不同形式的太陽能熱水系統在居住建筑中的設計應用

劉 宇 琦

(山西保利房地產開發有限公司，山西 太原 030000)

0 引言

為貫徹落實中央和省關于節能減排的一系列方針、政策，太原市住房和城鄉建設委員會在2013年10月出臺《關于大力推進太陽能光熱建筑應用》的文件，要求自2014年元月1日起，在全市新開工建設的12層及以下的居住建筑、高層居住建筑的逆12層和有生活熱水需求的醫院、學校、賓館、洗浴場所等公共建筑中強制推廣應用太陽能光熱系統。我司作為以住宅開發為主的大型房地產開發企業，積極落實相關政策，并將三種主流的太陽能熱水系統應用在了不同類型的居住類產品中，現將各系統形式優缺點與應用成果一一解析。

1 分戶集熱—分戶儲熱太陽能熱水系統

陽臺壁掛太陽能熱水系統是我司目前在高層住宅中采用最多的分戶集熱—分戶換熱的太陽能熱水系統。項目定位基本為中低端商品房項目，太原晉中地區建成交付面積已達100萬m2，系統運行良好，故障率較低。

陽臺壁掛式太陽能熱水系統是指集熱器與貯熱水箱分開放置，承壓型的家用太陽能熱水系統，由太陽能集熱器、帶換熱器的貯熱水箱(內膽)、控制電路、管道和附件等部分組成。它的工作原理是：安裝在陽臺上的集熱器吸熱后，把熱量傳導給導熱介質；導熱介質通過自然循環或強制循環進入換熱器，把冷水加熱，熱量不足時輔以電加熱。

陽臺壁掛太陽能熱水系統具備以下幾個優點：

1)分戶設置，交房移交于業主，后期用戶自理，后期物業設備維護管理成本很低，避免糾紛。

2)安裝難度低，后期拆改方便。

3)換熱效果好且每戶水量有保證，不受其余住戶影響，并配有電輔加熱功能，陰雨天使用不受影響。

4)造價較為經濟，戶均造價約3 000元～3 500元，適用于中低端住宅項目成本配置。

該系統最為明顯的缺點：

1)影響建筑外立面與南向陽臺的整體觀感。

2)數年后，外掛太陽能板支架松動，可能產生安全隱患。

3)在容積率高、建筑樓間距小的條件下，無法滿足低層業主的安裝使用要求。

設計施工要點：

1)陽臺壁掛太陽能板的固定方式，最好在主體外墻澆筑時做到構件預埋；如果后期安裝，當固定于實心混凝土墻時，可采用化學螺栓固定支架，保證螺栓進入實體墻10 cm；當固定于空心砌塊墻時，需采用對穿螺桿錨固的方式固定。

2)太陽能儲水罐的設計位置要盡可能的固定于承重墻體上，遇到無法固定于承重墻體時，需在樓板打吊架配合側墻支架一同固定。

3)所有的陽臺壁掛太陽能儲水罐均為豎式安裝，且儲水罐旁需預留電輔熱專用插座，接戶內冷熱水點位提前設計預留到位。

2 集中集熱—集中儲熱太陽能熱水系統

集中集熱—集中儲熱太陽能熱水系統是出現較早的一種太陽能熱水系統形式，集熱板與儲水罐一起放置于屋頂，通過屋頂集中放置的太陽能集熱板收集熱量，通過熱媒管道將熱量輸送至屋頂集中式儲熱水箱進行換熱并儲存，再通過循環泵與循環立管將熱水送至末端用戶。當太陽能光照不足時用戶可以通過集中式儲熱水箱內置電輔加熱裝置進行輔助加熱，保證用戶熱水供應。

該系統的優點：1)太陽能集熱板統一安裝在屋面，不影響外立面效果且集熱板利用太陽能不受樓座間距影響。2)室內沒有任何設備，節省戶內空間。3)造價低廉，如應用在高層住宅中，戶均造價低至2 000元～2 500元。但該系統形式有較為明顯的缺點：1)太陽能板與巨大的儲水罐放置于屋頂，影響屋頂造型。2)屋頂放 置數噸重的儲熱水箱會導致屋頂結構荷載相應增加很多，儲熱水箱與相關設備基礎均需提前設計施工。3)山西地區冬季氣溫低至零下十幾度，需采用系統防凍循環控制與伴熱帶防凍措施，冬季因防凍帶來的耗電量也會大大增加。4)熱水循環立管需設計安裝于水暖管道井內且增設分戶熱水計量表，增加了對水暖井道尺寸的要求，也就增加了用戶公攤面積。5)系統一旦投入運行存在長期的物業收費與設備維護管理問題，運行中能耗較多，費用攤銷業主普遍接受度低。6)供水溫度單一且無法控制每戶的用水量，用戶之間用水互相影響，舒適度大打折扣。

