太阳能热水系统在高层住宅的运用

朱烜祯

摘要:通过“深圳市体育新城安置小区”运用太阳能热水系统的案例分析,文章讲述太阳能热水系统在高层住宅中运用的情况。文章讲述了设计中运用集成化设计、精细化设计、适宜的新技术选用等创新设计方法,重点论述了太阳能热水系统在高层住宅运用中的重难点及相应解决办法。

关键词:太阳能热水系统;创新设计;新技术

中图分类号:TU822 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)20-0127-02

1项目概况

①项目位置。位于龙岗中心城中轴线西侧,东距黄阁中路约600 m,深圳市体育新城用地东北端,占地10.1 m2。

②项目规模。总建筑面积:41.3万m2,住宅总建筑面积25.6万,为21栋18～34层高层住宅,总户数4 009户;居住人数10 000人。

③项目制约条件。投资受限——项目为政府投资建设的拆迁安置房,建筑造价受到严格限制;工期紧张——项目为配合大运会场馆的建设,工期紧张。需求特殊——原住居民自用和出租物业混杂的小区,功能需求复杂。

2创新设计方法

设计中以“高效、经济、适宜、绿色”为主题,采用了创新性的设计方法。

2.1集成化设计

①多角色集成设计:与村民进行方案沟通,与建设方及政府审批部分进行方案沟通。②多学科集成设计:本项目的设计除项目常规设计所必备的各专业学科以外,还引进了植物学、社会学、民俗等学科知识。③多技术集成设计:如:地下室自然采光与自然通风的有机集成。室外充分利用自然通风与防噪措施的综合集成。雨水收集、中水处理与人工湿地、景观水体自净系统等的集成等。

2.2精细化设计

首先,从规划入手。总平面不单是根据建筑师的经验和感觉而布置,更多的是用先进的计算机软件,对小区的通风、日照、噪音进行模拟,用模拟结果数据来指导我们的总图布局。

其次,从建筑入手。本项目还采用一些精细的技术,如:建筑外围护节能设计(外墙、外遮阳、节能玻璃)、室内自然通风设计、室内自然采光、地下室采光通风综合考虑等设计。

2.3适宜的新技术

设计根据项目的实际情况, 低风险选用适当新技术,其中主要有人工湿地技术、MBR中水处理系统、雨水收集系统、半集中式太阳能热水利用技术等。

3太阳能热水系统的运用

3.1系统运用的基本情况

小区的住宅主要为18～34层,有一梯四户及一梯10户点式及型板式小户住宅。甲方要求要求每户均使用太阳能热水系统。

通过设计计算,小区的年热水用水量:21.6万m3。另外,深圳地区年平均温度高,在热水器使用上要兼顾冬季 ,也是系统运用所要考虑的一个特点。

3.2太阳能热水系统在高层住宅运用的难点

太阳能热水系统在高层住宅上运用,主要存在太阳能和建筑一体化,屋面集热面积的不足,施工、使用安全性,运行维护便捷性以及管线密集,建筑平面布置难等问题。体育新城安置小区是安置房,其难点在于如何在低成本、高密度的条件下,低风险地运用太阳能热水系统。

就本项目而言,在设计之初,我们急需解决的是系统选型问题,选择什么系统成了项目的第一个难点。其次,小区户数及户型总类多,安置居民多,如何确定合理的计费方式,方便物业管理,也是需要考虑的问题。 第三就是前面提到的住宅屋面集热面积不足的问题,包括装在哪里才是合理的,利用率才是最高的问题。另外,集热器安装安全性设计、集热器安装与建筑外观一体化、太阳能补充能源的选择等问题也是我们考虑的主要问题之一。

除以上问题外,本项目安装太阳能热水系统还存在居民心理接收程度的问题,因为居民是农村的,他对一些新技术运用相对是比较保守的,接受度是比较低的。怎么向他们宣讲,让他们接受这些新技术,也是我们需要解决的问题之一。

以上问题的解决,关键是系统选型的问题。把系统选型问题先解决以后,其它的就可以通过我们务实的作风、科学的工作方法——得以解决。

3.3太阳能热水系统的选择

目前常用的太阳能热水系统利用方案主要有两种:一种叫集中式中央热水系统:即集热、储热、辅助加热均集中设置;另一种是分户式承压系统:即集热、储热、辅助加热均分户设置。

