太陽能熱水系統(tǒng)在高層住宅的運用

朱烜禎

摘要:通過“深圳市體育新城安置小區(qū)”運用太陽能熱水系統(tǒng)的案例分析,文章講述太陽能熱水系統(tǒng)在高層住宅中運用的情況。文章講述了設(shè)計中運用集成化設(shè)計、精細(xì)化設(shè)計、適宜的新技術(shù)選用等創(chuàng)新設(shè)計方法,重點論述了太陽能熱水系統(tǒng)在高層住宅運用中的重難點及相應(yīng)解決辦法。

關(guān)鍵詞:太陽能熱水系統(tǒng);創(chuàng)新設(shè)計;新技術(shù)

中圖分類號:TU822 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-8937(2009)20-0127-02

1項目概況

①項目位置。位于龍崗中心城中軸線西側(cè),東距黃閣中路約600 m,深圳市體育新城用地東北端,占地10.1 m2。

②項目規(guī)模?？偨ㄖ娣e:41.3萬m2,住宅總建筑面積25.6萬,為21棟18～34層高層住宅,總戶數(shù)4 009戶;居住人數(shù)10 000人。

③項目制約條件。投資受限——項目為政府投資建設(shè)的拆遷安置房,建筑造價受到嚴(yán)格限制;工期緊張——項目為配合大運會場館的建設(shè),工期緊張。需求特殊——原住居民自用和出租物業(yè)混雜的小區(qū),功能需求復(fù)雜。

2創(chuàng)新設(shè)計方法

設(shè)計中以“高效、經(jīng)濟、適宜、綠色”為主題,采用了創(chuàng)新性的設(shè)計方法。

2.1集成化設(shè)計

①多角色集成設(shè)計:與村民進(jìn)行方案溝通,與建設(shè)方及政府審批部分進(jìn)行方案溝通。②多學(xué)科集成設(shè)計:本項目的設(shè)計除項目常規(guī)設(shè)計所必備的各專業(yè)學(xué)科以外,還引進(jìn)了植物學(xué)、社會學(xué)、民俗等學(xué)科知識。③多技術(shù)集成設(shè)計:如:地下室自然采光與自然通風(fēng)的有機集成。室外充分利用自然通風(fēng)與防噪措施的綜合集成。雨水收集、中水處理與人工濕地、景觀水體自凈系統(tǒng)等的集成等。

2.2精細(xì)化設(shè)計

首先,從規(guī)劃入手?？偲矫娌粏问歉鶕?jù)建筑師的經(jīng)驗和感覺而布置,更多的是用先進(jìn)的計算機軟件,對小區(qū)的通風(fēng)、日照、噪音進(jìn)行模擬,用模擬結(jié)果數(shù)據(jù)來指導(dǎo)我們的總圖布局。

其次,從建筑入手。本項目還采用一些精細(xì)的技術(shù),如:建筑外圍護節(jié)能設(shè)計(外墻、外遮陽、節(jié)能玻璃)、室內(nèi)自然通風(fēng)設(shè)計、室內(nèi)自然采光、地下室采光通風(fēng)綜合考慮等設(shè)計。

2.3適宜的新技術(shù)

設(shè)計根據(jù)項目的實際情況, 低風(fēng)險選用適當(dāng)新技術(shù),其中主要有人工濕地技術(shù)、MBR中水處理系統(tǒng)、雨水收集系統(tǒng)、半集中式太陽能熱水利用技術(shù)等。

3太陽能熱水系統(tǒng)的運用

3.1系統(tǒng)運用的基本情況

小區(qū)的住宅主要為18～34層,有一梯四戶及一梯10戶點式及型板式小戶住宅。甲方要求要求每戶均使用太陽能熱水系統(tǒng)。

通過設(shè)計計算,小區(qū)的年熱水用水量:21.6萬m3。另外,深圳地區(qū)年平均溫度高,在熱水器使用上要兼顧冬季 ,也是系統(tǒng)運用所要考慮的一個特點。

3.2太陽能熱水系統(tǒng)在高層住宅運用的難點

太陽能熱水系統(tǒng)在高層住宅上運用,主要存在太陽能和建筑一體化,屋面集熱面積的不足,施工、使用安全性,運行維護便捷性以及管線密集,建筑平面布置難等問題。體育新城安置小區(qū)是安置房,其難點在于如何在低成本、高密度的條件下,低風(fēng)險地運用太陽能熱水系統(tǒng)。

