高层住宅太阳能热水系统的设计分析

 

为了节能减排及建筑节能，许多新建建筑考虑采用太阳能热水器来提供生活热水，同时随着城市快速发展，建筑用地资源越来越稀少，许多房地产开发商早已经开始建设小高层及高层住宅小区，提高土地利用率，于是小高层住宅如雨后春笋般出现在各个大中城市角落。对于小高层住宅来说，采用太阳能热水系统解决生活热水问题是值得大家讨论的问题。小高层住宅成功设计安装太阳能热水系统的案例少之又少，本项目是太阳能热水系统在小高层住宅成功应用的典范。

 

采用太阳能热水系统需要考虑的几个问题

 

1、在选择不同的太阳能热水系统方案时，应优先选择系统运行可靠，管理方便，便于摊销辅助能源费用、冷热水费用和运行费用成本等，达到管理简单方便，容易被住户接受，不产生物业与住户的矛盾等。

 

2、应考虑如何解决住在低层用户使用太阳能热水的问题。

 

3、太阳能系统设计时，应考虑到阴雨天气时太阳能产热水不足的问题。为确保热水供应的可靠性，系统设计应配置辅助加热系统，以确保用户全天24小时或定时供应热水。

 

4、系统应达到优先利用太阳能源加热热水，当太阳能不足时，再让辅助能源补充加热。实现充分利用太阳能源，降低辅助加热能源的费用的目的。

 

5、太阳能热水系统应合理、可靠、先进；太阳能及辅助加热系统运行应实现全自动化、智能化；在保证工程质量和效果的前提下，尽可能降低工程造价，提高系统的性价比。

 

6、太阳能热水系统的布局与摆放应与周围的建筑物相协调，日常使用维护检修应方便。

 

7、太阳能热水系统设计应与建筑工程设计同步进行，前期为安装太阳能热水系统预留管线、预埋件等应到位，以方便后期太阳能热水系统安装。

 

太阳能热水系统解决方案选择

 

在小高层住宅设计安装太阳能热水系统，主要有以下四种解决方案可供选择。下面对这些解决方案的优缺点分别加以分析，然后作出最佳选择。

 

解决方案一

 

在楼顶每户安装一台家用太阳能热水器（家用单台系统），优点是各住户的太阳能相互独立，互不影响；运行过程中，不存在收费管理问题；系统投资最低，运行较稳定，技术成熟；安装简单方便。缺点是低层住户的太阳能，使用时受到水压的影响，使用不便，甚至无法使用；各户的太阳能都是一个独立的系统，无论哪家的太阳能有问题，都要上楼顶维修，因此上楼维修的频率最高，不便于楼顶管理和维护；摆放不方便，不易与建筑物相协调，影响观瞻；各户上下两根管道，过多的管道敷设空间受限；不能实现热水资源共享，热水资源存在"旱涝不均"的问题。

 

解决方案二

 

系统投资较高，运行较稳定，技术成熟。缺点是集热单元安装需安全、牢靠，否则易存在安全隐患；采用自然循环效果不理想，采用水泵强制循环，费电，水泵存在噪音，增加控制功能。应综合考虑各户集热单元安装位置，否则会破坏建筑立面美观。受倾角影响，阳台型采光效率低，成本高。集热单元若出问题维修可能不方便，因此需采用高档产品。不能实现热水资源共享，热水资源存在"旱涝不均"的问题。

 

安装一套分体式太阳能热水系统，集热单元安装在阳台或南墙面上，储热水箱放置在室内（分户集热分户储水系统）。优点是住户的太阳能相互独立，互不影响；运行过程中，不存在收费管理问题；各户水箱可放置在室内方便的地方，如地下室、设备间、卫生间、厨房、阳台、阁楼等位置。

 

解决方案三

 

