太阳能热水系统在民用建筑中的应用与探讨

摘 要：笔者开始介绍了太阳能热水系统的种类，然后强调了太阳能热水系统在民用建筑设计要注意的一些问题。最后，通过案例的方式给出了各种热水系统在工程上的实际应用。

关键词：太阳能热水系统；民用建筑；自然循环系统；直流式系统；强制循环式系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.057

随着国民经济的发展，能源和环境问题成为制约我国经济持续快速增长的主要问题之一。清洁能源的开发和利用成为解决上述问题的重要途径，在其中太阳能的开发和利用首当其冲。近来，太阳能热水系统已广泛应用在一些民用建筑中，因而是一个值得探讨问题。

1 太阳能热水系统的种类

太阳能热水系统根据热水的运行方式可以分为自然循环系统、强制循环式系统和直流式系统。

1.1 自然循环系统

自然循环系统又称为热虹吸系统。这种系统结构简单，主要由储水箱和集热器组成。该系统的集热器可以安装在阳台外侧或屋顶。别墅和高层住宅常把集热器安装在阳台外侧，而多层住宅常把集热器安装在屋顶。为了保证一定的水头压力，储水箱必须安置在集热器上方1-2m，来维持一定的热虹吸压头。通常将集热器安装在阳台外侧，水在集热器中吸收太阳辐射能，温度慢慢升高。此时集热器中温度高的水上升，将通过集热器的上循环管流入储水箱顶部，同时储水箱底部的冷水通过下循环管流入集热器底部。通过冷热水的密度差来实现集热器和储水箱之间的不断循环来加热储水箱中的水。

1.2 强制循环式系统

强制循环系统又称为主动循环太阳能热水系统。该系统热效率高，可大大减少热量的损失。主要由集热器、储水箱及水泵组成。该系统的集热器通常安装在屋顶，水在集热器中吸收太阳辐射能温度开始上升，当水温达到要求温度后，水泵开始启动，迫使水从集热器流到储水箱里。水泵安装在集热器和储水箱的回水管道上，为热水系统提供循环动力。

1.3 直流式系统

直流式系统是一种将待加热的冷水一次流经集热器后，直接进入储水箱或进入用户的用水点的太阳能热水系统。直流式太阳能热水系统由集热器、储水箱、连接水管及测温元件组成。该系统测温元件通常安装在集热器出口处，温度传感器可以24小时在线监测出口处水温，当出口处水温达到用户要求后，测温元件将测得电信号传给温度控制器，进而可以控制安装在集热器入口处电磁阀的开度。当电磁阀打开后，与集热器入口处连接的自来水管可以直接给集热器补水。

2 民用建筑太阳能热水系统选择应考虑的问题

2.1 自然循环系统

（1）确保楼层内每户集热器吸收太阳辐射的日照时数不小于4h；（2）该系统要求减少弯头在上、下循环管中的使用。不然，弯头增多循环阻力过大，肯定会影响系统循环效果，造成热效率降低。

2.2 强制循环系统

（1）该系统集热器的上、下循环管的设计应采用同程式系统；（2）为了防止上循环管发生气堵，应保证上循环管有1%的坡度，并在管道最高处设自动排气阀；（3）该系统集热器之间宜并联连接，不可以串联。以防止集热器内压力过大，损坏集热器。

2.3 直流式系统

（1）采用非承压储水箱，低于集热器设置；（2）为了确保测温元件工作的稳定性，尽量选择可靠的厂商。

3 应用案例

3.1 自然循环系统

（1）案例名称及工程概况。南城故事位于凤凰路，是由9栋高层，5栋多层所组成的新中式人文友居，小区可容纳900户，全部采用自然循环系统。经过计算确定每户集热器面积为2㎡，储水箱容积是100L，可满足用户用水水温与水量的要求。

（2）系统特点。1）该系统的储水箱与给水管道连接，可直接为储水箱补水，由于与生活水泵连接的给水管道出口有一定水头压力，可通过浮球阀控制，调节补水安全方便；2）该系统的集热器面积小巧，可以方便安装在阳台外侧，不占阳台空间，与建筑融为一体，美观大方；

3）该系统使用电辅助加热方式，当遇到阴雨天气，太阳辐射微弱，也可以产生热水，供人们使用。

3.2 强制循环式系统

（1）案例名称及工程概况。荆州晶崴国际大酒店位于荆州沙市区公园路。总建筑面积4.3万平方米，拥有客房304间，经过计算确定集热器阵列面积为1200平方米。

（2）系统特点。1）该系统的集热器阵列集中布置在屋顶，采光好，不占空间，不影响建筑立面效果，美观；2）利用水泵为该系统提供动力，促使水在集热器和储水箱之间不停循环；3）储水箱安装位置灵活，不受集热器位置的影响，通常和水泵一起布置在地下室，方便管理，热损失小；4）循环水泵应装在下循环管上，为水从储水箱提升到集热器提供动力，水泵出口处设单向止回阀，防止集热器中的水倒流回储水箱，造成空晒集热器。

3.3 直流式系统

（1）案例名称及工程概况。长江大学工程技术学院公共浴池位于学校校内，建筑总面积1116㎡，一层为男浴室，二层为女浴室，共设淋浴器160只。设计小时耗热量3517KW，小时最大热水量55m?/h，热水温度60℃。热水供水方式为定时供水全天4小时。

（2）系统特点。1）系统采用电磁阀控制集热器出口处水温，可使出口水温始终保持恒定，水温舒适，智能化程度高；2）系统要求储水箱保温性能好，一旦储水箱热量散失，水温降低，不能通过集热器进行加热，只能通过电辅助方式加热，消耗电能，经济性不高；3）集热器下端入口管直接同高区给水系统相连，依靠给水系统补水，系统结构简洁可靠；4）储水箱安装位置灵活，适应性高。

4 结语

通过以上探讨，得出以下结论：

（1）自然循环系统直接加热系统管理简单使用舒适，适用于对日照时间有要求的高层住宅。（2）强制循环式系统可以保证所有高层用户的热水要求，对日照时间不足的高层住宅也适用，同时也用于医院、酒店等用水要求高的场所。（3）直流式热水系统适用于用水集中，用水量稳定的学生宿舍、公共浴池。

参考文献：

[1]吳晓春，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）：77-81.

[2]钱斌.太阳能热水系统在建筑工程中的应用与探讨[J].建筑节能，2010，38（227）：57-59.

[3]李向军.太阳能热水系统在西山某招待所工程中的应用[J].给水排水，2009，35（02）：85-89.

作者简介：苏旭（1987-），男，湖北荆州人，学士，助教，主要从事建筑给排水设计研究。endprint