱器循環(huán)口比儲熱水箱循環(huán)口高的熱水系統(tǒng)；

3)壁掛式太陽能單向循環(huán)管道長于3 m的系統(tǒng)；

4)壁掛式太陽能循環(huán)管道存在直角轉(zhuǎn)彎的系統(tǒng)。實際工程中陽臺壁掛系統(tǒng)適用于低、中高層、高層住宅，優(yōu)選自然循環(huán)系統(tǒng)，特殊情況選強制循環(huán)系統(tǒng)。

圖7為墻面強制循環(huán)系統(tǒng)，與圖5陽臺強制循環(huán)系統(tǒng)相比較，墻面強制循環(huán)系統(tǒng)也屬于單家單戶熱水系統(tǒng)，各自獨立使用。只是集熱器的安裝位置不必局限于建筑物的南陽臺，集熱器可作為建筑構(gòu)件布置在陽臺之間墻面外側(cè)的挑板上，可選擇外掛式也可選擇內(nèi)嵌式。當建筑物沒有南向陽臺時，可選擇墻面式，但需要與建筑專業(yè)人員協(xié)商安裝位置，確保太陽能集熱器正常工作的同時不影響外立面美觀。

綜上，如何選擇住宅太陽能熱水系統(tǒng)的類型，必須根據(jù)建筑物的使用功能特點、建筑物的美觀要求、熱水的供應(yīng)方式和供應(yīng)時間、集熱器安裝設(shè)置的位置、熱水系統(tǒng)運行的方式等因素，經(jīng)過綜合技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計、施工應(yīng)與新建、改建建筑同步進行。在建筑設(shè)計中，要做到太陽能熱水系統(tǒng)與建筑協(xié)調(diào)統(tǒng)一，同時要方便集熱器安裝、維修和更換。

[1] GB 50015—2009，建筑給水排水設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施——給排水[Z].2011.

On classification of residential solar-energy hot-water system and their selection

Zhang Yuanyuan

(ShanxiArchitecturalDesignInstitute,Taiyuan030013,China)

The paper researches three residential solar-energy hot-water systems for roof system, balcony system and wall system, taking the residence as an example, illustrates the equipment in the three systems and their pipeline installation, and identifies respective application scopes according their features, so as to have the reasonable selection and design for the solar-energy system.

solar-energy, hot-water system, roof, water storage

2015-03-27

張媛媛(1980- )，女，工程師

1009-6825(2015)16-0125-02

TU822.1

A