太陽能熱水系統(tǒng)在多層居住建筑中的利用
關(guān)鍵詞：多層，太陽能熱水，非承壓
2005年國家出臺，中華人民共和國可再生能源法，并于2006年1月1日正式執(zhí)行，文獻(xiàn)〔1〕中明確指出，國家鼓勵(lì)單位和個(gè)人安裝和使用太陽能熱水系統(tǒng)。這一來大大推動(dòng)太陽能熱水系統(tǒng)在住宅建筑中的利用。此后，上海、山東、江蘇等省市發(fā)布了關(guān)干利用太陽能的地方性文件，浙江省也在2007年8月發(fā)布了浙江省建筑節(jié)能管理辦法。文獻(xiàn)[2]中明確指出，新建12層以下的建筑，應(yīng)當(dāng)將太陽能利用與建筑進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。筆者就六層以下（含六層）多層建筑中太陽能熱水系統(tǒng)的利用展開討論。
1、 太陽能熱水系統(tǒng)的分類。文獻(xiàn)〔3〕中有多種分類形式，如根據(jù)太陽能熱水供熱范圍分了：a、集中供熱系統(tǒng)；b、集中－分散供熱系統(tǒng)；c、供熱水系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行分：a、自然循環(huán)系統(tǒng)；b、強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)；c、直流式系統(tǒng)；等五種分類方式。筆者認(rèn)為可根據(jù)系統(tǒng)貯熱水箱承壓情況分為承壓系統(tǒng)和非承壓系統(tǒng)。目前針對承壓系統(tǒng)，市場上也沒有明確定義。筆者根據(jù)文獻(xiàn)〔4〕第3.3.4條和第3.3.5條對住宅用水壓力的相關(guān)規(guī)定，認(rèn)為多層住宅的太陽能承壓系統(tǒng)一般至少能承受0.6Mpa的壓力。
2、 承壓系統(tǒng)和非承壓系統(tǒng)的差別。顧名思義，承壓系統(tǒng)，就是系統(tǒng)中帶有一定的壓力運(yùn)行，且系統(tǒng)中至少有一臺承壓容器，同時(shí)太陽能承壓系統(tǒng)中還應(yīng)考慮脹膨水罐，這樣一來勢必增加工程投資。如果脹膨水罐選型不合適，可能倒致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，更有甚的在夏季可能出現(xiàn)開鍋將貯熱水箱體炸裂的現(xiàn)象。因此筆者不提倡在多層普通住宅建筑中利用太陽能熱水承壓系統(tǒng)。反之，非承壓系統(tǒng)，因工程造價(jià)低，不擔(dān)心開鍋現(xiàn)象的出現(xiàn)。因?yàn)橐坏╅_鍋蒸汽就能在第一時(shí)間排至大氣，對貯熱水箱不造成任何危害。因此非承壓系統(tǒng)是相對經(jīng)濟(jì)安全的，是值得推廣的。
3、 非承壓系統(tǒng)又可細(xì)分為整體機(jī)（一體機(jī)）系統(tǒng)和集中供熱系統(tǒng)。其中集中供熱太陽能熱水系統(tǒng)存在諸多問題，如室外太陽能熱水循環(huán)泵設(shè)計(jì)安裝問題，室內(nèi)部分熱水循環(huán)泵設(shè)計(jì)安裝問題，熱水計(jì)量問題，設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用攤分等問題，并且從長遠(yuǎn)看的話，他的費(fèi)用不會(huì)比承壓系統(tǒng)低。故筆者也不做推薦。目前很多知名品牌太陽能生產(chǎn)企業(yè)因?yàn)樽陨a(chǎn)品更新，發(fā)展需要不再推薦整體機(jī)太陽能熱水系統(tǒng)，但筆者結(jié)合近些年來對太陽能熱水工程的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)，卻認(rèn)為整體機(jī)太陽能熱水系統(tǒng)是目前科技水平及我國多數(shù)普通住宅居民的經(jīng)濟(jì)收入條件下，較適合全國多數(shù)普通多層住宅用的一種方式�，F(xiàn)介紹如下一個(gè)工程實(shí)例：
一、 太陽能整體機(jī)與建筑想結(jié)合的設(shè)計(jì)實(shí)例。整體機(jī)如末經(jīng)專業(yè)設(shè)計(jì)布置，可說是相當(dāng)零亂，大大影響城市景觀，破壞了建筑整體效果。如圖就是一個(gè)例證。
