不同形式的太陽能熱水系統(tǒng)在居住建筑中的設(shè)計應(yīng)用

劉 宇 琦

(山西保利房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，山西 太原 030000)

0 引言

為貫徹落實中央和省關(guān)于節(jié)能減排的一系列方針、政策，太原市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會在2013年10月出臺《關(guān)于大力推進(jìn)太陽能光熱建筑應(yīng)用》的文件，要求自2014年元月1日起，在全市新開工建設(shè)的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醫(yī)院、學(xué)校、賓館、洗浴場所等公共建筑中強制推廣應(yīng)用太陽能光熱系統(tǒng)。我司作為以住宅開發(fā)為主的大型房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)，積極落實相關(guān)政策，并將三種主流的太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用在了不同類型的居住類產(chǎn)品中，現(xiàn)將各系統(tǒng)形式優(yōu)缺點與應(yīng)用成果一一解析。

1 分戶集熱—分戶儲熱太陽能熱水系統(tǒng)

陽臺壁掛太陽能熱水系統(tǒng)是我司目前在高層住宅中采用最多的分戶集熱—分戶換熱的太陽能熱水系統(tǒng)。項目定位基本為中低端商品房項目，太原晉中地區(qū)建成交付面積已達(dá)100萬m2，系統(tǒng)運行良好，故障率較低。

陽臺壁掛式太陽能熱水系統(tǒng)是指集熱器與貯熱水箱分開放置，承壓型的家用太陽能熱水系統(tǒng)，由太陽能集熱器、帶換熱器的貯熱水箱(內(nèi)膽)、控制電路、管道和附件等部分組成。它的工作原理是：安裝在陽臺上的集熱器吸熱后，把熱量傳導(dǎo)給導(dǎo)熱介質(zhì)；導(dǎo)熱介質(zhì)通過自然循環(huán)或強制循環(huán)進(jìn)入換熱器，把冷水加熱，熱量不足時輔以電加熱。

陽臺壁掛太陽能熱水系統(tǒng)具備以下幾個優(yōu)點：

1)分戶設(shè)置，交房移交于業(yè)主，后期用戶自理，后期物業(yè)設(shè)備維護(hù)管理成本很低，避免糾紛。

2)安裝難度低，后期拆改方便。

3)換熱效果好且每戶水量有保證，不受其余住戶影響，并配有電輔加熱功能，陰雨天使用不受影響。

4)造價較為經(jīng)濟，戶均造價約3 000元～3 500元，適用于中低端住宅項目成本配置。

該系統(tǒng)最為明顯的缺點：

1)影響建筑外立面與南向陽臺的整體觀感。

2)數(shù)年后，外掛太陽能板支架松動，可能產(chǎn)生安全隱患。

3)在容積率高、建筑樓間距小的條件下，無法滿足低層業(yè)主的安裝使用要求。

設(shè)計施工要點：

1)陽臺壁掛太陽能板的固定方式，最好在主體外墻澆筑時做到構(gòu)件預(yù)埋；如果后期安裝，當(dāng)固定于實心混凝土墻時，可采用化學(xué)螺栓固定支架，保證螺栓進(jìn)入實體墻10 cm；當(dāng)固定于空心砌塊墻時，需采用對穿螺桿錨固的方式固定。

2)太陽能儲水罐的設(shè)計位置要盡可能的固定于承重墻體上，遇到無法固定于承重墻體時，需在樓板打吊架配合側(cè)墻支架一同固定。

3)所有的陽臺壁掛太陽能儲水罐均為豎式安裝，且儲水罐旁需預(yù)留電輔熱專用插座，接戶內(nèi)冷熱水點位提前設(shè)計預(yù)留到位。

2 集中集熱—集中儲熱太陽能熱水系統(tǒng)

