高層住宅太陽能熱水設(shè)計
關(guān)鍵詞: 技術(shù),住宅,太陽能,熱水,設(shè)計
引言
在住宅建筑上安裝太陽能熱水系統(tǒng)是今后發(fā)展的必然趨勢，并將由目前的在已經(jīng)建成的住宅建筑上安裝太陽能熱水系統(tǒng)逐步過渡到住宅建筑與太陽能熱水系統(tǒng)同步設(shè)計、同步施工。由于我國人多地少，小高層和高層住宅將是大中城市今后主要的住宅類型。下面本文將對高層住宅太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計進行詳細介紹。
1 太陽能熱水利用政策和應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)查
無論是國家規(guī)范還是地方政策，都將太陽能熱水利用作為應(yīng)該使用或強制使用的技術(shù)之一。對于住宅而言，強制使用的范圍以12 層以下居住建筑為主，鼓勵高層住宅使用太陽能熱水。一些城市已經(jīng)提出“城市規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)新建住宅小區(qū)的低層、多層、小高層和高層住宅，必須進行太陽能熱水器一體化設(shè)計和施工，必須選擇分體承壓、二次循環(huán)技術(shù)的熱水器產(chǎn)品，或采用太陽能集中供熱水技術(shù)及產(chǎn)品，禁止使用直插式、單循環(huán)、非承壓太陽能熱水器產(chǎn)品”。居住建筑太陽能熱水系統(tǒng)利用呈現(xiàn)舉國繁榮景象。
2 高層住宅太陽能熱水應(yīng)用問題分析
到2010年，我國集熱器運行保有量超過1.08 億m2(75 600MWth)，但在高層住宅建筑中應(yīng)用量很低。實態(tài)調(diào)查分析表明，我國高層住宅熱水應(yīng)用依然存在以下幾方面問題：
(1)從政策角度，中央政府把能源緊張上升為能源安全的戰(zhàn)略高度，并頒布了多部法規(guī)和規(guī)范規(guī)程。各地政府相繼出臺了與之配套可操作性的激勵機制和實施細則，但各地政府對太陽能利用技術(shù)水平的認識差異較大，從而出現(xiàn)了適合不同地區(qū)的強制政策和應(yīng)用范圍規(guī)定。從另一方面也說明，我國已經(jīng)具備了出臺國家級強制應(yīng)用與激勵政策的環(huán)境和機遇。
(2)從使用角度，居民生活舒適度的提高使得24h 熱水供應(yīng)已經(jīng)成為許多住宅開發(fā)的賣點。調(diào)研表明，投資商和居民對太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)與常規(guī)能源熱水供應(yīng)系統(tǒng)之間的顯著差異依然存在模糊的認識。對于不同的能源系統(tǒng)，生活熱水供應(yīng)量和供應(yīng)方式應(yīng)對應(yīng)多種形式。物業(yè)管理中的計量收費和理解溝通困難,成為許多高層住宅工程放棄集中生活熱水系統(tǒng)的主要原因。
(3)從建設(shè)角度，將太陽能熱水系統(tǒng)作為后置設(shè)備或待定項目的開發(fā)建設(shè)單位不在少數(shù)，致使產(chǎn)品策劃、規(guī)劃設(shè)計和土建施工不能同步進行，造成了后期太陽能熱水系統(tǒng)施工安裝成本的升高，而且還可能存在建筑質(zhì)量隱患。這對于高層住宅而言，問題(如屋頂可安裝面積和安裝條件、管道井預(yù)留、冷熱水系統(tǒng)匹配)會更加嚴重。這是限制我國高層住宅太陽能熱水系統(tǒng)推廣的主要問題。
(4)從設(shè)計角度，太陽能熱水系統(tǒng)一般由給排水設(shè)計專業(yè)人員完成。在項目設(shè)計策劃階段往往缺少相關(guān)專業(yè)設(shè)計人員的參與，未能在住區(qū)規(guī)劃階段對太陽能利用進行綜合規(guī)劃，甚至出現(xiàn)為了太陽能集熱器在高層住宅墻面上的安裝，采取簡單加大建筑間距的規(guī)劃方法，造成太陽能利用的“節(jié)能不節(jié)地”現(xiàn)象。另外，由于系統(tǒng)設(shè)計不合理，使得輔助能源甚至成為主要加熱系統(tǒng)，或應(yīng)間隙運行的循環(huán)泵成為主要的耗能設(shè)施，造成太陽能熱水系統(tǒng)“節(jié)能”不節(jié)錢。高層住宅墻面型集熱器的集熱量和安全問題未能獲得有效的解答，沒能獲得建筑師的關(guān)注和理解，“誤導(dǎo)”了太陽能技術(shù)的推廣。
( 5 )從認識角度，除國內(nèi)幾個大型太陽能企業(yè)外，大部分太陽能企業(yè)還沒有建立起工程產(chǎn)品和工程服務(wù)的理念，沒有形成滿足與建筑結(jié)合的太陽能熱水產(chǎn)品和服務(wù)。太陽能熱水系統(tǒng)在建筑師(屋頂面積、建筑效果)、投資商(投資額和可靠性)和物業(yè)管理單位(計量收費和后期服務(wù))之間依然存在不同的認識。
