住宅太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的比較及選用

1、*項(xiàng)目住宅太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的比較及選用住宅太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的比較及選用1 概述近年來(lái)，不可再生能源的大量消耗，全球氣候變暖，資源緊缺，生態(tài)環(huán)境惡化引 起全世界的關(guān)注，人類(lèi)的生存和發(fā)展正面臨著嚴(yán)重的威脅與挑戰(zhàn)。國(guó)家對(duì)可再生能源 在建筑中應(yīng)用非常重視，可再生能源大致包含太陽(yáng)能、水能、地?zé)崮?、風(fēng)能、生物質(zhì) 能等。而太陽(yáng)能以其清潔、儲(chǔ)量巨大、成本低、和能源質(zhì)量高等眾多優(yōu)點(diǎn)成為可再生 能源利用的首選資源，我國(guó)從 20世紀(jì) 80年代中期開(kāi)始推行建筑節(jié)能，出臺(tái)了一系列 鼓勵(lì)或指導(dǎo)性政策。 1998年 1月 1日施行、 2007年10月28日修訂通過(guò)的中華人民 共和國(guó)節(jié)約能源法第四十條規(guī)定：“國(guó)家鼓勵(lì)在新建建筑和

2、既有建筑節(jié)能改造中使 用新型墻體材料等節(jié)能建筑材料和節(jié)能設(shè)備，安裝和使用太陽(yáng)能等可再生能源利用系 統(tǒng)?！?。 2006年1月 1日起施行的可再生能源法第十七條強(qiáng)調(diào)：“國(guó)家鼓勵(lì)單位 和個(gè)人安裝和使用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、太陽(yáng)能供熱采暖和制冷系統(tǒng)?！?。2011年1月 1 日施行的上海市建筑節(jié)能條例第十一條中要求“新建有熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的 公共建筑或者六層以下住宅，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)并安裝符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的太陽(yáng)能熱 水系統(tǒng)”。我國(guó)的其它很多省市也均出臺(tái)了設(shè)置太陽(yáng)能的規(guī)定，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)這種 綠色能源正在被社會(huì)廣泛的應(yīng)用。在住宅建筑中，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)尤其合適。上海位于北緯度，東經(jīng)度，屬于我國(guó)太陽(yáng)能資源第三類(lèi)分區(qū)

3、，太陽(yáng)年總輻照量大約為4700MJ/,年均日照時(shí)數(shù)1900-2000h，日照百分率44%在安全和使用合理前提 下，上海地區(qū)熱水系統(tǒng)太陽(yáng)能保證率可達(dá)到 60%以上，太陽(yáng)能資源較為豐富。太陽(yáng)能 熱水應(yīng)用潛力較大。下面將住宅中太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的幾種常用方案進(jìn)行介紹并作比 較，再結(jié)合本項(xiàng)目的特點(diǎn)，做出最適合本項(xiàng)目的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)方案推薦。住宅中常用的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)介紹常用的太陽(yáng)能水系統(tǒng)一般由以下幾部分組成:太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)按介質(zhì)可分為直接加熱與間接加熱。直接加熱系統(tǒng)是指在太陽(yáng)能集熱器中直接加熱水供給用戶(hù)的系統(tǒng)；直接加熱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是集熱效率高，設(shè)計(jì)簡(jiǎn) 單，成本較低，在我國(guó)目前普遍采用，缺點(diǎn)是冬天環(huán)境溫度低于

4、零度攝氏溫度時(shí)，水 結(jié)冰容易凍壞系統(tǒng)，且水管易結(jié)垢。間接加熱系統(tǒng)是指在太陽(yáng)能集熱器中加熱某種傳 熱工質(zhì)（一般為純水），再利用傳熱工質(zhì)通過(guò)熱交換器加熱水供給用戶(hù)系統(tǒng)。由于熱交 換器阻力較大，間接系統(tǒng)一般采用強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)?？紤]到用水衛(wèi)生，減緩集熱器結(jié)垢 及防凍因素，在投資允許的條件下，一般優(yōu)先推薦采用間接系統(tǒng)。間接加熱系統(tǒng)的優(yōu) 點(diǎn)是將集熱與供熱分開(kāi)，設(shè)計(jì)靈活；可以采用防凍液為傳熱工質(zhì)，避免出現(xiàn)冬天凍壞 系統(tǒng)，缺點(diǎn)是成本較直接加熱系統(tǒng)要高，通過(guò)換熱器熱損耗部分熱量。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)根據(jù)集熱系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)及供水方式的不同，可以分為三大類(lèi) 型：分戶(hù)集熱 分戶(hù)儲(chǔ)熱輔熱式；集中集熱 分戶(hù)儲(chǔ)熱輔熱式；集中集熱

