太阳能热水系统集中形式.docx

摘要：介绍住宅建筑中常用的几种太阳能热水系统型式特点，并比较分析其优缺点。对住宅建筑中太阳能热水系统的选用方法进行了推介。
    关键词：太阳能  分户式  集中式  半集中式
   1前言
    建筑节能已成为我国节能减排战略的重要组成部份，充分利用太阳能是减少常规能源消耗的有效途径，在建筑节能领域中有广阔的发展前景。开发利用可再生能源，是建设资源节约型和环境友好型社会的重要保证。
    为促进武汉市在建筑工程中推广应用太阳能热水系统，依据《中华人民共和国可再生能源法》、建设部《民用建筑节能管理规定》、省建设厅《湖北省建筑节能管理办法》、国家发改委、建设部《关于加快太阳能热水系统推广应用的通知》，武汉市建委2008年颁布“市建委关于在新建建筑工程中推广使用太阳能热水系统的指导意见”（武建〔2008〕5号）。在这个政府文件明确规定，在武汉市行政区划范围内具备太阳能集热条件的新建12层及以下的住宅工程和医院病房楼、学校宿舍楼、宾馆饭店、健身中心、游泳馆（池）等热水需求较大的建筑，以及政府民用建筑工程和政府投资兴建的民用工程、新农村建设中的农民居住用房，自2008年4月1日起，应积极使用太阳能热水系统，且太阳能热水系统应与建筑工程同步设计、施工、验收和投入使用。
    湖北省建设厅与湖北省质量技术监督局即将联合发布湖北省地方标准《武汉城市圈低能耗居住建筑设计标准》，在这个地方标准中也明确规定“具备太阳能集热条件的建筑，需供应卫生热水时，应设置太阳能热水系统，且太阳能热水系统应与建筑工程同步设计、施工、验收和投入使用。”
    以上两项省市政府文件的发布，旨在提升武汉市太阳能与建筑一体化应用水平。建筑节能是一项综合性的系统工程，太阳能热水系统是其中的重要组成部分。
    目前，太阳能热水器虽然可以实现节能目标，但有的系统集热器的安装形式给城市景观、建筑维护等带来了一系列问题，难于满足太阳能与建筑一体化要求，引起了社会各界的越来越多的关注和重视。因此在大力提倡使用太阳能的同时，也需要在工程设计中强调建筑的整体美、造型新以及技术的先进性，关注设计中选用的太阳能集热板在屋顶墙面的安装方式，集热器型式和面积大小与建筑立面的造型及环境是否协调等多方面因素。
    2住宅建筑中常用的太阳能热水系统型式
    住宅建筑与太阳能热水系统一体化的实现，需要多个专业的合作，首先是太阳能行业的产品开发与建筑设计行业一体化应用的同步进行；其次是选用的太阳能集热器在外形上与建筑造型的融合，这需要由建筑学专业的合作才能保证，第三是太阳能系统与建筑室内热水系统的融合，把太阳能的收集、贮存和利用与建筑室内热水供应、辅助热源等结合，充分利用太阳，又保证室内热水的供应。由于太阳能建筑系统的特殊性，它的实现需要多方面的综合考虑，如果多方面的因素中一个处理不好，就容易降低系统的可靠性、实用性和美观性。
    太阳能热水系统与建筑的一体化是太阳能在住宅建筑中成功应用的重要前提条件。下面介绍几种在住宅建筑中常用的太阳能热水系统型式。
    2.1分户式系统
    住宅建筑中常用的太阳能热水系统主要有分户式和集中式两种系统。
    分户式系统是最常见的系统形式，各家各户自成独立的系统，没有各户之间的流量分配问题，以及复杂的控制问题，安全隐患也比较好解决。但由于各户之间使用的不平衡，不能够充分利用太阳能集热设施，利用率不高，从而造价相对较高。分户式系统又有分体式和整体式两种形式，如图1和图2所示。

 2.2集中式系统
    集中式的太阳能热水系统是指集中集热和集中供热，集中集热系统太阳能利用效率高，热水资源实现共享。常见的集中太阳能热水系统原理如图3所示。系统通过集热器集中集热，将热水放于储水箱中，水温达到设定温度时，热水进入恒温水箱储存供用户使用，没有达到要求时启用辅助加热设施加热后进入恒温水箱，系统可根据要求实现24小时供水或定时供水。
    集中式太阳能热水系统集成化程度高，管路简单，初期投资较少。但由于系统集中运行，一旦某点出现故障，维修服务不及时，则将影响一大片用户，使许多用户热水供应不能得到保证。且在管路系统设计不当时，会出现支管较长，使用时需先放出较多冷水，浪费水资源。

