住宅建筑太阳能热水供应设计及应用

王永强 王 鑫

(1.晋城市建筑设计院，山西 晋城 048000； 2.山西铭基房地产开发有限公司，山西 晋城 048000)



住宅建筑太阳能热水供应设计及应用

王永强1王 鑫2

(1.晋城市建筑设计院，山西 晋城 048000； 2.山西铭基房地产开发有限公司，山西 晋城 048000)

从住宅太阳能热水系统的常用类型入手，结合不同热水供应系统在住宅建筑中的应用实例，分析了各种太阳能热水供应系统的优缺点，以便在实际工程中结合建筑一体化设计，选择出合理适宜的太阳能热水系统。

太阳能，热水系统，可再生能源，集热器，运行模式

山西省太阳年日照时数为2 088.0 h～2 977.5 h，年辐射总量在4 900 MJ/m2～6 000 MJ/m2之间，日照百分率为47%～67%，总的趋势是从北向南依次减少，西部山区较多，南部盆地较少，纬向分布较明显。其中晋城年日照时数为2 393 h～2 630 h，平均为2 563 h，属于太阳能三类资源地区，适宜设置太阳能热水系统。

2008年9月山西省人大常委会通过《山西省民用建筑节能条例》，鼓励民用建筑的所有权人或使用权人安装使用太阳能等可再生能源。

2011年4月山西省住建厅发布《关于加快推进太阳能光热建筑应用的通知》，通知要求在全省范围新设计的高层居住建筑的逆12层、12层及以下的居住建筑和有生活热水需求的公共建筑强制推广应用太阳能热水系统，将太阳能光热系统作为建筑的组成部分，实现太阳能光热与建筑一体化原则，与建筑工程四同步：同步规划、同步设计、同步施工、同步验收。

2012年9月山西省人大常委会通过《山西省气候资源开发利用和保护条例》，条例鼓励单位和个人安装和使用太阳能热水、供热采暖(制冷)、光伏发电等太阳能利用系统。

2013年8月省发革委、省住建厅《山西省开展绿色建筑行动实施意见》强制推进太阳能光热应用。在全省城镇新建12层及以下的居住建筑、高层居住建筑的逆12层和有生活热水需求的公共建筑强制推广应用太阳能热水系统。居住建筑太阳能热水按照居民用水价格收费。

太阳能屋顶计划已经在我市范围内全面展开，下面介绍太阳能热水系统的常用分类，结合设计和住户实际使用情况，探讨设计中需要注意的问题。

住宅建筑太阳能热水系统常用有三种形式：分户集热—分户贮热—分户加热系统，集中集热—分户贮热—分户加热系统，集中集热—集中贮热—集中加热系统。

1 分户集热—分户贮热—分户加热系统

这种热水系统是以住户为单位安装的太阳能热水系统，是早期使用最为广泛的一种形式，其设置的太阳能集热器产生的热水单独供一户使用，主要是应用在多层住宅屋面放置的整体式太阳能热水系统和高层住宅阳台壁挂式太阳能热水系统。

多层住宅屋顶整体式太阳能热水系统是将家用太阳能热水器集中安装在屋面，太阳能集热器通过吸收太阳光的能量将水温升高，利用贮热水箱和集热器内的水温差(密度差)产生循环动力，使热水在贮热水箱和集热器之间自然循环，从而加热贮热水箱中的水。热水采用落水供水式，辅助热源为各户电辅助加热。

高层住宅阳台壁挂太阳能热水系统的集热器安装在建筑阳台一侧，贮热水箱设置在户内阳台部分，水箱内置换热和电辅热装置。阳台壁挂集热器吸收太阳光使集热管内热媒温度升高，热媒利用水温差(密度差)产生循环动力，过换热将贮热装置中的水进行热交换，加热户内阳台水箱中的水。户内阳台贮热水箱安装高度一般比集热器位置高，同时水箱内置热加电，系统实现光电自动转换，实现全天候热水供应(见图1)。

山西晋城铭基凤凰城16号楼～19号楼,位于泽州南路以西，规划凤阳街以北。项目建筑面积34 800 m2，均为12层高层住宅建筑，共138户，全部采用阳台壁挂式太阳能。设计每户采用太阳能集热器φ58-1618,3 351×801×169，太阳能热水集热面积2 m2，贮热水箱φ472×1 010，贮水容积80 L。采用这种形式的优点是各户独立，互不干扰，维护管理方便；无需另外计量，冷水来自自家冷水管，辅助电加热自行计费；系统简单容易。缺点是初期偏高，最底层使用效果较差。适用于高层住宅建筑的上层部分，比如山西省规定的高层居住建筑的逆12层强制推广太阳能热水系统，18层以上高层居住建筑则完全可以采用阳台壁挂式太阳能热水系统，满足逆12层热水需求。

2 集中集热—集中贮热—集中加热系统

这种系统是集中模块太阳能热水系统，集热器、贮热水箱、控制、循环系统及其他辅助设备集中放置在屋面，这种系统广泛应用到酒店、洗浴等公共建筑中。集热系统集热器接收太阳光温度升高，通过温度智能传感器控制系统循环泵启动，将贮热水箱底部的温水加压进入集热器，通过贮热水箱温水与集热器中高温热水不断往复循环，最终加热贮热水箱中的水，供给建筑物所需热水。集热系统与供热系统均采用强制循环，保证循环效果。住宅应用这种热水系统需要分户计量，存在热水收费问题，对管理要求较高。

