浅谈太阳能热水系统在建筑给排水设计中的应用

郭 伟

（荣海川城乡规划设计有限公司，山西 太原 030000）

1 用与一体化设计

近年来，越来越多的与太阳能相关的理论在不断深入的研究中得到了发展，太阳能的应用方式也变得更加丰富。在各种太阳能的利用方式中，太阳能热水技术最成熟，经济性最好，已应用于建筑领域的许多相关行业。有关部门应建立太阳能热水一体化建设体系框架，进一步完善太阳能热水系统技术。

1.1 太阳能热水系统的改进

1） 提高可靠性，有必要提高太阳能热水系统的自动化程度和集热器的效率；2） 提高了适用性，主要适应当地条件量身定制。根据不同的要求，提供相应的系统。

1.2 太阳能热水系统的安装方式

太阳能热水系统应根据建筑形式、建筑物的功能特点、项目的地理位置、气候条件等各种因素选择安装方式，根据集热器与建筑物主体的组合位置进行相应的调整。角度的大小、路径的选择、安装的位置等，在保证热量的积累的同时也要保证建筑物的使用功能和外观不受影响。主要形式如下:

1） 集热器与屋面的结合，因为集热器是吸收储备太阳能的主要器件之一，安装位置必须达到一定高度，不得被其他建筑物或树木遮挡阳光。对于一般的自然循环热水器，应使用支撑件以形成三角形，使两者形成一定的倾斜角。这样，热水可以依靠重力循环来进行下一步的开发和使用。然而，这种方法也带来不便并且会占用一定的屋顶空间。对于倾斜的屋面，应根据屋顶的倾斜度进行调整，如采用可变角度支架并加强固定。

2） 集热器与墙面和阳台的结合，主要形式为壁挂式太阳能热水系统，其集热器部分与水箱完全分离，集热器在阳台外部(或者阳台内部) 安装，水箱充分利用阳台的室外空间，解决了高层建筑的用户无法安装太阳能热水系统的问题，并且实现了太阳能与建筑的完美结合。

3） 与建筑一体化的构造连接，连接到建筑物的太阳能热水系统的构造也是集成设计的重要部分。在设计时，必须考虑结构的安全性和建筑物的防水和绝缘层的完整性。

1.3 热水系统的结构分类

1） 紧凑式太阳能热水器：就是将真空玻璃管直接插入水箱中，利用加热水的循环，使得水箱中的水温升高，这是市场最常规的太阳能热水器；2） 分体式热水器：分体式热水器是将集热器与水箱分开，可大大增加太阳能热水器容量。

1.4 热水管道的设置

其原则是在满足水温、水量、水压和便于维修管理的条件下使管线最短。

水平干管可以敷设在室内地沟、地下室顶部、建筑物最高层或专用设备技术层内。热水管可以明装、沿墙敷设，也可以暗装敷设在管道竖井内、预留沟槽内。管道穿越建筑物、顶棚、楼板、基础及墙壁处应设套管，穿越屋面及地下室外墙时应加防水套管。管道垂直平行敷设时，热水管应在冷水管的右侧。塑料给水管不得与水加热器或热水锅炉直接连接，应有不小于0.4 m 的金属管段过渡。

热水管网中配水立管的始端、回水立管末端应设阀门;与配水或回水干管连接的分干管上，从立管接出的支管起端，配水支管上有3 个及以上配水点时应设阀门，以避免局部管段检修时，因未设阀门而中断了管网大部分管路配水;与自动温度调节器、自动排气阀及温度、压力等控制阀件连接的管段上，按其安装要求配置阀门。

在上行下给式的配水横干管的最高点，应设置排气装置(自动排气阀或排气管)，管网的最低点还应设置口径为管道直径的1/5 一1/10 的泄水阀或丝堵，以便泄空管网存水。对于下行上给式全循环管网，为了防止配水管网中分离出来的气体被带回循环管，应将回水立管始端接到各配水立管最高配水点以下0.5 m 处，可利用最高配水点放气，系统最低点应设泄水装置。

所有横管应有与水流相反的坡度，便于排气和泄水。坡度一般不小于0.003。

横干管直线段应设置伸缩器以补偿管道热胀冷缩。为了避免管道热伸长所产生的应力破坏管道，立管与横管应按图方式连接。

1.5 控制系统

太阳能热水系统必须配备集热系统的操作控制功能，为确保系统的运行和安全，控制元件必须符合太阳能热水系统的设计要求，需要预留位置并配置辅助热源加热装置，以确保热源设备的运行安全。

1.6 水箱容积

在水箱容积的设计中，必须合理地确定建筑物中使用的最大热水量。应从最大耗水量和项目初始阶段的投资状况来确定该值。

1.7 定温循环系统的设计

系统运行过程中，集热器内的水受太阳能辐射能加热，温度升高，密度降低，加热后的水在集热器内逐步上升，从集热器的上循环管进入储水箱的上部；与此同时，储水箱底部的冷水由下循环管流入集热器的底部；这样经过一段时间后，储水箱中的水形成明显的温度分层，上层水首先达到可使用的温度，直至整个储水箱的水都可以使用。

2 辅助热源的选择

常用的有电直接加热、燃气加热、热泵加热和燃油加热，一般使用电加热和热泵加热的占多数。

3 太阳能热水系统指标选择

1） 热水的和冷水的温度。在建筑物的设计中，水系统的温度必须长时间控制在45 到55°C 之间。冷水温度必须根据项目地点的平均年温度设定。在应用太阳能的过程中，必须通过辅助热能的运行来优化，并且可以忽略不利条件下的影响；2） 水箱容积。在水箱容积的设计中，必须合理地建立从建筑物主体的最大使用水量，应根据最大耗水量和行业投资状况来确定。

4 结语

如何合理有效地利用太阳能技术已成为建筑给排水设计的重要课题。在建筑给排水设计过程中，要确保太阳能热水系统的稳定性和安全性，以达到节约能源保护环境的目标，实现人和环境的双赢。