摘 要：筆者開始介紹了太陽能熱水系統(tǒng)的種類，然后強(qiáng)調(diào)了太陽能熱水系統(tǒng)在民用建筑設(shè)計(jì)要注意的一些問題。最后，通過案例的方式給出了各種熱水系統(tǒng)在工程上的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：太陽能熱水系統(tǒng)；民用建筑；自然循環(huán)系統(tǒng)；直流式系統(tǒng)；強(qiáng)制循環(huán)式系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.057

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源和環(huán)境問題成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長(zhǎng)的主要問題之一。清潔能源的開發(fā)和利用成為解決上述問題的重要途徑，在其中太陽能的開發(fā)和利用首當(dāng)其沖。近來，太陽能熱水系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用在一些民用建筑中，因而是一個(gè)值得探討問題。

1 太陽能熱水系統(tǒng)的種類

太陽能熱水系統(tǒng)根據(jù)熱水的運(yùn)行方式可以分為自然循環(huán)系統(tǒng)、強(qiáng)制循環(huán)式系統(tǒng)和直流式系統(tǒng)。

1.1 自然循環(huán)系統(tǒng)

自然循環(huán)系統(tǒng)又稱為熱虹吸系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要由儲(chǔ)水箱和集熱器組成。該系統(tǒng)的集熱器可以安裝在陽臺(tái)外側(cè)或屋頂。別墅和高層住宅常把集熱器安裝在陽臺(tái)外側(cè)，而多層住宅常把集熱器安裝在屋頂。為了保證一定的水頭壓力，儲(chǔ)水箱必須安置在集熱器上方1-2m，來維持一定的熱虹吸壓頭。通常將集熱器安裝在陽臺(tái)外側(cè)，水在集熱器中吸收太陽輻射能，溫度慢慢升高。此時(shí)集熱器中溫度高的水上升，將通過集熱器的上循環(huán)管流入儲(chǔ)水箱頂部，同時(shí)儲(chǔ)水箱底部的冷水通過下循環(huán)管流入集熱器底部。通過冷熱水的密度差來實(shí)現(xiàn)集熱器和儲(chǔ)水箱之間的不斷循環(huán)來加熱儲(chǔ)水箱中的水。

1.2 強(qiáng)制循環(huán)式系統(tǒng)

強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)又稱為主動(dòng)循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)。該系統(tǒng)熱效率高，可大大減少熱量的損失。主要由集熱器、儲(chǔ)水箱及水泵組成。該系統(tǒng)的集熱器通常安裝在屋頂，水在集熱器中吸收太陽輻射能溫度開始上升，當(dāng)水溫達(dá)到要求溫度后，水泵開始啟動(dòng)，迫使水從集熱器流到儲(chǔ)水箱里。水泵安裝在集熱器和儲(chǔ)水箱的回水管道上，為熱水系統(tǒng)提供循環(huán)動(dòng)力。

1.3 直流式系統(tǒng)

直流式系統(tǒng)是一種將待加熱的冷水一次流經(jīng)集熱器后，直接進(jìn)入儲(chǔ)水箱或進(jìn)入用戶的用水點(diǎn)的太陽能熱水系統(tǒng)。直流式太陽能熱水系統(tǒng)由集熱器、儲(chǔ)水箱、連接水管及測(cè)溫元件組成。該系統(tǒng)測(cè)溫元件通常安裝在集熱器出口處，溫度傳感器可以24小時(shí)在線監(jiān)測(cè)出口處水溫，當(dāng)出口處水溫達(dá)到用戶要求后，測(cè)溫元件將測(cè)得電信號(hào)傳給溫度控制器，進(jìn)而可以控制安裝在集熱器入口處電磁閥的開度。當(dāng)電磁閥打開后，與集熱器入口處連接的自來水管可以直接給集熱器補(bǔ)水。

2 民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)選擇應(yīng)考慮的問題

2.1 自然循環(huán)系統(tǒng)

（1）確保樓層內(nèi)每戶集熱器吸收太陽輻射的日照時(shí)數(shù)不小于4h；（2）該系統(tǒng)要求減少彎頭在上、下循環(huán)管中的使用。不然，彎頭增多循環(huán)阻力過大，肯定會(huì)影響系統(tǒng)循環(huán)效果，造成熱效率降低。

2.2 強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)

（1）該系統(tǒng)集熱器的上、下循環(huán)管的設(shè)計(jì)應(yīng)采用同程式系統(tǒng)；（2）為了防止上循環(huán)管發(fā)生氣堵，應(yīng)保證上循環(huán)管有1%的坡度，并在管道最高處設(shè)自動(dòng)排氣閥；（3）該系統(tǒng)集熱器之間宜并聯(lián)連接，不可以串聯(lián)。以防止集熱器內(nèi)壓力過大，損壞集熱器。

