探究太陽能熱水系統(tǒng)在中高層綠色建筑中的應(yīng)用

何幸蕾

（佛山市城匠建筑設(shè)計院有限公司，廣東佛山 528000）

0 引言

近年來，我國太陽能熱水系統(tǒng)較之以往有了進一步的發(fā)展，其在綠色建筑中有了越來越廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)前我國建筑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗的重要舉措之一，但從實際情況來看，中高層綠色建筑本身具有一定的特殊性，太陽能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用始終面臨一定的阻礙因素，基于此，有必要對其展開更為深入的探究。

1 研究背景

在可持續(xù)發(fā)展以及綠色發(fā)展理念不斷推廣和應(yīng)用的過程中，我國開始加大力度發(fā)展綠色建筑，綠色建筑最直觀的表現(xiàn)便是采用了多樣化的節(jié)能技術(shù)，其中太陽能熱水系統(tǒng)是比較重要的組成部分，由于其推廣時間比較早，所以其在實踐應(yīng)用和探究中相對于其他綠色建筑節(jié)能技術(shù)來說已經(jīng)有了相對較高的成熟度，是當(dāng)前業(yè)內(nèi)比較關(guān)注和重視的技術(shù)之一。合理使用太陽能熱水系統(tǒng)可以起到節(jié)約電能的作用，在降低能源消耗以及減少成本投入方面有著重要意義，同時還能夠提升項目整體的經(jīng)濟效益。但在綠色建筑實際應(yīng)用太陽能熱水系統(tǒng)的過程中依然面臨著一定的不利因素，例如，在對集熱器進行安裝的過程中往往同建筑物整體的規(guī)劃與布局之間存在一定的矛盾，與此同時，在部分高層建筑中時常會面臨光熱利用的相關(guān)問題，而且若是集熱器的安裝操作存在失誤，其還存在安全問題。

尤其是針對中高層建筑而言，若是其本身對于熱水有著相對較大的需求，并且還面臨著安裝空間不足等問題的情況，所以相關(guān)工作人員需要嚴格按照因地制宜的原則，從整體的角度出發(fā)展開對于太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計工作，例如，可以強化對于陽臺、立面以及屋頂?shù)榷鄻踊绞竭M行太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)置，此舉既能夠提升資源的利用效率，還能夠支撐中高層綠色建筑的高質(zhì)量運行。

2 中高層綠色建筑中太陽能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用分析

2.1 系統(tǒng)選擇

2.1.1 陽臺掛壁式

陽臺掛壁式太陽能熱水系統(tǒng)是比較常見的一種系統(tǒng)類型，其在應(yīng)用階段能夠?qū)崿F(xiàn)儲熱水箱以及集熱器之間的有效分離，將集熱器安裝在陽臺的外側(cè)能夠有突破以往中高層建筑在安裝面積方面的局限性，與此同時，集熱器本身所具有的獨立性，還能夠在極大程度上提升建筑物的美觀性和整體性。在有著良好日光照射條件的情況下，其熱量能夠加熱水箱中的水，直到滿足用戶所需求的溫度，此時用戶便能夠?qū)μ柲軣崴到y(tǒng)所加熱的水進行直接使用，不需要再次對其展開加熱工作[1]。為了能夠方便后續(xù)高質(zhì)量開展管理維護工作，每一戶都需要對二次加熱裝置進行單獨設(shè)置，其在實際應(yīng)用過程中有著更高的舒適性和便捷性，這種類型的太陽能熱水系統(tǒng)大多應(yīng)用于南方地區(qū)。陽臺掛壁式太陽能熱水系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 陽臺掛壁式太陽能熱水系統(tǒng)

2.1.2 分戶儲熱式

除了陽臺掛壁式太陽能熱水系統(tǒng)以外，當(dāng)前，我國還經(jīng)常使用分戶儲熱式的太陽能熱水系統(tǒng)，其在應(yīng)用中有著以下幾方面突出的特點。其系統(tǒng)是共用的，能夠有效滿足資源共享的相關(guān)要求，工作人員會在屋面的位置上對集熱模塊展開集中統(tǒng)一的安裝工作，與此同時，該系統(tǒng)的集熱以及蓄熱分別屬于單獨的循環(huán)系統(tǒng)，用戶能夠自動化地開展對于獨立系統(tǒng)的控制工作。當(dāng)有著良好的日光照射條件時，其熱量能夠加熱水箱中的水并滿足用戶直接使用的需求，但若是沒有充足的日光照射條件，則要對水采取二次加熱措施。

