淺談太陽能熱水系統在建筑給排水設計中的應用

郭 偉

（榮海川城鄉規劃設計有限公司，山西 太原 030000）

1 用與一體化設計

近年來，越來越多的與太陽能相關的理論在不斷深入的研究中得到了發展，太陽能的應用方式也變得更加豐富。在各種太陽能的利用方式中，太陽能熱水技術最成熟，經濟性最好，已應用于建筑領域的許多相關行業。有關部門應建立太陽能熱水一體化建設體系框架，進一步完善太陽能熱水系統技術。

1.1 太陽能熱水系統的改進

1） 提高可靠性，有必要提高太陽能熱水系統的自動化程度和集熱器的效率；2） 提高了適用性，主要適應當地條件量身定制。根據不同的要求，提供相應的系統。

1.2 太陽能熱水系統的安裝方式

太陽能熱水系統應根據建筑形式、建筑物的功能特點、項目的地理位置、氣候條件等各種因素選擇安裝方式，根據集熱器與建筑物主體的組合位置進行相應的調整。角度的大小、路徑的選擇、安裝的位置等，在保證熱量的積累的同時也要保證建筑物的使用功能和外觀不受影響。主要形式如下:

1） 集熱器與屋面的結合，因為集熱器是吸收儲備太陽能的主要器件之一，安裝位置必須達到一定高度，不得被其他建筑物或樹木遮擋陽光。對于一般的自然循環熱水器，應使用支撐件以形成三角形，使兩者形成一定的傾斜角。這樣，熱水可以依靠重力循環來進行下一步的開發和使用。然而，這種方法也帶來不便并且會占用一定的屋頂空間。對于傾斜的屋面，應根據屋頂的傾斜度進行調整，如采用可變角度支架并加強固定。

2） 集熱器與墻面和陽臺的結合，主要形式為壁掛式太陽能熱水系統，其集熱器部分與水箱完全分離，集熱器在陽臺外部(或者陽臺內部) 安裝，水箱充分利用陽臺的室外空間，解決了高層建筑的用戶無法安裝太陽能熱水系統的問題，并且實現了太陽能與建筑的完美結合。

3） 與建筑一體化的構造連接，連接到建筑物的太陽能熱水系統的構造也是集成設計的重要部分。在設計時，必須考慮結構的安全性和建筑物的防水和絕緣層的完整性。

1.3 熱水系統的結構分類

1） 緊湊式太陽能熱水器：就是將真空玻璃管直接插入水箱中，利用加熱水的循環，使得水箱中的水溫升高，這是市場最常規的太陽能熱水器；2） 分體式熱水器：分體式熱水器是將集熱器與水箱分開，可大大增加太陽能熱水器容量。

1.4 熱水管道的設置

其原則是在滿足水溫、水量、水壓和便于維修管理的條件下使管線最短。

水平干管可以敷設在室內地溝、地下室頂部、建筑物最高層或專用設備技術層內。熱水管可以明裝、沿墻敷設，也可以暗裝敷設在管道豎井內、預留溝槽內。管道穿越建筑物、頂棚、樓板、基礎及墻壁處應設套管，穿越屋面及地下室外墻時應加防水套管。管道垂直平行敷設時，熱水管應在冷水管的右側。塑料給水管不得與水加熱器或熱水鍋爐直接連接，應有不小于0.4 m 的金屬管段過渡。

熱水管網中配水立管的始端、回水立管末端應設閥門;與配水或回水干管連接的分干管上，從立管接出的支管起端，配水支管上有3 個及以上配水點時應設閥門，以避免局部管段檢修時，因未設閥門而中斷了管網大部分管路配水;與自動溫度調節器、自動排氣閥及溫度、壓力等控制閥件連接的管段上，按其安裝要求配置閥門。

在上行下給式的配水橫干管的最高點，應設置排氣裝置(自動排氣閥或排氣管)，管網的最低點還應設置口徑為管道直徑的1/5 一1/10 的泄水閥或絲堵，以便泄空管網存水。對于下行上給式全循環管網，為了防止配水管網中分離出來的氣體被帶回循環管，應將回水立管始端接到各配水立管最高配水點以下0.5 m 處，可利用最高配水點放氣，系統最低點應設泄水裝置。

所有橫管應有與水流相反的坡度，便于排氣和泄水。坡度一般不小于0.003。

橫干管直線段應設置伸縮器以補償管道熱脹冷縮。為了避免管道熱伸長所產生的應力破壞管道，立管與橫管應按圖方式連接。

1.5 控制系統

太陽能熱水系統必須配備集熱系統的操作控制功能，為確保系統的運行和安全，控制元件必須符合太陽能熱水系統的設計要求，需要預留位置并配置輔助熱源加熱裝置，以確保熱源設備的運行安全。

1.6 水箱容積

在水箱容積的設計中，必須合理地確定建筑物中使用的最大熱水量。應從最大耗水量和項目初始階段的投資狀況來確定該值。

1.7 定溫循環系統的設計

系統運行過程中，集熱器內的水受太陽能輻射能加熱，溫度升高，密度降低，加熱后的水在集熱器內逐步上升，從集熱器的上循環管進入儲水箱的上部；與此同時，儲水箱底部的冷水由下循環管流入集熱器的底部；這樣經過一段時間后，儲水箱中的水形成明顯的溫度分層，上層水首先達到可使用的溫度，直至整個儲水箱的水都可以使用。

2 輔助熱源的選擇

常用的有電直接加熱、燃氣加熱、熱泵加熱和燃油加熱，一般使用電加熱和熱泵加熱的占多數。

3 太陽能熱水系統指標選擇

1） 熱水的和冷水的溫度。在建筑物的設計中，水系統的溫度必須長時間控制在45 到55°C 之間。冷水溫度必須根據項目地點的平均年溫度設定。在應用太陽能的過程中，必須通過輔助熱能的運行來優化，并且可以忽略不利條件下的影響；2） 水箱容積。在水箱容積的設計中，必須合理地建立從建筑物主體的最大使用水量，應根據最大耗水量和行業投資狀況來確定。

4 結語

如何合理有效地利用太陽能技術已成為建筑給排水設計的重要課題。在建筑給排水設計過程中，要確保太陽能熱水系統的穩定性和安全性，以達到節約能源保護環境的目標，實現人和環境的雙贏。