居住建筑太陽能熱水系統設計分析

1、<p>　　居住建筑太陽能熱水系統設計分析</p><p>　　摘要：城市人口的劇增引起了熱水供應的巨大需求，利用太陽能這種清潔可再生能源為人們提供生活熱水具有節(jié)能和環(huán)保的雙重意義。本文結合太陽能熱水系統的設計經驗及工程實例，對居住建筑太陽能熱水系統設計進行探討分析。 </p><p>　　關鍵詞：太陽能；集中熱水系統；選型 </p><p>　　中圖分類

2、號： TK511 文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　工程概況 </b></p><p>　　某擬建住宅小區(qū)建設工程為11層單元式住宅。本工程單體為1梯4戶，11層的單元式住宅。每棟均設置獨立的太陽能集中熱水系統。熱水用水定額80L/(人.d)，熱水日最高用水量為38.08m3，最大時用水量為4.76m3/h，冷水計算溫度ti=15℃，熱水計算

3、溫度tend=60℃，設計小時耗熱量為210.5KJ/h。 </p><p>　　太陽能熱水系統的確定 </p><p>　　根據建筑特點，可選的系統為：普通分戶式系統（包括雙管整體式太陽能熱水器（系統）、單管整體式太陽能熱水器（系統）、分戶式系統（分離式強制循環(huán)直接加熱系統、分離式自然循環(huán)間接加熱系統）、半集中式系統（集熱器承壓的單循環(huán)系統、集熱器不承壓的雙循環(huán)系統）、集中式系統（集熱器

4、承壓的直接加熱系統、集熱器不承壓的間接加熱系統、以單元為單位的中央熱水系統）。 </p><p>　　考慮到目前分戶計量的可行性不高，因此首先排除集中式系統。 </p><p>　　考慮到本工程為11F的情況，采用普通分戶式系統對下部住戶不適用，排除； </p><p>　　考慮到建筑單體間距較小，日照條件較差(尤其是底層的日照時間不能滿足規(guī)范要求)，排除分離式自然

5、循環(huán)系統； </p><p>　　如果采用分戶管線的布置方式，需要在樓梯間等公共部位埋設較多管線（2根/戶）,布置困難，排除分離式強制循環(huán)直接加熱系統及雙管整體式太陽能熱水器（系統）；因而可選的系統首選半集中式系統。 </p><p>　　2.1半集中式系統（集中集熱-分戶儲熱-分戶供熱）的系統圖及特點 </p><p>　　2.1.1集中-分戶供熱水系統指采用集中

6、的太陽能集熱器和分散的貯水箱供給一個單元或一幢建筑物所需熱水的系統。在分戶集熱供熱和集中集熱供熱的基礎上綜合延伸出來的一種太陽能熱水系統與建筑結合方式，其特點是以一個單元為設計單位安裝太陽能熱水系統，共用集熱器，每個住戶擁有獨立的儲熱水箱(如圖所示) </p><p>　　2.1.2產品選型：這種系統目前還沒有成套產品，主要由集熱器、儲熱水箱和系統控制組成，設計時，首先需要確定單位太陽能集熱面積與熱水量的匹配值。

7、根據匹配值，可計算出確定建筑的太陽能集熱總面積和每戶安裝的儲熱水箱容量，可進一步設計安裝太陽能集熱器的建筑面積和放置儲熱水箱位置。儲熱水箱可在室內或統一放置在屋頂，然后考慮集熱器與儲熱水箱的連接管路，該系統的太陽能集熱運行方式一般使用強制循環(huán)，因此，還要設計循環(huán)泵使用的電源。 </p><p>　　2.1.3 管路設計：管路要根據實際情況設計比，集熱器與儲熱水箱的連接可使用并聯與串聯的方式，需要考慮管路保溫和熱水

8、計量問題。 </p><p>　　2.1.4輔助能源：如果儲熱水箱配備由內置電輔助加熱裝置，考慮匹配電源設計；否則，需要考慮太陽能熱水系統與室內燃氣或電熱水器的銜接問題。 </p><p>　　2.1.5適用建筑：該系統一般適合設計安裝低層、多層和具備條件的高層住宅建筑。 </p><p>　　2.1.6系統優(yōu)點：費用低廉，計費方便。本系統采用集中分散式的供熱方式。