集中式中央热水系统的优点主要有:集成化程度高,集中储热方式利于降低造价并减少热损失;管路简单,保证供水品质,最大限度确保用户即开即热;对于住宅小区,有初投资少、集成化程度高、能耗低的优势。同样缺点也是非常明显的,主要体现在:通过分户计量收取生活热水费,使物业管理增加难度;该类系统集中运行,一旦出现故障,用户热水将不能得到保证;水箱占屋面面积大。

分户式承压系统有用户单独安装、独立使用,太阳能热水系统相对简单,且互不干扰;由于不存在计费问题,物业管理方便等优点。其缺点就是:用户辅助加热部分耗能大,热水供应系统造价高;每户单独一个系统,因无可靠的回水系统,供水管路存水变凉浪费热能,热水资源无法共享,系统资源不能充分利用而产生浪费;综合造价与同档次的中央热水系统相比相对较高;系统管道较多,与建筑配合难度较大。

以上两种系统存在的缺点,对于在高层住宅上运用,都是难以克服的。在设计之初,我们也尝试着对这两个系统进行分析,探讨各种克服困难的各种有效办法,但通过最后的权衡,我们决定另择途径。

在工期紧的情况下,我们组织了院内科研及设计人员展开了研发,最终设计出我们称之为“半集中式”的中央热水系统。

半集中式的中央热水系统的工作原理就是: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。

其特点是:避免因水质引起管路和集热器结垢,运行控制方式简单;各户单独使用,热水资源分配均匀;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;避免了计费难的问题;整个系统的管路对建筑美观影响小。

虽然我们对半集中式的中央热水系统运用做了充分的论证,但为了保险起见,做到万无一失,我们跟厂家配合,在自己员工宿舍进行安装试用,积累一些运行数字。运行统计的数据结果来还是比较接近设计的目标的。这增强了我们对该系统运用的信心。

3.4太阳能集热器安装面积及位置分析

设计中其实还要考虑一个问题,就是太阳能执业器的安装面积及安装位置分析。高层住宅集热器的安装一般有两种方式:一种是集中设在屋面,即太阳能光热集热器安装于楼顶,集热器与高层建筑屋顶飘板结合;另一种是分设在立面上,即可与建筑遮阳结合,在集热的同时起到遮阳与挡雨的作用,也可立面垂直安装,利用阳台栏杆或者窗间墙等作为集热器布置空间。

第二种的安装会存在一下问题需要解决:可能会存在视线遮挡问题;由于集热器只能选择朝阳的立面设置,因此有一定的局限性;还存在施工难度比较大、防风及结构安全问题;存在影响美观问题。

在本项目中,为明确建筑屋面及立面日照情况,我们根据建筑高度,分析每栋住宅屋顶及立面冬至日(12月22日)及春分日(3月21日)累计日照时数(日照时间为9:00～15:00),从而确定集热器的安装位置及面积。

对于安装中的美观问题,主要的做法是:结合阳台、建筑凹槽,与建筑造型、立面一体化考虑。安全性的问题中,主要存在结构及安装及维护的安全。解决的办法是:①屋顶采用钢结构、与主体结构一体化设计,立面设计扣细节,注重节点设计;②屋顶集热板安装在架空的钢架中,立面结合阳台、建筑凹槽安装,可达性强,安装维护便捷安全。

另外,半集中式太阳能热水系统中的分户水箱的布置也使一个棘手的问题。我们在设计中,水箱的布置采用了“集中布置”和“分散布置”两种方式。小户型板式住宅,户数多,采用屋顶集中布置;大户型点式住宅,户数相对较少,采用各户分散式布置。

3.5效益分析

①增量成本。增量成本3 000万左右,折合m2/117元,太阳能利用率总能耗7.5%,回收期4~5年。

②经济效益。年产生热水量:10.8万 t,占总热水用量50%;年节电量: 580.12万kW,节约电费约395.2万元;年节省天然气:86.18万m3,节约费用约221.9万元;年二氧化碳减排量:5 794.5 t;年减排二氧化硫量:174.4 t;年减排碳灰尘量:1 580.9 t。

4结 语

目前本项目的18层住宅太阳能系统已经安装完毕。并已完成的安置的分房,已经具备了入住的条件了。目前,为了积累运行数据,并验证设计与实际运行数据的匹配度,我们增加了运行监测系统,今后将使用运行数据定时向社会各界公布,历时欢迎批评指正。

参考文献:

[1] 王月欣.太阳能热水系统与中高层住宅的完美结合的技术应用[J].黑龙江科技信息,2009,(2).