就本項目而言,在設(shè)計之初,我們急需解決的是系統(tǒng)選型問題,選擇什么系統(tǒng)成了項目的第一個難點。其次,小區(qū)戶數(shù)及戶型總類多,安置居民多,如何確定合理的計費方式,方便物業(yè)管理,也是需要考慮的問題。 第三就是前面提到的住宅屋面集熱面積不足的問題,包括裝在哪里才是合理的,利用率才是最高的問題。另外,集熱器安裝安全性設(shè)計、集熱器安裝與建筑外觀一體化、太陽能補充能源的選擇等問題也是我們考慮的主要問題之一。

除以上問題外,本項目安裝太陽能熱水系統(tǒng)還存在居民心理接收程度的問題,因為居民是農(nóng)村的,他對一些新技術(shù)運用相對是比較保守的,接受度是比較低的。怎么向他們宣講,讓他們接受這些新技術(shù),也是我們需要解決的問題之一。

以上問題的解決,關(guān)鍵是系統(tǒng)選型的問題。把系統(tǒng)選型問題先解決以后,其它的就可以通過我們務(wù)實的作風(fēng)、科學(xué)的工作方法——得以解決。

3.3太陽能熱水系統(tǒng)的選擇

目前常用的太陽能熱水系統(tǒng)利用方案主要有兩種:一種叫集中式中央熱水系統(tǒng):即集熱、儲熱、輔助加熱均集中設(shè)置;另一種是分戶式承壓系統(tǒng):即集熱、儲熱、輔助加熱均分戶設(shè)置。

集中式中央熱水系統(tǒng)的優(yōu)點主要有:集成化程度高,集中儲熱方式利于降低造價并減少熱損失;管路簡單,保證供水品質(zhì),最大限度確保用戶即開即熱;對于住宅小區(qū),有初投資少、集成化程度高、能耗低的優(yōu)勢。同樣缺點也是非常明顯的,主要體現(xiàn)在:通過分戶計量收取生活熱水費,使物業(yè)管理增加難度;該類系統(tǒng)集中運行,一旦出現(xiàn)故障,用戶熱水將不能得到保證;水箱占屋面面積大。

分戶式承壓系統(tǒng)有用戶單獨安裝、獨立使用,太陽能熱水系統(tǒng)相對簡單,且互不干擾;由于不存在計費問題,物業(yè)管理方便等優(yōu)點。其缺點就是:用戶輔助加熱部分耗能大,熱水供應(yīng)系統(tǒng)造價高;每戶單獨一個系統(tǒng),因無可靠的回水系統(tǒng),供水管路存水變涼浪費熱能,熱水資源無法共享,系統(tǒng)資源不能充分利用而產(chǎn)生浪費;綜合造價與同檔次的中央熱水系統(tǒng)相比相對較高;系統(tǒng)管道較多,與建筑配合難度較大。

以上兩種系統(tǒng)存在的缺點,對于在高層住宅上運用,都是難以克服的。在設(shè)計之初,我們也嘗試著對這兩個系統(tǒng)進(jìn)行分析,探討各種克服困難的各種有效辦法,但通過最后的權(quán)衡,我們決定另擇途徑。

在工期緊的情況下,我們組織了院內(nèi)科研及設(shè)計人員展開了研發(fā),最終設(shè)計出我們稱之為“半集中式”的中央熱水系統(tǒng)。

半集中式的中央熱水系統(tǒng)的工作原理就是:集熱器集中集熱,通過循環(huán)泵將熱水輸送到每個用戶的承壓水箱中,通過判斷水箱中的水溫和集熱管中的溫度由溫差控制啟動電磁閥,在水箱中采用換熱盤管將水箱中的水加熱;水箱中的水溫沒有達(dá)到設(shè)定溫度則啟用輔助加熱;用水時,熱水由冷水頂出,水壓穩(wěn)定。各戶單獨使用,熱水資源分配均勻;集熱部分可承壓運行,系統(tǒng)閉式循環(huán)。