基于此，用戶在正式使用熱水之前應(yīng)當(dāng)先對水箱內(nèi)部水的溫度進行查看，若是其溫度并沒有符合要求，便應(yīng)當(dāng)采用手動的方式進行加熱，并通過電輔熱系統(tǒng)的應(yīng)用達到二次加熱的效果，一旦水溫達到要求便可以自動停止加熱操作。此舉能夠最大限度提升太陽能系統(tǒng)的實際應(yīng)用效率，可以達到節(jié)省能源的效果，是支撐綠色建筑持續(xù)發(fā)展的重要舉措，該系統(tǒng)在中高層住宅建筑中的應(yīng)用對于可操作性面積有著相對較大的要求。分戶儲熱式太陽能熱水器如圖2 所示。

圖2 分戶儲熱式太陽能熱水器

2.1.3 集中集熱太陽能熱水系統(tǒng)

對于那些有著較大用水需求的集中供水公寓以及酒店來說，大多會設(shè)置太陽能中央熱水系統(tǒng)，其具體指的是利用太陽能集熱器對水進行加熱然后再保溫水箱中對其進行貯存，大多屬于智能化自動操控。

該系統(tǒng)最突出的特點便是可以從具體需求出發(fā)對太陽集熱器展開集中設(shè)置，例如在屋面以及墻壁上都存在著集中的貯水裝置，供熱終端則涉及計量裝置，因為不同的終端在用水時間方面存在較大的差異性，所以在相應(yīng)的時間段內(nèi)，總體用熱水量能夠達到自然平衡的效果，以充分展現(xiàn)出太陽集熱器本身的熱效率。該系統(tǒng)的應(yīng)用可以在一定程度上起到節(jié)約管道的作用，可以為主管熱水循環(huán)創(chuàng)造良好的條件，并且能夠充分展現(xiàn)出該系統(tǒng)在節(jié)約投資方面的優(yōu)勢。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計

在太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計方面，應(yīng)當(dāng)將其融入到現(xiàn)有的建筑給排水設(shè)計當(dāng)中，不僅應(yīng)當(dāng)能夠同本標(biāo)準(zhǔn)要求相適應(yīng)，還需要充分符合《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50015—2019）中的要求和規(guī)定[2]。除此以外，太陽能熱水系統(tǒng)無論是在水質(zhì)、水壓還是在水溫方面都應(yīng)當(dāng)能夠滿足相關(guān)規(guī)定，工作人員需要綜合考慮建筑項目的實際特點以及在衛(wèi)生、維護管理和熱水用量等方面的要求對輔助能源加熱設(shè)備的類型進行確定，并保障其同現(xiàn)行的建筑給排水設(shè)計規(guī)范相適應(yīng)。集熱系統(tǒng)是太陽能熱水系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分，在對其進行安裝的過程中應(yīng)當(dāng)符合以下幾方面要求。首先，工作人員需要將太陽能集熱器妥善安裝在建筑物上，并確保其所安裝的位置能夠保障每日4h 以上日照時間，與此同時也不會低于相鄰建筑的日照標(biāo)準(zhǔn)。其次，若是要將太陽能集熱器以及相關(guān)連接管路安裝在墻面、陽臺等部位上，需要針對其和建筑整體展開綜合性的一體化設(shè)計工作，以保障其造型和功能可以滿足建筑的整體性要求。最后，設(shè)計人員需要強化對于集熱器尺寸規(guī)格等的合理把控，可以和建筑模數(shù)之間呈現(xiàn)出相互協(xié)調(diào)的特點。

太陽能集熱器總面積的確定應(yīng)當(dāng)綜合考慮系統(tǒng)每天平均的用水量以及水溫情況進行計算，公式如下。

式中：Ac——系統(tǒng)集熱器的總面積，m2；Qw——該系統(tǒng)每日平均的熱水用量；C——水的定壓比熱容；ρτ——水的密度；tend——在貯水箱中的水所具有的終止設(shè)計溫度，ηcd和ηL分別指集熱器每月或者是每年的平均集熱效率以管路和貯水箱在應(yīng)用過程中所具有的熱損失率。

太陽能集熱器運行原理如圖3 所示。

圖3 太陽能集熱器運行原理

除此以外，設(shè)計人員還應(yīng)當(dāng)優(yōu)化系統(tǒng)管線的組織布置，確保其走向的科學(xué)性以及合理性，以免其對于建筑的正常使用以及外觀造成不利影響，設(shè)計人員需要將豎向管線科學(xué)設(shè)置在豎向管道井當(dāng)中，確保其具有較好的隱蔽性以及安全性，此舉能夠方便其開展高質(zhì)量的檢修工作。

