廊坊市某公寓集中热水供应系统设计探讨

李作鑫， 张福萍

(中国航天建设集团有限公司，北京100071)

1 工程概况

廊坊市某公寓位于河北廊坊中国人民武装警察部队学院内，为多层住宅建筑；大楼全长90.30 m，宽18.40 m，地上6层，建筑高度19.60 m，总建筑面积8 242.62 m2，鉴于近年来国家和地方在建筑节能减排领域的政策导向及冀建质[2008]611号文的要求[1]，建筑进行了太阳能热水系统的设计，热水主要用于用户洗浴用水。

2 热水供应方案的确定

初期太阳能热水器在住宅中的应用以分户独立系统为主， 随着太阳能应用水平和技术的不断提高，集中式太阳能热水系统越来越受到人们的重视。与分户式系统相比， 集中式太阳能热水系统具有投资节省、集成化程度高、用户之间用水可相互平衡、容易实现连续供水等优势， 同时便于与建筑结合， 可以同时设计、同时施工、同时管理， 是今后太阳能热水系统发展的主要方向。《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》对设计耗热量超过293 100 kJ/h(81.4 kW)的用户推荐采用集中热水供应系统[2-4]。建筑设计耗热量为747 173 kJ/h；综上建筑采用集中式太阳能热水系统。

根据技术现状， 可用于住宅类公寓的集中式太阳能热水系统主要包括两种：集中集热-集中储热-集中辅助加热系统和集中集热-分户供热-分户辅助加热系统[5-7]。这两种系统的优缺点分述如下：

2.1 集中集热-集中储热-集中辅助加热系统

集中集热-集中储热-集中辅助加热系统的工作原理如图1所示。

图1 集中集热-集中储热-集中辅助加热系统原理

系统在屋顶上需设置集热水箱及辅助热源，需在屋顶上设置设备机房， 按建筑规范， 当屋顶机房的面积超过屋面面积的1/8时， 就需要计入建筑面积， 这是开发商无法接受的； 另外集中辅助加热需另设辅助热源， 当天气不好时， 完全靠辅助热源产生生活热水， 即使只有一户用热水， 整个系统也得运行，系统运行费用高； 另外系统的产权归属也难以明确，在小区入住率不高或系统节能效果不明显等情况下，物业公司在对系统运行产生的费用进行分摊时， 常常与业主产生纠纷， 造成物业管理困难。

另外就系统本身而言， 系统运行时， 为保证冷热水分区一致， 需分高低两个区设置两套太阳能热水系统， 相应的设备数量增加、管井内的管线数目也会增加。

图2 集中集热-分户换热-分户辅助加热系统原理

2.2 集中集热-分户换热-分户辅助加热的太阳能热水系统

集中集热-分户换热-分户辅助加热的太阳能热水系统的工作原理如图2所示。系统通过屋顶集中放置的太阳能集热系统收集热量，集热介质作为热媒供给各户的承压储热水箱与冷水换热， 然后通过循环立管回至屋顶重复加热，在这个过程中只有热量的交换， 没有流量的损失； 立管中的集热介质较其他系统， 避免了集热循环管道的结垢问题， 太阳能系统运行更安全稳定。楼顶不设置集中储热水箱， 减少了楼顶建筑负荷；每户设置承压水箱， 安装在设备阳台， 内部安装单盘管系统， 下部盘管与太阳能系统换热， 冷水来自各用户自用水，通过每户入户水表计量水费，避免了其他系统用水计量困难的问题； 太阳能系统仅提供热量而不供应热水， 用户根据自身用水情况提供辅助加热， 不但提高了用户热水使用的灵活性也提高了物业管理的效率； 系统公摊的日常运行费用仅为设在屋顶的集热循环泵运行时的电费， 其余辅助加热部分费用均在户内产生， 避免了因收费问题带来的物业纠纷。

