太阳能热水系统选择分析——基于不同住宅屋面形式和住宅类型

陈少林

(香港华艺设计顾问(深圳)有限公司 深圳 518031)

太阳能热水系统选择分析
——基于不同住宅屋面形式和住宅类型

陈少林

(香港华艺设计顾问(深圳)有限公司 深圳 518031)

以不同类型住宅屋顶的形式及住宅类型为研究背景，通过对平屋顶、坡屋顶等屋顶形式的分析，提出适宜的不同屋面形式集热器类型；通过对别墅住宅、高层住宅、社区住宅等住宅形式的比较，分析不同住宅类型最适宜的太阳能热水系统。

太阳能热水器；平屋顶；坡屋顶；别墅住宅；高层住宅

0 引言

近年来，太阳能制热系统被人们广泛利用。不管是高层建筑，还是多层建筑，城市还是乡村都在使用太阳能。目前我国农村和城市的住宅建筑屋面有平屋顶、坡屋顶和圆顶3种，主要的住宅分为普通住宅、别墅两类。不同类型的住宅建筑所利用太阳能热水系统的形式都不相同。本文通过对各类型屋顶形式及住宅的分析，提出不同类型屋顶和住宅所适宜的太阳能热水系统。

1 不同住宅屋面形式对太阳能热水系统的选择分析

1.1 平屋顶住宅

平屋顶，是指坡度小于10°的建筑屋面[1]，是我国最普遍的建筑屋面形式。特别是南方地区新建的城市和农村住宅大都选择平屋顶屋面，如图1所示。平屋顶屋面上安装太阳能集热器，设计最为简单方便，可放置的集热器面积也相比其他屋面要大。在设置过程中要考虑到建筑屋面的外观，前后排集热器的安装距离，集热器与阳台、墙面的距离。在平屋面上太阳能集热器可选用全玻璃真空管型和平板型，集热器用钢丝绳或者预制配件将热水器固定在屋顶上，防止大风天气情况下，集热器被吹落、砸伤行人，这种安装方式在当前是最普遍的[1]。由于平屋顶住宅的屋顶面积较大，利于设备安装。整齐排列的集热器，在屋顶可以形成一定的遮阳效果，如图2所示。集热水箱可以设置在屋面上、屋顶隔间、阳台、卫生间等，布置相对灵活。

图1 平屋顶住宅

图2 坡屋顶住宅

1.2 坡屋顶住宅

坡屋顶是指坡度大于等于10°且小于75°的建筑屋面[1]，在我国农村的瓦房建筑以及近两年来的村镇住宅以及别墅等建筑中最为常见。坡屋顶最适合平板集热器的安装，在坡屋顶上安装太阳能热水系统是太阳热水系统与建筑最佳的结合方式之一。集热器不但可以装饰成不同颜色，使屋面赏心悦目，备受人们青睐，还可以使集热器很好地镶嵌在屋面。考虑到屋面的美观，坡屋面的太阳能热水系统的集热水箱应与集热器分开设置，可以布置在屋顶的隔间内，隐蔽、安全，如分体式太阳能热水系统。

坡屋顶建筑在设计时应该把太阳能热水系统综合考虑。有实验表明，太阳集热器接受阳光的最佳角度随季节有所变化，冬季为当地纬度增加10°，夏季等于当地纬度减少10°，在屋顶坡面设置设计时应综合考虑[4]。设计中则宜考虑热水使用需求，太阳集热器集热倾角的技术要求，结合建筑形体比例的调整，对坡屋顶坡度造型的推敲等确定坡屋顶的坡度。

2 不同住宅屋类型对太阳能热水系统的选择分析

2.1 别墅住宅

家用太阳能热水系统由于集热水箱容积较小，管路布置简单灵活，可以24h大量供应热水，目前在国内外应用最广、技术成熟、使用最可靠[2]。在别墅建筑的热水系统中，既要考虑到别墅的美观，又要保持室内环境的舒适性，目前使用最多是分体式家庭太阳能热水系统和热泵热水系统。别墅建筑由于其自身特点，其太阳能热水系统多采用分体式热水系统。由于别墅多为坡屋顶建筑，所以选用平板型集热器与别墅的屋顶多坡的特性天然有机结合一起，如图3所示。集热器贴合在建筑物的屋顶瓦面上,不影响建筑的美观和谐，而储热水箱又设置在屋顶隔间或者卫生间内，美观、方便。由于别墅建筑大多在郊区或者旅游区，可能是周末或者假期等时间段才有用户入住，所以当别墅建筑采用太阳能热水系统时，应保证热水长期不使用时系统的安全、可靠。此外，别墅属于高品位住宅，太阳能热水系统宜增加定温循环和管道保温的功能，供热管网的应保持美观[3]。