山西铭基―凤瀛园住宅小区1号楼～4号楼,位于新市东街与兰花路交叉口西北角。项目建筑面积66 674.43 m2，1号、3号为18层高层住宅建筑，2号、4号为17层高层住宅建筑，共360户，全部采用太阳能集中集热—集中贮热—集中辅助加热系统，每个单元分别设置集热板和6 m3热水箱，单元之间贮热水箱互相连通，向住户集中供应热水。以凤瀛园住宅小区1号楼～4号楼为例，将运行7个月来的运行情况统计如下。

1)入住情况：凤瀛园小区总户数360户，目前为止入住279户，入住率77.5%(见表1)。

表1 凤瀛园小区入住情况表

2)用水情况：原设计按每户120 L热水考虑，经过一年运行使用数量为每户3 t/月～5 t/月，住户普遍反映用水情况良好。

3)电辅助加热电费支出情况如表2所示。

表2 电辅助加热电费支出情况表

4)使用中出现的问题：集热器有少量爆管；电加热棒损坏率高；热水循环泵损坏率较高；顶层3层的住户在不启动循环泵的情况下出水量较小。

集中集热—集中贮热—集中辅助加热系统具有造价低、热效率相对较高，系统管道少，相对集中，容易设计，建筑一体化程度高等优点。但是这种系统的缺点也很突出，首先管理不方便，集热、贮热及供水部分属于公用设施，需派专人负责维护；计量不方便，各用户热水计量存在温度差异现象，电辅助加热费用分摊引起用户纠纷；天气不好时完全靠辅助热源产生热水，即便只有一户用水，整个系统也需要运行，系统运行费用较高。

3 集中集热—分户贮热—分户加热系统

这种系统是将太阳能集热器统一放置在屋面，整个系统中不设置集中贮热水箱，每户在户内设置一个贮热换热水箱，户内水箱设置换热盘管及电辅热。该系统包括集热循环和换热循环两部分，首先集热系统(控制、循环)及其辅助设备一般放置在屋面，集热器吸收太阳光使热媒温度升高，通过集热系统温度传感器智能控制集热系统循环泵启动停止，实现屋顶集热系统循环。其次屋顶集热缓冲水箱热媒通过换热循环泵实现屋顶热媒与户内贮热水箱的换热循环。这种系统冷热水压力相同，使用舒适方便。集中—分户太阳能热水系统控制原理如图2所示。

这种系统一方面解决集中式供热的管理、计费等问题，一方面解决阳台壁挂式受楼层限制等问题，可以完全实现太阳能的资源共享，同时也解决了计量和电辅助加热的问题，相应的该系统也有自己的缺点，一是太阳能热媒系统设置在住户管道井内时使得管路系统庞大复杂，另一方面热量损失较大，同时也存在一些公用部分分摊的问题。

4 结语

目前，山西省新设计的12层及以下的居住建筑、高层居住建筑的逆12层强制推广要求使用太阳能光热系统。对于住宅居住建筑太阳能热水供应系统的选择，应根据当地气候、建筑条件、管理能力、日照遮挡、初期投资等各种综合因素合理确定系统方案及相关管道布置。对山西省政府规定，建议层数在12层以上住宅可采用分户集热—分户贮热—分户辅助加热的阳台壁挂式太阳能热水系统；建筑层数12层以下住宅可采用集中集热—分户贮热—分户辅助加热系统；当屋面集热器面积不能满足设计要求时，可以采用以上多种系统相结合的组合太阳能热水系统，尽量充分利用太阳能资源。

[1] 中国建筑设计研究院.建筑给排水设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[2] 胡应翔.中新天津生态城太阳能热水系统分析[J].给水排水,2011,37(1)：68-72.

[3] 张留霞,李云贺,朱东红.集中式太阳能热水系统在某住宅建筑中的一体化设计研究[J].给水排水,2013,39(4)：76-80.

[4] 吴晓春,王 斌,王国雄.新型热泵式太阳能热水系统在某高层住宅建筑中的应用[J].给水排水,2013,39(12)：73-75.

[5] 吴晓春,杨 田.太阳能热水系统在高层住宅中的应用探讨[J].给水排水,2012,38(12)：81-83.

[6] 陈少林,熊家晴.农村住宅建筑太阳能热水系统的节水节能研究[J].给水排水,2012,38(12)：77-81.

On design and application of solar-energy hot water supply in residential buildings

Wang Yongqiang1Wang Xin2

(1.Jincheng Architectural Design Institute, Jincheng 048000, China;2.Shanxi Mingji Real-Estate Development Co., Ltd, Jincheng 048000, China)

From the common types of the residential solar energy hot water system, the paper combines with the application cases of the various hot water supply systems in the residential buildings, and analyzes the advantages and disadvantages of the various solar energy hot water supply system, so as to select the reasonable solar hot water system by combining with the architectural integral design.

solar energy, hot water system, renewable energy, collector, operation model

1009-6825(2017)16-0198-02

2017-03-18

王永强(1983- )，男，工程师; 王 鑫(1983- )，男，助理工程师

TU201.5

A