太陽能熱水系統的設計原則

摘要：當今社會，太陽能熱水系統有著巨大的經濟效益和社會效益，充分有利于生態平衡，一方面可以節約能源，另一方面可以減少對常規能源的耗費、對環境的污染。因此，本文介紹了太陽能熱水系統設計的一般要求并且系統地分析了太陽能熱水系統中各個部件的設計原則，從而使太陽能熱水系統在建筑中能夠合理地運用。

關鍵詞：熱水系統；太陽能；設計

1 太陽能熱水系統設計的一般要求

太陽能熱水系統設計要求，應納入建筑的工程設計，進行統一規劃統一設計，并且應符合國家的有關標準。首先，太陽能熱水系統內置加熱系統，應保證安全可靠，須帶有保證安全使用的裝置，并根據使用地域的不同，采取防凍、防過熱、防結霜、防雷、抗風、抗雹、抗震等一系列技術措施；第二，太陽能熱水系統在選擇系統型式和安裝位置時，需要根據建筑物的使用功能、使用者的用水或供熱要求、空間地理位置、冷暖氣候條件及安裝條件等綜合性因素，并進一步與該建筑物整體及其周圍的環境相互協調呼應；第三，如果是直接構成簡直圍護結構的集熱器或者是安裝在建筑物上的太陽能集熱器，應設置防止太陽能集熱器損壞后的部件墜落傷人的安全保障措施，并應設置有防止熱水滲透的安全保障措施；第四，對于建筑物上安裝的太陽能熱水系統，不可以影響到相鄰建筑物的日照標準；第五，太陽能熱水系統中的集熱器、貯水箱、支架等主要部件，應具有不少于10年的正常使用壽命，其熱性能應滿足國家相關的太陽能產品現行設計要求和設計標準；第六，對于建筑單體或群體上安裝的太陽能熱水系統，則應滿足不少于4h/日的日照時數要求，太陽能熱水系統的主要朝向應為南向；最后，太陽能熱水系統應在便于安裝、使用、保養和維護的基礎上，盡量滿足安全、實用、可靠、美觀等四項原則。

2 太陽能熱水系統各部件的設計原則

2.1 貯水箱設置的設計原則

（1）太陽能熱水系統的貯水箱，因系統型式的不同，如因分戶貯水、集中貯水的不同而有不同的容積大小。分戶貯水箱容積一般較小，可以為其設計單獨的設備間，也可將其安置在半地下室、室內、陽臺、閣樓間或技術夾層等設備空間內。集中貯水箱的容積一般較大，在室內安裝此類貯水箱時，應考慮在設計中設置運輸通道，可以將水箱整體進入安裝地點。對于大型貯水箱，其設計位置應保證安全運轉且便于操作、檢修，可專門設計的設備間，也可設置在、頂層的設備間、或技術夾層中的設備間。

（2）設計時要充分考慮貯水箱所在位置的載荷要求。

（3）應具有良好的排水防水措施。

（4）貯水箱應盡量靠近太陽集熱器設置以減少其連接管道中的熱損耗。

（5）應將輔助熱源設置在靠近貯水箱的位置，或者與貯水箱共同放置在設備間內，并且應便于操作及維護，。

（6）貯水箱周圍及其上方空間內，應提前預留有符合相關規范要求的安裝、檢修空間，一般情況下此預留空間應不小于600mm。

2.2 太陽集熱器布置原則

（1）集熱器在安裝時要能夠最大限度地獲得太陽照射。集熱器在安裝時需要有一個傾斜的角度，其最佳傾斜角度一般為當地緯度±10°。集熱器安裝在坡屋頂時，屋面的坡度應在建筑設計階段就考慮集熱器的最佳傾斜角，使得集熱器安裝后可貼敷在屋面上，與屋面成為一體。

（2）應在太陽能集熱器附近設相應的給水點及排水設施。

（3）集熱器安裝要滿足安全堅固的要求。集熱器與建筑要有可靠的連接。

（4）太陽集熱器的面積應根據熱水量、建筑允許安裝面積、供水水溫、當地的氣象條件等綜合因素確定。

（5）集熱器在平、斜屋面安裝時宜排列整齊，且在前后兩排集熱器之間應留有足夠間距，并滿足每天4小時的日照要求。屋頂樓梯出入口宜作為安裝維修的出入口，屋面為上層屋面。

2.3 管道、管線設置和選型原則

（1）太陽能熱水系統電器控制線路應作相應地處理。

（2）管道、管線應做到隱蔽、安全且易于檢修，應合理有序安排管道走向。豎向管線應布置在豎向管道中，且管線應在預埋套管中穿過圍護結構。做到既不能影響到建筑功能及外觀，又有組織布置。

（3）采用的管材和管件，其管道的工作溫度和工作壓力都應符合現行產品標準的要求，應小于產品標準標定的允許工作溫度和壓力。

2.4 與太陽能熱水系統相關建筑設備的綜合設計原則

太陽能熱水系統不但需要有輔助熱源，而且需要備有相關的設施，以此來保證使用者在使用時可以根據實際需要來方便地獲取熱水。如貯水箱水位觀察儀器、水溫調節自動控制器、水溫顯示表、計量裝置、以及一系列泵、閥門等相關設備。所以，為確保相關的輔助設備可以安全使用的同時還可以且便于操作及維護管理，則需建筑設計人員妥善安排其空間位置。

對于系統的整體設計，應本著管路簡單、方便維護的原則進行布置；集熱器的選用，應全面考慮到抗熱沖擊能力、抗凍性能、承壓能力等因素。如平板型集熱器不宜在寒冷地區使用，則熱管真空管集熱器可優先采用為寒冷地區的大型熱水系統；全玻璃真空管集熱器，可優先用于寒冷地區的小面積熱水系統；此外，氣候特征、用戶特征、運行效率、工程造價等綜合因素，也是熱水系統的選擇時應全面考慮的必要因素，如建筑物正向朝南，南向坡屋面面積有限，由于自然循環式系統的貯水箱必須置于集熱器的上方，不利于在坡屋面設置儲水箱，而強制循環系統就能避免這樣的問題，故選用強制循環系統；寒冷地區應采用可靠的防凍方式，采取在太陽能集熱系統中充注防凍液以作為傳熱工質的防凍液系統。集熱系統管路和設備不應使用自動排氣閥，宜采用手動排氣裝置。

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作者簡介：李婷（1987），女，漢族，內蒙古包頭人，本科，助教。