住宅太阳能热水系统的种类及选用

张 媛 媛

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

住宅太阳能热水系统的种类及选用

张 媛 媛

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

对屋面系统、阳台系统、墙面系统三种住宅太阳能热水系统进行了研究，并以某住宅为例，对各系统的设备及管道安装形式作了阐述，根据每个系统的特点确定了相应的适用范围，以合理选用和设计太阳能系统。

太阳能，热水系统，屋面，贮水

在能源日益缺乏、环境污染严重的当今社会，能源问题已成为世界性的问题，向新能源过渡的时期迟早要到来。太阳能作为一种普遍、无害、巨大、长久的新能源已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。将太阳能用于加热热水是早期最广泛的太阳能应用，现如今全世界已经有数百万太阳能热水装置。近年来中国政府也强制要求部分日照条件好的地区新建的有热水系统的项目必须设计太阳能热水系统。对于设计人员来说根据建筑特点合理的选用和设计太阳能热水系统，才能让太阳能发挥最大的节能效率。

首先判断一座建筑是否有条件使用太阳能热水系统，要看其是否满足以下要求：1)建筑物的朝向宜为南北向或接近南北向。2)建筑的体型和空间组合应使太阳能集热器接受更多的阳光。3)集热器设置位置应满足太阳能集热器不小于4 h日照时数要求。如果一座建筑满足以上要求即可以设计太阳能热水系统，否则将不适用。

目前住宅太阳能分三种系统：屋面系统、阳台系统、墙面系统，详见表1。

图1～图7以多层住宅为例简单示意了各系统的设备及管道安装形式。

通过图1可以看出屋面整体式系统为单家单户热水系统，各自独立使用。整体式太阳能热水系统由室内机、太阳能热水器、视屏控制系统、管道系统以及其他部件组成。这种系统在多层住宅中常见。多层住宅由于层数少，一般为6层左右，而且总户数少故屋面有足够的面积放置各户的太阳能热水器一体机。这种系统要求有上下立管的管井，每户需要从屋面下两根立管到户内。如果各户立管集中设置则需要一个很大的管井，如果各户分散设置则需要占室内空间。所以如果将此系统用于高层住宅将面临3个问题：1)立管数量多；2)立管过长热损失加大；3)高层住宅户数多、屋顶面积小(高层住宅屋面有消防疏散的作用，故太阳能集热器安装时应考虑留出足够的消防疏散通道宽度)不足以放下每户的太阳能热水器一体机。所以本系统适用于低层、多层系统，其优点是分户控制便于管理。

图2为屋面分散集热、分户贮水系统。分散集热、分户贮水太阳能热水系统是指采用分散的各户自设的太阳能集热器和分散的各用户自设的贮水箱供给各个用户所需的系统。系统主要由分体的集热器、热水贮水箱、管道、加压泵、控制器及其他装置组成。其特点是采用防冻液作为循环介质，冬季无需防冻；贮水箱设于各户内，节省楼顶面积。但此系统同样需要有从屋顶至室内的集热器供水管与集热器回水管，所以如果将此系统用于高层住宅同样将面临三个问题：1)立管数量多；2)立管过长热损失加大；3)高层住宅户数多、屋顶面积小不足以放下每户的太阳能热水器一体机。

所以本系统也不适用于高层建筑,但适用于普通家用，对建筑美观要求不高，热水要求低的场所。

图3是屋面集中集热、集中贮水系统。集中集热、集中贮水太阳能热水系统是指采用集中的布置在平屋面或坡屋面上的太阳能集热器阵列和集中地布置在地下室、设备层或者阁楼中的集中的贮水箱供给独栋或者多栋建筑物使用的热水系统。从图3可以看出，此系统是典型的集中热水供应系统，此系统立管少，不需要太大的管井，且系统可以做到干管循环，可实现用户之间热水的调剂，适合高层住宅。此系统可以设计为定时供热模式和24 h供热模式。但是此系统需要小区物业集中维护管理，集中收取热水水费及运行费用，故前期投资费用与后期使用费用都比较高，在征得甲方同意并与甲方沟通好运行管理方式的情况下可以选择此系统。但当用于高层住宅时还应考虑屋顶面积是否够用的问题。集中集热、集中贮水太阳能热水系统适用于对建筑物的美观要求较高、供应热水的规模比较大、供应热水温度要求稳定的建筑物。住宅使用时需要安装分户计量装置。