針對此系統的優缺點，我司目前只在配建的廉租房、小區附屬的幼兒園等小型公建中采用，不建議在商品房中大范圍推廣使用。

3 集中集熱—分戶儲熱太陽能熱水系統

集中集熱—分戶換熱太陽能熱水系統是近幾年市場上推廣開來的一種太陽能熱水系統形式。系統由平板集熱器、板式換熱器、緩沖水箱、水泵、循環管路系統、戶內儲熱水箱、主控制器等組成。屋面太陽能集熱板通過串并聯方式組成集熱器矩陣，設備放置于約10 m2的專用設備機房間。系統運行分為集熱循環、熱媒循環與熱水供應三個部分。

集熱循環：當平板集熱器溫度與緩沖水箱溫度的溫差高于設定的溫度差值時，集熱循環泵啟動工作，通過板式換熱器將其中的低溫介質輸送至集熱器，再將集熱器中高溫介質通過換熱器傳導至緩沖水箱；當平板集熱器溫度與緩沖水箱溫度的溫差低于設定的溫度差值時，集熱循環泵停止工作，如此循環逐步將緩沖水箱內的水加熱；當管道溫度低于5 ℃時，集熱循環泵工作，低溫保護，避免管道凍堵。

熱媒循環：當緩沖水箱內的水溫高于設定值時，且緩沖水箱內的水溫與循環管道內的溫差高于設定值時，熱媒循環泵啟動工作，當緩沖水箱內的水溫與循環管道內的溫差低于設定值時，熱媒循環泵停止工作；如此循環，將緩沖水箱內的熱水輸送到每個用戶的換熱水箱內的換熱盤管，通過換熱盤管將熱量傳遞給每個儲熱水箱，使水箱內的水溫升高。

熱水供應：該系統的熱水供應同電熱水器的使用完全一樣，自來水接入水箱進水管，用水時只要打開閥門，冷水就會自動將儲熱水箱內的熱水頂出，并且保持和冷水一樣的壓力，便于混水。

該系統形式具備以下幾個顯著優點：1)屋面集中安裝太陽能集熱板，循環設備集中設置于屋面機房間，不影響外立面感觀，安全穩定，便于實現太陽能和建筑的完美結合。2)突破樓層高度的限制，最多可以滿足30層住宅用戶。3)無需熱水計量收費，有效解決了集中供水分戶計量所存在物業收費難的問題和輔助能源費用分攤問題。4)獨立使用的承壓水箱，業主根據自己的習慣設定輔助能源啟動時間，實現水溫的個性化控制，最大限度的節省能源。該系統形式的缺點：1)成本較高，戶均造價達5 000元～5 500元，適用于低密洋房、小高等高端住宅項目。2)循環立管與儲熱水箱安裝于戶內，占用空間較大，一般單獨設置于家政間內。3)由于換熱次數多，熱損失較其余兩種系統大。4)后期物業需要對系統進行長期維護，循環泵產生的少量公共電費需要物業向業主分攤收取。

設計施工要點：1)屋面太陽能集熱板通過串并聯方式組成集熱器矩陣，需考慮與屋頂造型的關系，不可被屋頂造型遮擋，折損采光面積與時間。2)設備放置于約10 m2的屋頂專用太陽能機房間，機房間面積參與逆12層住戶面積公攤，需在項目報規報建階段給予提前預留。3)循環立管與戶內換熱儲水箱盡量布置于單獨的家政間或設備平臺內，做到排水方便，且在土建設計施工階段提前預留循環立管墻套管。4)戶內儲熱水箱提前定位，需在承重墻體處固定儲熱水罐，準確預留冷熱水進出水管與電加熱插座。

針對此系統的優缺點與成本特征，我司近年來在低密多層洋房、小高層等高端產品中多采用此種系統。截至目前，太原與晉中地區均有此類項目交付投入使用。

4 結語

我國的太陽能利用產業已發展多年，取得的成就令人矚目。截至目前，我國已經成為全球最大的生產和使用太陽能熱水器的國家。其發展迅速且產品形式多樣，并對其他領域的發展起到了積極的推動作用。同樣，我國發展多年的商品房開發市場，也告別了炫富時代，綠色、環保、健康成了市場的趨勢。人們對于住宅產品的戶型結構、外立面感觀、智能化機電設備、健康居住體驗、產品多樣性等方面的要求也在日益提升。未來如何將更新更優的設備不斷的與建筑實現完美結合，達到住宅產品的更新迭代，是每一位相關從業人員的努力方向。