住宅太阳能热水系统的比较及选用[土工建筑]

1、*地块*项目住宅太阳能热水系统的比较及选用建筑文档5%住宅太阳能热水系统的比较及选用1 概述近年来，不可再生能源的大量消耗，全球气候变暖，资源紧缺，生态环境恶化引起全世界的关注，人类的生存和发展正面临着严重的威胁与挑战。国家对可再生能源在建筑中应用非常重视，可再生能源大致包含太阳能、水能、地热能、风能、生物质能等。而太阳能以其清洁、储量巨大、成本低、和能源质量高等众多优点成为可再生能源利用的首选资源，我国从20世纪80年代中期开始推行建筑节能，出台了一系列鼓励或指导性政策。1998年1月1日施行、2007年10月28日修订通过的中华人民共和国节约能源法第四十条规定：“国家鼓励在新建建筑和既有建

2、筑节能改造中使用新型墙体材料等节能建筑材料和节能设备，安装和使用太阳能等可再生能源利用系统。”。2006年1月1日起施行的可再生能源法第十七条强调：“国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统。”。2011年1月1日施行的上海市建筑节能条例第十一条中要求“新建有热水系统设计要求的公共建筑或者六层以下住宅，建设单位应当统一设计并安装符合相关标准的太阳能热水系统”。我国的其它很多省市也均出台了设置太阳能的规定，太阳能热水系统这种绿色能源正在被社会广泛的应用。在住宅建筑中，太阳能热水系统尤其合适。上海位于北纬31.2度，东经121.4度，属于我国太阳能资源第三类分区，太阳年

3、总辐照量大约为4700MJ/m2.a，年均日照时数1900-2000h，日照百分率44%，在安全和使用合理前提下，上海地区热水系统太阳能保证率可达到60%以上，太阳能资源较为丰富。太阳能热水应用潜力较大。下面将住宅中太阳能热水系统的几种常用方案进行介绍并作比较，再结合本项目的特点，做出最适合本项目的太阳能热水系统方案推荐。2 住宅中常用的太阳能热水系统介绍常用的太阳能水系统一般由以下几部分组成：太阳能热水系统集热器贮水箱管路控制器辅助能源太阳能热水系统按介质可分为直接加热与间接加热。直接加热系统是指在太阳能集热器中直接加热水供给用户的系统；直接加热系统的优点是集热效率高，设计简单，成本较低，在

4、我国目前普遍采用，缺点是冬天环境温度低于零度摄氏温度时，水结冰容易冻坏系统，且水管易结垢。间接加热系统是指在太阳能集热器中加热某种传热工质(一般为纯水)，再利用传热工质通过热交换器加热水供给用户系统。由于热交换器阻力较大，间接系统一般采用强制循环系统。考虑到用水卫生，减缓集热器结垢及防冻因素，在投资允许的条件下，一般优先推荐采用间接系统。间接加热系统的优点是将集热与供热分开，设计灵活；可以采用防冻液为传热工质，避免出现冬天冻坏系统，缺点是成本较直接加热系统要高，通过换热器热损耗部分热量。太阳能热水系统根据集热系统、辅助系统及供水方式的不同，可以分为三大类型：分户集热分户储热辅热式；集中集热分户

5、储热辅热式；集中集热集中储热辅热式。每种类型均包括直接加热与间接加热，而直接加热与间接加热已在上段做了详细介绍，不再赘述，下面将这三大类型的太阳能热水系统做详细的介绍。2.1 分户储热辅热式太阳能热水系统分户储热辅热式太阳能热水系统是指终端用水点以户为单位，每户独立设置太阳能集热器、储水箱、辅热设备及相关管路，每户独立使用的小型太阳能热水系统。分户集热分户储热辅热式又可分为一体式太阳能热水器与分体式太阳能热水器。2.1.1. 一体式太阳能热水器 一体式太阳能热水器外型图如下图所示，种类分承压一体式太阳能热水器与非承压一体式太阳能热水器。该类型太阳能热水器有以下特点：a)、结构紧凑、安装简便，适

