高层住宅太阳能热水设计
关键词: 技术,住宅,太阳能,热水,设计
引言
在住宅建筑上安装太阳能热水系统是今后发展的必然趋势，并将由目前的在已经建成的住宅建筑上安装太阳能热水系统逐步过渡到住宅建筑与太阳能热水系统同步设计、同步施工。由于我国人多地少，小高层和高层住宅将是大中城市今后主要的住宅类型。下面本文将对高层住宅太阳能热水系统的设计进行详细介绍。
1 太阳能热水利用政策和应用现状调查
无论是国家规范还是地方政策，都将太阳能热水利用作为应该使用或强制使用的技术之一。对于住宅而言，强制使用的范围以12 层以下居住建筑为主，鼓励高层住宅使用太阳能热水。一些城市已经提出“城市规划区范围内新建住宅小区的低层、多层、小高层和高层住宅，必须进行太阳能热水器一体化设计和施工，必须选择分体承压、二次循环技术的热水器产品，或采用太阳能集中供热水技术及产品，禁止使用直插式、单循环、非承压太阳能热水器产品”。居住建筑太阳能热水系统利用呈现举国繁荣景象。
2 高层住宅太阳能热水应用问题分析
到2010年，我国集热器运行保有量超过1.08 亿m2(75 600MWth)，但在高层住宅建筑中应用量很低。实态调查分析表明，我国高层住宅热水应用依然存在以下几方面问题：
(1)从政策角度，中央政府把能源紧张上升为能源安全的战略高度，并颁布了多部法规和规范规程。各地政府相继出台了与之配套可操作性的激励机制和实施细则，但各地政府对太阳能利用技术水平的认识差异较大，从而出现了适合不同地区的强制政策和应用范围规定。从另一方面也说明，我国已经具备了出台国家级强制应用与激励政策的环境和机遇。
(2)从使用角度，居民生活舒适度的提高使得24h 热水供应已经成为许多住宅开发的卖点。调研表明，投资商和居民对太阳能热水供应系统与常规能源热水供应系统之间的显著差异依然存在模糊的认识。对于不同的能源系统，生活热水供应量和供应方式应对应多种形式。物业管理中的计量收费和理解沟通困难,成为许多高层住宅工程放弃集中生活热水系统的主要原因。
(3)从建设角度，将太阳能热水系统作为后置设备或待定项目的开发建设单位不在少数，致使产品策划、规划设计和土建施工不能同步进行，造成了后期太阳能热水系统施工安装成本的升高，而且还可能存在建筑质量隐患。这对于高层住宅而言，问题(如屋顶可安装面积和安装条件、管道井预留、冷热水系统匹配)会更加严重。这是限制我国高层住宅太阳能热水系统推广的主要问题。
(4)从设计角度，太阳能热水系统一般由给排水设计专业人员完成。在项目设计策划阶段往往缺少相关专业设计人员的参与，未能在住区规划阶段对太阳能利用进行综合规划，甚至出现为了太阳能集热器在高层住宅墙面上的安装，采取简单加大建筑间距的规划方法，造成太阳能利用的“节能不节地”现象。另外，由于系统设计不合理，使得辅助能源甚至成为主要加热系统，或应间隙运行的循环泵成为主要的耗能设施，造成太阳能热水系统“节能”不节钱。高层住宅墙面型集热器的集热量和安全问题未能获得有效的解答，没能获得建筑师的关注和理解，“误导”了太阳能技术的推广。
( 5 )从认识角度，除国内几个大型太阳能企业外，大部分太阳能企业还没有建立起工程产品和工程服务的理念，没有形成满足与建筑结合的太阳能热水产品和服务。太阳能热水系统在建筑师(屋顶面积、建筑效果)、投资商(投资额和可靠性)和物业管理单位(计量收费和后期服务)之间依然存在不同的认识。
3 高层住宅太阳能热水系统设计
3.1 太阳能热水系统运行方式选择
目前，在住宅建筑上安装太阳能热水系统，大致有以下4 种类型：
(1) 在住宅楼楼顶给每户安装一台家用太阳能热水器。
(2) 在住宅楼的阳台上给每户安装一套阳台式太阳能热水器(系统)。
(3) 在住宅楼楼顶安装一套集中储水的太阳能热水系统，通过热水管道供热水至每家每户。
(4) 采用“集中集热—分户贮水—分户使用”的太阳能热水系统。即在楼顶安装一套太阳能集热器系列，在每户的家里安装一个具有换热功能和辅助加热功能的贮热水箱，太阳能集热器系列与贮热水箱内的换热器，通过管路连通，形成一个循环回路，通过换热方式，将每户贮热水箱内的水加热。用户直接使用自家的水和电，不需要物业另行收取太阳能水费和电费等。
然而收费管理问题从技术层面很容易解决，但从管理层面则很容易带来纠纷。最后一种方案虽然成本相比较高，但完全可以控制在房价的1% 之内，且从技术层面也不存在任何问题，因此本文将较全面地介绍一下这种方案的设计。
3.2 “集中集热—分户贮水一分户使用”类型的太阳能热水系统设计方案
3.2.1 用热水量和水箱容量确定
根据《建筑给水排水设计规范》(G B50015- 2003)和实际经验，每户日用40℃热水量可按150～300l设计，具体由房屋开发商根据所开发房屋的档次和户型大小确定。为方便生产和选择，该系统的太阳能储热水箱已标准化、工厂化生产，目前国内市场可提供1 5 0 l、200l、300l等多种规格的承压水箱，水箱已自带有电辅助加热功能。
3.2.2 太阳能集热器类型选择
目前国内使用的太阳能集热器类型主要有平板集热器、真空管集热器、热管集热器、U形管集热器。平板集热器在中高温情况下效率低，适合在环境温度高、不结冰的地区选用;真空管集热器在- 25℃条件下，仍可产生热水，可一年四季使用，是目前我国大部分地区普遍使用的产品，但存在炸管漏水问题，可靠性稍差;热管集热器和U形管集热器可在- 50℃条件下使用，抗冻性最好，可靠稳定，但成本较高，适合在寒冷和高寒地区使用。用户可根据所处地理位置合理选择。
3.2.3 太阳能集热面积确定
太阳能集热面积主要根据太阳能水箱的容量确定，一般按照每100l水配置太阳能面积1.5～2m 2。如果水箱容量在150～300l，则每户的太阳能集热面积应在3～6m 2。
3.2.4 太阳能集热器的摆放方式
对于放置在楼顶的太阳能系统，太阳能集热器的摆放可以根据屋面的形状来确定其布局形式。如果屋顶是坡屋面，则可以将太阳能集热器平铺在坡屋面上;如果是平屋面，则可以将太阳能集热器倾斜或平铺在屋面上;如果屋面情况复杂，则可以在屋面架起廊架，将太阳能集热器平铺在廊架上。
3.2.5 辅助加热的种类和功率确定
对于太阳能贮水箱放置在住户家里的太阳能系统，辅助加热选用电最为方便，如果有天燃气条件，也可以选择天然气作为辅助热源。就国内而言，市场上带有电加热的贮水箱很普遍，但带有燃气加热的贮水箱较少，因此建议选择带有电加热的贮水箱。辅助加热功率的选取应根据水箱大小和用户可以提供的电负荷容量选取。可选择的具体大小为1.5kW 、2kW 、3.8 kW 、4.5kW 等。
结束语
总而言之，如果将集热系统与供热系统分开考虑，对于高层住宅太阳能热水供应，甚至太阳能供暖，问题会简单得多。同时投资商或物业服务公司与业主委员会应共同协商住区太阳能热水系统的运行方式和居民的用热水方式，加强沟通与理解，共同推进太阳能热水系统的发展。中国的经济和技术水平现状决定了我国太阳能热水利用之路应是，不断提高热水使用舒适度指标，而不是一步达到欧美生活热水舒适度要求。
参考文献
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[2]张程.黄惟.郑新风太阳能热水系统与高层住宅建筑一体化设计实例解析——以"景城御琴湾"小区为例[期刊论文]-华中建筑 2010(4)
[3]张程.黄惟高层住宅与太阳能热水系统一体化设计[期刊论文]-合肥学院学报(自然科学版) 2010(3)