2.2 高层住宅

城市高层建筑越来越多，近年来沿海发达地区的部分村镇也建起了小高层建筑，如图4所示。由于高层住宅的住户较多，屋顶面积不够安装满足人们需求的集热器。目前常用的办法有两种：一种是根据屋面能够利用的面积设置太阳能热水系统，不足以满足的那部分热水由锅炉或者屋顶的空气源热泵等加热设备补充；另一种是集热器安装在阳台外的预留空间内，或者直接安装在南立面墙上，甚至是遮阳板和女儿墙上。高层住宅的太阳能热水系统，在近年来才开始兴起，特别是在深圳经济发达地区，运用较多，技术也较为成熟。由于高层建筑的热水系统，配水管网较长，热损失大，而热水用户多，建筑面积有限，所以在高层住宅中都采用集中热水供应系统。有统一的集热器集热，将热水通过供热水箱和配水管网向不同楼层的用户供热水。因为高层住宅的太阳能热水系统，在热水压力、温度等不均衡、热水量计量等方面有待改善，目前还未在所有的高层住宅中大力推广。目前在高层住宅中还是以锅炉或者家用的电热水器较多。

图4 高层住宅

高层住宅的太阳能热水系统较为复杂，目前我国也缺少相关规范指导设计与施工，所以需要热水器生产厂和设计单位、施工单位展开全面的合作。热水器厂家根据用户的用水情况、入住率等确定热水器的尺寸、安装位置等参数；建筑设计单位要根据太阳能热水器的结构预留安装位置，设计图纸，包括预埋冷、热管路[4]。

2.3 社区住宅

目前我国的住宅房地产市场开发主要是以住宅小区以及配套设施的形式建设的，小区由多栋建筑和活动设施、停车场等组成。随着人们生活水平和生活品质的提高，过去的社区大澡堂和小区锅炉集中供热水系统已经逐渐被住宅内的独立卫生间、小区太阳能热水系统所代替。小区太阳能热水系统，由小区物业综合管理。集热器可以设置在各栋住宅的屋面、阳台、墙面，以及小区的活动中心和停车场的遮阳板上，集热水箱和供热水箱都集中设置在设备房内。太阳能集热器有机地与建筑结合在一体，整齐地安装在楼顶上，既能满足小区供热水的要求，还可以成为楼盘销售的亮点。有的高级住宅区要求24h供应热水，按照实际热水用量收取水费，中央太阳能热水系统是首要的选择。初期的中央太阳能热水工程只是几台至几十台热水器在楼顶上采用串联、并联的形式安装，分管路给每个用户供应热水，由于楼顶面积小而用户用水量大往往会出现热水不够用的现象[4]。现在的工程主要采用的是联集管集热器工程，这种太阳能热水系统实现了热水器水箱与集热器的分离，由电脑对整个系统进行控制。随着新农村的改革发展进一步加剧，在经济发达而用地紧张的农村地区，也会以生产队为单位居住在社区里。小区域太阳能热水系统也是很好的选择。

3 结论

平屋顶住宅宜选用真空管集热器和平板型集热器；坡屋顶适宜平板集热器的安装；别墅住宅大多选用分体式家庭用太阳能热水系统；高层住宅中都采用集中热水供应系统。

集热器可以设置在各栋住宅的屋面、阳台、墙面，以及小区的活动中心和停车场的遮阳板上，集热水箱和供热水箱都集中设置在设备房内。小区域的太阳能热水系统是社区住宅不错的选择。

[1] GB50364-2005 太阳能热水系统应用技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2] GB50015-2009 建筑给水排水设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[3] 建筑给水排水设计设计手册(第二版)[Z].北京：中国建筑工业出版社，2009.

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

Choice analysis analysis of solar hot water system ——Based on different residential roofing forms and residential types

CHENShaolin

(Hong Kong Huayi Design Consultant (Shenzhen) Co.,Ltd,Shenzhen 518031)

In different types of residential roof form and residential types as the research background, through the analysis of the flat roof, sloping roof, roof form, put forward different roof forms suitable for the collector type; through the comparison of residential villas, high-rise residential, community residential residential form, analysis of solar hot water system is most suitable for different types of residential building.

Solar energy water heater; Flat roof; Sloping roof; Villas; High-rise buildings

陈少林(1986- ),男，高级工程师。

E-mail:554673896@qq.com

2017-02-27

TU832.1+7

A

1004-6135(2017)06-0130-03