李作鑫, 張福萍
(中國(guó)航天建設(shè)集團(tuán)有限公司,北京100071)
廊坊市某公寓位于河北廊坊中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院內(nèi),為多層住宅建筑;大樓全長(zhǎng)90.30 m,寬18.40 m,地上6層,建筑高度19.60 m,總建筑面積8 242.62 m2,鑒于近年來(lái)國(guó)家和地方在建筑節(jié)能減排領(lǐng)域的政策導(dǎo)向及冀建質(zhì)[2008]611號(hào)文的要求[1],建筑進(jìn)行了太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì),熱水主要用于用戶(hù)洗浴用水。
初期太陽(yáng)能熱水器在住宅中的應(yīng)用以分戶(hù)獨(dú)立系統(tǒng)為主, 隨著太陽(yáng)能應(yīng)用水平和技術(shù)的不斷提高,集中式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)越來(lái)越受到人們的重視。與分戶(hù)式系統(tǒng)相比, 集中式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)具有投資節(jié)省、集成化程度高、用戶(hù)之間用水可相互平衡、容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)供水等優(yōu)勢(shì), 同時(shí)便于與建筑結(jié)合, 可以同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)管理, 是今后太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施給水排水》對(duì)設(shè)計(jì)耗熱量超過(guò)293 100 kJ/h(81.4 kW)的用戶(hù)推薦采用集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)[2-4]。建筑設(shè)計(jì)耗熱量為747 173 kJ/h;綜上建筑采用集中式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。
根據(jù)技術(shù)現(xiàn)狀, 可用于住宅類(lèi)公寓的集中式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)主要包括兩種:集中集熱-集中儲(chǔ)熱-集中輔助加熱系統(tǒng)和集中集熱-分戶(hù)供熱-分戶(hù)輔助加熱系統(tǒng)[5-7]。這兩種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分述如下:
集中集熱-集中儲(chǔ)熱-集中輔助加熱系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。
圖1 集中集熱-集中儲(chǔ)熱-集中輔助加熱系統(tǒng)原理
系統(tǒng)在屋頂上需設(shè)置集熱水箱及輔助熱源,需在屋頂上設(shè)置設(shè)備機(jī)房, 按建筑規(guī)范, 當(dāng)屋頂機(jī)房的面積超過(guò)屋面面積的1/8時(shí), 就需要計(jì)入建筑面積, 這是開(kāi)發(fā)商無(wú)法接受的; 另外集中輔助加熱需另設(shè)輔助熱源, 當(dāng)天氣不好時(shí), 完全靠輔助熱源產(chǎn)生生活熱水, 即使只有一戶(hù)用熱水, 整個(gè)系統(tǒng)也得運(yùn)行,系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用高; 另外系統(tǒng)的產(chǎn)權(quán)歸屬也難以明確,在小區(qū)入住率不高或系統(tǒng)節(jié)能效果不明顯等情況下,物業(yè)公司在對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的費(fèi)用進(jìn)行分?jǐn)倳r(shí), 常常與業(yè)主產(chǎn)生糾紛, 造成物業(yè)管理困難。
另外就系統(tǒng)本身而言, 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí), 為保證冷熱水分區(qū)一致, 需分高低兩個(gè)區(qū)設(shè)置兩套太陽(yáng)能熱水系統(tǒng), 相應(yīng)的設(shè)備數(shù)量增加、管井內(nèi)的管線數(shù)目也會(huì)增加。
圖2 集中集熱-分戶(hù)換熱-分戶(hù)輔助加熱系統(tǒng)原理
集中集熱-分戶(hù)換熱-分戶(hù)輔助加熱的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。系統(tǒng)通過(guò)屋頂集中放置的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)收集熱量,集熱介質(zhì)作為熱媒供給各戶(hù)的承壓儲(chǔ)熱水箱與冷水換熱, 然后通過(guò)循環(huán)立管回至屋頂重復(fù)加熱,在這個(gè)過(guò)程中只有熱量的交換, 沒(méi)有流量的損失; 立管中的集熱介質(zhì)較其他系統(tǒng), 避免了集熱循環(huán)管道的結(jié)垢問(wèn)題, 太陽(yáng)能系統(tǒng)運(yùn)行更安全穩(wěn)定。樓頂不設(shè)置集中儲(chǔ)熱水箱, 減少了樓頂建筑負(fù)荷;每戶(hù)設(shè)置承壓水箱, 安裝在設(shè)備陽(yáng)臺(tái), 內(nèi)部安裝單盤(pán)管系統(tǒng), 下部盤(pán)管與太陽(yáng)能系統(tǒng)換熱, 冷水來(lái)自各用戶(hù)自用水,通過(guò)每戶(hù)入戶(hù)水表計(jì)量水費(fèi),避免了其他系統(tǒng)用水計(jì)量困難的問(wèn)題; 太陽(yáng)能系統(tǒng)僅提供熱量而不供應(yīng)熱水, 用戶(hù)根據(jù)自身用水情況提供輔助加熱, 不但提高了用戶(hù)熱水使用的靈活性也提高了物業(yè)管理的效率; 系統(tǒng)公攤的日常運(yùn)行費(fèi)用僅為設(shè)在屋頂?shù)募療嵫h(huán)泵運(yùn)行時(shí)的電費(fèi), 其余輔助加熱部分費(fèi)用均在戶(hù)內(nèi)產(chǎn)生, 避免了因收費(fèi)問(wèn)題帶來(lái)的物業(yè)糾紛。
