基于太陽(yáng)能的建筑熱水供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘要：太陽(yáng)能是一種清潔能源，陽(yáng)能供熱水系統(tǒng)的引入從宏觀層面能夠有效的降低建筑的整體能量需求，對(duì)當(dāng)前環(huán)境下的節(jié)能減排起到積極的作用，在微觀層面則可以為建筑使用者節(jié)約部分電能消耗，進(jìn)而在后續(xù)的使用成本方面提供更為具有競(jìng)爭(zhēng)力的使用環(huán)境。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能;建筑;熱水供水系統(tǒng);設(shè)計(jì)

引言

隨著能源緊張以及節(jié)能減排政策的落實(shí)，越來(lái)越多的建筑采用太陽(yáng)能集中熱水供水整合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。此種設(shè)計(jì)由于能夠有效的降低建筑能耗，并為建筑用戶(hù)提供必要的熱水供應(yīng)而受到廣泛的歡迎與關(guān)注，而在實(shí)際的設(shè)計(jì)與操作過(guò)程中還存在一定的不規(guī)范現(xiàn)象。因此，本文對(duì)此進(jìn)行了分析。

一、基于太陽(yáng)能的建筑熱水供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1建筑太陽(yáng)能熱水供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑熱水供水系統(tǒng)主要由進(jìn)水部分、加熱部分、供水部分組成，因此，設(shè)計(jì)基于太陽(yáng)能的建筑熱水供水系統(tǒng)的時(shí)候，也要從這幾個(gè)方面人手。首先，對(duì)進(jìn)水部分進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要采取單向閥門(mén)的形式，并要綜合考慮建筑體髙度、自來(lái)水管線以及壓力等因素，確保管線連接的科學(xué)性;其次，對(duì)加熱部分進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要全面考慮太陽(yáng)能真空管加熱手段、水箱儲(chǔ)水能力等因素，同時(shí)也要注意集熱器的布置排列;最后，對(duì)供水部分進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，因考慮重力勢(shì)能來(lái)設(shè)計(jì)水箱高度，確保水箱可自動(dòng)供水，通常不單設(shè)水泵，所以需要在結(jié)合冷水管、熱水管之后再規(guī)劃設(shè)計(jì)，并要采取封閉管道、獨(dú)立管道進(jìn)行優(yōu)化，以確保管道的整體合理性，為后期使用及維護(hù)奠定良好基礎(chǔ)。

1.2建筑太陽(yáng)能熱水供水系統(tǒng)的水箱設(shè)計(jì)

對(duì)水箱進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要考慮水箱體積、水箱熱補(bǔ)償以及水箱保溫效果三個(gè)方面的因素。首先，水箱體積。水箱體積通常設(shè)計(jì)為熱水需求量的40%，以在確保熱水供應(yīng)的基礎(chǔ)上減少成本;其次，水箱熱補(bǔ)償。建筑熱水通常是需要晚上大量供應(yīng)，而這一時(shí)間段太陽(yáng)能利用率較低，幾乎為0，因此，此時(shí)主要是使用水箱存儲(chǔ)的熱水，可采取電能補(bǔ)償作業(yè)的方式;最后，水箱保溫效果。通常采取普通保溫方法，也就是在水箱外表面包裹保溫材料。同時(shí)，也可以采取真空包裹保溫方法，也就是在水箱外側(cè)設(shè)置真空層來(lái)達(dá)到隔溫保暖的效果。

1.3建筑太陽(yáng)能熱水供水系統(tǒng)的定溫循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)進(jìn)水部分進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)及時(shí)給予差額補(bǔ)水管理，確保水箱、上水管之間的有效連接，這種方式下，能夠?yàn)椴铑~補(bǔ)水過(guò)程提供良好的作用，保障冷水能夠快速與水箱內(nèi)部的熱水混合起來(lái)，提高溫度的均一性提升加熱效率。定溫循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，還要采取循環(huán)加熱方法，在外界驅(qū)動(dòng)下，使水源循環(huán)流動(dòng)，并依次流經(jīng)集熱器、加熱管，使水溫逐漸提高。采取循環(huán)加熱方法，可以得到理想的效果，即使太陽(yáng)能等級(jí)達(dá)不到要求，也可確保熱水供應(yīng)，具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性，還不會(huì)導(dǎo)致熱水總量減少。與此同時(shí)，采取循環(huán)加熱方法，可快速提高新進(jìn)涼水的溫度，不會(huì)導(dǎo)致水箱整體溫度的大幅度波動(dòng)。

1.4建筑大陽(yáng)能熱水供水系統(tǒng)的集熱器排列設(shè)計(jì)

