王永強(qiáng) 王 鑫

(1.晉城市建筑設(shè)計(jì)院，山西 晉城 048000； 2.山西銘基房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，山西 晉城 048000)

?

住宅建筑太陽(yáng)能熱水供應(yīng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王永強(qiáng)1王 鑫2

(1.晉城市建筑設(shè)計(jì)院，山西 晉城 048000； 2.山西銘基房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，山西 晉城 048000)

從住宅太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的常用類(lèi)型入手，結(jié)合不同熱水供應(yīng)系統(tǒng)在住宅建筑中的應(yīng)用實(shí)例，分析了各種太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，以便在實(shí)際工程中結(jié)合建筑一體化設(shè)計(jì)，選擇出合理適宜的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。

太陽(yáng)能，熱水系統(tǒng)，可再生能源，集熱器，運(yùn)行模式

山西省太陽(yáng)年日照時(shí)數(shù)為2 088.0 h～2 977.5 h，年輻射總量在4 900 MJ/m2～6 000 MJ/m2之間，日照百分率為47%～67%，總的趨勢(shì)是從北向南依次減少，西部山區(qū)較多，南部盆地較少，緯向分布較明顯。其中晉城年日照時(shí)數(shù)為2 393 h～2 630 h，平均為2 563 h，屬于太陽(yáng)能三類(lèi)資源地區(qū)，適宜設(shè)置太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。

2008年9月山西省人大常委會(huì)通過(guò)《山西省民用建筑節(jié)能條例》，鼓勵(lì)民用建筑的所有權(quán)人或使用權(quán)人安裝使用太陽(yáng)能等可再生能源。

2011年4月山西省住建廳發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)太陽(yáng)能光熱建筑應(yīng)用的通知》，通知要求在全省范圍新設(shè)計(jì)的高層居住建筑的逆12層、12層及以下的居住建筑和有生活熱水需求的公共建筑強(qiáng)制推廣應(yīng)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，將太陽(yáng)能光熱系統(tǒng)作為建筑的組成部分，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光熱與建筑一體化原則，與建筑工程四同步：同步規(guī)劃、同步設(shè)計(jì)、同步施工、同步驗(yàn)收。

2012年9月山西省人大常委會(huì)通過(guò)《山西省氣候資源開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)條例》，條例鼓勵(lì)單位和個(gè)人安裝和使用太陽(yáng)能熱水、供熱采暖(制冷)、光伏發(fā)電等太陽(yáng)能利用系統(tǒng)。

2013年8月省發(fā)革委、省住建廳《山西省開(kāi)展綠色建筑行動(dòng)實(shí)施意見(jiàn)》強(qiáng)制推進(jìn)太陽(yáng)能光熱應(yīng)用。在全省城鎮(zhèn)新建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公共建筑強(qiáng)制推廣應(yīng)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。居住建筑太陽(yáng)能熱水按照居民用水價(jià)格收費(fèi)。

太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃已經(jīng)在我市范圍內(nèi)全面展開(kāi)，下面介紹太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的常用分類(lèi)，結(jié)合設(shè)計(jì)和住戶(hù)實(shí)際使用情況，探討設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題。

住宅建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)常用有三種形式：分戶(hù)集熱—分戶(hù)貯熱—分戶(hù)加熱系統(tǒng)，集中集熱—分戶(hù)貯熱—分戶(hù)加熱系統(tǒng)，集中集熱—集中貯熱—集中加熱系統(tǒng)。

1 分戶(hù)集熱—分戶(hù)貯熱—分戶(hù)加熱系統(tǒng)

這種熱水系統(tǒng)是以住戶(hù)為單位安裝的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，是早期使用最為廣泛的一種形式，其設(shè)置的太陽(yáng)能集熱器產(chǎn)生的熱水單獨(dú)供一戶(hù)使用，主要是應(yīng)用在多層住宅屋面放置的整體式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)和高層住宅陽(yáng)臺(tái)壁掛式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。

多層住宅屋頂整體式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是將家用太陽(yáng)能熱水器集中安裝在屋面，太陽(yáng)能集熱器通過(guò)吸收太陽(yáng)光的能量將水溫升高，利用貯熱水箱和集熱器內(nèi)的水溫差(密度差)產(chǎn)生循環(huán)動(dòng)力，使熱水在貯熱水箱和集熱器之間自然循環(huán)，從而加熱貯熱水箱中的水。熱水采用落水供水式，輔助熱源為各戶(hù)電輔助加熱。