其特點是:避免因水質(zhì)引起管路和集熱器結(jié)垢,運行控制方式簡單;各戶單獨使用,熱水資源分配均勻;該系統(tǒng)的最大特點是將熱水儲存于每戶中,這樣可以減少水箱占用屋面或地下室面積;避免了計費難的問題;整個系統(tǒng)的管路對建筑美觀影響小。

雖然我們對半集中式的中央熱水系統(tǒng)運用做了充分的論證,但為了保險起見,做到萬無一失,我們跟廠家配合,在自己員工宿舍進(jìn)行安裝試用,積累一些運行數(shù)字。運行統(tǒng)計的數(shù)據(jù)結(jié)果來還是比較接近設(shè)計的目標(biāo)的。這增強了我們對該系統(tǒng)運用的信心。

3.4太陽能集熱器安裝面積及位置分析

設(shè)計中其實還要考慮一個問題,就是太陽能執(zhí)業(yè)器的安裝面積及安裝位置分析。高層住宅集熱器的安裝一般有兩種方式:一種是集中設(shè)在屋面,即太陽能光熱集熱器安裝于樓頂,集熱器與高層建筑屋頂飄板結(jié)合;另一種是分設(shè)在立面上,即可與建筑遮陽結(jié)合,在集熱的同時起到遮陽與擋雨的作用,也可立面垂直安裝,利用陽臺欄桿或者窗間墻等作為集熱器布置空間。

第二種的安裝會存在一下問題需要解決:可能會存在視線遮擋問題;由于集熱器只能選擇朝陽的立面設(shè)置,因此有一定的局限性;還存在施工難度比較大、防風(fēng)及結(jié)構(gòu)安全問題;存在影響美觀問題。

在本項目中,為明確建筑屋面及立面日照情況,我們根據(jù)建筑高度,分析每棟住宅屋頂及立面冬至日(12月22日)及春分日(3月21日)累計日照時數(shù)(日照時間為9:00～15:00),從而確定集熱器的安裝位置及面積。

對于安裝中的美觀問題,主要的做法是:結(jié)合陽臺、建筑凹槽,與建筑造型、立面一體化考慮。安全性的問題中,主要存在結(jié)構(gòu)及安裝及維護的安全。解決的辦法是:①屋頂采用鋼結(jié)構(gòu)、與主體結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計,立面設(shè)計扣細(xì)節(jié),注重節(jié)點設(shè)計;②屋頂集熱板安裝在架空的鋼架中,立面結(jié)合陽臺、建筑凹槽安裝,可達(dá)性強,安裝維護便捷安全。

另外,半集中式太陽能熱水系統(tǒng)中的分戶水箱的布置也使一個棘手的問題。我們在設(shè)計中,水箱的布置采用了“集中布置”和“分散布置”兩種方式。小戶型板式住宅,戶數(shù)多,采用屋頂集中布置;大戶型點式住宅,戶數(shù)相對較少,采用各戶分散式布置。

3.5效益分析

①增量成本。增量成本3 000萬左右,折合m2/117元,太陽能利用率總能耗7.5%,回收期4~5年。

②經(jīng)濟效益。年產(chǎn)生熱水量:10.8萬 t,占總熱水用量50%;年節(jié)電量: 580.12萬kW,節(jié)約電費約395.2萬元;年節(jié)省天然氣:86.18萬m3,節(jié)約費用約221.9萬元;年二氧化碳減排量:5 794.5 t;年減排二氧化硫量:174.4 t;年減排碳灰塵量:1 580.9 t。

4結(jié) 語

目前本項目的18層住宅太陽能系統(tǒng)已經(jīng)安裝完畢。并已完成的安置的分房,已經(jīng)具備了入住的條件了。目前,為了積累運行數(shù)據(jù),并驗證設(shè)計與實際運行數(shù)據(jù)的匹配度,我們增加了運行監(jiān)測系統(tǒng),今后將使用運行數(shù)據(jù)定時向社會各界公布,歷時歡迎批評指正。

參考文獻(xiàn):

[1] 王月欣.太陽能熱水系統(tǒng)與中高層住宅的完美結(jié)合的技術(shù)應(yīng)用[J].黑龍江科技信息,2009,(2).