住宅太陽能熱水系統的種類及選用

張 媛 媛

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

住宅太陽能熱水系統的種類及選用

張 媛 媛

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

對屋面系統、陽臺系統、墻面系統三種住宅太陽能熱水系統進行了研究，并以某住宅為例，對各系統的設備及管道安裝形式作了闡述，根據每個系統的特點確定了相應的適用范圍，以合理選用和設計太陽能系統。

太陽能，熱水系統，屋面，貯水

在能源日益缺乏、環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，并不斷得到發展。將太陽能用于加熱熱水是早期最廣泛的太陽能應用，現如今全世界已經有數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新建的有熱水系統的項目必須設計太陽能熱水系統。對于設計人員來說根據建筑特點合理的選用和設計太陽能熱水系統，才能讓太陽能發揮最大的節能效率。

首先判斷一座建筑是否有條件使用太陽能熱水系統，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使太陽能集熱器接受更多的陽光。3)集熱器設置位置應滿足太陽能集熱器不小于4 h日照時數要求。如果一座建筑滿足以上要求即可以設計太陽能熱水系統，否則將不適用。

目前住宅太陽能分三種系統：屋面系統、陽臺系統、墻面系統，詳見表1。

圖1～圖7以多層住宅為例簡單示意了各系統的設備及管道安裝形式。

通過圖1可以看出屋面整體式系統為單家單戶熱水系統，各自獨立使用。整體式太陽能熱水系統由室內機、太陽能熱水器、視屏控制系統、管道系統以及其他部件組成。這種系統在多層住宅中常見。多層住宅由于層數少，一般為6層左右，而且總戶數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。如果各戶立管集中設置則需要一個很大的管井，如果各戶分散設置則需要占室內空間。所以如果將此系統用于高層住宅將面臨3個問題：1)立管數量多；2)立管過長熱損失加大；3)高層住宅戶數多、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。所以本系統適用于低層、多層系統，其優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。分散集熱、分戶貯水太陽能熱水系統是指采用分散的各戶自設的太陽能集熱器和分散的各用戶自設的貯水箱供給各個用戶所需的系統。系統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介質，冬季無需防凍；貯水箱設于各戶內，節省樓頂面積。但此系統同樣需要有從屋頂至室內的集熱器供水管與集熱器回水管，所以如果將此系統用于高層住宅同樣將面臨三個問題：1)立管數量多；2)立管過長熱損失加大；3)高層住宅戶數多、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。集中集熱、集中貯水太陽能熱水系統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。從圖3可以看出，此系統是典型的集中熱水供應系統，此系統立管少，不需要太大的管井，且系統可以做到干管循環，可實現用戶之間熱水的調劑，適合高層住宅。此系統可以設計為定時供熱模式和24 h供熱模式。但是此系統需要小區物業集中維護管理，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。但當用于高層住宅時還應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適用于對建筑物的美觀要求較高、供應熱水的規模比較大、供應熱水溫度要求穩定的建筑物。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。集中集熱、分戶貯水太陽能熱水系統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，以及集中設置的緩沖水箱和分散設置到各用戶戶內的貯水箱供給用戶熱水的系統。圖4與圖3的區別主要在于圖4熱水貯水箱分戶設置，圖3熱水箱集中設置；圖3直接供應熱水，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只能設計為24 h供熱模式，換熱不換質，且要求各用戶有獨立的輔助熱源。同樣當此系統用于高層住宅時還應考慮屋頂面積是否夠用的問題。集中集熱、分戶貯水系統適用于建筑美觀要求較高，用水量穩定的建筑，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，其中圖5為陽臺強制循環系統，圖6為陽臺自然循環系統。它們的主要區別在于前者使用機械設備等外部動力迫使傳熱工質通過安裝在陽臺上的集熱器進行循環，后者利用使傳熱工質內部的密度變化來實現放在陽臺上的集熱器與貯水箱之間進行循環。陽臺壁掛式太陽能熱水器屬于分離式太陽能熱水系統，水箱放置在陽臺內，集熱器放置在建筑南立面陽臺上，屬于單家單戶熱水系統，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。

當由于美觀等方面的原因，用戶希望把水箱移到衛生間或者其他地方，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的方式來提供熱水，必須要采用強制循環的方式。強制循環陽臺壁掛式太陽能熱水器適用于：

1)儲熱水箱的設置位置離陽臺比較遠的熱水系統，采用強制循環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口比儲熱水箱循環口高的熱水系統；

3)壁掛式太陽能單向循環管道長于3 m的系統；

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

圖7為墻面強制循環系統，與圖5陽臺強制循環系統相比較，墻面強制循環系統也屬于單家單戶熱水系統，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件布置在陽臺之間墻面外側的挑板上，可選擇外掛式也可選擇內嵌式。當建筑物沒有南向陽臺時，可選擇墻面式，但需要與建筑專業人員協商安裝位置，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的類型，必須根據建筑物的使用功能特點、建筑物的美觀要求、熱水的供應方式和供應時間、集熱器安裝設置的位置、熱水系統運行的方式等因素，經過綜合技術經濟比較后確定。太陽能熱水系統設計、施工應與新建、改建建筑同步進行。在建筑設計中，要做到太陽能熱水系統與建筑協調統一，同時要方便集熱器安裝、維修和更換。

[1] GB 50015—2009，建筑給水排水設計規范[S].

[2] 全國民用建筑工程設計技術措施——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

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