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1、住宅建筑太陽能熱水系統設計選型摘要 本文剖析了國內住宅建筑太陽能熱水系統應用中存在的問題，列舉了幾種太陽能熱水系統型式，并分析其在不同住宅類型中的適用性，以供設計參考。關鍵詞 住宅 太陽能熱水系統 設計選型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 in2、 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 前言隨著國民經濟的高速發展和居民生活舒適性要求的提高，住宅生活熱水的巨大能耗與常規能源緊缺之間的矛盾日益凸現，同時伴隨常規能源消耗帶來的環3、保問題也引發人們高度關注。我國具有得天獨厚的太陽能資源條件，在國家營造節能、環保大背景下，建筑行業開始探索以太陽能利用作為解決這一問題的新途徑。太陽能是取之不盡、用之不竭的清潔能源，國內住宅太陽能熱水利用調查1和國外的工程實踐表明，通過太陽能光熱利用技術為住戶提供質優價廉的生活熱水，是解決能源緊張和居民生活舒適度這一矛盾的有效方法。2006年1月1日實施的可再生能源法，以立法的方式保證了太陽能在建筑中的應用：“在建筑物的設計和施工中，為太陽能利用提供必備條件。” 1 住宅太陽能熱水系統應用中存在的問題目前，太陽能熱水器在住宅工程中已有較大規模的應用，盡管熱水器產品以及某些部件已有較高的技術水平4、，但是在與建筑的整合技術方面還很不成熟，在實際工程應用中也出現了許多問題，這些問題都在一定程度上制約了太陽能光熱技術在住宅中的推廣應用與發展，突出表現在以下幾方面：1.1 太陽能熱水器“視覺污染”大量的“后裝式”太陽能熱水器，由于缺乏與建筑的一體化2設計，往往對建筑外觀或者整個小區美觀形成視覺污染，而且對建筑結構、屋面防水等方面都會造成不利影響，業主安裝太陽能熱水器時遭遇物業管理公司、鄰里阻攔等而引起的糾紛時有發生，甚至有些地方建設主管部門也曾無奈地頒布了對太陽能熱水器的禁令。1.2 熱水供水品質低太陽能熱水器行業和建筑行業間協調不夠，導致太陽能專業要求與建筑給排水等專業要求不相符合，這給太陽5、能熱水系統造成了先天不足：如供水不穩定、冷熱水壓力不平衡、控制混亂等，供應的熱水品質不高。1.3 節能效果不明顯由于設計不合理以及運行管理不當等原因，使系統節能效果不明顯，達不到預期的經濟效益，這也給太陽能熱水系統的推廣造成一定的阻力。1.4 物業管理困難對于集中集熱、集中供熱水的住宅太陽能熱水系統，一方面系統的產權歸屬難明確，另一方面，在小區入住率不高或系統節能效果不明顯等情況下，物業管理公司在對系統運行產生的費用進行分攤時，常常與業主間產生糾紛，甚而有業主自行安裝其它熱源的家用熱水器，拒絕使用太陽能熱水系統，致使系統運行管理舉步維艱，甚至陷于絕境3。以上問題，多數是由于太陽能熱水系統在設計6、施工上滯后于建筑的設計與施工造成的。甚至有些太陽能熱水系統根本無專業設計，或在設計中對系統與建筑的整合、系統的運行管理模式等方面欠考慮。因此，解決這些問題的關鍵是太陽能熱水系統與建筑“同步設計、同步施工”，根本上應從太陽能熱水系統的設計入手。本文試從型式選擇上探討太陽能熱水系統的設計，管窺之見，呈諸同仁，拋磚期以引玉耳。2 適合于住宅建筑的幾種太陽能熱水系統型式太陽能熱水系統按貯熱水箱有承壓式和無壓式之分，按集熱系統與熱水供應系統的換熱方式有直接換熱和間接換熱之分，按貯熱水箱和集熱器的位置關系有緊湊式（整體式）、分離式和悶曬式之分，按供水范圍有集中供熱水和分散供水（局部供水）之分，按集熱系統7、和熱水供應系統之運行方式都有自然循環、強制循環、不循環（直流式）之分4，因此太陽能熱水系統有多種組合型式可供設計之選。設計者應綜合考慮建筑的類型、用戶用熱水習慣、經濟承受能力、系統的管理模式等因素，設計不同檔次和供熱水平的太陽能熱水系統。筆者在分析住宅建筑的特點之基礎上，列舉幾種與之相適應的太陽能熱水系統型式，供設計者參考，如表1。表1中型式二型式四的圖式中均采用間接換熱，換熱效率低于直接換熱，其優點是有利于保證水質，在北方地區集熱工質中還可加入防凍液以利于防凍，當然設計者可以根據實際情況采用直接換熱的形式。另外，類型一、二、三、五可根據戶內熱水支管長短情況，由用戶決定是否設置戶內強制循環。太8、陽能是一種低密度、間歇性的能源，受天氣條件、日照情況的影響較大，為使住宅太陽能熱水系統穩定供應熱水，一般都需設置電力或燃氣等輔助熱源。對于分戶供熱水的系統型式，應盡可能分戶設置輔助熱源及循環泵，以免造成運行費用計費的糾紛。表1 幾種太陽能熱水系統型式及特點編號基本圖式主要特點型式一1. 各戶自成系統，相互獨立，集熱貯水一體，計量方便2. 水箱不承壓，冷、熱水壓力不易平衡，但造價較低3. 