住宅太陽能熱水的探討和應用
摘要：本文介紹太陽能熱水器的相關專業(yè)知識，論述了太陽熱水器應用的現(xiàn)狀及存在的一些問題，結(jié)合建筑工程設計中的太陽能熱水器工程實例。根據(jù)項目特點，設計了適合此項目的太陽能熱水器系統(tǒng)和控制方式，并結(jié)合設計分析成本，論述其經(jīng)濟性，最后提出了一些相關推廣太陽熱水器的建議和展望。
關鍵詞：太陽能熱水應用,設計應用,節(jié)能,造價
隨著能源形勢和生態(tài)環(huán)境的日益惡化，世界許多國家都把利用綠色、可再生的太陽能作為應對能源、環(huán)境問題的重要策略。太陽能作為清潔能源，取之不盡，用之不竭，為有效降低居民住宅能耗，促進生態(tài)文明建設，國家先后頒布了《中華人民共和國可再生能源法》、《中華人民共和國節(jié)約能源法》和其他相關扶持政策，鼓勵各行業(yè)使用太陽能。太陽能熱水器作為太陽能利用的一種形式，在全國各地應用的實例多，特別是在北方的家庭用戶比較普及，但在南方由于各種原因，太陽能熱水器的利用率不高。作為綠色地產(chǎn)的先行者-招商地產(chǎn)，在廣州金山谷項目就統(tǒng)一設計運用了太陽能熱水器，避免以后業(yè)主自行安裝破壞建筑外觀。本文主要對太陽能熱水器和金山谷項目應用的相關情況進行了探討，請同行批評指正。
1住宅熱水加熱的使用范圍及太陽能熱水器的分類。
1.1太陽能熱水器的組成
太陽能熱水器是由集熱器、儲水箱、給水箱、循環(huán)管、循環(huán)泵、配水管等組成。我國大部分地區(qū)均處北緯40度以北，日照時間較長，均適合推廣太陽能熱水器。
1.2集熱器形式
a.平板型：在住宅中使用的小型熱水器中，目前多采用自然循環(huán)方式，且為單循環(huán)，即集熱器內(nèi)被加熱的水直接進入儲水箱提供使用。結(jié)構(gòu)簡單，成本較低�？箖瞿芰θ�。
b.真空管型：全玻璃真空管結(jié)構(gòu)簡單，價格適中，水在玻璃管內(nèi)直接被加熱，其組成的家用熱水器一般是將真空管直接接入非承壓水箱，采用落水法取熱水。也有采用金屬熱管組合的承壓式及采用U型管組合的分離式，在不同地區(qū)都全年使用。具有抗凍、耐壓和耐冷熱沖擊能力。
熱管型真空管，其管內(nèi)無水，具有抗凍、耐壓和耐冷熱沖擊能力，可連接承壓水箱，采用雙循環(huán)系統(tǒng)，更適用于各種規(guī)模的熱水系統(tǒng)，價格較高。
1.3太陽能熱水系統(tǒng)
太陽能熱水系統(tǒng)可分為承壓和非承壓系統(tǒng)，再可細分一體承壓系統(tǒng)、分體承壓系統(tǒng)和分體非承壓系統(tǒng)。
2太陽能熱水器的利用問題
2.1消費觀念轉(zhuǎn)變需要時間
消費者對使用太陽能的認識不多，意識不強。目前人們雖然有了環(huán)保意識，但主動保護環(huán)境、節(jié)約能源還沒成為人們的自覺行為。
2.2部分建設單位積極性不高。
多數(shù)已建成的住宅小區(qū)尚未實現(xiàn)太陽能熱水系統(tǒng)與建筑工程一體化，后期安裝又存在諸如：屋面面積不夠，安裝不方便，安裝到屋面容易造成屋面漏雨，頂戶住戶不愿意，造成鄰里糾紛等問題的出現(xiàn)。
2.3太陽能熱水器受季節(jié)性因素大
使用過太陽能熱水器的市民都有體會，因受季節(jié)影響，使用不是很方便。冬天日照時間較短，或逢陰天，太陽能熱水器就“罷工”。還有太陽能熱水器常年放置于室外，每到冬季，空氣污染就會加重，布滿灰塵的太陽能真空管會影響太陽能的正常工作效果。
3工程應用
招商地產(chǎn)為響應國家號召，在20多年的實踐中，總結(jié)出一套注重生態(tài)、強調(diào)可持續(xù)發(fā)展的"綠色地產(chǎn)"企業(yè)發(fā)展理念，扎實做好地產(chǎn)行業(yè)的節(jié)能、綠色工作，真正實踐“綠色地產(chǎn)”的理念。在廣州金山谷項目中，在結(jié)合公司其它項目利用太陽能的經(jīng)驗，從建筑方案設計開始考察到太陽能熱水系統(tǒng)的設計，因此在太陽能熱水系統(tǒng)與建筑工程一體化和系統(tǒng)選擇方面比較完善，在多個方面達到了很好的效果。
3.1系統(tǒng)選擇和比較