5、集 中儲(chǔ)熱輔熱式。每種類(lèi)型均包括直接加熱與間接加熱，而直接加熱與間接加熱已在上 段做了詳細(xì)介紹，不再贅述，下面將這三大類(lèi)型的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)做詳細(xì)的介紹。2.1 分戶(hù)儲(chǔ)熱輔熱式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)分戶(hù)儲(chǔ)熱輔熱式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是指終端用水點(diǎn)以戶(hù)為單位，每戶(hù)獨(dú)立設(shè)置太陽(yáng) 能集熱器、儲(chǔ)水箱、輔熱設(shè)備及相關(guān)管路，每戶(hù)獨(dú)立使用的小型太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。分 戶(hù)集熱一一分戶(hù)儲(chǔ)熱輔熱式又可分為一體式太陽(yáng)能熱水器與分體式太陽(yáng)能熱水器。2.1.1. 體式太陽(yáng)能熱水器一體式太陽(yáng)能熱水器外型圖如下圖所示，種類(lèi)分承壓一體式太陽(yáng)能熱水器與非承壓一體式太陽(yáng)能熱水器。該類(lèi)型太陽(yáng)能熱水器有以下特點(diǎn):a）、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡(jiǎn)便，適合屋頂、地面

6、等平面場(chǎng)地安裝。b）、采用自然循環(huán)方式加熱，無(wú)需另外安裝循環(huán)泵，節(jié)省能源。c）、采用電輔熱、價(jià)格低，適合分戶(hù)安裝，產(chǎn)權(quán)明確。但該種太陽(yáng)能熱水器只適合頂層用戶(hù)、多層住宅或別墅安裝使用，不適合高層住 宅使用，且不易與建筑協(xié)調(diào)，影響美觀。一般農(nóng)村使用較多，城市一般為頂層用戶(hù)私 自安裝，故不適合一個(gè)小區(qū)大規(guī)模使用。家用一體式太陽(yáng)能熱水器外型圖家用一體式太陽(yáng)能熱水器現(xiàn)場(chǎng)安裝圖2.1.2. 分體式太陽(yáng)能熱水器分體式太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)是將儲(chǔ)水箱安裝主于室內(nèi)，集熱器安裝在屋頂（平屋面、坡屋面）、外墻、陽(yáng)臺(tái)等采光面，與建筑物有機(jī)融為一體。其具有與建筑一體化 完美結(jié)合的特點(diǎn)和家庭熱水中心的功能，故分體式太陽(yáng)能熱水系

7、統(tǒng)逐漸開(kāi)始受到高品 味生活人群和房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)企業(yè)的青睞。按循環(huán)形式可分為：分體自然循環(huán)系統(tǒng)、分體 強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)。2.1.2.1. 分體自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)指的是采用熱水的供水與回水溫差而使熱水在管網(wǎng)中自行循環(huán)的方式。 太陽(yáng)輻射透過(guò)玻璃蓋板，被集熱板吸收后沿肋片和管壁傳遞到吸熱管內(nèi)的水。吸熱管 內(nèi)的水吸熱后溫度升高，比重減小而上升，形成一個(gè)向上的動(dòng)力，構(gòu)成一個(gè)熱虹吸系 統(tǒng)。隨著熱水的不斷上移并儲(chǔ)存在儲(chǔ)水箱上部，同時(shí)通過(guò)下循環(huán)管不斷補(bǔ)充溫度較低 的水，如此循環(huán)往復(fù)，最終整箱水都升高至一定的溫度，熱效率相對(duì)較低。詳見(jiàn)下圖 示意。該系統(tǒng)要求儲(chǔ)熱水箱必須高于集熱器以提供足夠虹吸動(dòng)力，且儲(chǔ)熱水箱離集熱器 不

8、能太遠(yuǎn)，因此與建筑的整合設(shè)計(jì)有一定的難度，集熱板一般用于陽(yáng)臺(tái)或外墻安裝， 不能設(shè)于屋頂，儲(chǔ)熱水箱只能設(shè)在陽(yáng)臺(tái)上，故該系統(tǒng)也俗稱(chēng)陽(yáng)臺(tái)壁掛式太陽(yáng)能熱水系 統(tǒng)。但此系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行控制單位少，成本相對(duì)較低，普遍適于高層、小高 層等采光面積較小的樓層且對(duì)生活熱水需求不高的住戶(hù)采用。一般配置 80-120L 的帶 電輔熱的熱水罐，光電互補(bǔ)。分體自然循環(huán)太陽(yáng)能熱水器原理圖 分體自然循環(huán)太陽(yáng)能熱水器安裝圖分體自然循環(huán)太陽(yáng)能熱水器現(xiàn)場(chǎng)安裝圖2.1.2.2. 分體強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)強(qiáng)制循環(huán)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是在集熱器和儲(chǔ)水箱之間管路上設(shè)置水泵，作為系統(tǒng)中 水的循環(huán)動(dòng)力；與此同時(shí)，集熱器的有用能量收益通過(guò)加熱水，不斷

