太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在建筑給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和思考

吳莉萱

中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司廈門分公司 福建 廈門 361000

在人類生存和發(fā)展的過(guò)程中，太陽(yáng)能一直作為重要的能源影響著人們的生活，由于其具有較高的清潔特點(diǎn)、可持續(xù)特點(diǎn)，能夠?qū)Ξ?dāng)前消耗嚴(yán)重的能源現(xiàn)象起到改善作用。并且，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，慢慢實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)能的開發(fā)和利用目的，并且在實(shí)際進(jìn)行太陽(yáng)能運(yùn)用期間，只需要進(jìn)行相關(guān)設(shè)備投入，對(duì)能源利用無(wú)需資金成本，具有更加良好的經(jīng)濟(jì)效益，有助于實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù)，具有非常廣泛的應(yīng)用條件。同時(shí)，在建筑給排水系統(tǒng)中，也能夠體現(xiàn)出更高的環(huán)保價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 建筑給排水設(shè)計(jì)中應(yīng)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

1.1.1 保護(hù)環(huán)境

目前，火電站生產(chǎn)電能是我國(guó)電能產(chǎn)生的主要方式，生產(chǎn)電能的過(guò)程也是不可再生資源消耗的過(guò)程。同時(shí)，該過(guò)程也會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染，盡管電能自身是清潔無(wú)污染的，但是生產(chǎn)電能的過(guò)程同樣也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。另外，在使用燃?xì)獾倪^(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致大量的溫室氣體產(chǎn)生，同樣也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定程度的影響。從這個(gè)角度分析，太陽(yáng)能具有相對(duì)較清潔的特點(diǎn)，在使用過(guò)程中，不會(huì)對(duì)外界環(huán)境造成任何影響。不僅可以直接用于加熱，同時(shí)，還具有較高的轉(zhuǎn)化率，對(duì)環(huán)境起到了良好的保護(hù)效果。

1.1.2 降低成本

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)主要是指在建筑給排水系統(tǒng)中用太陽(yáng)能代替原有的能源體系，進(jìn)一步保障建筑熱水系統(tǒng)的制備，能夠最大程度降低對(duì)不可再生能源的消耗，與傳統(tǒng)的電熱和燃?xì)饨o排水能源系統(tǒng)相比，在使用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中，能夠全面降低對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，有助于構(gòu)建節(jié)能的建筑發(fā)展方向。有關(guān)調(diào)查顯示，為了全面保障熱水的供應(yīng)，在日常用水方面，需要燃?xì)庖约半娔艹掷m(xù)不斷進(jìn)行加熱。這也就意味著，加熱的過(guò)程會(huì)消耗大量的不可再生資源，但實(shí)際上，使用熱水的時(shí)間具有一定的隨機(jī)性，由此導(dǎo)致了非常嚴(yán)重的能源浪費(fèi)現(xiàn)象。而太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，只要保證有充足光照，就能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)對(duì)水進(jìn)行加熱的目的，進(jìn)一步保持了水的溫度，同時(shí)也有效降低了外部能源的成本消耗費(fèi)用。

1.1.3 運(yùn)行獨(dú)立

在熱水制備方面，應(yīng)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)具有獨(dú)立運(yùn)行的特點(diǎn)，主要是由于其于建筑燃?xì)庀到y(tǒng)電力體系之間是呈分隔狀態(tài)的，所以不會(huì)受到能源供應(yīng)的制約而導(dǎo)致運(yùn)行不暢。在一定程度上可以說(shuō)，即便發(fā)生系統(tǒng)故障問(wèn)題，或者由于其他因素導(dǎo)致供電、燃?xì)夤?yīng)停止，建筑的熱水制備也會(huì)受到太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的保護(hù)，具有明顯的運(yùn)行自主性，能夠最大程度避免產(chǎn)生制約能源系統(tǒng)的作用。

1.2 應(yīng)用缺點(diǎn)

1.2.1 前期投入較高

雖然在運(yùn)行過(guò)程中，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)幾乎不會(huì)產(chǎn)生任何費(fèi)用，但是在購(gòu)買太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)備以及實(shí)際進(jìn)行系統(tǒng)施工期間，需要較高的成本投入。這主要是由于設(shè)備本身具有較大的科技含量，所以會(huì)有相對(duì)較高的價(jià)格，在實(shí)際使用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)過(guò)程中，往往會(huì)受到建筑工程建設(shè)資金的制約，在一定程度上導(dǎo)致前期投入不足的問(wèn)題，進(jìn)而無(wú)法在給排水系統(tǒng)中進(jìn)行太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，限制了太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的普及。所以，積極進(jìn)行技術(shù)研發(fā)以及設(shè)備成本降低，是當(dāng)前需要重點(diǎn)關(guān)注的任務(wù)。