在系統(tǒng)和集熱器的選擇上，為達到充分利用太陽能和降低工程造價的目的，金山谷項目經(jīng)過對國內(nèi)知名的太陽能熱水廠家進行了幾輪的考察對比，充分考慮到建筑的美觀和其它因素，決定采用非承壓真空管的系統(tǒng)。相關考察調(diào)研對比情況如下表：
3.2項目設計系統(tǒng)介紹
3.2.1系統(tǒng)原理圖
3.2.2系統(tǒng)控制原理說明
（1）平板太陽能集熱器規(guī)格：每塊1m×2m，共2塊，晴天是產(chǎn)55°C熱水75～140KG/m2。
�。�2）保溫水箱的保溫性能應達到3天內(nèi)降溫不超過5～8°C。
�。�3）控制系統(tǒng)采用微電腦智能化控制，全自動運行，無需專人操作。太陽能采用定溫進水和溫差強制循環(huán)兩種方式控制，電加熱器系統(tǒng)可以智能判斷太陽光是否充足并自動補充熱水，系統(tǒng)具有全天候供應熱水、自動加壓、回水等功能。同時系統(tǒng)還設有人工控制功能，方便調(diào)試和維護使用。
（4）具體控制要求如下：
在下午3點時，如果水箱內(nèi)熱水水位還不到70%的位置，那么電磁閥會自動打開，往水箱里補充冷水，同時啟動電加熱，當水位到達70%的位置時，就停止補充冷水，當水箱內(nèi)水溫升到50度時，電加熱自動停止，這個過程的目的是提前用電加熱準備70%的熱水，給晚上備用。系統(tǒng)應能24小時供熱水。晚上用熱水時，熱水水位逐漸下降，冷水不會進入水箱，水溫是恒溫的，若當天這70%的熱水夠用，那么晚上就不再啟動電加熱了，若不夠用，當水位降至最低水位時，電磁閥會自動打開，往水箱里補充少量冷水，同時啟動電加熱系統(tǒng)加熱至50℃。
3.2.3系統(tǒng)優(yōu)點
此控制系統(tǒng)應做到最大限度的利用太陽能，使輔助電耗最小，系統(tǒng)保證一直有熱水用，要用多少就加熱多少，水位會一直維持在最低水位，這種控制電加熱水的方法能充分的利用太陽能，最省電費，真正達到節(jié)能。
3.3工程造價分析
按廣州市日照情況設計。太陽能集熱面積計算如下：
H•F•η•K1•K2=L•C•ΔT
H–太陽輻射量，廣州市為20130KJ/M2；
F-太陽能熱水器集熱面積；
η-熱水器日平均效率，一般為0.5；
K1-容積系數(shù)，取1.0；
K2-系統(tǒng)熱損系數(shù)，取0.8；
L-產(chǎn)水量（別墅按300L/天計算）；
C-工質(zhì)比熱容，4.19kJ/kg.℃；
ΔT-冷熱水溫差，按夏天淋浴用水量最大時計算，熱水55℃，冷水20℃，溫差35℃.
每戶需太陽能集熱管面積約4平方米，包括給水管等其他設施，工程造價約7500元/戶，按上述節(jié)能889KWH計算，市場電能價0.53元/KWH，每年可節(jié)約費用471元，考慮部分維修管理費用，6年可收回投資（不計投資利率情況下），節(jié)能性價比極高。
基準：廣州番禺地區(qū)太陽能保證率可取45%，則每年太陽能可免費提供熱水的天數(shù)為：
365×0.45≈165天，其余200天依靠電輔助加熱
設在相同條件下，對300升初始水溫為20℃的生活用水進行加熱，使水溫升高到55℃。則需熱量為：
300kg×（55-20）℃×1Kcal/kg℃=10500Kcal
消耗電量：
1度電=3600kJ÷4.187=859.8Kcal,電平均效率取95%，則消耗電量：
10500Kcal/859.8/0.95=12.85度電
每年節(jié)約費用為1293元，考慮部分維修管理費用，6年可收回投資（不計投資利率情況下），節(jié)能性價比極高，使用太陽能是可行和具有經(jīng)濟性的�！�
4總結(jié)
目前在房地產(chǎn)開發(fā)項目中，開發(fā)商配置太陽能熱水器的項目還比較少，普及太陽能的潛力還很大，各項目可根據(jù)自己的實際情況，選取最優(yōu)化設計。
在解決太陽能熱水器的利用問題上，我們要根據(jù)國家的政策引導大力推廣應用太陽能熱水器，因地制宜，研發(fā)出適合各地區(qū)氣候條件的太陽能熱水器設計，并嘗試新的安裝費投入方法。特別是小區(qū)推廣太陽能熱水器，廠家大力加強售后跟進服務。
隨著人民居住舒適性和建筑節(jié)能環(huán)保意識的提高，我相信太陽能熱水器在住宅中的應用將逐漸得到普及，相應國家的節(jié)能減排的政策�！ �
