太陽能熱水系統選擇分析
——基于不同住宅屋面形式和住宅類型

陳少林

(香港華藝設計顧問(深圳)有限公司 深圳 518031)

太陽能熱水系統選擇分析
——基于不同住宅屋面形式和住宅類型

陳少林

(香港華藝設計顧問(深圳)有限公司 深圳 518031)

以不同類型住宅屋頂的形式及住宅類型為研究背景，通過對平屋頂、坡屋頂等屋頂形式的分析，提出適宜的不同屋面形式集熱器類型；通過對別墅住宅、高層住宅、社區住宅等住宅形式的比較，分析不同住宅類型最適宜的太陽能熱水系統。

太陽能熱水器；平屋頂；坡屋頂；別墅住宅；高層住宅

0 引言

近年來，太陽能制熱系統被人們廣泛利用。不管是高層建筑，還是多層建筑，城市還是鄉村都在使用太陽能。目前我國農村和城市的住宅建筑屋面有平屋頂、坡屋頂和圓頂3種，主要的住宅分為普通住宅、別墅兩類。不同類型的住宅建筑所利用太陽能熱水系統的形式都不相同。本文通過對各類型屋頂形式及住宅的分析，提出不同類型屋頂和住宅所適宜的太陽能熱水系統。

1 不同住宅屋面形式對太陽能熱水系統的選擇分析

1.1 平屋頂住宅

平屋頂，是指坡度小于10°的建筑屋面[1]，是我國最普遍的建筑屋面形式。特別是南方地區新建的城市和農村住宅大都選擇平屋頂屋面，如圖1所示。平屋頂屋面上安裝太陽能集熱器，設計最為簡單方便，可放置的集熱器面積也相比其他屋面要大。在設置過程中要考慮到建筑屋面的外觀，前后排集熱器的安裝距離，集熱器與陽臺、墻面的距離。在平屋面上太陽能集熱器可選用全玻璃真空管型和平板型，集熱器用鋼絲繩或者預制配件將熱水器固定在屋頂上，防止大風天氣情況下，集熱器被吹落、砸傷行人，這種安裝方式在當前是最普遍的[1]。由于平屋頂住宅的屋頂面積較大，利于設備安裝。整齊排列的集熱器，在屋頂可以形成一定的遮陽效果，如圖2所示。集熱水箱可以設置在屋面上、屋頂隔間、陽臺、衛生間等，布置相對靈活。

圖1 平屋頂住宅

圖2 坡屋頂住宅

1.2 坡屋頂住宅

坡屋頂是指坡度大于等于10°且小于75°的建筑屋面[1]，在我國農村的瓦房建筑以及近兩年來的村鎮住宅以及別墅等建筑中最為常見。坡屋頂最適合平板集熱器的安裝，在坡屋頂上安裝太陽能熱水系統是太陽熱水系統與建筑最佳的結合方式之一。集熱器不但可以裝飾成不同顏色，使屋面賞心悅目，備受人們青睞，還可以使集熱器很好地鑲嵌在屋面。考慮到屋面的美觀，坡屋面的太陽能熱水系統的集熱水箱應與集熱器分開設置，可以布置在屋頂的隔間內，隱蔽、安全，如分體式太陽能熱水系統。

坡屋頂建筑在設計時應該把太陽能熱水系統綜合考慮。有實驗表明，太陽集熱器接受陽光的最佳角度隨季節有所變化，冬季為當地緯度增加10°，夏季等于當地緯度減少10°，在屋頂坡面設置設計時應綜合考慮[4]。設計中則宜考慮熱水使用需求，太陽集熱器集熱傾角的技術要求，結合建筑形體比例的調整，對坡屋頂坡度造型的推敲等確定坡屋頂的坡度。

2 不同住宅屋類型對太陽能熱水系統的選擇分析

2.1 別墅住宅

家用太陽能熱水系統由于集熱水箱容積較小，管路布置簡單靈活，可以24h大量供應熱水，目前在國內外應用最廣、技術成熟、使用最可靠[2]。在別墅建筑的熱水系統中，既要考慮到別墅的美觀，又要保持室內環境的舒適性，目前使用最多是分體式家庭太陽能熱水系統和熱泵熱水系統。別墅建筑由于其自身特點，其太陽能熱水系統多采用分體式熱水系統。由于別墅多為坡屋頂建筑，所以選用平板型集熱器與別墅的屋頂多坡的特性天然有機結合一起，如圖3所示。集熱器貼合在建筑物的屋頂瓦面上,不影響建筑的美觀和諧，而儲熱水箱又設置在屋頂隔間或者衛生間內，美觀、方便。由于別墅建筑大多在郊區或者旅游區，可能是周末或者假期等時間段才有用戶入住，所以當別墅建筑采用太陽能熱水系統時，應保證熱水長期不使用時系統的安全、可靠。此外，別墅屬于高品位住宅，太陽能熱水系統宜增加定溫循環和管道保溫的功能，供熱管網的應保持美觀[3]。