從建筑物使用要求和物業(yè)管理角度而言, 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)便于管理, 用戶(hù)與物業(yè)之間不會(huì)因系統(tǒng)使用不合理產(chǎn)生“糾紛”;在項(xiàng)目實(shí)施階段甲方對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)多次強(qiáng)調(diào)其設(shè)計(jì)應(yīng)便于管理,盡量避免用戶(hù)與物業(yè)之間不會(huì)因系統(tǒng)使用不合理產(chǎn)生“ 糾紛”。并結(jié)合上述兩種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)并與甲方溝通后,兩方均認(rèn)為集中集熱-分戶(hù)換熱-分戶(hù)輔助加熱的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是建筑合理的熱水供應(yīng)形式。
多層建筑集中式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中, 集熱器的排列方式是設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問(wèn)題之一。集熱器排列方式的設(shè)計(jì)主要依據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式和場(chǎng)地環(huán)境, 同時(shí)要考慮和建筑物結(jié)構(gòu)及建筑物整體美觀的協(xié)調(diào)。集熱器排列方式有串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)3種[8], 如圖3所示,根據(jù)具體需要進(jìn)行設(shè)計(jì), 系統(tǒng)采用混聯(lián)排列方式。
圖3 集熱器排列方式
(1) 存在的問(wèn)題。采用集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)供水安全﹑舒適﹑可靠﹑穩(wěn)定﹑噪音小等的要求。此外,儲(chǔ)熱水箱設(shè)置于各用戶(hù)室內(nèi)有利于用戶(hù)計(jì)量、及物業(yè)收費(fèi)與管理。但也存在一些問(wèn)題:公寓內(nèi)的供水干管及回水干管均設(shè)置在公共部位的管道井,從管道井至戶(hù)內(nèi)用水點(diǎn)的支管均埋設(shè)在樓板墊層內(nèi)。太陽(yáng)能熱媒水管道也按照這種方式敷設(shè),管路較長(zhǎng),損失大,也降低了熱效。住宅建筑設(shè)計(jì)時(shí), 沒(méi)有充分考慮太陽(yáng)能的利用問(wèn)題, 沒(méi)能為以后利用太陽(yáng)能提供條件;沒(méi)有結(jié)合住宅的使用特性設(shè)計(jì)產(chǎn)品, 太陽(yáng)能設(shè)備完全是純工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品, 在安裝、使用中與建筑無(wú)法完美結(jié)合, 影響了住宅建筑的使用和美觀。
(2) 解決措施。加強(qiáng)配回水管道的保溫,減小管網(wǎng)熱損失,要求不同管路施以不同色漆,以便今后的運(yùn)行管理。在個(gè)別水力條件不利的管路上增設(shè)局部電伴熱裝置。在各回水泵前端設(shè)置溫度傳感器,通過(guò)傳感器感知回水溫度進(jìn)而控制循環(huán)泵的運(yùn)轉(zhuǎn),以確保各供回水管路最不利控制點(diǎn)水溫。屋面集熱器在造型設(shè)計(jì)中, 可將標(biāo)準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)成屋面飾面板和飾面瓦, 以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的屋面材料, 可以將標(biāo)準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)成帶保溫結(jié)構(gòu)、與天窗通用的模塊, 從而為太陽(yáng)能與建筑的一體化使用創(chuàng)造條件。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從專(zhuān)業(yè)分工上劃分, 主要由建筑給排水專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員來(lái)完成; 同時(shí)也需要建筑、結(jié)構(gòu)和電氣工程師配合完成。而太陽(yáng)能與建筑的有機(jī)結(jié)合是太陽(yáng)能熱水設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向, 問(wèn)題是一個(gè)社會(huì)系統(tǒng)工程, 需要社會(huì)有關(guān)方面協(xié)同解決。
在常規(guī)能源日益匾乏的今天, 太陽(yáng)能在建筑中的應(yīng)用逐漸成為建筑節(jié)能的主要發(fā)展方向, 太陽(yáng)能與建筑一體化設(shè)計(jì)也越來(lái)越引起人們的關(guān)注。公寓等多層住宅建筑隊(duì)熱水供應(yīng)系統(tǒng)有安全﹑可靠﹑穩(wěn)定﹑舒適﹑噪音小的共同要求,因此就熱水供應(yīng)方案進(jìn)行比較與優(yōu)選是必要的。集中集熱-分戶(hù)換熱-分戶(hù)輔助加熱系統(tǒng)有利于用戶(hù)計(jì)量、物業(yè)收費(fèi)與管理,雖投資費(fèi)用有所增加,但基于其廣泛的應(yīng)用及較低的后續(xù)管理維護(hù)費(fèi)用。系統(tǒng)作為建筑的太陽(yáng)能熱水供水系統(tǒng)是合理的,另系統(tǒng)中出現(xiàn)的問(wèn)題能夠得到較好的解決。
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