在楼顶安装一个集中储水的太阳能热水系统，通过管道供热水至每家每户（集中集热集中储水系统）。优点是可以实现热水资源共享，不受楼层高低限制；便于根据建筑情况灵活布局，可以实现与建筑物相协调；只有一个系统，运行可靠，上楼维修率低，楼面太阳能可由物业负责维护管理；系统投资较低，运行较稳定，运行成本低，技术成熟。缺点是辅助能源用量受天气阴晴影响，不便于核算运行成本和费用；运行过程中，热水需要收费；收费标准制定不当，易造成物业和住户的矛盾。需要在楼顶放置一个大储热水箱，建筑设计需考虑楼顶承重问题。

 

解决方案四

 

楼顶安装集中集热的太阳能集热系统，通过管道将热能送至各户，并给安装在各户家里的储热水箱加热（即集中集热分户储热系统）。优点是各住户使用自家水箱里的热水和辅助能源，不存在收费问题；不受楼层高低限制，并可以实现太阳能热能资源共享；运行过程中，不存在收费管理问题；只有一个系统，运行可靠，上楼维修率低，楼面太阳能可由物业负责维护管理；可以根据楼面建筑情况灵活布局，最容易实现与建筑物相协调；集热系统集中放置在屋面位置，各户贮水箱放置在各户室内方便的位置。缺点是为方便使用和安全可靠，应采用承压型储热水箱，并带有电加热功能。因此水箱成本高，从而造成系统成本较高。为避免各住户由于贮水箱温度不同，热量互混现象，电气控制系统应特殊设计。

 

第四种解决方案虽然造价较高，但优点突出，不须考虑水箱承重、电辅加热预留、线路预留、供热水循环、热水计费等问题，是将来小高层住宅统一安装太阳能热水器的发展方向。因此小高层住宅采用太阳能热水系统应按解决方案四进行设计，如果房地产开发商受投资限制，可以采用以下方法解决。该解决方法，可以使房产开发商对太阳能的投资低于其他几种方案。

 

1、太阳能集中集热和通到各住户的管路部分由开发商出资，产权归开发商所有，供住户免费使用。

 

2、各住户有免费使用太阳能热源的权力，但用户如愿意使用太阳能，储热水箱由各户出资购买。

 

以下是为某房地产开发公司杭州某住宅小区设计安装的集中集热分户储水太阳能热水系统为例详细介绍该系统设计实施要点。

 

工程概况

 

本工程位于杭州市留下镇，杭州的地理位置为：纬度30°14′，经度120°10′，高度41.7m,该住宅小区为由4栋11层板式小高层德式风格住宅组成。用户要求根据用户提供的建筑图纸设计太阳能热水系统，方案为太阳能热水系统基本形式按集中-分散式太阳能热水系统设计；独立的分户式太阳能热水系统；用户认为适合本小区的其他方案。

 

其中集中集热模块采用平板集热器，集热系统采用承压系统，内充介质防冻液，防结垢，防冻、耐腐蚀，提高系统使用寿命。

 

根据用户提供的建筑图纸，认为该小区适合采用方案（1），但考虑到系统稳定性及可靠性及与建筑结合美观程度等因素，本次设计根据方案（1）进行设计，同时进一步完善系统方案。

 

太阳能集热系统放置在屋顶，太阳能为间接式供水系统。每户一个储热水箱放置在户内，太阳能通过每户住宅储热水箱内的换热器为用户制备热水，本系统全天24小时供应热水；电加热作为辅助能源，太阳能集热器统一安装在屋面上。

 

集热系统设计

 

目前，国内使用的太阳能集热器主要有平板集热器、真空管集热器、热管集热器。但是平板集热器、真空管集热器、热管集热器各有优缺点，由于该小高层屋面为坡屋面，为了实现与建筑一体化，该小高层住宅小区设计采用平板集热器。按每平方米集热器的流量为0.015kg/（m2·s）计算，集热系统的流量为2700L/h,此流量即为集热系统的流量。该系统经过一年多时间的运行，系统稳定可靠，获得了该房地产开发商及用户的肯定，集中集热分户储水太阳能热水系统是太阳能热水系统在高层住宅应用中的发展方向。在此抛砖引玉，与大家共同探讨适合小高层住宅的太阳能热水系统。（责编：Z先生）

 

来源：中国节能在线