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摘要：随着经济的发展，自然资源日益紧张，尤其是不可再生资源。太阳能作为一种新能源,是一种清洁干净无污染的可再生能源。在建筑领域，住宅热水供应应大力推广太阳能热水系统。文章结合工程实例，探讨太阳能热水系统形式及采用时应注意的问题。
关键词：太阳能热水系统类型 应用
Abstract: with the development of economy, natural resources increasingly nervous, especially nonrenewable resources. Solar energy as the one kind of new energy, is a kind of clean clean renewable energy. In architecture, residential hot water supply to be promoted solar water heating system. Combining with a project example, discusses solar water heating system and the form which should be noticed.
Keywords: solar water heating system type application
中图分类号： TK51文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况：清湖花半里项目位于深圳市龙华镇清湖村，总建筑面积约28.8万m2，建筑性质为住宅/商业。包括1-6栋33层住宅，7、8栋为10层小高层复式住宅，9-12栋为四层独栋别墅，13、14栋为商业建筑。根据规定，7、8栋10层小高层住宅及9-12栋独栋别墅需设置太阳能热水系统。甲方要求在满足使用的前提下，尽量节约设备投资及施工费用，但要满足后期物业管理便利等因素。
二、太阳能主要热水系统形式及特点。
1、太阳能热水系统利用分析
1.1深圳太阳能基本气象条件。
深圳地区的年日照时数1975.0小时，太阳年辐射量5225MJ/㎡，年日照率接近50%，深圳太阳能全天、全年分布均匀，全年约80%的白天具有条件采集太阳能的条件，选用太阳能热水系统是比较适宜的。
1.2太阳能热水系统组成。
太阳能热水系统包括太阳能集热装置、储热装置、循环管路装置等。由于太阳能热水系统在全年运行中受天气的影响很大，其独立应用存在间歇性、不稳定性和地区差异性，在太阳能应用中除利用集热器将太阳能转换成热能外，应采取辅助加热系统和储热措施来确保太阳能热水系统全天候稳定供应热水。
1.3太阳能热水系统在住宅建筑中主要应用形式。太阳能供热水系统按其集热、储热和辅助加热方式分为三种：单机入户系统：分户集热、储热、辅助加热；集中式太阳能供热水系统：集中集热储热，集中辅助加热或分户辅助加热；半集中方式系统：集中集热，分户储热和辅助加热。
1.3.1单机入户系统：
太阳能热水器的特点是用户单独安装、独立使用，太阳能热水系统相对简单，且互不干扰。不存在计费问题，物业管理方便，但用户辅助加热部分耗能大，综合造价与同档次的中央熱水系统相对较高；因无可靠的回水系统，供水管路存水变凉造成热能浪费，热水资源无法共享使系统资源不能充分利用；管道较多，与建筑配合难度较大。该系统主要有两种形式，一种是集热器与水箱一体。另一种分体式系统，水箱与集热器分离，容易与建筑配合以实现与建筑的一体化。
1.3.2集中集热储热系统：
集中式中央太阳能供热水系统的特点是集成化程度高，集中储热方式利于降低造价减少热损失，辅助加热系统集中利用补热；热水系统供应管路简单，合理的干管循环回水保证供水品质，实现各用水终端即开即热；对于住宅小区，集中式系统相对分户系统有初投资少、集成化程度高的优势，模块化的集热器与建筑结合也比较美观。
1.3.3半集中式系统
