高層住宅太陽能熱水系統的應用探討

王冰 孔祥銀

摘 要：以我部十八層住宅建筑的太陽能熱水系統施工方案為例，探討了不同太陽能熱水系統在高層住宅建筑中應用的優缺點，為高層住宅建筑中太陽能熱水系統的施工方案提供一定的思路。關鍵詞：高層住宅；太陽能熱水；系統選擇引言太陽能是一種清潔、可再生能源，取值盡用之不湖，已廣泛應用于國民經濟的多個領域，如太陽能熱水器、太陽房、太陽能干燥、太陽能制冷、太陽能發電等，具有廣闊的發展前景。山東省太陽能資源豐富，全省近三分之的土地面積年日照小時數在2200h 以上。年太陽輻射總量大于5000MJ/㎡，太陽能利用前景廣闊。省政府亦于2009 年規定：全省縣城以上城市規劃區內新建、改建、擴建的12 層及以下住宅建筑和集中供應熱水的公共建筑，必須應用太陽能光熱系統，并與建筑進行一體化設計與施工；鼓勵12 層以上高層住宅建筑逐步采用太陽能光熱系統。太陽能在住宅建筑中的應用主要是生產生活熱水。目前太陽能熱水器已廣泛應用于多層及小高層住宅建筑中，并逐漸推廣到高層住宅建筑中。本文以我部18層住宅建筑的大陽能熱水系統施工方案為例，討論不同太陽能熱水系統在高層住宅建筑中心用的優缺點及相產前景。1.工程概況本建筑地上共18層，均為住宅，共分兩個單元，每單元一梯二戶，建筑高度56m。2.系統形式日前國內市場上90%以上的家用大陽能熱水器均采用直插整體式太陽能熱水器。這種產品造價低廉、技術成熟、熱器水效果較好，但其采用單管上下水安裝方式，在高層建筑中應用，低層用戶管線過長，水壓過高，使用前需先放出許多冷水才能使用，偏離采用太陽能熱水系統節能環保的初衷；再者，這種產品只能安裝在屋面上，高層建筑中住戶較多，往往沒有足夠的屋面空間讓所有住戶設置太陽能熱水器，造成一棟建筑內有的住戶有太陽能熱水系統，有的住戶卻沒有，存在著相同戶型不同樓層設備配置不均衡的矛盾。因此，本建筑不考慮采用直插整體式太陽能熱水器，而考慮以下三種系統形式：陽臺承壓分體式太陽能熱水器、集中集熱集中供熱水系統、集中集熱分戶換熱水箱系統。3.陽臺承壓分體式太陽能熱水器陽臺承壓分體式太陽能熱水器由集熱器、承壓儲熱水箱、輔助加熱系統和控制器等組成。本系統一般采用自然循環方式，集熱器安裝在室外陽臺欄板處，儲熱水箱安裝在陽臺內，水箱位置高于集熱器，靠冷熱水的密度差形成的壓力推動水在集熱器和儲熱水箱之間循環流動，加熱熱水。陰雨天集熱器集熱量無法滿足要求時，自動啟動電加熱器，滿足恒溫用水要求。本系統繼承了直插整體式太陽能的優點：一是各戶的太陽能熱水相互獨立、互不影響；二是不存在管理收費問題。同時具有以下優勢：1）集熱器和儲熱水箱分開設置，集熱器設于各戶室外陽臺欄板處，解決了高層住宅建筑集熱器安裝空間不足的問題，所有住戶都可以安裝使用太陽能熱水器，而且熱水器分戶統一安裝，建筑物立面整齊劃一，不影響建筑物立面效果。2）各戶熱水管路較短，使用時無需放出大量冷水，節水效果較好；3）系統為小型承壓供水方式，系統簡單，控制方便，運行穩定，安全性、可靠性高；4）所有熱水管路均在自已戶內，不占用公共空間。本系統也存在以下不足：一是熱水資源無法共享，對整個建筑物來說，系統造價相對較高；二是高層住宅小區如果前后樓間距小，低層住戶日照時間相對較短，這些用戶的使用會受到一定影響。