从建筑物使用要求和物业管理角度而言， 太阳能热水系统的设计应便于管理， 用户与物业之间不会因系统使用不合理产生“纠纷”；在项目实施阶段甲方对太阳能热水系统多次强调其设计应便于管理，尽量避免用户与物业之间不会因系统使用不合理产生“ 纠纷”。并结合上述两种系统的优缺点并与甲方沟通后，两方均认为集中集热-分户换热-分户辅助加热的太阳能热水系统是建筑合理的热水供应形式。

2.3 集热器排列方式设计

多层建筑集中式太阳能热水系统设计中， 集热器的排列方式是设计中关键问题之一。集热器排列方式的设计主要依据系统运行方式和场地环境， 同时要考虑和建筑物结构及建筑物整体美观的协调。集热器排列方式有串联、并联、混联3种[8]， 如图3所示，根据具体需要进行设计， 系统采用混联排列方式。

图3 集热器排列方式

3 存在的问题及解决措施

(1) 存在的问题。采用集中热水供应系统能够满足用户对供水安全﹑舒适﹑可靠﹑稳定﹑噪音小等的要求。此外，储热水箱设置于各用户室内有利于用户计量、及物业收费与管理。但也存在一些问题：公寓内的供水干管及回水干管均设置在公共部位的管道井，从管道井至户内用水点的支管均埋设在楼板垫层内。太阳能热媒水管道也按照这种方式敷设，管路较长，损失大，也降低了热效。住宅建筑设计时， 没有充分考虑太阳能的利用问题， 没能为以后利用太阳能提供条件；没有结合住宅的使用特性设计产品， 太阳能设备完全是纯工业设计产品， 在安装、使用中与建筑无法完美结合， 影响了住宅建筑的使用和美观。

(2) 解决措施。加强配回水管道的保温，减小管网热损失，要求不同管路施以不同色漆，以便今后的运行管理。在个别水力条件不利的管路上增设局部电伴热装置。在各回水泵前端设置温度传感器，通过传感器感知回水温度进而控制循环泵的运转，以确保各供回水管路最不利控制点水温。屋面集热器在造型设计中， 可将标准模块设计成屋面饰面板和饰面瓦， 以代替传统的屋面材料， 可以将标准模块设计成带保温结构、与天窗通用的模块， 从而为太阳能与建筑的一体化使用创造条件。太阳能热水系统的设计从专业分工上划分， 主要由建筑给排水专业的设计人员来完成； 同时也需要建筑、结构和电气工程师配合完成。而太阳能与建筑的有机结合是太阳能热水设备产业的发展方向， 问题是一个社会系统工程， 需要社会有关方面协同解决。

4 结 语

在常规能源日益匾乏的今天， 太阳能在建筑中的应用逐渐成为建筑节能的主要发展方向， 太阳能与建筑一体化设计也越来越引起人们的关注。公寓等多层住宅建筑队热水供应系统有安全﹑可靠﹑稳定﹑舒适﹑噪音小的共同要求，因此就热水供应方案进行比较与优选是必要的。集中集热-分户换热-分户辅助加热系统有利于用户计量、物业收费与管理，虽投资费用有所增加，但基于其广泛的应用及较低的后续管理维护费用。系统作为建筑的太阳能热水供水系统是合理的，另系统中出现的问题能够得到较好的解决。

参考文献：

[1] 郑瑞澄，民用建筑太阳能热水系统工程技术手册[M].北京：化学工业出版社，2006

[2] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司.全国民用建筑工程设计技术措施给水排水[M].北京：中国计划出版社，2009

[3] 黄海峰. 住宅建筑太阳能热水系统设计选型[J]. 给水排水，2008(11)：23-26

[4] 王宏宇.多层建筑太阳能热水系统的设计[J]. 江苏理工大学学报：自然科学版，2001(6)：6-10

[5] 刘姜伟.住宅太阳能热水系统设计探讨[J]. 给水排水，2010(11)：22-24

[6] 万水.高层住宅太阳能热水系统类型选用探讨[J]. 给水排水，2009(12)：28-31

[7] 高林朝.集体用大面积太阳能热水系统的工程设计[J]. 新能源，1999(12)：9-12

[8] 彭思明.自然循环式太阳能热水器过程控制方案[J]. 新能源，1996(7)：1-5