某别墅小区太阳能与建筑一体化设计

某别墅小区太阳能与建筑一体化设计陈继友1,宣玲娟2,沈念俊1摘要:本文介绍了分体承压式太阳能热水器的组成、工作原理、性能特点和一体化安装方式。以别墅工程设计实例配以集热器安装详图、预埋件安装详图、管道穿屋面详图说明分体承压式太阳能热水器与建筑一体化的做法，并对本项目的得失进行了总结。关键词：分体承压式太阳能热水器;特点;建筑一体化;工程实例DesignonthesolarenergyandbuildingintegrationinavillaChengJi-you1,XuanLing-juan2，ShenNian-jun1(1.AnhuiTextileIndustrialDesign&ResearchInstitute，Hefei230001,China;2.AnhuiUniversityofArchitecture，Hefei230601,China)Abstract:Thispaperintroducesthecomposition,workingprinciple,performanceandintegrativeinstallationmodeoftheseparated-pressuredsolarwaterheater.Combinedwithavillaprojectandthedetailedplanoftheheatcollector,pre-buriedcomponentandpipesdrillingthroughtherooftoshowthepracticeofitwiththebuildingintegration,andsummarizesthegainandlossoftheproject.Keywords:separatedsolarwaterheater;Characteristics;buildingintegration;projectexample0引言随着人民生活水平的日益提高，人民对住宅卫生热水的需求越来越高，尤其是新购住宅，几乎无一例外要安装生活热水设备。近年来国内房地产业的高速发展和人们对节能减排认识的提高推动了太阳能与建筑一体化技术突飞猛进的进步，越来越多的房地产商对之表现出了浓厚的兴趣，房地产开发商为提升绿色生态住宅的品位、档次和卖点，也努力让自己的住宅产品附带太阳能热水设备。与建筑一体化程度很高的分体承压式太阳能热水器以节能环保与美观的突出特点越来越受欢迎，特别是在别墅、高层住宅阳台等地方得到最先运用。本文以分体承压式太阳能热水工程实例介绍了分体承压式太阳能热水器的组成、工作原理和性能特点，并以别墅工程设计实例说明了设计思路和分体承压式太阳能热水器与建筑一体化的做法，针对本项目的得失进行总结。1项目概况本项目位于六安市，始建于2007年，小区内共176套别墅，应开发商要求，每套别墅配套太阳能热水系统。每套单体别墅为两层，分体太阳能集热器一体化安装于坡屋面，水箱置于二层开敞设备平台。六安地处皖西，为典型夏热冬冷气候区域，本设计所取气象参数参照境内霍山58314号气象台站，其气候特性如下：台站名称霍山台站号58314台站类型基本站地理北纬(度)31.40地理东经(度)116.32拔海高度(米)68.1常年大气压(帕))100845本处所取气象年类类型典型气象年冬季通风室外计算算温度-1.6℃冬季日照百分率33％极端最低温度-17.4℃极端最高温度40.7℃2分体承压式太阳能热水器介绍2.1系统组成分体承压式太阳能热水器系统组成见图一。主要包括：太阳能集热器、承压储热水箱、智能控制器、循环管路（包括膨胀罐、水泵和阀件等）部分。图1分体承压式太阳能热水器原理图2.2工作原理集热器、换热盘管和泵站中的循环泵构成温差循环管路。当集热器与水箱的温度差达到控制器设定值（△t1）时循环泵启动，驱动换热介质在集热器和水箱之间循环，通过热交换器将太阳集热器收集的热量传导至贮热水箱中。在循环泵运行过程中，当温差小于设定值（△t2）时，循环泵将停止工作。太阳能不足或对水温要求较高时的热量补充由水箱中的辅助电加热棒提供。循环管路中的膨胀罐和泵站中的安全阀对循环管路分别起到缓冲压力防止水锤、限定压力和限定温度的作用，以确保循环系统的运行安全。2.3设备特点1）分体安装、承压运行，操作简单；2）智能化控制系统，具有手动/自动/自由设定等多种模式；3）集热单元与建筑完美结合，适合各种建筑风格，各种角度的坡屋面、阳台等；4）辅助电加热棒保障24h热水供应和高负荷用热水时的供水质量；5）安装方案多样，运行可靠，满足家用、工程等个性化需求2.4安装布置集热器固定于屋面上，储热水箱布置因地制宜，整个系统承压运行。集热循环管路和用水循环管路在室内贴墙或者埋地暗敷，根据具体情况在不破坏结构的情况下穿墙布置，穿楼板时根据需要做防水处理。