6、合屋顶、地面等平面场地安装。b)、采用自然循环方式加热，无需另外安装循环泵，节省能源。c）、采用电辅热、价格低，适合分户安装，产权明确。但该种太阳能热水器只适合顶层用户、多层住宅或别墅安装使用，不适合高层住宅使用，且不易与建筑协调，影响美观。一般农村使用较多，城市一般为顶层用户私自安装，故不适合一个小区大规模使用。 家用一体式太阳能热水器外型图 家用一体式太阳能热水器现场安装图2.1.2. 分体式太阳能热水器分体式太阳能热水器系统是将储水箱安装主于室内，集热器安装在屋顶（平屋面、坡屋面）、外墙、阳台等采光面，与建筑物有机融为一体。其具有与建筑一体化完美结合的特点和家庭热水中心的功能，故分体式太

7、阳能热水系统逐渐开始受到高品味生活人群和房地产开发企业的青睐。按循环形式可分为：分体自然循环系统、分体强制循环系统。2.1.2.1. 分体自然循环系统自然循环指的是采用热水的供水与回水温差而使热水在管网中自行循环的方式。太阳辐射透过玻璃盖板，被集热板吸收后沿肋片和管壁传递到吸热管内的水。吸热管内的水吸热后温度升高，比重减小而上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时通过下循环管不断补充温度较低的水，如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度，热效率相对较低。详见下图示意。该系统要求储热水箱必须高于集热器以提供足够虹吸动力，且储热水箱离集热器不能太远

8、，因此与建筑的整合设计有一定的难度，集热板一般用于阳台或外墙安装，不能设于屋顶，储热水箱只能设在阳台上，故该系统也俗称阳台壁挂式太阳能热水系统。但此系统具有结构简单，运行控制单位少，成本相对较低，普遍适于高层、小高层等采光面积较小的楼层且对生活热水需求不高的住户采用。一般配置80-120L的带电辅热的热水罐，光电互补。 分体自然循环太阳能热水器原理图 分体自然循环太阳能热水器安装图分体自然循环太阳能热水器现场安装图2.1.2.2. 分体强制循环系统强制循环太阳能热水系统是在集热器和储水箱之间管路上设置水泵，作为系统中水的循环动力；与此同时，集热器的有用能量收益通过加热水，不断储存在储水箱内。详

9、见下图如示。强制循环系统要求采用能承压的太阳能集热器，是与建筑结合的太阳能热水系统的发展方向。循环泵的控制方式以温差循环控制方式较为普遍。该系统集热板与储热水箱可灵活摆放，限制条件少，集热板可置于屋顶、阳台、外墙等地方，特别是集热器与屋面相结合进行安装，满足建筑结构功能的同时不影响建筑的外观，故俗称分体式别墅型太阳能热水系统，详见以下现场安装图，广泛应用于别墅、排联建筑中，也可用于多层、高层住宅。该系统相对自然循环有热效率高、控制相对复杂、成本及运行费用相对较高的特点。分体强制循环太阳能热水系统原理图分体强制循环太阳能热水系统示意图分体强制循环太阳能热水系统现场安装图2.2 集中集热分户储热辅

10、热式集中集热分户储热辅热式太阳能热水系统是指太阳能集热器集中、统一规划安装于建筑物屋面部分，储水箱、辅助加热系统按终端用户为单位独立设置的太阳能热水系统，太阳能集热器收集的热能转化成热媒通过循环管道输送至户内储热水箱中的换热装置进行换热来加热储热水箱中的水。当太阳光照不足时，或储热水箱中的水未达到设定温度时，用户可以使用储热水箱内置的辅助加热装置加热供用户使用。原理参见下图。可采用电辅热或燃气热水器辅热。该系统具有以下特点：A、该系统较适宜安装在多层或小高层公寓住宅中，大高层由于屋面面积不够只能在上部的部分楼层采用；B、系统集热器集中放置，有利于建筑一体化设计；C、系统集热器集中使用，可以实现