9、儲(chǔ)存在儲(chǔ)水箱 內(nèi)。詳見(jiàn)下圖如示。強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)要求采用能承壓的太陽(yáng)能集熱器，是與建筑結(jié)合的 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的發(fā)展方向。循環(huán)泵的控制方式以溫差循環(huán)控制方式較為普遍。該系 統(tǒng)集熱板與儲(chǔ)熱水箱可靈活擺放，限制條件少，集熱板可置于屋頂、陽(yáng)臺(tái)、外墻等地 方，特別是集熱器與屋面相結(jié)合進(jìn)行安裝，滿(mǎn)足建筑結(jié)構(gòu)功能的同時(shí)不影響建筑的外 觀，故俗稱(chēng)分體式別墅型太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，詳見(jiàn)以下現(xiàn)場(chǎng)安裝圖，廣泛應(yīng)用于別墅、 排聯(lián)建筑中，也可用于多層、高層住宅。該系統(tǒng)相對(duì)自然循環(huán)有熱效率高、控制相對(duì) 復(fù)雜、成本及運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較高的特點(diǎn)。分體強(qiáng)制循環(huán)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)原理圖分體強(qiáng)制循環(huán)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)示意圖分體強(qiáng)制循環(huán)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)

10、安裝圖2.2 集中集熱分戶(hù)儲(chǔ)熱輔熱式集中集熱分戶(hù)儲(chǔ)熱輔熱式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是指太陽(yáng)能集熱器集中、統(tǒng)一規(guī)劃 安裝于建筑物屋面部分，儲(chǔ)水箱、輔助加熱系統(tǒng)按終端用戶(hù)為單位獨(dú)立設(shè)置的太陽(yáng)能 熱水系統(tǒng)，太陽(yáng)能集熱器收集的熱能轉(zhuǎn)化成熱媒通過(guò)循環(huán)管道輸送至戶(hù)內(nèi)儲(chǔ)熱水箱中 的換熱裝置進(jìn)行換熱來(lái)加熱儲(chǔ)熱水箱中的水。當(dāng)太陽(yáng)光照不足時(shí)，或儲(chǔ)熱水箱中的水 未達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，用戶(hù)可以使用儲(chǔ)熱水箱內(nèi)置的輔助加熱裝置加熱供用戶(hù)使用。原 理參見(jiàn)下圖?？刹捎秒娸o熱或燃?xì)鉄崴鬏o熱。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：A、該系統(tǒng)較適宜安裝在多層或小高層公寓住宅中，大高層由于屋面面積不夠只能在上部的部分樓層采用；B、系統(tǒng)集熱器集中放置，有利于建筑一

11、體化設(shè)計(jì)；C、系統(tǒng)集熱器集中使用，可以實(shí)現(xiàn)集熱器資源共享，降低運(yùn)行成本； D系統(tǒng)集熱器樓頂放置，不受樓間距影響，集熱器采光好系統(tǒng)效率高；E系統(tǒng)集中集中集熱分戶(hù)儲(chǔ)熱太陽(yáng)能熱水示意圖收集太陽(yáng)能并轉(zhuǎn)化為熱量，通過(guò)熱媒加熱每戶(hù)儲(chǔ)熱水箱中熱水，熱量難以計(jì)量，只能免費(fèi)供用戶(hù)使用，故不存在熱水計(jì)量等問(wèn)題，減少糾紛；F、住宅建筑入住率較低時(shí)，不影響用戶(hù)使用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)；G儲(chǔ)熱水箱分戶(hù)放置、分戶(hù)控制可滿(mǎn)足用戶(hù)不同用水的使用要求。該系統(tǒng)初投資較分戶(hù)承壓型低；系統(tǒng)運(yùn)行較穩(wěn)定，運(yùn)行成本較低；將熱水儲(chǔ)存于 每戶(hù)中，這樣可以減少水箱占用屋面或地下室面積，整個(gè)系統(tǒng)的管路在建筑中也不影 響建筑美觀。集中集熱分戶(hù)儲(chǔ)熱太陽(yáng)能熱