3建筑一体化设计一体化设计3.1集热器与屋面一体化设计目前家庭常用热水器为直插式，用支架安装于屋面，该种热水器为普及太阳能和提高人民生活水平作出的巨大贡献。但随着人民生活水平的提高，对热水需求量的提高和对建筑美观外立面的要求，具有大容量和与建筑一体化的分体式太阳能热水器越来越受到欢迎。本设计中将太阳能集热器安装于屋面预埋基础上，集热定位见图2。图2集热器瓦屋面布置图瓦屋面集热器基础做法主要有半突出支座式和嵌入支架配和防水面板式。半突出支座式因其造价低廉、施工简单和防水性能优异而被本设计采用，具体做法见图3。施工安装方法如下：基座与预埋件施工完毕后涂与屋面瓦块同色油漆两遍。预埋件上下排间距1650mm，左右排间距1500mm，集热器真空管数量可以根据实际需求调整，如用户因调整集器真空管数量导致集热器尺寸变化时，本预埋件位置不变，只需将集热器宽度方向固定点调整为1500mm即可。图3瓦屋面集热器安装详图集热器基础需要预埋连接配件，预埋做法见图4。为满足强度和与建筑外观协调问题，预埋件需满足如下要求：预埋件采用可焊性良好的钢材；钢筋采用一级钢；焊条采用E43，焊缝厚度均应大于或等于焊件厚度；预埋件表面涂防锈漆两遍，磁漆2~4遍，涂料颜色同屋面瓦块。图4基础预埋件详图3.2热水箱位置的确定贮热水箱位置影响到系统的集热效率和用热水的便利性。水箱离集热器距离过远导致系统循环管路过长，增加循环管路热量损失，同时增加循环动力损耗和动力容量，故贮热水箱与集热器距离越短越好。为满足贮热水箱连接供热水管道的便捷性要求和集热器与贮热水箱接管距离不宜过长（本处实际接管3.2m）以提高系统集热效率的工艺要求，本项目在阁楼设置一开敞机位，用于放置太阳能贮热水箱和空调外机，该机位空间外饰百叶遮挡，这样的处理既使该空间满足设备工艺需求，又可使建筑外立面美观大方。贮热水箱位置见图5。图5贮热水箱布置图3.3管道穿屋面的做法管道穿屋面处需预埋套管，具体做法见图6。本处套管所穿屋面为悬挑屋面，整个设备均处于室外，即使因防水套管年久老化导致漏水也不至影响建筑内部空间的使用。图6管道穿屋面详图4项目得失总结4.1建筑一体化设计本项目总体上外观整洁美观，设备与建筑融合程度较高，水箱位置安排满足设备技术要求和用户使用要求。人站在远处看，好似屋顶设置了采光天窗，巧妙实现了太阳能构件与建筑的融合，增添了建筑动感。但是集热器只做到与建筑外立面的结合，但是没有达到建筑构件化要求，没有完全与建筑一体化，因此，太阳能与建筑一体化技术尚有待提高。4.2穿屋面部分套管套管所穿屋面为悬挑屋面，不经过室内，整个太阳能系统安装于建筑外部，不影响建筑内部空间的美观，且方便维修，即使系统故障也不会以为跑冒滴漏影响建筑内部空间。4.3选用二次换热循环集热系统采用乙二醇防冻溶液作为二次换热循环导热介质，清洁卫生，二次换热会致系统集热效率降低。但乙二醇防冻溶液可有效保证冬天外露太阳能管道不被冻裂，保证在六安典型气象年有508h干球温度≤0℃的情况下，设备可有效防冻，为设备安全运行提供可靠保障。4.4采用承压水箱水箱水压由市政自来水提供，故热水无需热水泵驱动，既使系统操作简化，又降低造价和运行成本。4.5辅助电加热装置为保障阴雨天气及用户超负荷用热水需求，本系统水箱下端和中间各配备一只电加热棒，当水箱热水量不足时，用户自主加热，实现24h热水供应，提高用户用水满意度，提升居住品质。4.6智能控制器智能控制器具有启停控制、温度显示、开机自检、故障显示、手动/定时辅助加热等功能。多种控制模式简洁易操作，辅助加热模式可设定，简洁又节能。4.7管道敷设分体式太阳能冷热水管根据水箱放置的位置布管，实现了设备与管线外置，方便日后管理和维修。但是本系统因用过水点多，不好设置回水管路，故在用水点使用热水时，需放掉水龙头至水箱之间管道中的冷水，虽然输配管道已作保温处理，用户在短时间间隔内第二次用水时温降不致过大，但仍会造成水资源的浪费。因此，太阳能热水管道走向设计和回水设计等问题是我们重点需要解决的问题之一。参考文献:[1]国家住宅与居住环境工程技术研究中心.住宅建筑太阳能热水系统整合设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.[2]郑瑞澄，等主编.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册[M].北京:化学工业出版社,2006.[3]罗运俊.关于平板与真空管太阳集热器的综合评述[J].北京市新能源与可再生能源协会2004年年会文集,2004.[4]罗运俊，陶桢.太阳热水器及系统[M].北京:化学工业出版社,2007.[5]中国建筑标准设计研究院.太阳能热水器选用与安装[M].北京:中国计划出版社,2006.[6]杭英，丁炜.“建