1.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度大

在建筑給排水系統(tǒng)中，應(yīng)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)具有較高的設(shè)計(jì)難度，這主要是由于受到環(huán)境的影響，在氣候寒冷以及外部光照不足的情況下，太陽(yáng)能熱水器統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的熱水制備使用需求。所以，在安裝太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)過(guò)程中，都需要配備有相關(guān)的輔助加熱系統(tǒng)，最大程度保證建筑給排水系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)熱水制備的具體需求。

1.2.3 受自然環(huán)境限制

雖然太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但是也存在一定使用缺點(diǎn)和限制。首先，太陽(yáng)能作為太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的主要依靠能源，會(huì)受到較強(qiáng)的外部天氣環(huán)境以及氣候的限制，在相對(duì)光照不足、光照時(shí)間較短的地區(qū)，其運(yùn)行狀態(tài)效果不佳，甚至可能無(wú)法滿足正常生活用水的需求。在應(yīng)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)過(guò)程中，必須對(duì)地區(qū)自然環(huán)境因素進(jìn)行全面考慮。

2 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 定溫循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在針對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中定溫循環(huán)系統(tǒng)展開設(shè)計(jì)階段，必須要重點(diǎn)關(guān)注進(jìn)水部分，利用加強(qiáng)水管與水管之間的連接緊密度保障定溫循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，尤其要重點(diǎn)進(jìn)行差額補(bǔ)水設(shè)計(jì)，以此來(lái)保證能夠?qū)崿F(xiàn)均勻混合冷熱水箱內(nèi)所存儲(chǔ)水的目的。在設(shè)計(jì)定位循環(huán)系統(tǒng)期間需要采用循環(huán)加熱的方式，在外力作用下水源能夠保持持續(xù)流動(dòng)的循環(huán)狀態(tài)，有助于形成良好的保溫效果。同時(shí)，也能夠保證更加均勻地進(jìn)行冷水以及熱水的混合分布，進(jìn)一步滿足用戶的熱水供應(yīng)需求，在進(jìn)行定位循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，必須要重點(diǎn)關(guān)注在外力條件下水源的流動(dòng)能力，也要對(duì)水箱與水管之間連接線做強(qiáng)化處理。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在建筑給排水系統(tǒng)中，應(yīng)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，要嚴(yán)格按照具體的安裝順序以及使用功能的重要程度對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷問(wèn)題。首先，針對(duì)進(jìn)水部分展開相應(yīng)設(shè)計(jì)，按照前期計(jì)算得到的參數(shù)結(jié)果，進(jìn)行單向閥門方案的選擇，并且在選擇方案過(guò)程中，要保證方案與太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)布置、建筑物主體高度等實(shí)際情況之間建立關(guān)聯(lián)性，進(jìn)一步保證管線與單向閥門之間呈現(xiàn)更加緊密地連接，避免單向閥設(shè)置位置的不合理，從根本上降低后期可能會(huì)進(jìn)行維修的難度；其次，在進(jìn)行加熱部分設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)水箱性能以及太陽(yáng)能板具有明確的選擇標(biāo)準(zhǔn)。其中，要保證太陽(yáng)能板功率滿足熱水容量需求，同時(shí)也要合理布置太陽(yáng)能真空管并且要根據(jù)加熱板的使用損耗情況及時(shí)進(jìn)行年限的更新；最后，要進(jìn)行供水端設(shè)計(jì)，保障管道的獨(dú)立密封性。但需要注意，在水教溫度持續(xù)升高的狀態(tài)下，可能會(huì)由于內(nèi)部水壓較大而增大重力勢(shì)能的現(xiàn)象[1-3]。

3 在建筑給排水系統(tǒng)中太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的具體應(yīng)用

3.1 在建筑給排水循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用

在太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中應(yīng)用排水循環(huán)系統(tǒng)體現(xiàn)為以下運(yùn)行流程，首先，利用集熱管進(jìn)行太陽(yáng)能收集。收集的太陽(yáng)能會(huì)經(jīng)過(guò)傳導(dǎo)管轉(zhuǎn)移的集熱管中，在太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中利用集熱管進(jìn)行水箱水體加熱，在溫度升高的基礎(chǔ)上，會(huì)促使下循環(huán)管中產(chǎn)生大量的熱量，在水溫下降的情況下，利用下循環(huán)管的熱量完成水箱水體加熱，進(jìn)而保證水溫的理想狀態(tài)。