图4是屋面集中集热、分户贮水系统。集中集热、分户贮水太阳能热水系统是指采用集中布置在平屋面或者坡屋面上的太阳能集热器阵列，以及集中设置的缓冲水箱和分散设置到各用户户内的贮水箱供给用户热水的系统。图4与图3的区别主要在于图4热水贮水箱分户设置，图3热水箱集中设置；图3直接供应热水，图4分户提供热媒。在计量方面，图3直接计量热水流量，图4计量热媒用量。图4只能设计为24 h供热模式，换热不换质，且要求各用户有独立的辅助热源。同样当此系统用于高层住宅时还应考虑屋顶面积是否够用的问题。集中集热、分户贮水系统适用于建筑美观要求较高，用水量稳定的建筑，住宅使用时需要安装分户计量装置。

图5图6都是阳台壁挂式太阳能热水系统，其中图5为阳台强制循环系统，图6为阳台自然循环系统。它们的主要区别在于前者使用机械设备等外部动力迫使传热工质通过安装在阳台上的集热器进行循环，后者利用使传热工质内部的密度变化来实现放在阳台上的集热器与贮水箱之间进行循环。阳台壁挂式太阳能热水器属于分离式太阳能热水系统，水箱放置在阳台内，集热器放置在建筑南立面阳台上，属于单家单户热水系统，各自独立使用。当建筑物有南向阳台，且日照时间不小于4 h时可以选用阳台系统。

当由于美观等方面的原因，用户希望把水箱移到卫生间或者其他地方，而不是放在阳台上时，这就使得集热板与水箱之间不能靠自然循环的方式来提供热水，必须要采用强制循环的方式。强制循环阳台壁挂式太阳能热水器适用于：

1)储热水箱的设置位置离阳台比较远的热水系统，采用强制循环后储水箱安装位置基本不受限制；

2)壁挂式太阳能集热器循环口比储热水箱循环口高的热水系统；

3)壁挂式太阳能单向循环管道长于3 m的系统；

4)壁挂式太阳能循环管道存在直角转弯的系统。实际工程中阳台壁挂系统适用于低、中高层、高层住宅，优选自然循环系统，特殊情况选强制循环系统。

图7为墙面强制循环系统，与图5阳台强制循环系统相比较，墙面强制循环系统也属于单家单户热水系统，各自独立使用。只是集热器的安装位置不必局限于建筑物的南阳台，集热器可作为建筑构件布置在阳台之间墙面外侧的挑板上，可选择外挂式也可选择内嵌式。当建筑物没有南向阳台时，可选择墙面式，但需要与建筑专业人员协商安装位置，确保太阳能集热器正常工作的同时不影响外立面美观。

综上，如何选择住宅太阳能热水系统的类型，必须根据建筑物的使用功能特点、建筑物的美观要求、热水的供应方式和供应时间、集热器安装设置的位置、热水系统运行的方式等因素，经过综合技术经济比较后确定。太阳能热水系统设计、施工应与新建、改建建筑同步进行。在建筑设计中，要做到太阳能热水系统与建筑协调统一，同时要方便集热器安装、维修和更换。

[1] GB 50015—2009，建筑给水排水设计规范[S].

[2] 全国民用建筑工程设计技术措施——给排水[Z].2011.

On classification of residential solar-energy hot-water system and their selection

Zhang Yuanyuan

(ShanxiArchitecturalDesignInstitute,Taiyuan030013,China)

The paper researches three residential solar-energy hot-water systems for roof system, balcony system and wall system, taking the residence as an example, illustrates the equipment in the three systems and their pipeline installation, and identifies respective application scopes according their features, so as to have the reasonable selection and design for the solar-energy system.

solar-energy, hot-water system, roof, water storage

2015-03-27

张媛媛(1980- )，女，工程师

1009-6825(2015)16-0125-02

TU822.1

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