太陽能熱水系統在民用建筑中的應用與探討

摘 要：筆者開始介紹了太陽能熱水系統的種類，然后強調了太陽能熱水系統在民用建筑設計要注意的一些問題。最后，通過案例的方式給出了各種熱水系統在工程上的實際應用。

關鍵詞：太陽能熱水系統；民用建筑；自然循環系統；直流式系統；強制循環式系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.057

隨著國民經濟的發展，能源和環境問題成為制約我國經濟持續快速增長的主要問題之一。清潔能源的開發和利用成為解決上述問題的重要途徑，在其中太陽能的開發和利用首當其沖。近來，太陽能熱水系統已廣泛應用在一些民用建筑中，因而是一個值得探討問題。

1 太陽能熱水系統的種類

太陽能熱水系統根據熱水的運行方式可以分為自然循環系統、強制循環式系統和直流式系統。

1.1 自然循環系統

自然循環系統又稱為熱虹吸系統。這種系統結構簡單，主要由儲水箱和集熱器組成。該系統的集熱器可以安裝在陽臺外側或屋頂。別墅和高層住宅常把集熱器安裝在陽臺外側，而多層住宅常把集熱器安裝在屋頂。為了保證一定的水頭壓力，儲水箱必須安置在集熱器上方1-2m，來維持一定的熱虹吸壓頭。通常將集熱器安裝在陽臺外側，水在集熱器中吸收太陽輻射能，溫度慢慢升高。此時集熱器中溫度高的水上升，將通過集熱器的上循環管流入儲水箱頂部，同時儲水箱底部的冷水通過下循環管流入集熱器底部。通過冷熱水的密度差來實現集熱器和儲水箱之間的不斷循環來加熱儲水箱中的水。

1.2 強制循環式系統

強制循環系統又稱為主動循環太陽能熱水系統。該系統熱效率高，可大大減少熱量的損失。主要由集熱器、儲水箱及水泵組成。該系統的集熱器通常安裝在屋頂，水在集熱器中吸收太陽輻射能溫度開始上升，當水溫達到要求溫度后，水泵開始啟動，迫使水從集熱器流到儲水箱里。水泵安裝在集熱器和儲水箱的回水管道上，為熱水系統提供循環動力。

1.3 直流式系統

直流式系統是一種將待加熱的冷水一次流經集熱器后，直接進入儲水箱或進入用戶的用水點的太陽能熱水系統。直流式太陽能熱水系統由集熱器、儲水箱、連接水管及測溫元件組成。該系統測溫元件通常安裝在集熱器出口處，溫度傳感器可以24小時在線監測出口處水溫，當出口處水溫達到用戶要求后，測溫元件將測得電信號傳給溫度控制器，進而可以控制安裝在集熱器入口處電磁閥的開度。當電磁閥打開后，與集熱器入口處連接的自來水管可以直接給集熱器補水。

2 民用建筑太陽能熱水系統選擇應考慮的問題

2.1 自然循環系統

（1）確保樓層內每戶集熱器吸收太陽輻射的日照時數不小于4h；（2）該系統要求減少彎頭在上、下循環管中的使用。不然，彎頭增多循環阻力過大，肯定會影響系統循環效果，造成熱效率降低。

2.2 強制循環系統

（1）該系統集熱器的上、下循環管的設計應采用同程式系統；（2）為了防止上循環管發生氣堵，應保證上循環管有1%的坡度，并在管道最高處設自動排氣閥；（3）該系統集熱器之間宜并聯連接，不可以串聯。以防止集熱器內壓力過大，損壞集熱器。

2.3 直流式系統

（1）采用非承壓儲水箱，低于集熱器設置；（2）為了確保測溫元件工作的穩定性，盡量選擇可靠的廠商。

3 應用案例

3.1 自然循環系統

（1）案例名稱及工程概況。南城故事位于鳳凰路，是由9棟高層，5棟多層所組成的新中式人文友居，小區可容納900戶，全部采用自然循環系統。經過計算確定每戶集熱器面積為2㎡，儲水箱容積是100L，可滿足用戶用水水溫與水量的要求。

（2）系統特點。1）該系統的儲水箱與給水管道連接，可直接為儲水箱補水，由于與生活水泵連接的給水管道出口有一定水頭壓力，可通過浮球閥控制，調節補水安全方便；2）該系統的集熱器面積小巧，可以方便安裝在陽臺外側，不占陽臺空間，與建筑融為一體，美觀大方；

3）該系統使用電輔助加熱方式，當遇到陰雨天氣，太陽輻射微弱，也可以產生熱水，供人們使用。

3.2 強制循環式系統

（1）案例名稱及工程概況。荊州晶崴國際大酒店位于荊州沙市區公園路。總建筑面積4.3萬平方米，擁有客房304間，經過計算確定集熱器陣列面積為1200平方米。

（2）系統特點。1）該系統的集熱器陣列集中布置在屋頂，采光好，不占空間，不影響建筑立面效果，美觀；2）利用水泵為該系統提供動力，促使水在集熱器和儲水箱之間不停循環；3）儲水箱安裝位置靈活，不受集熱器位置的影響，通常和水泵一起布置在地下室，方便管理，熱損失小；4）循環水泵應裝在下循環管上，為水從儲水箱提升到集熱器提供動力，水泵出口處設單向止回閥，防止集熱器中的水倒流回儲水箱，造成空曬集熱器。

3.3 直流式系統

（1）案例名稱及工程概況。長江大學工程技術學院公共浴池位于學校校內，建筑總面積1116㎡，一層為男浴室，二層為女浴室，共設淋浴器160只。設計小時耗熱量3517KW，小時最大熱水量55m?/h，熱水溫度60℃。熱水供水方式為定時供水全天4小時。

（2）系統特點。1）系統采用電磁閥控制集熱器出口處水溫，可使出口水溫始終保持恒定，水溫舒適，智能化程度高；2）系統要求儲水箱保溫性能好，一旦儲水箱熱量散失，水溫降低，不能通過集熱器進行加熱，只能通過電輔助方式加熱，消耗電能，經濟性不高；3）集熱器下端入口管直接同高區給水系統相連，依靠給水系統補水，系統結構簡潔可靠；4）儲水箱安裝位置靈活，適應性高。

4 結語

通過以上探討，得出以下結論：

（1）自然循環系統直接加熱系統管理簡單使用舒適，適用于對日照時間有要求的高層住宅。（2）強制循環式系統可以保證所有高層用戶的熱水要求，對日照時間不足的高層住宅也適用，同時也用于醫院、酒店等用水要求高的場所。（3）直流式熱水系統適用于用水集中，用水量穩定的學生宿舍、公共浴池。

參考文獻：

[1]吳曉春，楊田.太陽能熱水系統在高層住宅中的應用探討[J].給水排水，2012，38（12）：77-81.

[2]錢斌.太陽能熱水系統在建筑工程中的應用與探討[J].建筑節能，2010，38（227）：57-59.

[3]李向軍.太陽能熱水系統在西山某招待所工程中的應用[J].給水排水，2009，35（02）：85-89.

作者簡介：蘇旭（1987-），男，湖北荊州人，學士，助教，主要從事建筑給排水設計研究。endprint