之所以達(dá)不到一個(gè)良好的視覺效果，是因?yàn)閺奶柲苷w機(jī)的選型，設(shè)備布置，管道安裝都沒有進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。筆者有如下幾個(gè)工程實(shí)例，從建筑方案開始考慮到了太陽能熱水器的設(shè)計(jì)布置，與建筑外立面效果想統(tǒng)一。
筆者設(shè)計(jì)的這個(gè)工程一開始就要求建筑同志結(jié)合立面效果，做平屋面與坡屋面相接合的立體屋面，這樣一來能解決立面效果問題，二來能做好屋面排水工作，三來能給太能陽熱水器安裝提供一個(gè)相對合適、安全的操作空間。作為這種太陽能整體機(jī)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的難點(diǎn)主要有二：一就是屋面設(shè)備的布置，二就是室內(nèi)管道的布置。難點(diǎn)一，只要建筑同志做方案時(shí)能為太陽能熱水器考慮位置就能解決了，圖二的相關(guān)內(nèi)容就是一種解決方案，這一方案已被實(shí)踐證明是切實(shí)可行的。難點(diǎn)二，筆者做了二個(gè)凈尺寸為430*360mm管道井，一個(gè)井中放六條管，一條DN40的冷水進(jìn)水總管，五條DN20的熱水管至每戶，一家一管熱水管。這樣不影響建筑的任何使用功能
但這個(gè)系統(tǒng)也有一個(gè)不利點(diǎn)，就是對底層用戶，會(huì)造成一個(gè)冷水的浪費(fèi)，這個(gè)系統(tǒng)需要將管道中的冷水放完，熱水才會(huì)出來，如系統(tǒng)圖，按熱水給水
立管以文獻(xiàn)〔5〕中表14.1-11中的薄壁不銹鋼管（壁厚0.6mm的304,計(jì)算管道內(nèi)徑D=18.8mm）DN20計(jì)，屋面太陽能熱水出水至底層用戶第一用水點(diǎn)的長度按L=20米(其中垂直高度15.2m)計(jì)，長時(shí)間間隔用水時(shí)首次可能要放出的冷水量（V）按以下公式計(jì)：
V=L*Q=L*π*D2/4=20*3.14*18.82/4*10-3=5.3L。當(dāng)然二層以上的用水戶放出的冷水量會(huì)相應(yīng)減少。但我們可以從工程造中可以看出這個(gè)不利點(diǎn)，相比其它太陽能熱水系統(tǒng)形式，還是節(jié)能了很多能源和費(fèi)用。如同樣以五層樓10戶住宅，每戶用水量180L/天計(jì)算，用承壓系統(tǒng)的初次投資費(fèi)用每戶大概是8000元，用非承壓集中供熱系統(tǒng)大概初次投資費(fèi)6000元左右，而用非承壓整體機(jī)太陽能熱水系統(tǒng)每戶的費(fèi)用在3000元左右，并且整體機(jī)太陽能不像承壓系統(tǒng)、非承壓集中供熱系統(tǒng)還有大量的后期運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用一說，從設(shè)備的正常運(yùn)行15年來說，一般非承壓整體機(jī)太陽能系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用不會(huì)多干500元一戶。同時(shí)我們也能清楚的看到，一旦室外集熱管出現(xiàn)問題，非承壓集中系統(tǒng)帶來的是整個(gè)系統(tǒng)的崩潰，以10戶住宅為單位，10戶家庭將都失去熱水供應(yīng)，直至系統(tǒng)修復(fù)。同樣對承壓系統(tǒng)來說一旦脹膨水罐或貯熱箱開裂，整個(gè)系統(tǒng)也就崩潰了。
結(jié)束：2009年中國城鎮(zhèn)人口已達(dá)6.22億城鎮(zhèn)化率46.6%；“十二五”期間，我國城鎮(zhèn)化水平預(yù)計(jì)超過50％，進(jìn)入城市社會(huì)。在此新農(nóng)村、新城鎮(zhèn)建設(shè)過程中，將有大量的多層普通住宅出現(xiàn)。在全球氣候變暖的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)下，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，倡導(dǎo)低碳生活，成為每一個(gè)國家，每一個(gè)人的責(zé)任。一種有效的利用太陽能產(chǎn)生熱水的方式，并且能很好的適應(yīng)我國這種國情，筆者認(rèn)為整體機(jī)太陽能熱水系統(tǒng)是較為適應(yīng)的。
參考文獻(xiàn)
[1]中華人民共和國可再生能源法，2005