该类系统类似于中央空调系统。集热器集中集热，循环泵将热水输送到每个用户的承压水箱中，通过换热盘管对水箱中的水加热。当需要用水时，若水箱中的水温没有达到设定温度时启用辅助加热；各户单独使用，热水资源分配均匀，且白天部分用户用掉箱中热水后，水箱中的冷水还可以得到一定的热能该系统的最大特点是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。此系统目前极少应用实例，属创新概念。
1.4三种热水系统主要优缺点分析比较
分项 单机入户系统 集中集热储热系统 半集中式系统
相同档次综合造价 较高 最低 一般
太阳能利用 利用不高，容易造成浪费 利用较高 利用较高
物业管理 各户独立、管理方便 一般 公共循环管路入户，不便管理
供水管路 住户多时，管道较多，与建筑配合难度大 集中设置，相对简单，对立面影响小 系统管道相对较长
集热设备与立面结合 对立面影响大，处理后的立面相对不宜被人接受 模块化安装较容易解决对立面的影响 模块化安装较容易解决对立面的影响
储热水箱 分体式设置时，需占用一定用户使用面积。住户心里不宜接受 占用公共使用面积，对住户无影响，住户较容易接受 占用住户一定使用面积，住户心里不宜接受
适用对象 统一安装的多层建筑 多层、高层建筑均可采用 多层、高层建筑均可采用
三、具体计算参数及设置需要注意问题：
以7栋为计算单元对比各热水系统集热板敷设位置，管线施工，工程造价等关键因素的确定。7栋为两层一户的复式住宅，入户由两层高外连廊连接，上下户连接可供敷设管道的墙体有限。屋面有约160㎡构架可供安装集热板。
1、 使用人数、集中集热板面积计算见下表：
楼号 使用户型 户数 户型设计用水人数（人/户） 使用人数 热水用水定额（L/d） 设计日用热水量qrd（L/d）
7栋 三居室 24 4 96 50 4800
四居室 8 5 40 50 2000
合计 32 136 6800
楼号 qrd-设计日用热水量（L/d） c-水的定压比热容[(kJ/kg.℃)] ρr-热水密度（kg/L） te-贮水箱内水的设计温度(℃) tL-水的初始温度(℃) f-太阳能保证率（无量纲）
7栋 6800 4.187 0.9832 60 20 0.45
JT-平均日太阳总辐照量(MJ/m2.d） η-集热器年平均集热效率（无量纲） ηL-管路及贮水箱热损失率（无量纲） Ac-直接系统集热器总采光面积(m2)
16.29 0.4 0.2 96.66
2、根据上述各系统分析的特点，及甲方控制造价要求，半集中式系统复杂、造价高，本项目不采用。对单机入户系统和集中集热储热系统采用哪种方案，从工程造价方面对比如下。
2.1采用单机入户系统配置如下：每户太阳能集热板面积约4㎡，热水贮水箱容积约200L，总套数32套，每套参考市场单价：5000元(集热器与水箱合设)/8000元（集热器与水箱分体设置），设备总投资约16万元/25.6万元。
2.2采用集中集热储热系统配置如下：太阳能集热板总计面积约100㎡，热水储水箱容积约为5000L，厂家报价总价约为11万元。
2.3即采用集中集热储热系统约可节省工程造价约5～14.6万元。
3、从水、电管路施工、维护方面分析。
3.1 采用单机入户系统，集热器设置在屋面，每户由户内连接两根供回水管至屋面集热器，最顶层住户会有10根竖向供回水管线穿过。且辅助加热供电线路由各住户引致屋面，也导致管线施工复杂。本项目上下户连接的公共墙体很少，多为住户阳台墙体，若采用此系统，势必会造成管线维修需进入其他户的麻烦，同时，外露的管线也会对建筑立面产生不利的影响。
3.2 采用集中集热储热系统，整个系统在公共管井内设置两根供回水干管即可，每户设置分户计量水表。减少竖向供水管线。
3.3即采用集中集热储热系统，可减少管线对建筑立面影响，同时降低施工复杂程度。
4、从集热器与立面结合形式分析。
4.1 单机入户系统。一、如采用集热器与水箱合设在屋顶的形式，需要屋面安装面积约为4㎡x32户x1.5(估算安装间距系数)=190㎡,屋顶构架面积为160㎡,不能全部放置在构架上。部分集热器将放置在屋面，占用一定面积。二、如采用集热器与储水箱分体式设置，此方式将占用用户部分使用面积及空间放置热水器和水箱，住户不宜接受。
4.2集中集热储热系统，集热器面积约为100㎡，经与建筑专业沟通，可设置在屋面上的构架上，设置成遮阳凉亭的形式，不影响屋顶使用，且采用的是平板型的集热板，集热板不突出构架，外立面基本没有影响。
4.3即采用集中集热储热系统，可解决集热板对建筑立面的影响，集热板敷设方式灵活，不影响建筑屋面使用功能。
5、其它方面，对集中集热储热系统辅助热源选择的建议。一般常规上，辅助热源常采用电加热器或燃气热水炉，集中设置在储热水箱内。此方式舒适度高，每户热水需单独计量收费。对于住宅项目来说，当不使用户数占多数时，导致整个系统运行成本极高，最终可导致系统没有人使用。为避免这种情况，可选择辅助热源由住户燃气热水器提供的方式，见下表。只需在住户内太阳能热水供水管上设置温控三通阀，通过温度控制，判斷热水是否需要经过热水器辅助加热。同时在每层管道井内热水干管上可设置温度探头，将温度显示在住户热水器位置，方便住户手动切换。选择辅助热源时，应充分与开发商沟通，让其知晓各系统的优缺点，以便正确做出决策。
四、综合以上的分析，本工程7,8栋最终采用集中集热储热系统。9-12栋因为是独栋别墅，采用单机入户系统。为美观，采用的是集热板与储水箱分开设置的形式。
五、结语
对于建筑住宅太阳能热水系统选用应注意以下几方面问题。
（1）要充分了解甲方的投资意愿，结合工程造价、管线敷设方式和系统的优缺点确定合理的系统形式。
（2）要根据建筑的平面布局、建筑特点使太阳能热水系统与建筑一体化。紧密配合建筑专业，采用多种方式降低集热板对建筑立面的影响。总之，热水系统原则要多元化分析，寻找造价、系统性能及美观的平衡点。
参考文献：
[1] 郑瑞澄, 《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册（第2版）》
[2] 袁家普, 《太阳能热水系统手册》
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：太阳能热水系统类型 应用
Abstract: with the development of economy, natural resources increasingly nervous, especially nonrenewable resources. Solar energy as the one kind of new energy, is a kind of clean clean renewable energy. In architecture, residential hot water supply to be promoted solar water heating system. Combining with a project example, discusses solar water heating system and the form which should be noticed.
Keywords: solar water heating system type application
中图分类号： TK51文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况：清湖花半里项目位于深圳市龙华镇清湖村，总建筑面积约28.8万m2，建筑性质为住宅/商业。包括1-6栋33层住宅，7、8栋为10层小高层复式住宅，9-12栋为四层独栋别墅，13、14栋为商业建筑。根据规定，7、8栋10层小高层住宅及9-12栋独栋别墅需设置太阳能热水系统。甲方要求在满足使用的前提下，尽量节约设备投资及施工费用，但要满足后期物业管理便利等因素。
二、太阳能主要热水系统形式及特点。
1、太阳能热水系统利用分析
1.1深圳太阳能基本气象条件。
深圳地区的年日照时数1975.0小时，太阳年辐射量5225MJ/㎡，年日照率接近50%，深圳太阳能全天、全年分布均匀，全年约80%的白天具有条件采集太阳能的条件，选用太阳能热水系统是比较适宜的。
1.2太阳能热水系统组成。
太阳能热水系统包括太阳能集热装置、储热装置、循环管路装置等。由于太阳能热水系统在全年运行中受天气的影响很大，其独立应用存在间歇性、不稳定性和地区差异性，在太阳能应用中除利用集热器将太阳能转换成热能外，应采取辅助加热系统和储热措施来确保太阳能热水系统全天候稳定供应热水。
1.3太阳能热水系统在住宅建筑中主要应用形式。太阳能供热水系统按其集热、储热和辅助加热方式分为三种：单机入户系统：分户集热、储热、辅助加热；集中式太阳能供热水系统：集中集热储热，集中辅助加热或分户辅助加热；半集中方式系统：集中集热，分户储热和辅助加热。
1.3.1单机入户系统：
太阳能热水器的特点是用户单独安装、独立使用，太阳能热水系统相对简单，且互不干扰。不存在计费问题，物业管理方便，但用户辅助加热部分耗能大，综合造价与同档次的中央熱水系统相对较高；因无可靠的回水系统，供水管路存水变凉造成热能浪费，热水资源无法共享使系统资源不能充分利用；管道较多，与建筑配合难度较大。该系统主要有两种形式，一种是集热器与水箱一体。另一种分体式系统，水箱与集热器分离，容易与建筑配合以实现与建筑的一体化。
1.3.2集中集热储热系统：
集中式中央太阳能供热水系统的特点是集成化程度高，集中储热方式利于降低造价减少热损失，辅助加热系统集中利用补热；热水系统供应管路简单，合理的干管循环回水保证供水品质，实现各用水终端即开即热；对于住宅小区，集中式系统相对分户系统有初投资少、集成化程度高的优势，模块化的集热器与建筑结合也比较美观。
1.3.3半集中式系统
该类系统类似于中央空调系统。集热器集中集热，循环泵将热水输送到每个用户的承压水箱中，通过换热盘管对水箱中的水加热。当需要用水时，若水箱中的水温没有达到设定温度时启用辅助加热；各户单独使用，热水资源分配均匀，且白天部分用户用掉箱中热水后，水箱中的冷水还可以得到一定的热能该系统的最大特点是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。此系统目前极少应用实例，属创新概念。
1.4三种热水系统主要优缺点分析比较
分项 单机入户系统 集中集热储热系统 半集中式系统
相同档次综合造价 较高 最低 一般
太阳能利用 利用不高，容易造成浪费 利用较高 利用较高
物业管理 各户独立、管理方便 一般 公共循环管路入户，不便管理
供水管路 住户多时，管道较多，与建筑配合难度大 集中设置，相对简单，对立面影响小 系统管道相对较长
集热设备与立面结合 对立面影响大，处理后的立面相对不宜被人接受 模块化安装较容易解决对立面的影响 模块化安装较容易解决对立面的影响
储热水箱 分体式设置时，需占用一定用户使用面积。住户心里不宜接受 占用公共使用面积，对住户无影响，住户较容易接受 占用住户一定使用面积，住户心里不宜接受
适用对象 统一安装的多层建筑 多层、高层建筑均可采用 多层、高层建筑均可采用
三、具体计算参数及设置需要注意问题：
以7栋为计算单元对比各热水系统集热板敷设位置，管线施工，工程造价等关键因素的确定。7栋为两层一户的复式住宅，入户由两层高外连廊连接，上下户连接可供敷设管道的墙体有限。屋面有约160㎡构架可供安装集热板。
1、 使用人数、集中集热板面积计算见下表：
楼号 使用户型 户数 户型设计用水人数（人/户） 使用人数 热水用水定额（L/d） 设计日用热水量qrd（L/d）
7栋 三居室 24 4 96 50 4800
四居室 8 5 40 50 2000
合计 32 136 6800
楼号 qrd-设计日用热水量（L/d） c-水的定压比热容[(kJ/kg.℃)] ρr-热水密度（kg/L） te-贮水箱内水的设计温度(℃) tL-水的初始温度(℃) f-太阳能保证率（无量纲）
7栋 6800 4.187 0.9832 60 20 0.45