高層住宅陽(yáng)臺(tái)壁掛太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的集熱器安裝在建筑陽(yáng)臺(tái)一側(cè)，貯熱水箱設(shè)置在戶(hù)內(nèi)陽(yáng)臺(tái)部分，水箱內(nèi)置換熱和電輔熱裝置。陽(yáng)臺(tái)壁掛集熱器吸收太陽(yáng)光使集熱管內(nèi)熱媒溫度升高，熱媒利用水溫差(密度差)產(chǎn)生循環(huán)動(dòng)力，過(guò)換熱將貯熱裝置中的水進(jìn)行熱交換，加熱戶(hù)內(nèi)陽(yáng)臺(tái)水箱中的水。戶(hù)內(nèi)陽(yáng)臺(tái)貯熱水箱安裝高度一般比集熱器位置高，同時(shí)水箱內(nèi)置熱加電，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光電自動(dòng)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)全天候熱水供應(yīng)(見(jiàn)圖1)。

山西晉城銘基鳳凰城16號(hào)樓～19號(hào)樓,位于澤州南路以西，規(guī)劃鳳陽(yáng)街以北。項(xiàng)目建筑面積34 800 m2，均為12層高層住宅建筑，共138戶(hù)，全部采用陽(yáng)臺(tái)壁掛式太陽(yáng)能。設(shè)計(jì)每戶(hù)采用太陽(yáng)能集熱器φ58-1618,3 351×801×169，太陽(yáng)能熱水集熱面積2 m2，貯熱水箱φ472×1 010，貯水容積80 L。采用這種形式的優(yōu)點(diǎn)是各戶(hù)獨(dú)立，互不干擾，維護(hù)管理方便；無(wú)需另外計(jì)量，冷水來(lái)自自家冷水管，輔助電加熱自行計(jì)費(fèi)；系統(tǒng)簡(jiǎn)單容易。缺點(diǎn)是初期偏高，最底層使用效果較差。適用于高層住宅建筑的上層部分，比如山西省規(guī)定的高層居住建筑的逆12層強(qiáng)制推廣太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，18層以上高層居住建筑則完全可以采用陽(yáng)臺(tái)壁掛式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，滿(mǎn)足逆12層熱水需求。

2 集中集熱—集中貯熱—集中加熱系統(tǒng)

這種系統(tǒng)是集中模塊太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，集熱器、貯熱水箱、控制、循環(huán)系統(tǒng)及其他輔助設(shè)備集中放置在屋面，這種系統(tǒng)廣泛應(yīng)用到酒店、洗浴等公共建筑中。集熱系統(tǒng)集熱器接收太陽(yáng)光溫度升高，通過(guò)溫度智能傳感器控制系統(tǒng)循環(huán)泵啟動(dòng)，將貯熱水箱底部的溫水加壓進(jìn)入集熱器，通過(guò)貯熱水箱溫水與集熱器中高溫?zé)崴粩嗤鶑?fù)循環(huán)，最終加熱貯熱水箱中的水，供給建筑物所需熱水。集熱系統(tǒng)與供熱系統(tǒng)均采用強(qiáng)制循環(huán)，保證循環(huán)效果。住宅應(yīng)用這種熱水系統(tǒng)需要分戶(hù)計(jì)量，存在熱水收費(fèi)問(wèn)題，對(duì)管理要求較高。

山西銘基―鳳瀛園住宅小區(qū)1號(hào)樓～4號(hào)樓,位于新市東街與蘭花路交叉口西北角。項(xiàng)目建筑面積66 674.43 m2，1號(hào)、3號(hào)為18層高層住宅建筑，2號(hào)、4號(hào)為17層高層住宅建筑，共360戶(hù)，全部采用太陽(yáng)能集中集熱—集中貯熱—集中輔助加熱系統(tǒng)，每個(gè)單元分別設(shè)置集熱板和6 m3熱水箱，單元之間貯熱水箱互相連通，向住戶(hù)集中供應(yīng)熱水。以鳳瀛園住宅小區(qū)1號(hào)樓～4號(hào)樓為例，將運(yùn)行7個(gè)月來(lái)的運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)如下。

1)入住情況：鳳瀛園小區(qū)總戶(hù)數(shù)360戶(hù)，目前為止入住279戶(hù)，入住率77.5%(見(jiàn)表1)。

表1 鳳瀛園小區(qū)入住情況表

2)用水情況：原設(shè)計(jì)按每戶(hù)120 L熱水考慮，經(jīng)過(guò)一年運(yùn)行使用數(shù)量為每戶(hù)3 t/月～5 t/月，住戶(hù)普遍反映用水情況良好。

3)電輔助加熱電費(fèi)支出情況如表2所示。

表2 電輔助加熱電費(fèi)支出情況表

4)使用中出現(xiàn)的問(wèn)題：集熱器有少量爆管；電加熱棒損壞率高；熱水循環(huán)泵損壞率較高；頂層3層的住戶(hù)在不啟動(dòng)循環(huán)泵的情況下出水量較小。