9、太陽能產生的熱量是通過換熱的方式給用戶提供熱量，因系統僅通過熱媒換熱向住戶提供熱量，故無需計量收費，用戶僅需支付水泵電費及系統維護費用，運行費用低廉，易于承受；均好性，在城市建設用地緊張、建筑物間相互遮擋不可避免，以及建筑本身體型多樣所帶來的房間日照條件不均的情況下，可以最大限度的實現均好性，即使是住在底層的住戶也能享受到從樓頂采集的太陽能所帶來的便利和實惠；安全性。本系統集熱器采用真空管式，保溫性能好、抗沖擊、不爆裂，且安置在樓頂，沒

10、有墜落隱患，局部損壞不影響系統整體運行；管理方便有效。本系統集熱器及循環(huán)控制設備均設于公共空間，便于物業(yè)統一管理，統一維護，能夠更有效的保證系統長期正常運行，在設備使用年限內持續(xù)發(fā)揮效力，避免了用戶因維護成本高而放棄使用所造成的投資浪費。建筑主體設計影響較小：本系統集熱器集中設于屋頂采光最好的位置，與各戶實際日照條件無直接關系，亦不需要每戶均設南向陽臺，因而建筑平面布局可以相對靈活。除屋面荷載有所增加外，其余空間均無需考慮增加承重、防水

11、、排水、保溫等設計內容。不多占用室內空間，也可少</p><p>　　2.1.7系統缺點：由于是間接換熱系統，熱損失較大；同時控制較之前兩種系統相對復雜，檢修點較多。 </p><p><b>　　3、系統相關設計 </b></p><p><b>　　3.1設計參數 </b></p><p>　　

12、a.熱水設計參數：最高日熱水用水定額為q r=80L/人·日，平均日熱水用水定額(取最高日熱水用水定額的50%)為40L/人·日，設計熱水溫度為Tend =60℃， </p><p>　　b.常規(guī)能源費用：電費按照0.53元/度； </p><p>　　c.太陽能集熱器性能參數：U型真空管集熱器，集熱器模塊規(guī)格為1100（南北向）mm×2000（東西向）mm；

13、 </p><p><b>　　d. </b></p><p><b>　　其中,,,。 </b></p><p>　　代入計算得：（直接加熱系統），（間接加熱系統），即實際設計面積（間接加熱系統）。 </p><p>　　3.2集熱器與建筑屋面的連接節(jié)點設計 </p><p&g

14、t;　　a.應保證放置在平屋面上太陽能集熱器的日照時數，互不遮擋，有足夠間距(包括安裝維護的操作距離)，排列整齊有序； </p><p>　　b.太陽能集熱器在平屋面上安裝需通過支架或基座固定在屋面上，建筑設計應充分考慮設置在屋面上太陽能集熱器(包括基座、支架)的荷載(應根據廠家具體資料定，在缺乏相關資料的情況下可按滿水荷載為0.5kN/m2設計考慮)，計算設計適配的屋頂預埋件，使集熱器與建筑錨固牢固，在風荷載，

15、雪荷載等自然因素影響下不破壞； </p><p>　　c.固定太陽能集熱器的預埋件(基座或金屬構件)應與建筑結構層相連，防水層需包到基座是上部，地腳螺栓周圍要加密封處理； </p><p>　　d.平屋面上設置太陽能集熱器，屋頂應設有屋面上人孔，用做安裝檢修出入口，太陽能集熱器周圍和檢修通道，以及屋面上人孔與太陽集熱氣之間的人行通道應鋪設剛性保護層，可鋪設水泥磚等用來保護屋面的防水層； &

16、lt;/p><p>　　e.管線需穿過屋面時，應預埋相應的防水套管，對其做防水構造處理，并在屋面防水層施工前埋設安裝完畢。避免在已做好防水保溫是屋面上鑿孔打洞。 </p><p>　　f.對于水平放置的真空管式太陽能集熱器，真空管排列宜考慮橫向(東西向)放置，以減少太陽入射角的不利影響；對于傾斜放置(例如傾角為30°左右時)的真空管式太陽能集熱器，真空管排列宜考慮豎向(南北向)放置，

17、以減少太陽方位角的不利影響； </p><p><b>　　4、經濟指標分析 </b></p><p>　　小高層建筑太陽熱水系統評估表 </p><p>　　(簡接系統考慮0.85的熱效率) </p><p><b>　　5、結束語 </b></p><p>　　太陽能熱水