集熱資源不共享，利用效率低4. 水箱與坡屋面建筑結合效果差5. 建筑層數較大時，立管需占用較大公用面積型式二1 各戶自成系統，相互獨立，計量方便，集熱與貯水分離，貯熱水箱設置位置如低于集熱器，需另加設循環泵 29、 水箱承壓，冷、熱水壓力易平衡，但造價高3 集熱資源不共享，利用效率低4 采用合適集熱器，通過建筑設計可與建筑立面完美結合5 高層建筑底部樓層應注意遮光影響型式三1 各戶自成系統，相互獨立，供水是否循環可由用戶自定，計量方便，集熱與貯水分離，通常貯熱水箱低于集熱器，集熱須強制循環 2 水箱承壓，冷、熱水壓力易平衡，但造價高，且需設置水箱間3 集熱資源不共享，利用效率低4 采用合適集熱器，通過建筑設計可與坡屋面完美結合，5 建筑層數較大時，立管需占用較大公用面積型式四1 集中集熱，集中供水，集熱與貯水分離，集熱與供水均需強制循環。2 每戶分設冷、熱水表計量，熱水收費可能引起管理層面的糾紛3 分戶10、熱水支管不能循環，否則可能引起計量混亂4 水箱承壓，為保證冷、熱水壓力平衡，高層建筑冷、熱水分區須一致，且不同分區應分設集熱罐5 集熱與貯熱資源共享，利用效率高6 集熱器和貯熱罐設置位置的設計自由度較大，通過建筑設計可以和建筑實現一體化7 立管數量少，節省公用面積型式五1 集中集熱，每戶戶內分設貯熱水罐，間接換熱，集熱系統分戶設置循環泵，每戶供水獨立，計量方便2 水箱承壓，造價高，但冷、熱水壓力易于平衡3 集熱資源共享，利用效率高4 集熱器設置位置的設計自由度較大，通過建筑設計可以和建筑實現一體化5 立管數量少（2根），節省公用面積3 不同類型住宅建筑太陽能熱水系統設計選型隨著住宅建筑在建筑高11、度、外觀、內部使用功能、裝修檔次等方面都向著多元化方向發展，逐步形成了多種住宅類型，以迎合不同人群的需求。要使太陽能熱水系統在住宅建筑中得到普遍推廣，技術層面上必須考慮如何使太陽能熱水器與不同類型住宅建筑在設計中實現完美的結合，并最大程度上達到節能、環保、高品質供應熱水之目的。另外，管理層面上，住宅小區的物業管理水平也是太陽能熱水系統選型時不可忽視的因素之一。筆者就幾中不同類型住宅建筑，分析表1中所列舉之太陽能熱水系統型式，其適用情況如下：3.1 別墅別墅是高檔住宅建筑，一般層數為23層，各戶獨立，私密性好，宜考慮每戶設置獨立的太陽能熱水系統。別墅的套內衛生間數較多，人均熱水用量大且用水不均勻12、性較大，但人均屋面面積大，可以考慮屋面設置較大面積的集熱器。別墅的立面和屋面形式比較多樣化，目前國內新建別墅以坡屋面居多，太陽能熱水系統可以采用型式三，分離式貯熱水箱通常低于集熱器，需設循環泵，可以在坡屋面下空間內設置設備間，水箱及循環泵置于其內，可以保證建筑外觀不受破壞。對于平屋面別墅且有女兒墻遮擋時，則可以考慮采用型式一。3.2 多層住宅我國多層住宅通常是指層數9層的住宅建筑，屋面面積一般足夠集熱之用，應優先采用屋面集熱。平屋面多層住宅太陽能熱水系統可以采用型式一，為避免入戶檢修，宜在公用面積內設置專用管井，將各套上下水立管合并設于其內。坡屋面多層住宅可以采用型式三，各戶系統獨立，可在坡屋13、面下設公用設備間，以設置分戶水箱及循環泵；如設置公用設備間有困難，可考慮采用型式五。3.3 高層住宅高層住宅公用面積一般都比較緊張，型式一或型式三之太陽能熱水系統，需要較多公用面積作為熱水立管專用管井之用，而且底部樓層的分戶支管很長，不利于節能，因此不推薦采用。高層建筑熱水用水人數多，屋面面積往往不足集熱面積之用，型式二采用陽臺或墻面式集熱器，無需屋面集熱及公用管井，可以采用。但南側有其他建筑遮擋時，底部樓層集熱效果將受到影響。型式四或型式五如全部采用屋面集熱器，集熱面積不足，可以進行適當改進：采用屋面集熱器和上部樓層陽臺或南墻面集熱器聯合集熱，下部樓層陽臺或墻面需采取巧妙的立面處理，以保證外14、立面的統一。3.4 小高層住宅小高層住宅層數介于多層和高層住宅之間，一般為1015層左右。如屋面面積足夠集熱之用，太陽能熱水系統選型方法與多層住宅相類，沒有足夠的公用面積作為管道井時，可考慮采用型式四或型式五。屋面面積不足時，太陽能熱水系統選型參考高層住宅選型方法。另外，因故難以設置屋面集熱器的情況下，型式二對于各類住宅都是適用的，但須保證集熱器不被遮擋。對于物業管理水平高的住宅小區，如在管理層面能妥善解決太陽能熱水系統運行費用之分攤問題，除別墅外的各類住宅均可采用型式四。參考文獻1 國家住宅與居住環境研究中心 住宅太陽能熱水系統整合設計 北京：中國建筑工業出版社20062 譚艷平太陽能熱水器與建筑一天化設計的研究浙江大學碩士學位論文 2005,023 廖金榮對多層和小高層住宅中太陽能熱水集中供應系統的探索以南寧市翡翠園小區為例企業科技與發展 2007，12 4 鄭瑞澄主編民用建筑太陽能熱水系統工程技術手冊 北京：化學工業出版社 2006