3.2 在建筑給排水能源系統(tǒng)中的應(yīng)用

應(yīng)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)展開整體控制的目的，保證系統(tǒng)內(nèi)部能源調(diào)配的合理性。這是因?yàn)槭艿郊竟?jié)變化的影響，即便在光照條件比較好的地區(qū)，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)也會(huì)表現(xiàn)出較大的使用差異。但對(duì)排水能源系統(tǒng)實(shí)行整體化控制，既滿足了合理分配資源的目的，同時(shí)也保證了排水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。在夏季溫度相對(duì)較高，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)直接加熱的需要，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱水制備。在冬季氣候相對(duì)寒冷，無(wú)法將水加熱到理想的使用溫度，可以將太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)作為與處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)初步加熱的作用，然后利用輔助系統(tǒng)的電熱管進(jìn)行加熱，同樣也可以滿足穩(wěn)定輸出熱水的目的，應(yīng)用此種能源系統(tǒng)，有效降低了外部能源消耗。

3.3 分戶設(shè)計(jì)在排水系統(tǒng)中的應(yīng)用

安裝太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)具有較高的空間要求和位置要求，只有保證能夠接收到良好的太陽(yáng)照射，才能夠提高熱水系統(tǒng)的熱水制備能力，在一定程度上限制了傳統(tǒng)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的發(fā)展，也影響到太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)應(yīng)用和推廣。應(yīng)用分戶設(shè)計(jì)不僅可以最大程度解決太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)受到的空間問(wèn)題限制，實(shí)現(xiàn)了縮小安裝空間的需求，并且提高了熱水系統(tǒng)的使用效果，具有明顯地推廣太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的價(jià)值。

4 在建筑給排水系統(tǒng)中應(yīng)用太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)的要點(diǎn)

4.1 增強(qiáng)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)性

首先，要保證太陽(yáng)能系統(tǒng)與地區(qū)特點(diǎn)具有明顯的協(xié)調(diào)性，這是因?yàn)樘?yáng)能系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)于太陽(yáng)光照具有較強(qiáng)的依賴性，在光照充足的地區(qū)，具有更加良好的應(yīng)用效果，因此也表現(xiàn)出較高的協(xié)調(diào)性；其次，要保證太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，這是因?yàn)榻o排水系統(tǒng)具備一定的兼容特點(diǎn)，能夠結(jié)合太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)提高排水系統(tǒng)的使用性能；最后，要保障與建筑工程實(shí)際情況具有高度一致性，進(jìn)一步滿足項(xiàng)目建設(shè)的需求，并且獲得更加充足的資金支持和技術(shù)能力支持。

4.2 合理利用太陽(yáng)能

應(yīng)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，必須要綜合利用太陽(yáng)能，這主要是由于作為一種持續(xù)性清潔能源，太陽(yáng)能具有利用難度相對(duì)較大的特點(diǎn)。但同時(shí)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能也是最直接的利用方式，為了最大程度保證太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的穩(wěn)定和秩序，必須進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。另外，由于太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，能夠有效保證熱量的收集和傳輸工作，但想要從根本上提高加熱效率，必須要保證集熱管處在光照暴露的狀態(tài)下，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，要求設(shè)計(jì)人員要對(duì)建筑的朝向以及建筑形式進(jìn)行具體分析，并合理選擇安裝太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的位置，以此來(lái)保證全面發(fā)揮出太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的使用功能[4-6]。

4.3 重視給排水系統(tǒng)一體化

加強(qiáng)對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)，有助于保證其與建筑陪排水系統(tǒng)的有效結(jié)合。在進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施期間，必須要保證太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)以及建筑給排水系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定，并以此為基礎(chǔ)做好太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的保溫和防水工作。其中，保溫結(jié)構(gòu)主要是保障加熱的熱水能夠維持自身溫度，最大程度提高其實(shí)用性能；而防水結(jié)構(gòu)主要是針對(duì)排水系統(tǒng)滲漏現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)防，避免產(chǎn)生由于滲漏問(wèn)題造成的高溫?zé)崴踩L(fēng)險(xiǎn)。

5 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在建筑工程中的具體應(yīng)用

5.1 安裝太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)

在實(shí)際進(jìn)行太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的安裝過(guò)程中，首先，要求工作人員必須對(duì)各項(xiàng)安裝重點(diǎn)進(jìn)行全面把握，結(jié)合建筑區(qū)域的具體工作情況進(jìn)行分析，對(duì)太陽(yáng)能集熱管的位置和角度進(jìn)行反復(fù)確認(rèn)，以此來(lái)保證對(duì)太陽(yáng)能呈現(xiàn)更好的收集效果；其次，要求在進(jìn)行集熱器安裝過(guò)程中，必須保證其與建筑之間的連接妥善，進(jìn)一步保證建筑結(jié)構(gòu)與太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)之間具有高度的匹配程度，全面提高太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)功能的使用穩(wěn)定性。

