高层住宅太阳能热水系统的应用探讨

王冰 孔祥银

摘 要：以我部十八层住宅建筑的太阳能热水系统施工方案为例，探讨了不同太阳能热水系统在高层住宅建筑中应用的优缺点，为高层住宅建筑中太阳能热水系统的施工方案提供一定的思路。关键词：高层住宅；太阳能热水；系统选择引言太阳能是一种清洁、可再生能源，取值尽用之不湖，已广泛应用于国民经济的多个领域，如太阳能热水器、太阳房、太阳能干燥、太阳能制冷、太阳能发电等，具有广阔的发展前景。山东省太阳能资源丰富，全省近三分之的土地面积年日照小时数在2200h 以上。年太阳辐射总量大于5000MJ/㎡，太阳能利用前景广阔。省政府亦于2009 年规定：全省县城以上城市规划区内新建、改建、扩建的12 层及以下住宅建筑和集中供应热水的公共建筑，必须应用太阳能光热系统，并与建筑进行一体化设计与施工；鼓励12 层以上高层住宅建筑逐步采用太阳能光热系统。太阳能在住宅建筑中的应用主要是生产生活热水。目前太阳能热水器已广泛应用于多层及小高层住宅建筑中，并逐渐推广到高层住宅建筑中。本文以我部18层住宅建筑的大阳能热水系统施工方案为例，讨论不同太阳能热水系统在高层住宅建筑中心用的优缺点及相产前景。1.工程概况本建筑地上共18层，均为住宅，共分两个单元，每单元一梯二户，建筑高度56m。2.系统形式日前国内市场上90%以上的家用大阳能热水器均采用直插整体式太阳能热水器。这种产品造价低廉、技术成熟、热器水效果较好，但其采用单管上下水安装方式，在高层建筑中应用，低层用户管线过长，水压过高，使用前需先放出许多冷水才能使用，偏离采用太阳能热水系统节能环保的初衷；再者，这种产品只能安装在屋面上，高层建筑中住户较多，往往没有足够的屋面空间让所有住户设置太阳能热水器，造成一栋建筑内有的住户有太阳能热水系统，有的住户却没有，存在着相同户型不同楼层设备配置不均衡的矛盾。因此，本建筑不考虑采用直插整体式太阳能热水器，而考虑以下三种系统形式：阳台承压分体式太阳能热水器、集中集热集中供热水系统、集中集热分户换热水箱系统。3.阳台承压分体式太阳能热水器阳台承压分体式太阳能热水器由集热器、承压储热水箱、辅助加热系统和控制器等组成。本系统一般采用自然循环方式，集热器安装在室外阳台栏板处，储热水箱安装在阳台内，水箱位置高于集热器，靠冷热水的密度差形成的压力推动水在集热器和储热水箱之间循环流动，加热热水。阴雨天集热器集热量无法满足要求时，自动启动电加热器，满足恒温用水要求。本系统继承了直插整体式太阳能的优点：一是各户的太阳能热水相互独立、互不影响；二是不存在管理收费问题。同时具有以下优势：1）集热器和储热水箱分开设置，集热器设于各户室外阳台栏板处，解决了高层住宅建筑集热器安装空间不足的问题，所有住户都可以安装使用太阳能热水器，而且热水器分户统一安装，建筑物立面整齐划一，不影响建筑物立面效果。2）各户热水管路较短，使用时无需放出大量冷水，节水效果较好；3）系统为小型承压供水方式，系统简单，控制方便，运行稳定，安全性、可靠性高；4）所有热水管路均在自已户内，不占用公共空间。本系统也存在以下不足：一是热水资源无法共享，对整个建筑物来说，系统造价相对较高；二是高层住宅小区如果前后楼间距小，低层住户日照时间相对较短，这些用户的使用会受到一定影响。4 集中集热集中供热水系统本系统集热器、储热水箱均集中安装，通过热水循环管路将热水送到各个用户，辅助热源为空气源热泵或电加热等。该系统具有以下优点：一是系统集成化程度较高，安装成本要低于单户安装；二是集热器集中安裝于屋面，太阳能利用率高，热水系统集中管理，热水资源共享，热水利用率高，系统运行成本低；三是管路热水循环流动，满足24小时热水供应，保证供水品质，舒适度高。本系统的不足之处：1）集中供应热水的收费标准存在较大争议； 2） 太阳能储热水箱设于屋面，建筑设计需考虑屋面承重问题；3）热水循环管道需设于管井等部位，占用公共空间；4） 由于高层住宅建筑高度大，如本楼达到56m，低层用户水压较大，存在热水减压问题。目前常用方法为减压阀减压，这就要求减压阀具有非常高的可靠性，减压阀一旦失效，不仅破坏用水设备，而且由于高压喷出的热水水温较高（通常设计温度为60°C），可能造成人员伤害，因此这种系统热水管路设计及安装时应合理解决热水减压问题。5 集中集热分户换热水箱系统本系统是一种间接式集中集热太阳能热水系统，集热器集中设于建筑物屋面，各户户内设有带换热盘管和电加热器的分户水箱，太阳能集热循环系统将集热器的热媒输送到分户水箱，通过换热盘管将热量传递给住户分户水箱内的冷水，经过一天的循环将所有住户的分户水箱内的冷水加热到同一设定温度。该系统与集中集热集中供热水系统相比具有以下优点：1）住户户内设承压水箱，解决了高层住宅低层用户热水管道的超压问题：2）各住户使用自家水箱里的热水和辅助热源，不存在收费问题；3）冷热水均由户内给水管道供给，压力相同混水方便。同时该系统也存在以下不足：1）增加了中间换热环节，换热效率降低，集热面积增加；2）需要一套稳定的控制系统：首先要控制集热循环泵的运行，循环泵的运行通常靠供回水温差来控制，循环流量过大，容易导致集热循环泵的频繁启停，降低循环泵的使用寿命，循环流量过小，会造成集热器内温度过高，集热效率下降；其次，每个分户水箱需要独立的断开水路控制功能，防止电加热时热量被集热循环热媒带走，这就要求控制系统进人每一个住户，且要求控制系统可靠性好；再者，存在分户水箱冷热不均，竖向失调问题，而且楼层越高，冷热不均现象越严重，因此需要引人控制系统，平衡各户水温。3）各户均设分户水箱，且引入控制系统，系统造价相对较高；6 结束语本文以济南我部18层住宅建筑为例，分析了阳台承压分体式太阳能热水器、集中集热集中供热水系统、集中集热分户换热水箱系统三种太阳能热水系统在高层住宅建筑中应用的优点和不足。通过以上分析可知，阳台承压分体式太阳能热水器技术成熟，安全性、稳定性较高；集中集热集中供热水系统在解决热水减压问题方面和集中集热分户换热水箱系统在优化控制系统方面需要进一步的探索。本建筑距前面建筑物净距50m，对低层住户的遮挡影响较小，因此本建筑采用阳台承压分体式太阳能热水器。参考文献：[1]杨金良.高层住宅太阳能热水系统设计.住宅科技，2007.9：5-7.[2] 罗运俊，何梓年，王长贵.太阳能利用技术.化学工业出版社.2009.[3] 张霖.高层住宅太阳能热水系统建筑设计思路.建筑节能.2012.1（40） ：30-37[4] 潘平，方章聪，俞来法，住宅项目中的集中式太阳能热水系统的设计与应用，建筑施T.2011.4（33）：333-335