2.2 高層住宅

城市高層建筑越來越多，近年來沿海發達地區的部分村鎮也建起了小高層建筑，如圖4所示。由于高層住宅的住戶較多，屋頂面積不夠安裝滿足人們需求的集熱器。目前常用的辦法有兩種：一種是根據屋面能夠利用的面積設置太陽能熱水系統，不足以滿足的那部分熱水由鍋爐或者屋頂的空氣源熱泵等加熱設備補充；另一種是集熱器安裝在陽臺外的預留空間內，或者直接安裝在南立面墻上，甚至是遮陽板和女兒墻上。高層住宅的太陽能熱水系統，在近年來才開始興起，特別是在深圳經濟發達地區，運用較多，技術也較為成熟。由于高層建筑的熱水系統，配水管網較長，熱損失大，而熱水用戶多，建筑面積有限，所以在高層住宅中都采用集中熱水供應系統。有統一的集熱器集熱，將熱水通過供熱水箱和配水管網向不同樓層的用戶供熱水。因為高層住宅的太陽能熱水系統，在熱水壓力、溫度等不均衡、熱水量計量等方面有待改善，目前還未在所有的高層住宅中大力推廣。目前在高層住宅中還是以鍋爐或者家用的電熱水器較多。

圖4 高層住宅

高層住宅的太陽能熱水系統較為復雜，目前我國也缺少相關規范指導設計與施工，所以需要熱水器生產廠和設計單位、施工單位展開全面的合作。熱水器廠家根據用戶的用水情況、入住率等確定熱水器的尺寸、安裝位置等參數；建筑設計單位要根據太陽能熱水器的結構預留安裝位置，設計圖紙，包括預埋冷、熱管路[4]。

2.3 社區住宅

目前我國的住宅房地產市場開發主要是以住宅小區以及配套設施的形式建設的，小區由多棟建筑和活動設施、停車場等組成。隨著人們生活水平和生活品質的提高，過去的社區大澡堂和小區鍋爐集中供熱水系統已經逐漸被住宅內的獨立衛生間、小區太陽能熱水系統所代替。小區太陽能熱水系統，由小區物業綜合管理。集熱器可以設置在各棟住宅的屋面、陽臺、墻面，以及小區的活動中心和停車場的遮陽板上，集熱水箱和供熱水箱都集中設置在設備房內。太陽能集熱器有機地與建筑結合在一體，整齊地安裝在樓頂上，既能滿足小區供熱水的要求，還可以成為樓盤銷售的亮點。有的高級住宅區要求24h供應熱水，按照實際熱水用量收取水費，中央太陽能熱水系統是首要的選擇。初期的中央太陽能熱水工程只是幾臺至幾十臺熱水器在樓頂上采用串聯、并聯的形式安裝，分管路給每個用戶供應熱水，由于樓頂面積小而用戶用水量大往往會出現熱水不夠用的現象[4]。現在的工程主要采用的是聯集管集熱器工程，這種太陽能熱水系統實現了熱水器水箱與集熱器的分離，由電腦對整個系統進行控制。隨著新農村的改革發展進一步加劇，在經濟發達而用地緊張的農村地區，也會以生產隊為單位居住在社區里。小區域太陽能熱水系統也是很好的選擇。

3 結論

平屋頂住宅宜選用真空管集熱器和平板型集熱器；坡屋頂適宜平板集熱器的安裝；別墅住宅大多選用分體式家庭用太陽能熱水系統；高層住宅中都采用集中熱水供應系統。

集熱器可以設置在各棟住宅的屋面、陽臺、墻面，以及小區的活動中心和停車場的遮陽板上，集熱水箱和供熱水箱都集中設置在設備房內。小區域的太陽能熱水系統是社區住宅不錯的選擇。

[1] GB50364-2005 太陽能熱水系統應用技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2006.

[2] GB50015-2009 建筑給水排水設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[3] 建筑給水排水設計設計手冊(第二版)[Z].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[4] 鄭瑞澄.民用建筑太陽能熱水系統工程技術手冊[Z].北京：化學工業出版社，2006.

Choice analysis analysis of solar hot water system ——Based on different residential roofing forms and residential types

CHENShaolin

(Hong Kong Huayi Design Consultant (Shenzhen) Co.,Ltd,Shenzhen 518031)

In different types of residential roof form and residential types as the research background, through the analysis of the flat roof, sloping roof, roof form, put forward different roof forms suitable for the collector type; through the comparison of residential villas, high-rise residential, community residential residential form, analysis of solar hot water system is most suitable for different types of residential building.

Solar energy water heater; Flat roof; Sloping roof; Villas; High-rise buildings

陳少林(1986- ),男，高級工程師。

E-mail:554673896@qq.com

2017-02-27

TU832.1+7

A

1004-6135(2017)06-0130-03