4 集中集熱集中供熱水系統本系統集熱器、儲熱水箱均集中安裝，通過熱水循環管路將熱水送到各個用戶，輔助熱源為空氣源熱泵或電加熱等。該系統具有以下優點：一是系統集成化程度較高，安裝成本要低于單戶安裝；二是集熱器集中安裝于屋面，太陽能利用率高，熱水系統集中管理，熱水資源共享，熱水利用率高，系統運行成本低；三是管路熱水循環流動，滿足24小時熱水供應，保證供水品質，舒適度高。本系統的不足之處：1）集中供應熱水的收費標準存在較大爭議； 2） 太陽能儲熱水箱設于屋面，建筑設計需考慮屋面承重問題；3）熱水循環管道需設于管井等部位，占用公共空間；4） 由于高層住宅建筑高度大，如本樓達到56m，低層用戶水壓較大，存在熱水減壓問題。目前常用方法為減壓閥減壓，這就要求減壓閥具有非常高的可靠性，減壓閥一旦失效，不僅破壞用水設備，而且由于高壓噴出的熱水水溫較高（通常設計溫度為60°C），可能造成人員傷害，因此這種系統熱水管路設計及安裝時應合理解決熱水減壓問題。5 集中集熱分戶換熱水箱系統本系統是一種間接式集中集熱太陽能熱水系統，集熱器集中設于建筑物屋面，各戶戶內設有帶換熱盤管和電加熱器的分戶水箱，太陽能集熱循環系統將集熱器的熱媒輸送到分戶水箱，通過換熱盤管將熱量傳遞給住戶分戶水箱內的冷水，經過一天的循環將所有住戶的分戶水箱內的冷水加熱到同一設定溫度。該系統與集中集熱集中供熱水系統相比具有以下優點：1）住戶戶內設承壓水箱，解決了高層住宅低層用戶熱水管道的超壓問題：2）各住戶使用自家水箱里的熱水和輔助熱源，不存在收費問題；3）冷熱水均由戶內給水管道供給，壓力相同混水方便。同時該系統也存在以下不足：1）增加了中間換熱環節，換熱效率降低，集熱面積增加；2）需要一套穩定的控制系統：首先要控制集熱循環泵的運行，循環泵的運行通常靠供回水溫差來控制，循環流量過大，容易導致集熱循環泵的頻繁啟停，降低循環泵的使用壽命，循環流量過小，會造成集熱器內溫度過高，集熱效率下降；其次，每個分戶水箱需要獨立的斷開水路控制功能，防止電加熱時熱量被集熱循環熱媒帶走，這就要求控制系統進人每一個住戶，且要求控制系統可靠性好；再者，存在分戶水箱冷熱不均，豎向失調問題，而且樓層越高，冷熱不均現象越嚴重，因此需要引人控制系統，平衡各戶水溫。3）各戶均設分戶水箱，且引入控制系統，系統造價相對較高；6 結束語本文以濟南我部18層住宅建筑為例，分析了陽臺承壓分體式太陽能熱水器、集中集熱集中供熱水系統、集中集熱分戶換熱水箱系統三種太陽能熱水系統在高層住宅建筑中應用的優點和不足。通過以上分析可知，陽臺承壓分體式太陽能熱水器技術成熟，安全性、穩定性較高；集中集熱集中供熱水系統在解決熱水減壓問題方面和集中集熱分戶換熱水箱系統在優化控制系統方面需要進一步的探索。本建筑距前面建筑物凈距50m，對低層住戶的遮擋影響較小，因此本建筑采用陽臺承壓分體式太陽能熱水器。參考文獻：[1]楊金良.高層住宅太陽能熱水系統設計.住宅科技，2007.9：5-7.[2] 羅運俊，何梓年，王長貴.太陽能利用技術.化學工業出版社.2009.[3] 張霖.高層住宅太陽能熱水系統建筑設計思路.建筑節能.2012.1（40） ：30-37[4] 潘平，方章聰，俞來法，住宅項目中的集中式太陽能熱水系統的設計與應用，建筑施T.2011.4（33）：333-335