2.3半集中式系统
    集中式系统除了上述完全集中式外，还有另外一种半集中式系统。
    半集中式太阳能热水系统的原理为：集热器集中集热，通过循环泵将热水输送到每个用户的承压水箱中，通过判断水箱中的水温和集热管中的温度由温差控制启动电磁阀，在水箱中采用换热盘管将水箱中的水加热。水箱中的水温没有达到设定温度则启用辅助加热。用水时，热水由冷水顶出，水压稳定。各户单独使用，热水资源分配均匀。集热部分可承压运行，系统闭式循环，避免因水质引起管路和集热器结垢，运行控制方式简单。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不影响建筑美观。系统只需少量的循环水泵能耗，热水免费使用，不存在计费问题，物业管理简单。常见的半集中太阳能热水系统原理如图4所示。
    2.4太阳能热水系统型式特点
    1分户式太阳能热水系统的优缺点：
  （1）分户式太阳能热水系统的独立性能好，各户单独使用，互不影响，管理方便；
  （2）分户式太阳能热水系统管路较多，总成本高于集中式太阳能热水系统。
   2集中式太阳能热水系统的优缺点：
  （1）集中式太阳能热水系统的集成化程度高，集中储热有利于降低造价并减少热损失；集中辅助加热系统能源利用效率高；热水集中供应可优化设计，管路简单；干管循环回水保证供水品质，但支管较长的用户放冷水量较多。
  （2）对于住宅小区，集中式太阳能热水系统相对分户式太阳能热水系统，具有初投资少、集成化程度高的优势，同时模块化的集热器与建筑结合也比较美观。
  （3）集中式太阳能热水系统需通过分户计量收取生活热水费，物业管理难度加大。
  （4）集中式太阳能热水系统集中运行，一旦出现局部故障，用户热水将不能得到保证，同时可能由于设计不当，使用户长时间空放冷水而造成浪费。
 （5）集中式太阳能热水系统定时供热水时，用户用热水的随意性受到限制，会增加用户投诉，给物业管理带来麻烦。

  3半集中式太阳能热水系统的优缺点：
 （1）半集中式太阳能热水系统具有类似集中式太阳能热水系统的优点
 （2）半集中式太阳能热水系统集热部分可承压运行，系统闭式循环，避免因水质引起管路和集热器结垢，运行控制方式简单。
 （3）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不影响建筑美观。
 （4）系统只需少量的循环水泵能耗，几乎不存在计费问题，物业管理简单。
 （5）半集中式太阳能热水系统的总成本略高于集中式。
   3 住宅太阳能热水系统选择
   住宅建筑项目的建筑类型有多种形式，在选择太阳能热水系统时，需要从建筑屋顶形式和建筑层数考虑，一般6层及6层以下建筑可采用分户式太阳能热水系统。由于整体式太阳能热水器安装于建筑屋面，显得建筑不美观，而分体式太阳能热水器容易实现与建筑一体化结合，即可以将集热器安装于平屋面或坡屋面，水箱置于用户的阳台或卫生间，因此建议采用分体式太阳能热水器。尤其是间接加热的分体式太阳能热水器，集热部分可承压运行，系统闭式循环，避免因水质引起管路和集热器结垢，运行控制方式简单。太阳能利用效率高，集热器使用寿命长。（如下图5）
    对于6层以上住宅建筑宜采用集中式太阳能热水系统。但一般集中式系统存在运行费用高，热水计费管理麻烦的难题，且容易受到用户投诉。因此对于6层以上住宅建筑项目，建议采用半集中式太阳能热水系统。系统原理如图6所示。
    为了能将太阳能与住宅建筑很好的结合，实现太阳能与建筑一体化，在住宅建筑项目中一般推荐：6层及6层以下建筑采用分户式太阳能热水器，6层以上建筑采用半集中式太阳能热水器。

 住宅建筑太阳能热水系统一般要求满足全年使用，集热器一般采用真空管式太阳能集热器，其可采用全玻璃真空管内插U型铜管集热，该类集热器可承压运行，水不与真空管接触，避免爆管现象，减少维护量。也采用低温循环抗冻技术时，避免集热器冻坏，即采取当管内传热介质低于某一设定温度时，循环泵启动将管内介质循环一段时间，达到抗冻目的。
    4 结束语
    住宅建筑太阳能热水系统有多种形式可供选择，但是选择的首要原则是能够实现太阳能与建筑一体化。分户分体式太阳能热水器技术成熟，已有现成的产品，可在6层以下住宅建筑中广泛使用。每户单独一套系统，互不影响，但管线较多，可考虑在建筑设计时预留管道井。
    6层以上住宅建筑采用半集中式太阳能热水系统。半集中式热水系统可以看成是分体式热水系统的组合，其系统形式实际上类似于空调风机盘管系统，这类系统在承压及水量分配和施工上有相当成熟的技术可以借鉴，不存在设计与施工技术上的风险。特别是易实现冷热水压力平衡，不存在水量和辅助加热电力计费问题，物业管理简单。
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