集熱器排列是建筑太陽(yáng)能熱水供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要部分，可采取并聯(lián)或者是串聯(lián)的形式，不同形式各有自身獨(dú)特的特點(diǎn)。并聯(lián)方式下，可以確保一定時(shí)間內(nèi)低溫?zé)崴拇罅抗?yīng);串聯(lián)方式下，可采取循環(huán)加熱方法來(lái)對(duì)水進(jìn)行加熱。通常來(lái)說(shuō)，建筑熱水供水系統(tǒng)主要采取強(qiáng)制循環(huán)法來(lái)對(duì)水進(jìn)行加熱，所以并聯(lián)方式、串聯(lián)方式的熱水貢獻(xiàn)基本相同。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，可不考慮并聯(lián)方式、串聯(lián)方式的加熱特點(diǎn)，僅考慮建筑外立面結(jié)構(gòu)以及建筑體高度等因素來(lái)選擇集熱器的排列布置方式。此外，集熱器排列設(shè)計(jì)中，若是外界頂部空間比較充分，則可采取并聯(lián)方式、串聯(lián)方式相混合的方法。對(duì)于建筑立面的集熱器，則需要采取串聯(lián)方式。

二、基于太陽(yáng)能的建筑熱水供水系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置

2.1平均日用水量

太陽(yáng)能作為一種清潔可再生能源，具有間歇性的特征，白天利用率較高，夜晚利用率幾乎接近0，但是，建筑熱水供水系統(tǒng)必須為全天供應(yīng)，在計(jì)算用水M的時(shí)候，不可以瞬時(shí)參數(shù)為準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)計(jì)算平均日用水量，充分考慮當(dāng)?shù)貧夂?、居民?xí)慣等因素，并參考《建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，來(lái)選取日熱水用量定額參數(shù)。一般執(zhí)行如下標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)于局部熱水供應(yīng)系統(tǒng)，居民平均日用水量以每人每天33升為準(zhǔn);對(duì)于集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)，居民平均曰用水量以每人每天40？50升為準(zhǔn)。

2.2大陽(yáng)能保障率

建筑人陽(yáng)能熱水供水系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)一定的損耗，因此，也要考慮太陽(yáng)能保障率方面的因素，以避免這種損耗對(duì)熱水供應(yīng)產(chǎn)生的影響。通常，太陽(yáng)能保障率與系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換率、水箱保溫效果以及管道保溫效果等因素相關(guān)。結(jié)合當(dāng)下應(yīng)用較為廣泛的熱管真空管，假設(shè)要求出水溫度為70攝氏度、進(jìn)水溫度為20攝氏度，那么陽(yáng)關(guān)等級(jí)C級(jí)、建筑太陽(yáng)能熱水供水系統(tǒng)的太陽(yáng)能保障率為每年每平方米1249千瓦時(shí)，則可滿(mǎn)足要求。

2.3冷水、熱水溫度

冷水、熱水溫度的選擇，應(yīng)充分考慮節(jié)能、防腐、細(xì)菌繁殖等因素。建筑熱水供應(yīng)系統(tǒng)的冷水溫度，通常按照當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁赜?jì)算，但溫度在20～30攝氏度的時(shí)候，細(xì)菌繁殖速度較快，因此，最好將冷水溫度設(shè)置為20攝氏度以下。建筑太陽(yáng)能熱水供水系統(tǒng)的熱水溫度通常較低，單日用水量較大，因此水箱內(nèi)部置換頻率較快，可減少病菌的繁殖，且若是幾天沒(méi)有用熱水，那么水箱內(nèi)部溫度則會(huì)維持較髙水準(zhǔn)，天氣比較晴朗的情況下甚至可以達(dá)到70攝氏度，可避免細(xì)菌的生長(zhǎng)。

三、總結(jié)

本文針對(duì)太陽(yáng)能建筑熱水供水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)研究的過(guò)程中分別對(duì)其設(shè)計(jì)的重要參數(shù)進(jìn)行了確定，并針對(duì)系統(tǒng)的不同部分進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì);目前，國(guó)內(nèi)基于光伏的太陽(yáng)能發(fā)電以及太陽(yáng)能熱水技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，具有大規(guī)模應(yīng)用的條件。因此，基于太陽(yáng)能的建筑熱水供水系統(tǒng)的整合與設(shè)計(jì)符合當(dāng)下的建筑給排水設(shè)計(jì)主流，也是后續(xù)的設(shè)計(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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（作者單位：中油遼河工程有限公司環(huán)境工程所）

作者簡(jiǎn)介：張曉翔（1989.09.19），性別：男;籍貫：遼寧丹東;民族：漢;學(xué)歷：本科、學(xué)士;職稱(chēng)：工程師;職務(wù)：公用工程給排水設(shè)計(jì);研究方向：注水及污水處理、給排水及消防。