2.3 系統(tǒng)安裝

在完成系統(tǒng)設(shè)計工作之后便可以進入到系統(tǒng)的安裝階段，其安裝的各個環(huán)節(jié)和步驟都需要能夠滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求，切忌對建筑物自身結(jié)構(gòu)造成損壞，與此同時，安裝工作不應(yīng)當(dāng)對其荷載承受能力造成負面影響，并且不會對建筑物的各種附屬設(shè)施以及屋面防水層的性能產(chǎn)生損害。針對系統(tǒng)安裝而言，相關(guān)工作人員需要對施工組織設(shè)計展開單獨的編制工作，對各種交叉作業(yè)的開展和相互配合的方案進行全面的制定，同時提出相應(yīng)的安全措施。在正式開展安裝工作之前需要準(zhǔn)備好有關(guān)設(shè)計文件，并保障其均已經(jīng)通過審查，與此同時還要確保施工方案以及組織設(shè)計的科學(xué)性以及合理性，以此為后續(xù)安裝工作提供參考依據(jù)。工作人員還應(yīng)當(dāng)深入了解施工現(xiàn)場道路、場地以及水電等條件是否符合施工要求，以免準(zhǔn)備不充分制約后續(xù)施工的高質(zhì)量進行。

所有進場并實施安裝的產(chǎn)品、材料以及配件都需要具有產(chǎn)品合格證，以保障其能夠同設(shè)計要求相適應(yīng)，在對太陽能熱水系統(tǒng)進行安裝的過程中需要在完成操作的部位開展相應(yīng)的保護工作，在實施過程中還需要合理把控產(chǎn)品以及相關(guān)物品吊裝、搬運的各個環(huán)節(jié)，盡可能避免存在損壞以及碰撞等問題，此外，其所安裝的分散供熱水系統(tǒng)需要確保其合理性，不會對其他用戶的正常使用產(chǎn)生負面影響[3]。

2.4 運行與維護

在正式運行太陽能熱水系統(tǒng)之前，相關(guān)工作人員需要對當(dāng)前我國現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求進行了解，進而為后續(xù)的安裝工作提供方向上的指引。初次運行之前，工作人員需要先針對貯熱水箱采取沖洗措施，保障集熱器和管理內(nèi)部的情節(jié)性，然后便可以將熱工質(zhì)填充到系統(tǒng)當(dāng)中。貯熱水箱如圖4 所示。

圖4 貯熱水箱

在系統(tǒng)運行過程中，工作人員需要結(jié)合實際需求針對計量裝置以及控制器等開展科學(xué)有效的調(diào)試工作，進而提升各個組件的運行成效，直到其能夠同具體的設(shè)計要求相適應(yīng)，并且還要提高系統(tǒng)整體的運行成效。

對于集熱系統(tǒng)來說，其在運行和維護階段應(yīng)當(dāng)能夠?qū)療崞鞅砻嫔洗嬖诘幕覊m展開定期的沖洗和清潔工作，并及時將真空管內(nèi)部的水垢去除，工作人員在日常工作中需要實時動態(tài)地針對真空管集熱器展開檢查工作，盡可能降低其所面臨的硬物沖擊的隱患。真空管集熱器在運行階段時常會面臨著一定的泄漏隱患，所以需要對其進行全方位的檢查，以減少類似現(xiàn)象的出現(xiàn)。在儲熱系統(tǒng)的運行和維護方面，工作人員需要針對貯熱水箱的密封性展開全方位的檢查工作，一旦發(fā)現(xiàn)其存在破損問題便要第一時間采取修補措施。工作人員還要注重落實對于保溫層的檢查，并且要針對其所存在的問題開展處理工作。在日常工作中還要定期將其中的水垢清除，并避免其中存在其他義務(wù)，這樣便可以有效化解循環(huán)管道堵塞的問題[4]。

3 結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前我國中高層綠色建筑層出不窮的時代背景下，太陽能熱水系統(tǒng)作為至關(guān)重要的節(jié)能舉措之一開始大范圍推廣和應(yīng)用，這對于我國建筑領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展有著積極的促進作用。因此，相關(guān)研究人員需要加強對其的重視，進而在實踐中總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，為太陽能熱水系統(tǒng)的高效應(yīng)用創(chuàng)造良好的條件。