2.3 直流式系統(tǒng)

（1）采用非承壓儲(chǔ)水箱，低于集熱器設(shè)置；（2）為了確保測(cè)溫元件工作的穩(wěn)定性，盡量選擇可靠的廠商。

3 應(yīng)用案例

3.1 自然循環(huán)系統(tǒng)

（1）案例名稱及工程概況。南城故事位于鳳凰路，是由9棟高層，5棟多層所組成的新中式人文友居，小區(qū)可容納900戶，全部采用自然循環(huán)系統(tǒng)。經(jīng)過計(jì)算確定每戶集熱器面積為2㎡，儲(chǔ)水箱容積是100L，可滿足用戶用水水溫與水量的要求。

（2）系統(tǒng)特點(diǎn)。1）該系統(tǒng)的儲(chǔ)水箱與給水管道連接，可直接為儲(chǔ)水箱補(bǔ)水，由于與生活水泵連接的給水管道出口有一定水頭壓力，可通過浮球閥控制，調(diào)節(jié)補(bǔ)水安全方便；2）該系統(tǒng)的集熱器面積小巧，可以方便安裝在陽臺(tái)外側(cè)，不占陽臺(tái)空間，與建筑融為一體，美觀大方；

3）該系統(tǒng)使用電輔助加熱方式，當(dāng)遇到陰雨天氣，太陽輻射微弱，也可以產(chǎn)生熱水，供人們使用。

3.2 強(qiáng)制循環(huán)式系統(tǒng)

（1）案例名稱及工程概況。荊州晶崴國(guó)際大酒店位于荊州沙市區(qū)公園路。總建筑面積4.3萬平方米，擁有客房304間，經(jīng)過計(jì)算確定集熱器陣列面積為1200平方米。

（2）系統(tǒng)特點(diǎn)。1）該系統(tǒng)的集熱器陣列集中布置在屋頂，采光好，不占空間，不影響建筑立面效果，美觀；2）利用水泵為該系統(tǒng)提供動(dòng)力，促使水在集熱器和儲(chǔ)水箱之間不停循環(huán)；3）儲(chǔ)水箱安裝位置靈活，不受集熱器位置的影響，通常和水泵一起布置在地下室，方便管理，熱損失?。?）循環(huán)水泵應(yīng)裝在下循環(huán)管上，為水從儲(chǔ)水箱提升到集熱器提供動(dòng)力，水泵出口處設(shè)單向止回閥，防止集熱器中的水倒流回儲(chǔ)水箱，造成空曬集熱器。

3.3 直流式系統(tǒng)

（1）案例名稱及工程概況。長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院公共浴池位于學(xué)校校內(nèi)，建筑總面積1116㎡，一層為男浴室，二層為女浴室，共設(shè)淋浴器160只。設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量3517KW，小時(shí)最大熱水量55m?/h，熱水溫度60℃。熱水供水方式為定時(shí)供水全天4小時(shí)。

（2）系統(tǒng)特點(diǎn)。1）系統(tǒng)采用電磁閥控制集熱器出口處水溫，可使出口水溫始終保持恒定，水溫舒適，智能化程度高；2）系統(tǒng)要求儲(chǔ)水箱保溫性能好，一旦儲(chǔ)水箱熱量散失，水溫降低，不能通過集熱器進(jìn)行加熱，只能通過電輔助方式加熱，消耗電能，經(jīng)濟(jì)性不高；3）集熱器下端入口管直接同高區(qū)給水系統(tǒng)相連，依靠給水系統(tǒng)補(bǔ)水，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔可靠；4）儲(chǔ)水箱安裝位置靈活，適應(yīng)性高。

4 結(jié)語

通過以上探討，得出以下結(jié)論：

（1）自然循環(huán)系統(tǒng)直接加熱系統(tǒng)管理簡(jiǎn)單使用舒適，適用于對(duì)日照時(shí)間有要求的高層住宅。（2）強(qiáng)制循環(huán)式系統(tǒng)可以保證所有高層用戶的熱水要求，對(duì)日照時(shí)間不足的高層住宅也適用，同時(shí)也用于醫(yī)院、酒店等用水要求高的場(chǎng)所。（3）直流式熱水系統(tǒng)適用于用水集中，用水量穩(wěn)定的學(xué)生宿舍、公共浴池。

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作者簡(jiǎn)介：蘇旭（1987-），男，湖北荊州人，學(xué)士，助教，主要從事建筑給排水設(shè)計(jì)研究。endprint