集中集熱—集中貯熱—集中輔助加熱系統(tǒng)具有造價(jià)低、熱效率相對(duì)較高，系統(tǒng)管道少，相對(duì)集中，容易設(shè)計(jì)，建筑一體化程度高等優(yōu)點(diǎn)。但是這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)也很突出，首先管理不方便，集熱、貯熱及供水部分屬于公用設(shè)施，需派專(zhuān)人負(fù)責(zé)維護(hù)；計(jì)量不方便，各用戶(hù)熱水計(jì)量存在溫度差異現(xiàn)象，電輔助加熱費(fèi)用分?jǐn)傄鹩脩?hù)糾紛；天氣不好時(shí)完全靠輔助熱源產(chǎn)生熱水，即便只有一戶(hù)用水，整個(gè)系統(tǒng)也需要運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用較高。

3 集中集熱—分戶(hù)貯熱—分戶(hù)加熱系統(tǒng)

這種系統(tǒng)是將太陽(yáng)能集熱器統(tǒng)一放置在屋面，整個(gè)系統(tǒng)中不設(shè)置集中貯熱水箱，每戶(hù)在戶(hù)內(nèi)設(shè)置一個(gè)貯熱換熱水箱，戶(hù)內(nèi)水箱設(shè)置換熱盤(pán)管及電輔熱。該系統(tǒng)包括集熱循環(huán)和換熱循環(huán)兩部分，首先集熱系統(tǒng)(控制、循環(huán))及其輔助設(shè)備一般放置在屋面，集熱器吸收太陽(yáng)光使熱媒溫度升高，通過(guò)集熱系統(tǒng)溫度傳感器智能控制集熱系統(tǒng)循環(huán)泵啟動(dòng)停止，實(shí)現(xiàn)屋頂集熱系統(tǒng)循環(huán)。其次屋頂集熱緩沖水箱熱媒通過(guò)換熱循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)屋頂熱媒與戶(hù)內(nèi)貯熱水箱的換熱循環(huán)。這種系統(tǒng)冷熱水壓力相同，使用舒適方便。集中—分戶(hù)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)控制原理如圖2所示。

這種系統(tǒng)一方面解決集中式供熱的管理、計(jì)費(fèi)等問(wèn)題，一方面解決陽(yáng)臺(tái)壁掛式受樓層限制等問(wèn)題，可以完全實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的資源共享，同時(shí)也解決了計(jì)量和電輔助加熱的問(wèn)題，相應(yīng)的該系統(tǒng)也有自己的缺點(diǎn)，一是太陽(yáng)能熱媒系統(tǒng)設(shè)置在住戶(hù)管道井內(nèi)時(shí)使得管路系統(tǒng)龐大復(fù)雜，另一方面熱量損失較大，同時(shí)也存在一些公用部分分?jǐn)偟膯?wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，山西省新設(shè)計(jì)的12層及以下的居住建筑、高層居住建筑的逆12層強(qiáng)制推廣要求使用太陽(yáng)能光熱系統(tǒng)。對(duì)于住宅居住建筑太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)的選擇，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、建筑條件、管理能力、日照遮擋、初期投資等各種綜合因素合理確定系統(tǒng)方案及相關(guān)管道布置。對(duì)山西省政府規(guī)定，建議層數(shù)在12層以上住宅可采用分戶(hù)集熱—分戶(hù)貯熱—分戶(hù)輔助加熱的陽(yáng)臺(tái)壁掛式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)；建筑層數(shù)12層以下住宅可采用集中集熱—分戶(hù)貯熱—分戶(hù)輔助加熱系統(tǒng)；當(dāng)屋面集熱器面積不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可以采用以上多種系統(tǒng)相結(jié)合的組合太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，盡量充分利用太陽(yáng)能資源。

[1] 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院.建筑給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

[2] 胡應(yīng)翔.中新天津生態(tài)城太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)分析[J].給水排水,2011,37(1)：68-72.

[3] 張留霞,李云賀,朱東紅.集中式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在某住宅建筑中的一體化設(shè)計(jì)研究[J].給水排水,2013,39(4)：76-80.

[4] 吳曉春,王 斌,王國(guó)雄.新型熱泵式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在某高層住宅建筑中的應(yīng)用[J].給水排水,2013,39(12)：73-75.

[5] 吳曉春,楊 田.太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在高層住宅中的應(yīng)用探討[J].給水排水,2012,38(12)：81-83.

[6] 陳少林,熊家晴.農(nóng)村住宅建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的節(jié)水節(jié)能研究[J].給水排水,2012,38(12)：77-81.

On design and application of solar-energy hot water supply in residential buildings

Wang Yongqiang1Wang Xin2

(1.Jincheng Architectural Design Institute, Jincheng 048000, China;2.Shanxi Mingji Real-Estate Development Co., Ltd, Jincheng 048000, China)

From the common types of the residential solar energy hot water system, the paper combines with the application cases of the various hot water supply systems in the residential buildings, and analyzes the advantages and disadvantages of the various solar energy hot water supply system, so as to select the reasonable solar hot water system by combining with the architectural integral design.

solar energy, hot water system, renewable energy, collector, operation model

1009-6825(2017)16-0198-02

2017-03-18

王永強(qiáng)(1983- )，男，工程師; 王 鑫(1983- )，男，助理工程師

TU201.5

A