集中集熱—集中儲熱太陽能熱水系統(tǒng)是出現(xiàn)較早的一種太陽能熱水系統(tǒng)形式，集熱板與儲水罐一起放置于屋頂，通過屋頂集中放置的太陽能集熱板收集熱量，通過熱媒管道將熱量輸送至屋頂集中式儲熱水箱進(jìn)行換熱并儲存，再通過循環(huán)泵與循環(huán)立管將熱水送至末端用戶。當(dāng)太陽能光照不足時用戶可以通過集中式儲熱水箱內(nèi)置電輔加熱裝置進(jìn)行輔助加熱，保證用戶熱水供應(yīng)。

該系統(tǒng)的優(yōu)點：1)太陽能集熱板統(tǒng)一安裝在屋面，不影響外立面效果且集熱板利用太陽能不受樓座間距影響。2)室內(nèi)沒有任何設(shè)備，節(jié)省戶內(nèi)空間。3)造價低廉，如應(yīng)用在高層住宅中，戶均造價低至2 000元～2 500元。但該系統(tǒng)形式有較為明顯的缺點：1)太陽能板與巨大的儲水罐放置于屋頂，影響屋頂造型。2)屋頂放 置數(shù)噸重的儲熱水箱會導(dǎo)致屋頂結(jié)構(gòu)荷載相應(yīng)增加很多，儲熱水箱與相關(guān)設(shè)備基礎(chǔ)均需提前設(shè)計施工。3)山西地區(qū)冬季氣溫低至零下十幾度，需采用系統(tǒng)防凍循環(huán)控制與伴熱帶防凍措施，冬季因防凍帶來的耗電量也會大大增加。4)熱水循環(huán)立管需設(shè)計安裝于水暖管道井內(nèi)且增設(shè)分戶熱水計量表，增加了對水暖井道尺寸的要求，也就增加了用戶公攤面積。5)系統(tǒng)一旦投入運行存在長期的物業(yè)收費與設(shè)備維護(hù)管理問題，運行中能耗較多，費用攤銷業(yè)主普遍接受度低。6)供水溫度單一且無法控制每戶的用水量，用戶之間用水互相影響，舒適度大打折扣。

針對此系統(tǒng)的優(yōu)缺點，我司目前只在配建的廉租房、小區(qū)附屬的幼兒園等小型公建中采用，不建議在商品房中大范圍推廣使用。

3 集中集熱—分戶儲熱太陽能熱水系統(tǒng)

集中集熱—分戶換熱太陽能熱水系統(tǒng)是近幾年市場上推廣開來的一種太陽能熱水系統(tǒng)形式。系統(tǒng)由平板集熱器、板式換熱器、緩沖水箱、水泵、循環(huán)管路系統(tǒng)、戶內(nèi)儲熱水箱、主控制器等組成。屋面太陽能集熱板通過串并聯(lián)方式組成集熱器矩陣，設(shè)備放置于約10 m2的專用設(shè)備機房間。系統(tǒng)運行分為集熱循環(huán)、熱媒循環(huán)與熱水供應(yīng)三個部分。

集熱循環(huán)：當(dāng)平板集熱器溫度與緩沖水箱溫度的溫差高于設(shè)定的溫度差值時，集熱循環(huán)泵啟動工作，通過板式換熱器將其中的低溫介質(zhì)輸送至集熱器，再將集熱器中高溫介質(zhì)通過換熱器傳導(dǎo)至緩沖水箱；當(dāng)平板集熱器溫度與緩沖水箱溫度的溫差低于設(shè)定的溫度差值時，集熱循環(huán)泵停止工作，如此循環(huán)逐步將緩沖水箱內(nèi)的水加熱；當(dāng)管道溫度低于5 ℃時，集熱循環(huán)泵工作，低溫保護(hù)，避免管道凍堵。

熱媒循環(huán)：當(dāng)緩沖水箱內(nèi)的水溫高于設(shè)定值時，且緩沖水箱內(nèi)的水溫與循環(huán)管道內(nèi)的溫差高于設(shè)定值時，熱媒循環(huán)泵啟動工作，當(dāng)緩沖水箱內(nèi)的水溫與循環(huán)管道內(nèi)的溫差低于設(shè)定值時，熱媒循環(huán)泵停止工作；如此循環(huán)，將緩沖水箱內(nèi)的熱水輸送到每個用戶的換熱水箱內(nèi)的換熱盤管，通過換熱盤管將熱量傳遞給每個儲熱水箱，使水箱內(nèi)的水溫升高。

