即開即熱戶式太陽能熱水系統在高層住宅中的應用

□文 /劉海峰

DB-29-1—2013《天津市居住建筑節能設計標準》中明確規定，12層及12層以下住宅以及經計算年太陽能保證率≮50%的12層以上住宅均應采用太陽能熱水系統，太陽能熱水系統應統一規劃、同步設計、同步施工并與建筑物同時投入使用。

1 太陽能熱水系統在高層住宅中的應用現狀

相較于其他形式，戶式太陽能熱水系統具有產權界定清晰、便于維護管理等顯著優勢，因此該系統被廣泛應用于住宅項目中。但從以往的工程實踐經驗來看，該系統在應用過程中也同樣存在一些問題。

首先是與建筑一體化效果差。隨著城鎮化速度加快和土地供需矛盾，小區規劃設計的容積率不斷增大，住宅類型從多層建筑逐步轉向高層建筑。對于高層建筑而言，狹小的屋面空間無法滿足集熱面積的需求，不得不將集熱器設置于建筑的其他部位。在無保溫要求的南方地區，很多項目將集熱器與非封閉的陽臺欄板、石材幕墻等建筑構件進行結合，而在有保溫要求的北方嚴寒地區，一些項目也將集熱器與建筑外檐百葉等建筑構件結合在一起，均取得了較好的一體化效果。即便如此，由于建筑外檐的個性化問題，很多住宅建筑并不具備上述的條件。因此，大多的做法仍然是像貼膏藥一樣將集熱器直接通過連接件固定在外墻上，與建筑一體化的效果較差。

熱水供應系統無法實現即開即熱。大部分項目在配置太陽能熱水系統時，僅僅是將儲水水箱設置在陽臺內墻壁上，再通過管路將熱水引致用水房間。由于陽臺至用水房間的管路一般較長且無法進行熱交換，用戶在開啟淋浴時，管內留存的冷水會先期排出。從系統本身的特性來看，在達到預設的淋浴溫度前，經混水閥門作用而實際排出的冷水量會比管內留存的冷水量大得多，既造成了水資源的浪費，同時也使得沐浴者不悅。

2 即開即熱戶式太陽能熱水系統模型

與普通戶式太陽能熱水系統不同，即開即熱戶式太陽能熱水系統在進行模型搭建時就充分考慮和解決了系統的建筑一體化問題以及即開即熱的問題。

作為建筑的一個子系統，太陽能熱水系統應與其他子系統一同進行規劃、設計、施工和投入使用并與建筑本身進行有機的結合。與全玻璃真空管型集熱器相比，平板集熱器具有抗沖擊性好、安全性高、便于維護的顯著特點，特別是其外形特征易于與建筑外墻面進行有機結合，因此，在規劃和設計時，應優先選用平板型集熱器作為集熱的核心部件。

在一些工程實例中，為解決即開即熱問題，部分用戶選擇在用水末端增設瞬時電熱水龍頭，其實這種方式本身就存在一定的弊端。首先是經濟性不合理，通過大功率（一般2～3 kW）瞬時加熱所耗用的電能，不足以抵補所產出熱水的費用，這在大力倡導建筑節能的社會大環境下顯然是不合理的。同時應引起注意的是，產品質量對使用壽命和安全性的影響不容忽視。

在搭建系統模型時，為從根本上解決這一問題，通過延長加熱介質管線長度，直接將儲熱水箱設置在衛生間內并通過循環泵站對熱媒進行強制智能強制循環，見圖1。這種方式既解決了即開即熱問題，又大大提高了熱媒的換熱效率。

圖1 即開即熱戶式太陽能熱水系統

3 系統節能

即開即熱戶式太陽能熱水系統節能效率取決于該系統集熱部件的得熱能力、熱媒管線保熱傳熱能力、儲熱水箱熱交換能力。

平板型集熱器主要通過吸熱體涂層進行吸熱，在選用這種類型集熱器時，應著重控制吸熱體對太陽能的吸收和反射問題，最大限度提高吸收率，降低反射率。眾所周知，在寒冷的冬季，平板型集熱器基本無法發揮作用。究其原因，主要是由于平板型集熱器的集熱部件處于開放型環境，在低溫環境下吸熱體吸收的熱量未經交換便散出去。因此，作為集熱器廠商應盡量提高集熱器自身的保熱能力，例如：增加保溫厚度、增加邊框密閉性能、采用中空玻璃蓋板以及改善內腔流道等。

系統的熱媒管線較長是造成熱損失的一個主要原因。為使集熱器得的熱能夠快速高效的與儲熱水箱中的冷水進行熱交換，在做好管路保溫的同時，通過在熱媒管路上設置循環泵對介質進行強制循環來提高介質流動速度。

由于強制循環的介質克服管道阻力能力強，因此儲熱水箱采用銅盤管形式更有利于內熱交換。

4 系統節點設計

4.1 平板集熱器與外墻體連接

平板集熱器邊框、背板及內芯材料均為金屬材質，其自身重量較大，因此在設置于建筑（特別是高層建筑）外墻面時不僅要考慮集熱器與外墻的一體化效果問題，同時也必須充分考慮集熱器在風載、雪載等環境因素共同作用下的防墜落安全問題，應確保與墻體的連接件牢固可靠且具備足夠的抗老化、抗銹蝕能力。

綜合考慮上述因素，在進行建筑外墻設計時，應預先在結構墻體外側沿集熱器周圈設置現澆鋼筋混凝土挑檐，在確保承受來自集熱器的最不利載荷的同時，結合外檐立面裝飾效果綜合考慮挑檐厚度。主體施工時，上下挑檐內側應預埋埋板，在完成外墻保溫及底涂施工后，通過Z型標準掛件將集熱器嵌掛在墻面上。

為便于集熱器安裝，在集熱器與挑檐之間應預留30mm的操作空隙，待集熱器緊固完畢后用泡沫棒塞緊。然后用不銹鋼螺栓將裝飾烤漆鋼固定，周圈縫隙滿打耐候密封膠，見圖2。

圖2 集熱器與外墻緊固

4.2 儲熱水箱的設置

與普通電熱水器不同，即開即熱戶式太陽能系統的儲熱水箱雖然也設置于用水點上空，但水箱在位置及高度的選擇上是有條件的。在位置上，首先應留足儲熱水箱、太陽能泵站的安裝間距，為便于管路的連接，二者的凈距不宜＜450mm，這在一定程度上限制了儲熱水箱的安裝位置。在安裝高度上，應確保太陽能泵站低于水箱液面高度100mm以上，以80 L太陽能水箱為例，太陽能泵站的安裝高度距頂板應≮230mm，這在一定程度上限制了衛生間吊頂的高度。

5 調試與驗收

系統采用雙循環管路設計，集熱器流道、儲熱水箱換熱盤管以及連接管道構成介質循環系統，水箱內膽與冷熱水管構成供水系統，這種設計形式雖然解決了集熱器抗凍問題，但由于連接管件較多，在施工過程中最容易造成介質泄漏，從而影響到換熱效果。這也是在后期調試和驗收階段需要重點檢查的內容。

6 結語

大力發展太陽能產業是構建資源節約型社會的需要。將太陽能衛生熱水系統納入建筑系統進行同步設計、同步施工、同時投入使用，是實施建筑節能工程的一個重要組成部分。大力發展即開即熱戶式太陽能衛生熱水系統為高層住宅可再生能源利用提供了一個切實可行的解決方案。