民用建筑太阳能热水系统设计常见问题分析及建议

李秀英

【摘要】近年来，随着科技技术的快速发展以及人民生活意识的提升，太阳能热水系统广泛应用于人们的日常生活中。特别是在广大农村，太阳能热水系统也十分普及。文章主要就民用建筑太阳能热水系统设计常见问题展开分析，并给予相应的建议。

【关键词】民用建筑;太阳能热水系统;设计问题;建议

近十年建筑行业的迅猛发展，致使清洁能源与新能源的急速发展。大力开发好利用太阳能是优化能源结构，改善环境，降低能耗等可持续发展的战略之一。目前太阳能热水系统在民用建筑中的应民用建筑中的应用和推广。

1、民用建筑太阳能热水系统设计常见问题及建议

1.1太阳能集热器布置不合理及建议

民用建筑太阳能热水系统设计一般由给排水专业人员负责，并与建筑、电气、结构等专业配合共同完成，但由于民用建筑中建筑专业的主导地位，建设项目在规划方案设计之初，并未征询给排水专业人员意见或者说并未考虑太阳能热水系统与建筑的一体化设计，项目进行到施工图设计阶段才有给排水专业参与。另外，本身专业人员设计失误，还有专业之间配合不完善等原因，最终造成太阳能集熱器布置存在诸多不合理之处。施工图阶段，屋面可能有暖通通风空调设备、屋面突出构件及建筑造型、给排水伸出屋面的管道、消防水箱、屋面的消防疏散要求等，实际可安装太阳能集热器的空间有限，根本无法满足方案设计要求，甚至无法满足消防安全。一种结果是变更方案设计，造成项目建设程序延迟，经济及时间上的损失不言而喻;另一种结果便是设计人员尽最大可能布置集热器，如将集热器架高、将集热器布置在阳台、将屋面的镂空造型补实等，而相应的代价则是造成屋面设备管线布置混乱，后期施工和维护检修极其不便。因此，在方案设计时应当综合考虑各专业意见及工程建设的不确定性，适当预留空间，合理布置太阳能集热器。

1.2管道设计不合理及解决建议

1.2.1集热系统管道连接不满足规范要求

《民用建筑太阳能热水系统应用技术标准》第5.4.18条：集热器组之间连接的设计应遵循“同程原则”。设计中并未实现，尤其是局部坡屋面数量多且不连续或集热器分层布置时，集热器布置分散不集中，管道连接时很难实现完全同程，造成系统集热不均衡，无法实现能量有效利用。此种情况下可考虑分组连接管线并分别回至热水箱，各组集热器之间互相独立，不会影响集热循环效果，而且可以缩短管路，简洁系统，减少系统损失。

1.2.2集热管道材质选择不合理

设计中太阳能集热管道材质多数采用塑料管、钢塑复合管或者PP-R内衬不锈钢管，而以往相关规范对此并未提出具体要求。笔者有机会参与部分太阳能项目验收，并收到过一些交付使用的项目反馈。集热系统实际运行时温度很高，尤其是闭式系统，温度会超过150℃，而塑料或复合管材无法长期在此高温下使用，经常会有爆管现象发生。

1.3设计深度不足及解决建议

太阳能热水系统设计深度不足是较常见的问题，一种是设计人员自身对规范理解认识不足，对太阳能热水系统不够熟悉，如图纸设计未经过相关计算、集热器布置缺少定位尺寸、集热管道管径不合理、缺少集热器安装角度要求、缺少水箱定位尺寸、未设置辅助热源、各种设备选型不合适等;另一种是应甲方要求，该部分设计交由厂家或施工单位深化，而设计并未对二次深化设计提出相关要求，部分施工单位并不具备设计资质，造成设计质量不足。笔者现场见到最多的是管道布置不同程、管径偏小、集热器安装倾角过大且存在遮挡、设备选型不能满足规范要求、水箱完全没有检修空间、系统控制不合理无法自动运行等问题，最终造成系统运行效果不好，系统不稳定，并且有些情况无法进行整改，甚至有项目交付后便处于“废弃”状态。对于以上两种情况，笔者认为应当提高设计人员自身对太阳能热水系统的认识水平，确需二次设计时，应当加强各方沟通配合并提出具体设计要求，以保证二次设计有可执行的尺度，最终图纸施工前应当由原设计单位进行审核确认，最大限度保证系统设计的合理性。

2、实例分析

某民用建筑太阳能热水系统设计的是集中集热闭式系统，太阳能集热器采用的是真空热管集热器，集热器设置与屋面钢构架顶部，集热面积约为500平方米，太阳能保证率为50%。太阳能热水系统在民用建筑中不能大面积应用的主要原因之一就是集热器的布置。摆放的位置和空间对民用建筑屋面的影响是非常大的。往往民用建筑屋面会摆放各种设备，如消防风机、冷却塔、油烟净化器等，很大程度上屋面已经很少能有空间来摆放集热器。同时集热器的设置角度按照《民用建筑太阳能热水系统应用技术标准 GB50364-2018》及相关的设计规范，建筑设计宜根据集热器接收阳光的最佳倾角，即当地纬度 ±10。来确定坡屋面的坡度。这两点已经限制了太阳能热水系统在民用建筑中的应用。江苏广电城荔枝广场在设计的时候巧妙的避开所限制的条件，在设计时将集中式太阳能热水系统与建筑有机整合一体化设计，解决了上述的两个困难点，即在设计建筑伊始，将太阳能集热器当作建筑不可或缺的元素加以考虑，使之成为建筑组成的一个部分。荔枝广场屋面采用架空钢结构形式，顶面满路铝格栅，此项设计可以将屋面各种设备遮挡，提高了建筑的外观的观赏性，同时，也为集热器的布置提供了必要的条件。作为建设方在集热器的选取上面，通过对目前主流的集热器的安全稳定性、效率、集热器的技术性能、抗风雪、光反射模拟、光照模拟、与建筑外观等各种因素进行了充分调研论证，最终选取了集中热管集热器。同时根据该形式的集热器的性能与建筑外观要求，将集热器做到几乎平铺的设置。通过上述的方法将太阳能热水系统在设计中充分考虑进去，建筑的使用功能与太阳能集热器的利用有机结合在一起，形成多功能的建筑构件，巧妙高效地利用空间，使建筑向阳面或屋顶得以充分利用。

结语：

总之，太阳能热水系统如何更好地实现与建筑一体化设计，并最终满足用户用水要求，做到经济合理、安全稳定，需要各专业设计人员、建设方、施工单位共同配合才能实现，希望本文能提供些许思路或方向。

参考文献：

[1]王柯.给排水设计中太阳能热水系统应用研究[J].住宅与房地产，2019（27）.

[2]聂悦.一种基于联合模拟的屋顶太阳能系统优化设计方法[J].绿色建筑，2019，11（01）.