熱水供應(yīng)：該系統(tǒng)的熱水供應(yīng)同電熱水器的使用完全一樣，自來水接入水箱進(jìn)水管，用水時只要打開閥門，冷水就會自動將儲熱水箱內(nèi)的熱水頂出，并且保持和冷水一樣的壓力，便于混水。

該系統(tǒng)形式具備以下幾個顯著優(yōu)點：1)屋面集中安裝太陽能集熱板，循環(huán)設(shè)備集中設(shè)置于屋面機房間，不影響外立面感觀，安全穩(wěn)定，便于實現(xiàn)太陽能和建筑的完美結(jié)合。2)突破樓層高度的限制，最多可以滿足30層住宅用戶。3)無需熱水計量收費，有效解決了集中供水分戶計量所存在物業(yè)收費難的問題和輔助能源費用分?jǐn)倖栴}。4)獨立使用的承壓水箱，業(yè)主根據(jù)自己的習(xí)慣設(shè)定輔助能源啟動時間，實現(xiàn)水溫的個性化控制，最大限度的節(jié)省能源。該系統(tǒng)形式的缺點：1)成本較高，戶均造價達(dá)5 000元～5 500元，適用于低密洋房、小高等高端住宅項目。2)循環(huán)立管與儲熱水箱安裝于戶內(nèi)，占用空間較大，一般單獨設(shè)置于家政間內(nèi)。3)由于換熱次數(shù)多，熱損失較其余兩種系統(tǒng)大。4)后期物業(yè)需要對系統(tǒng)進(jìn)行長期維護(hù)，循環(huán)泵產(chǎn)生的少量公共電費需要物業(yè)向業(yè)主分?jǐn)偸杖　?/p>

設(shè)計施工要點：1)屋面太陽能集熱板通過串并聯(lián)方式組成集熱器矩陣，需考慮與屋頂造型的關(guān)系，不可被屋頂造型遮擋，折損采光面積與時間。2)設(shè)備放置于約10 m2的屋頂專用太陽能機房間，機房間面積參與逆12層住戶面積公攤，需在項目報規(guī)報建階段給予提前預(yù)留。3)循環(huán)立管與戶內(nèi)換熱儲水箱盡量布置于單獨的家政間或設(shè)備平臺內(nèi)，做到排水方便，且在土建設(shè)計施工階段提前預(yù)留循環(huán)立管墻套管。4)戶內(nèi)儲熱水箱提前定位，需在承重墻體處固定儲熱水罐，準(zhǔn)確預(yù)留冷熱水進(jìn)出水管與電加熱插座。

針對此系統(tǒng)的優(yōu)缺點與成本特征，我司近年來在低密多層洋房、小高層等高端產(chǎn)品中多采用此種系統(tǒng)。截至目前，太原與晉中地區(qū)均有此類項目交付投入使用。

4 結(jié)語

我國的太陽能利用產(chǎn)業(yè)已發(fā)展多年，取得的成就令人矚目。截至目前，我國已經(jīng)成為全球最大的生產(chǎn)和使用太陽能熱水器的國家。其發(fā)展迅速且產(chǎn)品形式多樣，并對其他領(lǐng)域的發(fā)展起到了積極的推動作用。同樣，我國發(fā)展多年的商品房開發(fā)市場，也告別了炫富時代，綠色、環(huán)保、健康成了市場的趨勢。人們對于住宅產(chǎn)品的戶型結(jié)構(gòu)、外立面感觀、智能化機電設(shè)備、健康居住體驗、產(chǎn)品多樣性等方面的要求也在日益提升。未來如何將更新更優(yōu)的設(shè)備不斷的與建筑實現(xiàn)完美結(jié)合，達(dá)到住宅產(chǎn)品的更新迭代，是每一位相關(guān)從業(yè)人員的努力方向。