11、集热器资源共享，降低运行成本；D、系统集热器楼顶放置，不受楼间距影响，集热器采光好系统效率高；E、系统集中集中集热分户储热太阳能热水示意图收集太阳能并转化为热量，通过热媒加热每户储热水箱中热水，热量难以计量，只能免费供用户使用，故不存在热水计量等问题，减少纠纷；F、住宅建筑入住率较低时，不影响用户使用太阳能热水系统；G、储热水箱分户放置、分户控制可满足用户不同用水的使用要求。该系统初投资较分户承压型低；系统运行较稳定，运行成本较低；将热水储存于每户中，这样可以减少水箱占用屋面或地下室面积，整个系统的管路在建筑中也不影响建筑美观。集中集热分户储热太阳能热水户内水储热水箱示意图集中集热分户储热太阳

12、能热水系统现场安装图2.3 集中集热集中储热辅热式该系统是指太阳能集热器、储热水箱、辅热设备全部集成化，统一安装集热器，统一设置集中储热水箱及辅助加热设备，然后将热量再分配至各用水终端的太阳能系统。 系统的集热器、储热水箱及辅助加热设备一般均集中设置在屋顶。该系统为将集中在屋顶加热的水直接送到各用户用水点，因此会存在冷热水难以同源、热水需计量收费的缺点，且物业管理要求高，比集中集热分散储热辅热式热水品质及保证率高，且使用上每户能平衡互补性，投资相对较低。其它与集中集热分散储热辅热式相差不多。原理图如下：建筑文档5%建筑文档5%目前，建筑的普遍类型一般有以下几种形式：别墅型住宅、多层住宅、板式小

13、高层、板式高层、点式塔楼住宅等。在遵循经济实用、节能节水、安全简便的原则下，应结合各类型住宅的结构特点、用水点分布情况、用户的实际用水习惯、系统的运行管理模式、辅助能源的种类及经济承受能力等因素，针对不同的住宅类型设计不同类型、不同规模的太阳能热水系统。 3 太阳能热水系统优化选择 3.1 别墅类型 别墅属高档次住宅，其在建筑功能及建筑外观要求比普通住宅要高。对生活热水的使用，存在用水量相对较大、供水舒适要求高、要求保证率较高等点。因此，在太阳能热水系统上的选择上，采用分体强制循环太阳能热水系统较好。 3.2 多层住宅及小高层住宅 多层住宅及12层以内的小高层住宅的屋面面积较为充裕，可以根据用

14、水需求设置足够的集热器面积，因此在太阳能热水系统的选择上，建议选择集中集热集中储热辅热太阳能热水系统；在系统的规模上，可选择独栋楼设置独立太阳能热水系统一套的方式。如为了减少物业管理及热水收费存在的纠纷，也可采用集中集热分散储热辅热太阳能热水系统或分体式太阳能热水器，但每户采用分体式太阳能热水器时，需建筑考虑一体化设计，以免影响外立面的美面。 3.3 高层住宅 按根据多层及小高层住宅的计算（按户型平均80平方米）可以知集中集热集中（或分散）储热辅热太阳能热水系统最多可以满足12层以内的住宅。因此高于12层的小高层及高层住宅，可以选择阳台壁挂式太阳能热水系统。如下部几层阳光难以满足要求，则上部采用阳台壁挂式，或采用屋顶集中集热集中（分散）储热辅热的方式，下部采用其它非太阳能热水系统供热。3.4 点式塔楼住宅点式塔楼住宅由于其建筑结构的特点，存在屋面可利用机积无法满足太阳能集热器布置条件的缺点，因此太阳能集热面积无法完全满足全楼的热水供应。点式塔楼住宅其建筑一般设计存在北向户型，因此，不具备采用阳台壁挂式的安装条件。建议在屋面安装集热器来满足北向户型的热水供应，向阳的南向户型采用阳台壁挂；或屋面的集热器来满足高层的热水供应，在地下室采用其它能源热水系统来供应给低层。 4 结论 太阳能热水系统在住宅建筑上的应用类型及规模应根据实际建筑设计情况面定。具体的应根据太阳能热水系统在建筑中的