3 高層住宅太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計
3.1 太陽能熱水系統(tǒng)運行方式選擇
目前，在住宅建筑上安裝太陽能熱水系統(tǒng)，大致有以下4 種類型：
(1) 在住宅樓樓頂給每戶安裝一臺家用太陽能熱水器。
(2) 在住宅樓的陽臺上給每戶安裝一套陽臺式太陽能熱水器(系統(tǒng))。
(3) 在住宅樓樓頂安裝一套集中儲水的太陽能熱水系統(tǒng)，通過熱水管道供熱水至每家每戶。
(4) 采用“集中集熱—分戶貯水—分戶使用”的太陽能熱水系統(tǒng)。即在樓頂安裝一套太陽能集熱器系列，在每戶的家里安裝一個具有換熱功能和輔助加熱功能的貯熱水箱，太陽能集熱器系列與貯熱水箱內(nèi)的換熱器，通過管路連通，形成一個循環(huán)回路，通過換熱方式，將每戶貯熱水箱內(nèi)的水加熱。用戶直接使用自家的水和電，不需要物業(yè)另行收取太陽能水費和電費等。
然而收費管理問題從技術(shù)層面很容易解決，但從管理層面則很容易帶來糾紛。最后一種方案雖然成本相比較高，但完全可以控制在房價的1% 之內(nèi)，且從技術(shù)層面也不存在任何問題，因此本文將較全面地介紹一下這種方案的設(shè)計。
3.2 “集中集熱—分戶貯水一分戶使用”類型的太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計方案
3.2.1 用熱水量和水箱容量確定
根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》(G B50015- 2003)和實際經(jīng)驗，每戶日用40℃熱水量可按150～300l設(shè)計，具體由房屋開發(fā)商根據(jù)所開發(fā)房屋的檔次和戶型大小確定。為方便生產(chǎn)和選擇，該系統(tǒng)的太陽能儲熱水箱已標準化、工廠化生產(chǎn)，目前國內(nèi)市場可提供1 5 0 l、200l、300l等多種規(guī)格的承壓水箱，水箱已自帶有電輔助加熱功能。
3.2.2 太陽能集熱器類型選擇
目前國內(nèi)使用的太陽能集熱器類型主要有平板集熱器、真空管集熱器、熱管集熱器、U形管集熱器。平板集熱器在中高溫情況下效率低，適合在環(huán)境溫度高、不結(jié)冰的地區(qū)選用;真空管集熱器在- 25℃條件下，仍可產(chǎn)生熱水，可一年四季使用，是目前我國大部分地區(qū)普遍使用的產(chǎn)品，但存在炸管漏水問題，可靠性稍差;熱管集熱器和U形管集熱器可在- 50℃條件下使用，抗凍性最好，可靠穩(wěn)定，但成本較高，適合在寒冷和高寒地區(qū)使用。用戶可根據(jù)所處地理位置合理選擇。
3.2.3 太陽能集熱面積確定
太陽能集熱面積主要根據(jù)太陽能水箱的容量確定，一般按照每100l水配置太陽能面積1.5～2m 2。如果水箱容量在150～300l，則每戶的太陽能集熱面積應(yīng)在3～6m 2。
3.2.4 太陽能集熱器的擺放方式
對于放置在樓頂?shù)奶柲芟到y(tǒng)，太陽能集熱器的擺放可以根據(jù)屋面的形狀來確定其布局形式。如果屋頂是坡屋面，則可以將太陽能集熱器平鋪在坡屋面上;如果是平屋面，則可以將太陽能集熱器傾斜或平鋪在屋面上;如果屋面情況復(fù)雜，則可以在屋面架起廊架，將太陽能集熱器平鋪在廊架上。
3.2.5 輔助加熱的種類和功率確定
對于太陽能貯水箱放置在住戶家里的太陽能系統(tǒng)，輔助加熱選用電最為方便，如果有天燃氣條件，也可以選擇天然氣作為輔助熱源。就國內(nèi)而言，市場上帶有電加熱的貯水箱很普遍，但帶有燃氣加熱的貯水箱較少，因此建議選擇帶有電加熱的貯水箱。輔助加熱功率的選取應(yīng)根據(jù)水箱大小和用戶可以提供的電負荷容量選取�？蛇x擇的具體大小為1.5kW 、2kW 、3.8 kW 、4.5kW 等。
結(jié)束語
總而言之，如果將集熱系統(tǒng)與供熱系統(tǒng)分開考慮，對于高層住宅太陽能熱水供應(yīng)，甚至太陽能供暖，問題會簡單得多。同時投資商或物業(yè)服務(wù)公司與業(yè)主委員會應(yīng)共同協(xié)商住區(qū)太陽能熱水系統(tǒng)的運行方式和居民的用熱水方式，加強溝通與理解，共同推進太陽能熱水系統(tǒng)的發(fā)展。中國的經(jīng)濟和技術(shù)水平現(xiàn)狀決定了我國太陽能熱水利用之路應(yīng)是，不斷提高熱水使用舒適度指標，而不是一步達到歐美生活熱水舒適度要求。
參考文獻
[1]國家住宅與居住環(huán)境工程技術(shù)研究中心著.住宅建筑太陽能熱水系統(tǒng)整合設(shè)計.中國建筑工業(yè)出版社，2006,(3).
[2]張程.黃惟.鄭新風太陽能熱水系統(tǒng)與高層住宅建筑一體化設(shè)計實例解析——以"景城御琴灣"小區(qū)為例[期刊論文]-華中建筑 2010(4)
[3]張程.黃惟高層住宅與太陽能熱水系統(tǒng)一體化設(shè)計[期刊論文]-合肥學院學報(自然科學版) 2010(3)