JT-平均日太阳总辐照量(MJ/m2.d） η-集热器年平均集热效率（无量纲） ηL-管路及贮水箱热损失率（无量纲） Ac-直接系统集热器总采光面积(m2)
16.29 0.4 0.2 96.66
2、根据上述各系统分析的特点，及甲方控制造价要求，半集中式系统复杂、造价高，本项目不采用。对单机入户系统和集中集热储热系统采用哪种方案，从工程造价方面对比如下。
2.1采用单机入户系统配置如下：每户太阳能集热板面积约4㎡，热水贮水箱容积约200L，总套数32套，每套参考市场单价：5000元(集热器与水箱合设)/8000元（集热器与水箱分体设置），设备总投资约16万元/25.6万元。
2.2采用集中集热储热系统配置如下：太阳能集热板总计面积约100㎡，热水储水箱容积约为5000L，厂家报价总价约为11万元。
2.3即采用集中集热储热系统约可节省工程造价约5～14.6万元。
3、从水、电管路施工、维护方面分析。
3.1 采用单机入户系统，集热器设置在屋面，每户由户内连接两根供回水管至屋面集热器，最顶层住户会有10根竖向供回水管线穿过。且辅助加热供电线路由各住户引致屋面，也导致管线施工复杂。本项目上下户连接的公共墙体很少，多为住户阳台墙体，若采用此系统，势必会造成管线维修需进入其他户的麻烦，同时，外露的管线也会对建筑立面产生不利的影响。
3.2 采用集中集热储热系统，整个系统在公共管井内设置两根供回水干管即可，每户设置分户计量水表。减少竖向供水管线。
3.3即采用集中集热储热系统，可减少管线对建筑立面影响，同时降低施工复杂程度。
4、从集热器与立面结合形式分析。
4.1 单机入户系统。一、如采用集热器与水箱合设在屋顶的形式，需要屋面安装面积约为4㎡x32户x1.5(估算安装间距系数)=190㎡,屋顶构架面积为160㎡,不能全部放置在构架上。部分集热器将放置在屋面，占用一定面积。二、如采用集热器与储水箱分体式设置，此方式将占用用户部分使用面积及空间放置热水器和水箱，住户不宜接受。
4.2集中集热储热系统，集热器面积约为100㎡，经与建筑专业沟通，可设置在屋面上的构架上，设置成遮阳凉亭的形式，不影响屋顶使用，且采用的是平板型的集热板，集热板不突出构架，外立面基本没有影响。
4.3即采用集中集热储热系统，可解决集热板对建筑立面的影响，集热板敷设方式灵活，不影响建筑屋面使用功能。
5、其它方面，对集中集热储热系统辅助热源选择的建议。一般常规上，辅助热源常采用电加热器或燃气热水炉，集中设置在储热水箱内。此方式舒适度高，每户热水需单独计量收费。对于住宅项目来说，当不使用户数占多数时，导致整个系统运行成本极高，最终可导致系统没有人使用。为避免这种情况，可选择辅助热源由住户燃气热水器提供的方式，见下表。只需在住户内太阳能热水供水管上设置温控三通阀，通过温度控制，判斷热水是否需要经过热水器辅助加热。同时在每层管道井内热水干管上可设置温度探头，将温度显示在住户热水器位置，方便住户手动切换。选择辅助热源时，应充分与开发商沟通，让其知晓各系统的优缺点，以便正确做出决策。
四、综合以上的分析，本工程7,8栋最终采用集中集热储热系统。9-12栋因为是独栋别墅，采用单机入户系统。为美观，采用的是集热板与储水箱分开设置的形式。
五、结语
对于建筑住宅太阳能热水系统选用应注意以下几方面问题。
（1）要充分了解甲方的投资意愿，结合工程造价、管线敷设方式和系统的优缺点确定合理的系统形式。
（2）要根据建筑的平面布局、建筑特点使太阳能热水系统与建筑一体化。紧密配合建筑专业，采用多种方式降低集热板对建筑立面的影响。总之，热水系统原则要多元化分析，寻找造价、系统性能及美观的平衡点。
参考文献：
[1] 郑瑞澄, 《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册（第2版）》
[2] 袁家普, 《太阳能热水系统手册》
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。