12、水戶(hù)內(nèi)水儲(chǔ)熱水箱示意圖集中集熱分戶(hù)儲(chǔ)熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝圖2.3 集中集熱集中儲(chǔ)熱輔熱式 該系統(tǒng)是指太陽(yáng)能集熱器、儲(chǔ)熱水箱、輔熱設(shè)備全部集成化，統(tǒng)一安裝集熱器， 統(tǒng)一設(shè)置集中儲(chǔ)熱水箱及輔助加熱設(shè)備，然后將熱量再分配至各用水終端的太陽(yáng)能系 統(tǒng)。 系統(tǒng)的集熱器、儲(chǔ)熱水箱及輔助加熱設(shè)備一般均集中設(shè)置在屋頂。該系統(tǒng)為將集 中在屋頂加熱的水直接送到各用戶(hù)用水點(diǎn)，因此會(huì)存在冷熱水難以同源、熱水需計(jì)量 收費(fèi)的缺點(diǎn)，且物業(yè)管理要求高，比集中集熱分散儲(chǔ)熱輔熱式熱水品質(zhì)及保證率 高，且使用上每戶(hù)能平衡互補(bǔ)性，投資相對(duì)較低。其它與集中集熱分散儲(chǔ)熱輔熱 式相差不多。原理圖如下：目前，建筑的普遍類(lèi)型一般有以下幾種形

13、式：別墅型住宅、多層住宅、板式小高 層、板式高層、點(diǎn)式塔樓住宅等。在遵循經(jīng)濟(jì)實(shí)用、節(jié)能節(jié)水、安全簡(jiǎn)便的原則下，應(yīng) 結(jié)合各類(lèi)型住宅的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、用水點(diǎn)分布情況、用戶(hù)的實(shí)際用水習(xí)慣、系統(tǒng)的運(yùn)行管理 模式、輔助能源的種類(lèi)及經(jīng)濟(jì)承受能力等因素，針對(duì)不同的住宅類(lèi)型設(shè)計(jì)不同類(lèi)型、不 同規(guī)模的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。3 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)優(yōu)化選擇3.1 別墅類(lèi)型 別墅屬高檔次住宅，其在建筑功能及建筑外觀要求比普通住宅要高。對(duì)生活熱水的 使用，存在用水量相對(duì)較大、供水舒適要求高、要求保證率較高等點(diǎn)。因此，在太陽(yáng)能 熱水系統(tǒng)上的選擇上，采用分體強(qiáng)制循環(huán)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)較好。3.2 多層住宅及小高層住宅多層住宅及 12 層以?xún)?nèi)的

14、小高層住宅的屋面面積較為充裕，可以根據(jù)用水需求設(shè)置 足夠的集熱器面積，因此在太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的選擇上，建議選擇集中集熱集中儲(chǔ)熱輔 熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)；在系統(tǒng)的規(guī)模上，可選擇獨(dú)棟樓設(shè)置獨(dú)立太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)一套的方 式。如為了減少物業(yè)管理及熱水收費(fèi)存在的糾紛，也可采用集中集熱分散儲(chǔ)熱輔熱太 陽(yáng)能熱水系統(tǒng)或分體式太陽(yáng)能熱水器，但每戶(hù)采用分體式太陽(yáng)能熱水器時(shí)，需建筑考慮 一體化設(shè)計(jì)，以免影響外立面的美面。3.3 高層住宅按根據(jù)多層及小高層住宅的計(jì)算（按戶(hù)型平均 80 平方米）可以知集中集熱集中 （或分散）儲(chǔ)熱輔熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)最多可以滿(mǎn)足 12 層以?xún)?nèi)的住宅。因此高于 12 層的 小高層及高層住宅，可以選擇

15、陽(yáng)臺(tái)壁掛式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。如下部幾層陽(yáng)光難以滿(mǎn)足要 求，則上部采用陽(yáng)臺(tái)壁掛式，或采用屋頂集中集熱集中（分散）儲(chǔ)熱輔熱的方式，下 部采用其它非太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)供熱。3.4 點(diǎn)式塔樓住宅 點(diǎn)式塔樓住宅由于其建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，存在屋面可利用機(jī)積無(wú)法滿(mǎn)足太陽(yáng)能集熱器 布置條件的缺點(diǎn)，因此太陽(yáng)能集熱面積無(wú)法完全滿(mǎn)足全樓的熱水供應(yīng)。點(diǎn)式塔樓住宅其 建筑一般設(shè)計(jì)存在北向戶(hù)型，因此，不具備采用陽(yáng)臺(tái)壁掛式的安裝條件。建議在屋面安 裝集熱器來(lái)滿(mǎn)足北向戶(hù)型的熱水供應(yīng)，向陽(yáng)的南向戶(hù)型采用陽(yáng)臺(tái)壁掛；或屋面的集熱器 來(lái)滿(mǎn)足高層的熱水供應(yīng)，在地下室采用其它能源熱水系統(tǒng)來(lái)供應(yīng)給低層。4 結(jié)論太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在住宅建筑上的應(yīng)用類(lèi)型及規(guī)模應(yīng)根據(jù)實(shí)際建筑設(shè)計(jì)情況面定。具 體的應(yīng)根據(jù)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在建筑中的經(jīng)