5.2 設(shè)置屋面集熱器

在進(jìn)行設(shè)置屋面集熱器的過(guò)程中，首先，要保障集熱器設(shè)置周圍位置的空曠，避免產(chǎn)生由于障礙物遮擋而影響光照的問(wèn)題；其次，需要將集熱器安裝在支架上，以此來(lái)保證集熱器的安裝穩(wěn)定性。因此，必須要進(jìn)一步確定支架的牢固可靠，利用三角形支架，不僅可以實(shí)現(xiàn)集熱器穩(wěn)定性保障的需求。同時(shí)，也能夠展開更加方便的集熱器角度調(diào)整工作。但是，三角形支架對(duì)于空間具有更高的需求，所以如果沒(méi)有特殊要求應(yīng)該避免支架的使用。

隨著人們逐漸增強(qiáng)的環(huán)保意識(shí)以及日益進(jìn)步的科技水平，對(duì)于人類與自然環(huán)境之間協(xié)調(diào)發(fā)展的需求具有明顯的改善作用。因此，推廣和普及太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅滿足當(dāng)前綠色環(huán)保的發(fā)展理念。同時(shí)，也有效進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)成本的節(jié)約，進(jìn)一步保護(hù)了我國(guó)不可再生資源的豐富程度，在應(yīng)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的過(guò)程中，整個(gè)工序相對(duì)簡(jiǎn)單，能夠有效避免進(jìn)行能源收集過(guò)程中給周圍環(huán)境來(lái)的不利影響。另外，應(yīng)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，也是對(duì)政府部門號(hào)召的響應(yīng)，在倡導(dǎo)節(jié)能減排理念的前提下，通過(guò)應(yīng)用太陽(yáng)能技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化和完善了我國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和環(huán)保效應(yīng)，從根本上保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

5.3 應(yīng)用新型節(jié)能設(shè)備

在以往由于缺乏合適的節(jié)能設(shè)備，導(dǎo)致了巨大的資源浪費(fèi)。但是，采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，就可有效地解決這一問(wèn)題。管材和閥門是給排水施工中不可或缺的部件，它們的使用范圍極其廣泛，能夠?yàn)榻ㄖ飵?lái)更為安全可靠的保障。隨著技術(shù)發(fā)展，當(dāng)前國(guó)內(nèi)在建筑給排水施工中采用的管材和閥門已經(jīng)大大超越了傳統(tǒng)的普通材質(zhì)，具有更高的防水、防腐性能，即可滿足各種復(fù)雜的施工要求。這些新型的管材和閥門能夠有效地避免腐蝕、老化等問(wèn)題的發(fā)生，同時(shí)也能夠節(jié)省大批的人工、物資，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自然資源的高效利用。采用先進(jìn)的新型管材和閥門來(lái)完成給排水施工，不僅能夠有效地節(jié)約能源，大大減少自然資源的環(huán)境污染和損失，而且還能夠提高環(huán)境保護(hù)的效果。為了更好地推廣這種技術(shù)，政府應(yīng)該制定嚴(yán)格的規(guī)范，并加強(qiáng)對(duì)其執(zhí)行情況的監(jiān)督。為了更有效地節(jié)約用水和再生能源，有關(guān)部門應(yīng)該迅速推廣一些先進(jìn)的節(jié)水節(jié)能設(shè)備。

6 太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)注意事項(xiàng)

6.1 合理利用太陽(yáng)能

由于太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)的內(nèi)在構(gòu)造十分復(fù)雜，因此，設(shè)計(jì)人員必須盡量避免將集熱器完全暴露在陽(yáng)光下，以便最大限度地利用其自然能源。

6.2 加強(qiáng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)

在規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐貐^(qū)的特殊地理環(huán)境，如氣候、日照等，科學(xué)合理地選擇太陽(yáng)光熱水供應(yīng)系統(tǒng)的朝向，以最大限度地提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保效果。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該充分考慮人們的溫度需求，按照他們的經(jīng)濟(jì)能力，合理選擇太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)的升溫方式和范圍，以滿足人們的需求。此外，還應(yīng)該按照控制系統(tǒng)的功用，科學(xué)地選擇集熱器的安裝位置和水泵的部位，以確保太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)的有效運(yùn)行[7-8]。

為了更有效地利用太陽(yáng)能熱水器，應(yīng)該精確測(cè)量其傾斜角度，以便更好地優(yōu)化集熱器的安裝流程，特別是對(duì)于整體式太陽(yáng)能熱水器，應(yīng)該更加注重測(cè)量結(jié)果的精確度，為提高集熱器的運(yùn)行效率奠定重要的基礎(chǔ)。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在建筑給排水系統(tǒng)中應(yīng)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)能夠有效保證建筑工程綠色、可持續(xù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)降低能源消耗的作用，進(jìn)一步保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。但在使用期間，必須對(duì)建筑區(qū)域進(jìn)行自然環(huán)境的分析，有助于全面提高太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，進(jìn)一步提高具體的施工質(zhì)量，全面發(fā)揮熱水系統(tǒng)的功能。